Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaszentrifuge mit monolithischen Rotor. Zentrifugen zur Separierung einer schweren Gaskomponente aus einem Gasgemisch sind seit langem bekannt.The invention relates to a gas centrifuge with a monolithic rotor. Centrifuges for separating a heavy gas component from a gas mixture have long been known.
So zeigt die DE 88 07 684 U1 (vgl. deren Figuren und den zugehörigen Text) eine Zentrifuge zur Separierung von Sauerstoff vom Stickstoff aus einem Luftgemisch, wobei die Zentrifuge eine um eine vertikale Achse drehende Tommel aufweist, die durch radiale Rippen in Sektoren aufgeteilt ist. Das zu trennende Gemisch wird über eine zentrale Zuleitung in die Trommel zugeführt, aus der die separierten Anteile durch Durchbrüche an der Unterseite der Außenwand der Trommel in der Weise abfließen, daß im wesentlichen sich die schwerere Gaskomponente in einer außen angeordneten Ringkammer und die leichteren Gaskomponenten sich in einer innen liegenden Ringkammer ansammeln. Die getrennten Gaskomponenten können dann über unten angeordnete Auslaßöffnungen aus den jeweiligen mitdrehenden Ringkammern abgezogen werden.That's how it shows DE 88 07 684 U1 (see their figures and the accompanying text) a centrifuge for separating oxygen from nitrogen from an air mixture, said centrifuge having a drum rotating about a vertical axis, which is divided into sectors by radial ribs. The mixture to be separated is supplied via a central supply line into the drum, from which the separated portions flow through openings at the bottom of the outer wall of the drum in such a way that substantially the heavier gas component in an outer annular chamber and the lighter gas components themselves accumulate in an internal annular chamber. The separated gas components can then be withdrawn via downwardly disposed outlet openings from the respective co-rotating annular chambers.
Die US 4 292 051 A (vgl. insbesondere deren 6 bis 8 und den zugehörigen Text) beschreibt ebenfalls eine vom Aufbau her sehr ähnliche Zentrifuge mit horizontaler Trommelachse für einen vergleichbaren Verwendungszweck. Die Zufuhr erfolgt von einer Seite in eine beiderseits gleitgelagerte, mit radialen Rippen in Segmente aufgeteilte Trommel und die Abfuhr auf der gegenüberliegenden Seite der Trommel über äußere Durchbrüche für die schwere Komponente und innenliegende Öffnungen für die leichteren Gaskomponenten in die jeweiligen feststehenden Ringkammern; zur Unterstützung des Durchflusses können hierbei auch Pumpen vorgesehen werden.The US 4 292 051 A (See in particular their 6 to 8th and the accompanying text) also describes a very similar centrifuge with a horizontal drum axis for a comparable purpose. The supply takes place from one side into a on both sides slidably, with radial ribs into segments divided drum and the discharge on the opposite side of the drum via outer openings for the heavy component and internal openings for the lighter gas components in the respective fixed annular chambers; Pumps can also be provided to assist the flow.
Die Patentschrift DE 10 2009 022 701 B3 „Verbessertes Verfahren und Gaszentrifuge zur effizienten Separierung der schweren Komponente aus Gasgemischen” vermeidet die Vermischung der teils separierten Gaskomponenten, indem an den Zylinderenden, wo die Umlenkung des Gases passiert, je ein ringförmiger Stopper angeordnet, der den Weg der schweren Gaskomponente blockiert, während die leichtere Gaskomponente durchgelassen wird; damit die aufgestaute schwere Gaskomponente auch fließen kann, werden geeignete Durchbrüche und Leitungskanäle in der jeweiligen Zylinderwand praktiziert. Der nächste Zylinderraum, wohin die Gaskomponenten geführt werden, ist durch einen kurzen Zylinder aufgeteilt, sodaß die vorhin separierte schwere Gaskomponente durch die Leitungskanäle zu dem Teil mit dem größeren Durchmesser geführt wird, während die leichte Gaskomponente nach dem Umlenken um das Zylinderende innerhalb des kurzen Zylinders fließt. Dadurch erfolgt die Übergabe der Gaskomponenten über die Zylindergrenzen hinweg ohne, daß diese sich auch nur zum Teil vermischen können. Nachteilig dabei ist die Anwendung von relativ großen Durchbrüchen, was strömungstechnisch nur schwer zu vereinbaren ist mit einer gleichmäßigen Gaskonzentration. Diese Erfindung verwendet auch eine mehrfache Lagerung, wobei zur Aufhängung der Trommel an beiden Seiten mehrere aufeinander geschaltete Kugellager mit großem Durchmesser und in abgedichteter Ausführung vorgesehen sind, was allerdings den Nachteil der größeren Reibungsverluste in Lagern hervorruft. Zudem wird, bedingt durch die Antriebsplazierung außerhalb der Zentrifuge, eine relativ dünne Antriebsachse verwendet, was zum Bruch derselben bei unverhofften Bremsvorgängen, die z. B. durch kaputte Lager verursacht werden können. Eine Teillösung dieses Problems erfolgte durch die Zentrifuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 der Patentschrift DE 10 2009 053 660 B3 . Eine Antriebsachse wird völlig vermieden und die Zentrifugenachse ist relativ kurz und mit größerem Durchmessen, was zur allgemeinen Versteifung der Konstruktion führt. Allerdings wird dabei eine Förderpumpe für die Einführung unter Druck des zu separierenden Gasgemisches benötigt und dies ist insbesondere bei großen Durchsätzen – wie etwa 400.000 m3/h benötigt für thermische Kraftwerke – mit einem erheblichen Energieaufwand verbunden. Die Erfindung DE 10 2010 009 638 A1 vermeidet die Anwendung einer externen Förderpumpe für das Gasgemisch, wobei der zentrifugal erzeugte Druck benutzt wird, um das Gas durch die Vorrichtung zu befördern. Dies verbessert die Leistungsbilanz der Gaszentrifuge erheblich und vereinfacht gleichzeitig die Konstruktion der Vorrichtung.The patent DE 10 2009 022 701 B3 "Improved process and gas centrifuge for efficient separation of the heavy component from gas mixtures" avoids the mixing of the partially separated gas components by placing at the cylinder ends, where the deflection of the gas, each an annular stopper blocking the path of the heavy gas component, while the lighter gas component is allowed to pass; so that the pent-up heavy gas component can also flow, suitable breakthroughs and ducts are practiced in the respective cylinder wall. The next cylinder space to which the gas components are routed is split by a short cylinder so that the previously separated heavy gas component is directed through the ducts to the larger diameter portion, while the light gas component after turning around the cylinder end within the short cylinder flows. As a result, the transfer of the gas components across the cylinder boundaries takes place without that they can mix only partially. The disadvantage here is the use of relatively large breakthroughs, which is fluidly difficult to reconcile with a uniform gas concentration. This invention also uses multiple bearings, with a large diameter and sealed design of ball bearings mounted on each side of the drum for suspension of the drum, but with the disadvantage of greater friction losses in bearings. In addition, due to the drive placement outside the centrifuge, a relatively thin drive axle is used, resulting in the same fracture in unexpected braking events, the z. B. can be caused by broken bearings. A partial solution of this problem was carried out by the centrifuge with the features of claim 1 of the patent DE 10 2009 053 660 B3 , A drive axle is completely avoided and the centrifuge axis is relatively short and with larger diameter, which leads to general stiffening of the structure. However, a feed pump is required for the introduction under pressure of the gas mixture to be separated and this is associated with a considerable expenditure of energy, in particular at high throughputs - such as 400,000 m 3 / h required for thermal power plants. The invention DE 10 2010 009 638 A1 avoids the use of an external feed pump for the gas mixture, wherein the centrifugally generated pressure is used to convey the gas through the device. This greatly improves the gas centrifuge's performance, while simplifying the design of the device.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Verbesserung der Gasführung innerhalb der Zentrifuge zu erreichen, indem eine Verminderung des Querschnitts an den Umlenkenden der einzelnen Stufen vermieden wird und führt konstruktive Maßnahmen eine, welche die teilsseparierten Gasströme innerhalb des Rotors quasi getrennt nebeneinander verlaufen ohne jedoch den laufenden Austausch von Gaspartikeln mit unterschiedlichen Dichte zu behindern. Die Lösung beinhaltet in DE 10 2009 053 660 B3 und DE 10 2010 009 638 A1 haben immer noch den Nachteil, daß der Gasfluß innerhalb des Rotors Einengungen an den Stellen aufweist, wo die selektive Umleitung der leichteren und schwereren Gaskomponenten von einem zum nächsten Zylinder stattfindet. Die Einengung ergibt sich durch die Gasführung durch Löcher mit erheblicher Länge. Diese Einengungen verursachen zusätzlichen Leistungsverbrauch und Turbulenzen – gefährlich wegen der Vermischungseffekte der bereits separierten Gaskomponenten – welche letztendlich zur Verschlechterung der Leistungsbilanz und der Effektivität führen.The present invention has the object to achieve an improvement in the gas flow within the centrifuge by a reduction in the cross section of the deflecting the individual stages is avoided and leads constructive measures one which the quasi-separated gas streams within the rotor quasi separate side by side without However, to hinder the ongoing exchange of gas particles with different density. The solution includes in DE 10 2009 053 660 B3 and DE 10 2010 009 638 A1 still have the disadvantage that the gas flow within the rotor has constrictions at the points where the selective diversion of the lighter and heavier gas components from one cylinder to the next takes place. The constriction is due to the gas flow through holes of considerable length. These constrictions cause additional power consumption and turbulence - dangerous because of the mixing effects of the already separated gas components - which ultimately leads to a deterioration of the power balance and the effectiveness.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Gaszentrifuge nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. The problem is solved by a gas centrifuge according to claim 1. Further advantageous embodiments are given in the dependent claims.
Eine weitere Verbesserung besteht darin, daß eine spezielle Herstellungstechnologie für den Bau des Gerätes verwendet wird. Dabei wird der ganze Rotor der Zentrifuge aus aufeinander geschichteten dünnen Blechen aus einem geeignetem Material gebildet, wobei ein ganzflächiges Diffusions-Schweißverfahren für die Herstellung der Verbindungen zwischen den Blechen zum Einsatz kommt. Die Bleche wurden vorher mit Oberflächenaussparungen von geringen Abmessungen und mit Durchbrüchen, entsprechend der inneren Struktur des Rotors, gebildet durch Ätzen, versehen.Another improvement is that a special manufacturing technology is used for the construction of the device. In this case, the entire rotor of the centrifuge is formed from stacked thin sheets of a suitable material, using a full-surface diffusion welding process for the production of the connections between the sheets is used. The sheets were previously provided with surface recesses of small dimensions and with openings corresponding to the internal structure of the rotor formed by etching.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.An embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing and will be explained in more detail below.
Es zeigt:It shows:
1 Längsschnitt durch die Zentrifuge – Schnitt A-A 1 Longitudinal section through the centrifuge - section AA
2 Schnitt B-B durch die Zentrifuge 2 Cut BB through the centrifuge
3 Schnitt C-C durch die Zentrifuge 3 Cut CC through the centrifuge
4 Schematische Darstellung eines Bleches 4 Schematic representation of a sheet
Aufgrund der Figuren wird die Funktion näher erläutert.Due to the figures, the function is explained in detail.
Die erfindungsgemäße Zentrifuge weist einen Rotor 1 mit vertikaler Drehachse auf, der in einer speziellen Technologie hergestellt ist und daher keine Verbindungselemente, wie etwa Schrauben, in seinen Innerem aufweist.The centrifuge according to the invention has a rotor 1 with a vertical axis of rotation, which is manufactured in a special technology and therefore has no fasteners, such as screws, in its interior.
Der Rotor 1 steckt mit seinem verdünnten Ende „a” im oberen Kugellager 31 und befestigt mittels Mutter 5 und Scheibe 7 den Innenzylinder 10 des Synchronmotors auf dem Rotorkern 100.The rotor 1 stuck with its thinned end "a" in the upper ball bearing 31 and fastened by means of nut 5 and disc 7 the inner cylinder 10 of the synchronous motor on the rotor core 100 ,
Auf der oberen Teil 3 des Rotors 1 ist der Innenzylinder des elektrischen Synchronmotors 10 mit den Schrauben 11, bestehend aus weichmagnetischem Stahl, befestigt, wobei die Permanentmagneten 12 mittels der Schrauben 13 darauf plaziert sind. Die elektrische Antriebskraft entstanden durch das Interreagieren der Permanentmagnete 12 mit dem drehenden Magnetfeld erzeugt vom Stator 14, bestehend aus verlustarmen Eisenblechen und versehen mit der elektrischen Wicklung 15 wirkt so unmittelbar auf den Rotor 1 der Zentrifuge. Der Stator 14 ist luftdicht getrennt vom Inneren der Zentrifuge durch einen isolierenden Zylinder 16, welcher vergossen ist mit den Nutten des Stator 14, dergestalt, daß ein Teil des Luftspalts zwischen dem Stator 14 und den Permanentmagneten 12 von diesem Zylinder eingenommen wird, welcher mit den Schrauben 17 an dem Motorgehäuse 18 befestigt ist. Der Synchron-Motor besitzt auch einen Käfig – nicht dargestellt in der Zeichnung – in seinem Rotor, welcher das Anlaufverhalten verbessern sollte –. Zwischen dem isolierendem Zylinder 16, dem Stator mit der Wicklung 15 und dem Motorgehäuse 18 existierten zwei toroidale Räume, welche von Kühlluft 19 getrieben von einem externem Ventilator ohne Darstellung auf der Zeichnung umspült werden und so die Motorkühlung bewerkstelligen. Der obere Schild 20 des Motorgehäuses ist abnehmbar und mit Schrauben 21 auf dem Motorgehäuse 14 befestigt. Es gibt eine interne Abdichtung zwischen dem Sammelbehälter 22 und der Einlaßkammer 33, wobei in der toroidalen Kammer 71 entstanden zwischen der horizontalen Verlängerung 72 des Rotors 1 und der Außenschale 73, bestehend aus zwei Hälften zwecks Montagemöglichkeit, befestigt mit Schrauben 74 an dem kleinen Zylinder 75 solidarisch mit dem oberen Teil „g” des Rotors 1 sich eine Flüssigkeit 77 befindet. Darin ist auch die untere Schale 76 plaziert. Während der Drehung des Rotors 1 diese Flüssigkeit 77 wird auf die Seitenwände der Außenschale 73 gedruckt und umschließt vollkommen auch die untere Schale 76 sowie die horizontale Verlängerung 72, dergestalt, daß das Gas nicht zwischen der Einlaßkammer 33 und dem Sammelbehälter 22 fließen kann, wobei wenn der Druck im Sammelbehälter 22 größer als der Druck in der Einlaßkammer 33 ist – was durchaus normal ist – lediglich die Flüssigkeit etwas nach oben auf der schrägen Wand der Außenschale 73 gedruckt wird und zwar nur soweit, bis die Vergrößerung der Fliehkraft dieses Anteils der Flüssigkeit 77 den Überdruck kompensiert. Dadurch, daß die Dichte der verwendeten Flüssigkeit 77 viel höher ist als die Gasdichte, entstehen bedeutende Fliehkräfte in der Flüssigkeit 77, welche für die Kompensation von Druckunterschieden von mehreren bar taugt. Weil die Abstände zwischen den aneinander rotierenden Teilen 72, 73 und 76 etliche Millimeter beträgt, ist die Reibung in der Flüssigkeit 77 relativ klein und die Reibungsverluste sind relativ gering.On the upper part 3 of the rotor 1 is the inner cylinder of the electric synchronous motor 10 with the screws 11 consisting of soft magnetic steel, fixed, with the permanent magnets 12 by means of screws 13 placed on it. The electrical driving force was created by the interreacting of the permanent magnets 12 with the rotating magnetic field generated by the stator 14 , consisting of low-loss iron sheets and provided with the electrical winding 15 acts so directly on the rotor 1 the centrifuge. The stator 14 is hermetically separated from the interior of the centrifuge by an insulating cylinder 16 which is shed with the hookers of the stator 14 in that a part of the air gap between the stator 14 and the permanent magnet 12 is taken by this cylinder, which with the screws 17 on the motor housing 18 is attached. The synchronous motor also has a cage - not shown in the drawing - in its rotor, which should improve the startup behavior -. Between the insulating cylinder 16 , the stator with the winding 15 and the motor housing 18 There existed two toroidal spaces, those of cooling air 19 driven by an external fan without representation on the drawing are lapped and so accomplish the engine cooling. The upper shield 20 The motor housing is removable and with screws 21 on the motor housing 14 attached. There is an internal seal between the sump 22 and the inlet chamber 33 , being in the toroidal chamber 71 originated between the horizontal extension 72 of the rotor 1 and the outer shell 73 , consisting of two halves for mounting, fastened with screws 74 on the small cylinder 75 in solidarity with the upper part "g" of the rotor 1 a liquid 77 located. This is also the lower shell 76 placed. During the rotation of the rotor 1 this liquid 77 is on the sidewalls of the outer shell 73 printed and completely encloses the lower shell 76 as well as the horizontal extension 72 such that the gas is not between the inlet chamber 33 and the collection container 22 can flow, where if the pressure in the sump 22 greater than the pressure in the inlet chamber 33 is - which is quite normal - only the liquid slightly upwards on the sloping wall of the outer shell 73 is printed and only to the extent that the increase in the centrifugal force of this proportion of the liquid 77 compensates for the overpressure. Due to the fact that the density of the liquid used 77 is much higher than the gas density, create significant centrifugal forces in the liquid 77 , which is suitable for the compensation of pressure differences of several bar. Because the distances between the rotating parts 72 . 73 and 76 is several millimeters, the friction is in the liquid 77 relatively small and the friction losses are relatively low.
Das Gehäuse der Zentrifuge besteht aus dem zylindrischen Sammelbehälter 22 für das separierte Gas 23, dem oberen Deckel 24 und dem unteren Deckel 25, welche mit den Schrauben 26 aneinander befestigt sind. Am unteren Teil des Sammelbehälters 22 ist das Abführungsrohr 27 für das separierte Gas 23 angebracht, welches mittels eines regelbares Ventil 28 der Anwendung zugeführt wird. Zwischen dem Ventil 28 und der Anwendung ist ein Sensor 29 für die Messung der Konzentration und ein Sensor 30 für die Durchflußmessung des separierten Gases 23 plaziert. Die vertikale Rotorwelle, Bestandteil des monolithischen Rotors 1, endet in zwei Zonen „a” oben und „b” unten mit vermindertem Durchmesser, welche in den Hochgeschwindigkeitslager 31, 32 stecken, welche die axiale und seitliche Position des Rotors 1 bestimmen. Dadurch, daß sie eine Bohrung mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser haben können, können sie für die Aufnahme der auftretenden Axial- und Radialkräfte korrekt dimensioniert werden und taugen für ausreichend hoher Drehzahl von z. B. bis zu 70.000 Umdrehungen pro Minute. Der Außenring der Hochgeschwindigkeitslager 31, 32 stecken in den Aussparungen „c” oben und „d” unten der oberen Einlaßkammer 33 und unteren Ablaßkammer 34 der Zentrifuge, welche respektive an dem oberen Schild 20 des Motorgehäuses 18 und an dem unterem Deckel 25 des Gehäuses der Zentrifuge mittels Schrauben 35, 36 angeflanscht sind. Das Gasgemisch 37 gelangt durch das Ventil 39, Durchflußmesser 40 und Einlaßstutzen 41 in die Einlaßkammer 33 wovon es durch den Innenzylinder des elektrischen Synchronmotors 10 der hohl ist, seinen Durchbrüchen 101 und den Durchbrüchen 102 im oberen Teil 3 der Zentrifuge im zentralen Bereich des Rotors 1. Durch die Zentrifugalkraft entstanden bei der Rotation des Rotors 1 wird das Gasgemisch aus dem zentralen Bereich des Rotors 1 an die Wände des inneren Zylinders 42, 43 gedruckt und fließt relativ langsam dank des erheblich vergrößertem Durchmessers axial nach unten. Dabei sammelt sich zunehmend mit der Bewegung nach unten die schwere Gaskomponente 4.1 in den Abschnitten begrenzt durch die zylindrische Wand 43 mit größerem Durchmesser bis es durch die Aussparungen 46 in den nächsten zylindrischen Raum zwischen Wand 43 und Wand 50 fließt. Gleichzeitig sammelt sich zunehmend mit der Bewegung nach unten die leichte Gaskomponente 6.1 in den Abschnitten begrenzt durch die zylindrische Wand 46 mit kleinerem Durchmesser bis es durch die Aussparungen 44 in den nächsten zylindrischen Raum zwischen Wand 42 und Wand 45 fließt. Die Trennwände 8 zwischen dem Rotorkern 100 und den zylindrischen Wänden 42, 43 haben ein Mitnahmeeffekt auf die einlaufenden Massen an angesaugtem Gas und zwingen es zur synchronen Rotation mit dem Rotor 1. Nachdem das Gas angereichert mit der schweren Gaskomponente 4.1 die Aussparungen 46 passiert, bewegt sich das Gas jetzt axial nach oben und bildet die Strömung 4.2. Nachdem das Gas verarmt an der schweren Gaskomponente 6.1 die Aussparungen 44 passiert, bewegt sich das Gas jetzt axial nach oben und bildet die Strömung 6.2. Im unteren Bereich des Rotors existieren Trennwände 8.2, 8.3, 8.4 zwischen den Abschnitten begrenzt durch die zylindrischen Wände 42 und 45, sowie 43 und 50, um eine getrennte Umleitung über den Zylinderenden, wo die Strömungsumkehr stattfindet, zu gewährleisten. Wenn die Gaskomponenten Strömungen 6.2 und 4.2 weiter nach oben sich bewegen, kommen sie in Bereichen „x”, wo jegliche radiale Trennungswände fehlen; in diesen Bereichen findet unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft ein kontinuierlicher seitlicher Austausch von leichten und schweren Gaspartikeln zwischen den axial und parallel verlaufenden Strömungen statt, wobei die schwere Gaskomponente 4.2 unmittelbar an den zylindrischen Wanden 50 (Innenseite) und die leichte Gaskomponente an den zylindrischen Wänden 43 (Außenseite) fließt, wodurch eine weitere Verstärkung der Gasabtrennung gefördert wird. Am oberen Ende der zylindrischen Räume zwischen den Wänden 43 und 50, sowie zwischen den Wänden 42 und 45 geraten die parallelen Strömungen unterschiedlicher Dichte 4.2 (schwer) und 6.1 (leicht) in den Bereichen mit seitlicher Begrenzung durch die radialen Trennwände 8.2 und fließen durch die Durchbrüche 52 und 55 in den nächsten zylindrischen Raum gebildet zwischen den zylindrischen Wänden 50 und 51 für die schwere Gaskomponente 4.3, sowie zwischen den zylindrischen Wänden 45 und 68 für die leichte Gaskomponente 6.3. Dadurch, daß die seitlichen Trennwände 8.2 vorhanden sind wechseln die parallelen Gasströmungen die axiale Fliessrichtung (jetzt nach unten) ohne, daß die sich miteinander vermischen. Wenn die Gaskomponenten Strömungen 6.3 und 4.3 weiter nach unten sich bewegen, kommen sie in Bereichen „x”, wo jegliche radiale Trennungswände fehlen; in diesen Bereichen findet unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft ein kontinuierlicher seitlicher Austausch von leichten und schweren Gaspartikeln zwischen den axial und parallel verlaufenden Strömungen statt, wobei die schwere Gaskomponente 4.3 unmittelbar an den zylindrischen Wanden 51 (Innenseite) und die leichte Gaskomponente an den zylindrischen Wänden 45 (Außenseite) fließt, wodurch eine weitere Verstärkung der Gasabtrennung gefördert wird. Diese Art der parallelen Führung von Gasströmungen wird beibehalten auch weiterhin zwischen den nachfolgenden zylindrischen Wände 51, 58 sowie Trennwänden 8.3, 8.4 bis die Gasströmungen in den letzten zylindrischen Bereichen im Inneren der Zylinderhülle des Rotors 1. Die Anzahl der durchlaufenen Stufen für die axiale Gasführung ist prinzipiell nicht begrenzt und kann auch hohe Werte erreichen; so wären 50...60 Stufen durchaus verwendbar. Dies verlängert enorm den Gasweg innerhalb des Rotors 1, was zu einer wirksamen Separation der schweren Gaskomponente führt, während der Durchfluß des verarbeiteten Gases im selben Maße steigt; Geschwindigkeiten der axialen Strömungen von 100 m/s oder gar mehr, wären durchaus anwendbar. Nun, wenn die schwere Gaskomponentenströmungen 4.5 sich axial nach unten im zylindrischen Raum zwischen den Wänden 53 und Rotorhülle sich bewegen, kommen sie später im Bereich „f” der Durchbrüche 57 im Rotor 1 und werden in die Sammelkammer 22 als schwere Gaskomponente 23 entlassen. Die Regelung des Durchflusses durch das Ventil 29 basiert auf die Angaben des Durchflußsensors 30 und ermöglichen daß nur so viel Gas entnommen wird, bis die komplette Menge an separierten Gas 23 aus dem Rotor 1 kommt, aber nicht mehr. Das im Rotor 1 verbliebene Restgas 9 gerät in den Bereich „e” mit verkleinertem Durchmesser und wird in die Ablaßkammer 34 für das Restgas 9 durch die Durchbrüche 88 entlassen.The housing of the centrifuge consists of the cylindrical collecting container 22 for the separated gas 23 , the upper lid 24 and the lower lid 25 which with the screws 26 attached to each other. At the bottom of the collection container 22 is the exhaust pipe 27 for the separated gas 23 attached, which by means of a controllable valve 28 the application is supplied. Between the valve 28 and the application is a sensor 29 for measuring the concentration and a sensor 30 for the flow measurement of the separated gas 23 placed. The vertical rotor shaft, part of the monolithic rotor 1 , ends in two zones "a" above and "B" down with reduced diameter, which in the high-speed bearings 31 . 32 stuck, showing the axial and lateral position of the rotor 1 determine. The fact that they can have a relatively small diameter bore, they can be correctly dimensioned for receiving the axial and radial forces occurring and are suitable for sufficiently high speed of z. B. up to 70,000 revolutions per minute. The outer ring of high speed bearings 31 . 32 stuck in the recesses "c" above and "d" below the upper inlet chamber 33 and lower drain chamber 34 the centrifuge, which respectively on the upper plate 20 of the motor housing 18 and on the lower lid 25 the housing of the centrifuge by means of screws 35 . 36 are flanged. The gas mixture 37 passes through the valve 39 , Flow meter 40 and inlet pipe 41 in the inlet chamber 33 what about it through the inner cylinder of the electric synchronous motor 10 which is hollow, its breakthroughs 101 and the breakthroughs 102 in the upper part 3 the centrifuge in the central area of the rotor 1 , Due to the centrifugal force developed during the rotation of the rotor 1 the gas mixture is removed from the central area of the rotor 1 to the walls of the inner cylinder 42 . 43 printed and flows relatively slowly thanks to the greatly increased diameter axially down. At the same time, the heavy gas component collects increasingly with the movement downwards 4.1 in sections bounded by the cylindrical wall 43 larger diameter until it passes through the recesses 46 in the next cylindrical space between wall 43 and wall 50 flows. At the same time, the light gas component increasingly collects with the movement downwards 6.1 in sections bounded by the cylindrical wall 46 with smaller diameter until it passes through the recesses 44 in the next cylindrical space between wall 42 and wall 45 flows. The partitions 8th between the rotor core 100 and the cylindrical walls 42 . 43 have a drag effect on the incoming masses of sucked gas and force it to synchronous rotation with the rotor 1 , After the gas is enriched with the heavy gas component 4.1 the recesses 46 happens, the gas now moves axially upward and forms the flow 4.2 , After the gas is depleted of the heavy gas component 6.1 the recesses 44 happens, the gas now moves axially upward and forms the flow 6.2 , Partitions exist in the lower part of the rotor 8.2 . 8.3 . 8.4 between the sections bounded by the cylindrical walls 42 and 45 , such as 43 and 50 to ensure a separate bypass over the cylinder ends, where the flow reversal takes place. When the gas components flows 6.2 and 4.2 moving upwards, they come in areas "x" where any radial separation walls are missing; in these areas, under the influence of centrifugal force, a continuous lateral exchange of light and heavy gas particles takes place between the axially and parallel flows, the heavy gas component 4.2 directly on the cylindrical walls 50 (Inside) and the light gas component on the cylindrical walls 43 (Outside) flows, whereby a further amplification of the gas separation is promoted. At the top of the cylindrical spaces between the walls 43 and 50 , as well as between the walls 42 and 45 get the parallel flows of different density 4.2 (hard) and 6.1 (light) in the areas with lateral boundary by the radial partitions 8.2 and flow through the breakthroughs 52 and 55 in the next cylindrical space formed between the cylindrical walls 50 and 51 for the heavy gas component 4.3 , as well as between the cylindrical walls 45 and 68 for the light gas component 6.3 , Due to the fact that the lateral partitions 8.2 are present, the parallel gas flows change the axial flow direction (now down) without that mix with each other. When the gas components flows 6.3 and 4.3 moving further down, they come in areas "x" where any radial separation walls are missing; in these areas, under the influence of centrifugal force, a continuous lateral exchange of light and heavy gas particles takes place between the axially and parallel flows, the heavy gas component 4.3 directly on the cylindrical walls 51 (Inside) and the light gas component on the cylindrical walls 45 (Outside) flows, whereby a further amplification of the gas separation is promoted. This type of parallel guidance of gas flows will continue to be maintained between subsequent cylindrical walls 51 . 58 and partitions 8.3 . 8.4 until the gas flows in the last cylindrical areas inside the cylinder shell of the rotor 1 , The number of passed stages for the axial gas flow is in principle not limited and can also reach high levels; So 50 ... 60 levels would be quite usable. This enormously prolongs the gas path within the rotor 1 resulting in efficient separation of the heavy gas component as the flow of the processed gas increases to the same extent; Speeds of the axial flows of 100 m / s or even more would be quite applicable. Well, if the heavy gas component flows 4.5 axially downwards in the cylindrical space between the walls 53 and Rotorhülle move, they come later in the range "f" of the breakthroughs 57 in the rotor 1 and get into the collection chamber 22 as a heavy gas component 23 dismiss. The regulation of the flow through the valve 29 based on the specifications of the flow sensor 30 and allow only so much gas to be removed until the complete amount of separated gas 23 from the rotor 1 comes, but not anymore. That in the rotor 1 remaining residual gas 9 gets into the area "e" of reduced diameter and enters the drain chamber 34 for the residual gas 9 through the breakthroughs 88 dismiss.
Das Gehäuse dessen oberen Teil der Sammelbehälter 22 ist, ist durch einen Ring 85 vom unteren Teil, welcher die Ablaßkammer 34 bildet, getrennt, wobei der Abstand zwischen der Innenfläche des Rings 85 und der Außenfläche des Rotors 1 sehr klein ist, so daß dieser Spalt eine vereinfachte Labyrinthdichtung bildet, dergestalt, daß das Gas nur sehr schwer dadurch fließen kann, wobei die separierte Gaskomponente 23 aus dem Rotor 1 durch die Kanäle 57 in den Sammelbehälter 22 strömt, unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft aber auch durch einen Sogeffekt verursacht von einem dynamischen Unterdruck entstanden auf der Außenfläche des Rotors 1 durch die schnelle Drehung, so daß unterhalb des Pegels „e” keine schwere Gaskomponente sich im äußeren unteren Bereich des Rotors 1 mehr befindet, wobei die darin verbliebene leichte Gaskomponente durch große seitliche Durchbrüche (88) aus dem Rotor 1 herausströmt und zwar nicht nur unter dem Einfluß des zentrifugal erzeugten Drucks, sondern auch durch den Sog verursacht von einem dynamischen Unterdruck entstanden auf der Außenfläche des Rotors 1 durch die schnelle Rotation im Bereich der nahe gelegenen Wand der Ablaßkammer 34.The housing whose upper part of the collection container 22 is is through a ring 85 from the lower part, which is the discharge chamber 34 forms, separated, with the distance between the inner surface of the ring 85 and the outer surface of the rotor 1 is very small, so that this gap forms a simplified labyrinth seal, such that the gas is very difficult to flow through, the separated gas component 23 from the rotor 1 through the channels 57 in the collection container 22 flows under the influence of centrifugal force but also by a suction effect caused by a dynamic negative pressure developed on the outer surface of the rotor 1 by the fast rotation, so that below the level "e" no heavy gas component in the outer lower portion of the rotor 1 more, wherein the light gas component remaining therein by large lateral openings ( 88 ) from the rotor 1 flows out, not only under the influence of the centrifugally generated pressure, but also by the suction caused by a dynamic negative pressure created on the outer surface of the rotor 1 by the rapid rotation in the area of the nearby wall of the discharge chamber 34 ,
Der Ring 85 weist zwei zylinderförmige Aussparungen 86, 87 auf, welche mit dem engen Spalt zwischen dem Ring 85 und Rotor 1 kommunizieren und wobei der ringförmige Kanal 86 mittels Leitung 92, verbunden an den Stutzen 91, durch die Pumpe 97 und Ventil 98 an den Stutzen 99 angeschlossen ist, welcher die Verbindung zum Sammelbehälter 22 herstellt, so daß die Pumpe 97 – mit geringfügigem Durchsatz – gesteuert von zwei Drucksensoren 103, 104 – ohne Darstellung – plaziert im Sammelbehälter 22 und in der zylinderförmigen Aussparung 86 einen Druckausgleich im oberen Teil des engen Spaltes um den Ring 85 schafft, welcher das Gasfließen wirksam verhindert und so die Abdichtung des Sammelbehälters 22 nach unten gewährleistet. Der ringförmige Kanal 87 welcher mittels Leitung 93, verbunden an den Stutzen 91, durch die Pumpe 94 und Ventil 95 an den Stutzen 96 angeschlossen ist, welcher die Verbindung zur Ablaßkammer 34 herstellt, so daß die Pumpe 94 – mit geringfügigem Durchsatz – gesteuert von zwei Drucksensoren 103, 104 – ohne Darstellung – plaziert in der Ablaßkammer 34 und in der zylinderförmigen Aussparung 87 einen Druckausgleich im unteren Teil des engen Spaltes um den Ring 85 schafft, welcher das Gasfließen wirksam verhindert und so die Abdichtung des Ablaßkammer 34 nach oben gewährleistet.The ring 85 has two cylindrical recesses 86 . 87 on, which with the narrow gap between the ring 85 and rotor 1 communicate and being the annular channel 86 by line 92 , connected to the neck 91 through the pump 97 and valve 98 to the neck 99 is connected, which the connection to the sump 22 produces, so that the pump 97 - with low throughput - controlled by two pressure sensors 103 . 104 - without representation - placed in the collection container 22 and in the cylindrical recess 86 a pressure equalization in the upper part of the narrow gap around the ring 85 creates, which effectively prevents the gas flow and thus the sealing of the collecting container 22 guaranteed down. The annular channel 87 which by line 93 , connected to the neck 91 through the pump 94 and valve 95 to the neck 96 connected, which is the connection to the discharge chamber 34 produces, so that the pump 94 - with low throughput - controlled by two pressure sensors 103 . 104 - without representation - placed in the discharge chamber 34 and in the cylindrical recess 87 a pressure equalization in the lower part of the narrow gap around the ring 85 creates, which effectively prevents the gas flow and so the sealing of the discharge chamber 34 guaranteed upwards.
Eine zusätzliche Versteifung des Rotors 1 im Bereich der Zonen „x”, wo die radialen Trennwände 8.x fehlen, ist durch die Anwendung der Abstandshalter 69 – ohne Darstellung in den Zeichnungen – erreicht. Diese radial verlaufenden Streben mit geringem Querschnitt verstärken die mechanische Festigkeit des Rotors indem sie die benachbarten konzentrischen zylindrischen Wände 43, 50, 51, 53, 42, 45, 68, 58 sowie dien Rotorhülle miteinander verbinden ohne daß dadurch die Gasströmung in größerem Maße behindert wird.An additional stiffening of the rotor 1 in the area of zones "x", where the radial partitions 8.x is missing, by the application of the spacers 69 - Without representation in the drawings - reached. These low profile, radially extending struts enhance the mechanical strength of the rotor by providing the adjacent concentric cylindrical walls 43 . 50 . 51 . 53 . 42 . 45 . 68 . 58 as well as the rotor shell connect together without thereby the gas flow is hindered to a greater extent.
An der Wand der Ablaßkammer 34 im Bereich nahe den Durchbrüchen 88 im Rotor 1, wodurch die leichte Gaskomponente – oder Restgas 9 – herausströmt, ist ein Ableiter 89 versehen mit radialen Plättchen – ohne Darstellung – in der Art der Schaufeln einer Turbine jedoch fest verbunden mit der Wand der Ablaßkammer 34 plaziert, welcher sowohl eine Umlenkung des Gasstromes radial – spitzer Winken zum Rotor 1 der sich dann abrundet bis zum etwa 90° Winkel zur Wand – als auch eine Ablenkung nach unten zur Ablaßkammer 34 bewirkt, jedoch mit geringen Verlusten durch stets vorhandene Laminarströmung, wodurch der dynamisch erzeugte Unterdruck an der Außenfläche des Rotors 1 im Bereich der Durchbrüche 88 wesentlich verstärkt wird und zur Erhöhung des Staudruckes in der Ablaßkammer 34 führt, wovon die leichte Gaskomponente oder Restgas 9 durch den Stutzen 65, Ventil 66 und Konzentrationssensor 67 der Anwendung zugeführt wird. Diese Maßnahmen und das Fehlen eines Mantels um den Rotor 1, wie bei der Hauptpatentanmeldung der Fall ist, führt dazu, daß ausreichende Differenzdrucke zwischen dem angesaugten Gasgemisch 37 und dem Sammelbehälter 22 sowie zwischen dem angesaugten Gasgemisch 37 und der Ablaßkammer 34 herrscht, so daß keine externe Förderpumpe für das Gasgemisch benötigt wird. Dies spart bis zu 30% der notwendigen elektrischen Leistung, die für die Zentrifugation insgesamt benötigt wird und verbessert somit die Leistungsbilanz erheblich.On the wall of the drainage chamber 34 in the area near the breakthroughs 88 in the rotor 1 , whereby the light gas component - or residual gas 9 - emanates, is an arrester 89 provided with radial plates - without representation - in the nature of the blades of a turbine but firmly connected to the wall of the discharge chamber 34 placed, which both a deflection of the gas flow radial - pointed waving to the rotor 1 which then rounds off to about 90 ° angle to the wall - as well as a deflection down to the discharge chamber 34 causes, but with low losses by always existing laminar flow, whereby the dynamically generated negative pressure on the outer surface of the rotor 1 in the field of breakthroughs 88 is significantly increased and to increase the back pressure in the discharge chamber 34 leads, of which the light gas component or residual gas 9 through the neck 65 , Valve 66 and concentration sensor 67 the application is supplied. These measures and the absence of a jacket around the rotor 1 As is the case with the parent patent application, this results in sufficient differential pressures between the aspirated gas mixture 37 and the collection container 22 and between the sucked gas mixture 37 and the discharge chamber 34 prevails, so that no external feed pump for the gas mixture is needed. This saves up to 30% of the electrical power required to complete the centrifugation and thus significantly improves the power balance.
