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Die Erfindung richtet sich auf ein Sichtrad für einen Zentrifugalkraft-Windsichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Trennung von in einem Sichtfluid dispergierten Sichtgut in eine Fein- und eine Grobfraktion nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Windsichter dienen dazu ein in einem Fluid dispergiertes Sichtgut in eine Fein- und eine Grobfraktion zu trennen. Die Trennwirkung eines Sichtrades beruht darauf, dass die Schleppkraft des Fluids und die Fliehkraft in den Strömungskanälen zwischen den Sichtradschaufeln eines Sichtrades, des sogenannten Abweiserades in einander entgegengesetzten Richtungen auf die einzelnen Partikel des Feststoffes einwirken. Bei kleinen Partikeln überwiegt die Schleppkraft, so dass sie vom Fluid mitgenommen und als Feingut ausgetragen werden. Bei großen Partikeln überwiegt die Fliehkraft, so dass sie entgegen der Fluidströmung aus dem Abweiserad geschleudert werden. Die Partikelgröße, für die Fliehkraft und Schleppkraft im Gleichgewicht sind, die also mit gleicher Wahrscheinlichkeit in das Feingut oder das Grobgut gelangt, wird als Trennkorngröße oder Trenngrenze bezeichnet.
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Die Anforderungen an die Sichtung von Schüttgütern werden immer höher. Es werden immer größere Mengen an Schüttgut gesichtet. Auch an das Ergebnis der Sichtung werden immer höhere Anforderungen gestellt. Die Sichtung soll nicht nur wirtschaftlich sein, auch die Trennschärfe und das Ausbringen sollen hoch sein. Zudem werden die Anforderungen an die Sichter hinsichtlich der erreichbaren Feinheiten immer höher.
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Zentrifugalkraft-Windsichter mit Abweiserad sind eine der bevorzugten Sichter zur Erzeugung von sehr feinen Sichtgütern unter verhältnismäßig geringem Energieaufwand. Für eine scharfe Trennung des Sichtgutes in Feingut und Grobgut ist es erforderlich, dass in allen Strömungskanälen des Abweiserades eine gleichmäßige Durchströmung mit gleicher mittlerer Radialgeschwindigkeit des Fluids erfolgt.
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Selbst bei optimaler Ausbildung des Fluidzulaufes ist es jedoch nicht zu vermeiden, dass sich wegen turbulenter Strömungsverhältnisse und vor allem bei einem Abweiserad mit relativ großer axialer Erstreckung nur eine ungleichmäßige Durchströmung der Kanäle zwischen den Schaufeln einstellt. Die Folge ist eine unscharfe Trennung und ein geringerer Durchsatz gegenüber dem bei gleichmäßiger Durchströmung möglichen Wert.
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Es ist bekannt, wie in
DE 198 40 344 A1 offenbart, Einbauten im radial äußeren Bereich der Sichtradkanäle vorzusehen, um unerwünschte und unkontrollierte Wirbelbildungen in den Strömungskanälen zwischen den Sichtradschaufeln zu verhindern. Gleichzeitig sollen die Einbauten im radial äußeren Bereich der Sichtradkanäle eine kontrollierte Wirbelbildung zur Erzeugung einer Sichtzone im äußeren Bereich zwischen den Sichtradschaufeln schaffen. Dies ist im Patent
DE 198 40 344 A1 durch einen Strömungsbrecher in Form von Einbauten in den Strömungskanälen gelöst, an dem sich die Sichtwirbel ablösen.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass die im Patent
DE 198 40 344 A1 offenbarten Einbauten zu einer unerwünschten und unkontrollierten Wirbelbildung im radial inneren Bereich der Sichtradkanäle führen, welche sich über die gesamte radiale Ausdehnung der Sichtradschaufeln innerhalb der äußeren Einbauten in den Strömungskanälen ausbilden. Diese unerwünschten Wirbel beeinflussen das Sichtverhalten nachteilig. Diese unerwünschten Wirbel im radial inneren Bereich sind von der Drehrichtung her entgegengesetzt zu denen, durch die Einbauten erwünschten Wirbeln orientiert. In Abhängigkeit der gewählten Betriebsbedingungen sind die unerwünschten Wirbel unterschiedlich stark ausgeprägt. Unter Umständen können diese Wirbel so stark sein, dass sie aus dem Inneren des Sichtrades partikelbeladenes Fluid wieder in die Strömungskanäle zwischen den Sichtradschaufeln hineinsaugen. Durch dieses Heraussaugen des Feinguts aus dem Inneren des Sichtrads entstehen instabile Strömungszustände bei der Sichtung, die das Erreichen höherer Feinheiten verhindern. Dieses Ausströmen tritt je nach den gewählten Betriebsbedingungen bei der Sichtung auf und findet mindestens in einem Strömungskanal zwischen zwei Sichtradschaufeln statt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Sichtrad und ein Sichtverfahren zur Verfügung zu stellen, welches instabile Strömungszustände aufgrund der Wirbelbildung in Strömungskanälen von Sichträdern verhindert.
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Bei einem Sichtrad für einen Zentrifugalkraft-Windsichter und einem Verfahren zur Trennung von in einem Sichtfluid dispergiertem Sichtgut in eine Fein- und eine Grobfraktion der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 10 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Sichtrad für einen Zentrifugalkraft-Windsichter ist drehangetrieben in diesem angeordnet und wird entgegen seiner Schleuderrichtung von außen nach innen durchströmt. Es weist zwischen zwei Haltescheiben kranzförmig angeordnete Sichtradschaufeln auf. Die Sichtradschaufeln und die Haltescheiben begrenzen die Strömungskanäle. In diesen Strömungskanälen sind den Strömungsverlauf beeinflussende Einbauten angeordnet.
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Das erfindungsgemäße Sichtrad weist in seinen Strömungskanälen, die durch die Sichtradschaufeln begrenzt sind, zusätzlich Einbauten in der Nähe der Auslassseite der Strömungskanäle auf, d.h. zur Drehachse des Sichtrades hin. Diese inneren Einbauten führen dazu, dass die einzelnen Strömungskanäle mit gleicher bzw. zumindest ähnlicher Fluidmenge durchströmt werden.
Diese inneren Einbauten verhindern, dass Feingut aus der Sichtradmitte zurück in den Sichtraum außerhalb des Sichtrades fließt, wodurch eine Stabilisierung der Sichtraddurchströmung erreicht wird. Die inneren Einbauten sind innerhalb der inneren zwei Drittel (2/3) des Sichtradradius in den Strömungskanälen angeordnet.
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Strömungssimulationen von Abweiserädern mit Einbauten im äußeren Drittel der Strömungskanäle zeigen, dass sich in den Strömungskanälen des Sichtrads zusätzlich zu dem Sichtwirbel innerhalb des radial äußeren Drittels des Sichtradradius ein zweiter Wirbel ausbildet. Dieser zweite Wirbel saugt Material - Feingut - aus der Sichtradmitte heraus. Im Zusammenwirken mit dem Sichtwirbel kann so Feingut in den Sichtraum um das Sichtrad herum ausgetragen werden. Dies ist ungewünscht. Die inneren Einbauten in den radial inneren zwei Drittel der Strömungskanäle, bezogen auf den Sichtradradius verhindern dies, indem der Wirbel durch die inneren Einbauten radial nach innen begrenzt wird. Dadurch ist der Wirbel nicht nur innen begrenzt, sondern auch außen, nämlich durch die äußeren Einbauten, die den äußeren Sichtwirbel radial nach innen begrenzen.
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Es ist deshalb vorteilhaft, wenn in den radial inneren zwei Drittel der Sichtradschaufeln, bezogen auf den Sichtradradius, ebenfalls innere Einbauten in den Sichtradkanälen vorgesehen sind, die diese Wirbelbildung kontrollieren und räumlich begrenzen. Durch die inneren Einbauten im radial inneren Bereich der Strömungskanäle kommt es zu einer gezielten und kontrollieren Wirbelablösung an diesen innenliegenden Einbauten. Dadurch wird verhindert, dass sich dieser Wirbel über den gesamten radialen Bereich der Strömungskanäle zwischen dem inneren Ende der Sichtradschaufeln und den äußeren Einbauten im äußeren Drittel der Strömungskanäle, bezogen auf den Sichtradradius, erstreckt. Dadurch können diese inneren Einbauten das beobachtete Ausströmen bzw. Aussaugen von Sichtfluid und Partikeln aus der Sichtradmitte durch die Strömungskanäle nach außen aus dem Sichtrad heraus reduzieren.
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Die inneren Einbauten befinden sich vorzugsweise auf einer gemeinsamen radialen Kreisbahn, die in einem Bereich, der innerhalb der inneren zwei Drittel des Sichtradradius liegt.
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Als Strömungsbrecher im radial innenliegenden Bereich der Sichtradschaufeln dienen innere Einbauten, deren Querschnitte vorzugsweise eine mehreckige (z.B. quadratische, rechteckige, viereckige, dreieckige) oder runde Form besitzen oder eine Kombination davon und sich axial vorzugsweise über die gesamte axiale Höhe der Sichtradschaufeln bzw. der Strömungskanäle erstrecken. Es können jedoch, je nach Anwendungsfall, auch jegliche andere Querschnittsformen Anwendung finden.
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In alternativen Ausführungsformen erstrecken sich diese inneren Einbauten nicht über die gesamte axiale Höhe der Sichtradschaufeln. In einer weiteren Ausführungsform befinden sich die inneren Einbauten nicht auf einer gemeinsamen Kreisbahn um die Drehachse des Sichtrads.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der radiale Abstand dieser inneren Einbauten zur Sichtradachse entlang der Höhe der Sichtradachse nicht konstant.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind die inneren Einbauten so gestaltet, dass sie den Strömungskanal von einer radial weiter außen liegenden Position zu einer radial weiter innenliegenden Position stetig verengen. Dies soll bedeuten, dass die Verengung ohne eine oder mehrere kantige Abstufungen erfolgt.
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Diese inneren Einbauten können sich entweder auf beiden Seiten der Sichtradschaufeln befinden oder nur auf der in Sichtraddrehrichtung gesehenen Vorderseite oder Rückseite der Sichtradschaufeln.
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Eine bevorzugte Variante der inneren Einbauten schließt auf der Innenseite der Sichtradschaufeln mit diesen in etwa bündig oder bündig ab.
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Die Größe und Ausformung der inneren Einbauten kann je nach Anwendungsfall variieren. Es ist auch eine Kombination von zwei oder mehr verschieden ausgeformten inneren Einbauten möglich.
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Die Sichtradschaufeln und die inneren Einbauten können aus einem Teil oder aus mehreren Teilen gefertigt sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Sichtrad in den Strömungskanälen zusätzlich Einbauten innerhalb des radial äußeren Drittels, bezogen auf den Sichtradradius, auf. Dadurch kann sowohl der radial außenliegende Sichtwirbel vorteilhaft für eine feine Sichtung beeinflusst werden als auch die Strömung in den Strömungskanälen stabilisiert werden. So sind beide Wirbel, beidseitig von Einbauten begrenzt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die inneren Einbauten als Bleche mit Bohrungen oder Durchbrechungen ausgeführt und ragen über die gesamte Höhe und Breite der Strömungskanäle. Sie sind in den Strömungskanälen angeordnet. Die Bleche folgen in ihrer Kontur bevorzugt der Kreisbahn um die Drehachse des Sichtrades, auf der sie angeordnet sind. Die Bleche haben einen konstanten Abstand zu Sichtradachse. Der Abstand ist kleiner als zwei Drittel des Sichtradradius Auch diese Art der inneren Einbauten begrenzen dem Wirbel nach innen.
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Die Haltescheiben, zwischen denen die Sichtradschaufeln angeordnet sind, können als Nabenscheibe oder Deckscheibe ausgebildet sein. Die Deckscheibe ist bei einem einflutigen Sichtrad mit einem Feingutaustritt versehen. Sie ist bevorzugt ringförmig ausgestaltet.
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Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Sichtrad sowohl einflutig als auch 2-flutig ausgeführt sein.
Ein zweiflutiges Sichtrad lässt sich aus zwei einflutigen Sichträdern zusammensetzen. Dabei werden die Sichträder an ihren Deckscheiben zusammengebaut, sodass sie eine gemeinsame Drehachse aufweisen. Das zweiflutige Sichtrad weist nun zwei Nabenscheiben auf und ist beidseitig im Gehäuse des Zentrifugalkraft-Windsichters gelagert. Die beiden Nabenscheiben weisen Durchbrechungen auf, die die Feingutaustritte darstellen. In einer weiteren Ausführungsform eines zweiflutigen Sichtrads entfallen die Deckscheiben in der Mitte des Sichtrades, sodass es einen durchgehenden Innenbereich aufweist.
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Die äußeren Einbauten im radial äußersten Bereichs der Sichtradschaufeln führen dazu, dass der Impuls des einströmenden Fluids effizienter in eine Geschwindigkeitsüberhöhung im Sichtwirbel umgesetzt wird, als bei dem in der Patentschrift
EP 0 983 802 A2 offenbarte Sichtrad.
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Die Varianten, die durch Knicke und Kanten unstetige Verläufe der besonders ausgeformten Sichtradschaufeln aufweisen, sind aufgrund von Verlusten beim Impulsaustausch nicht so effizient wie Varianten mit stetigen Konturen. Da die Varianten mit geknickten Sichtschaufeln den Impuls des anströmenden Fluids nicht so effizient umsetzen, sind dort die Geschwindigkeitsüberhöhungen im Vergleich zu stetigen Konturen niedriger.
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Durch ein Sichtrad mit den erfindungsgemäßen inneren Einbauten in den Strömungskanälen zur Auslassseite hin, konnte die Strömung im Sichtrad stabilisiert werden und der Feinheitsbereich von Sichtern zu kleineren Feinheiten hin verbessert werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der -beispielhaft- ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:
- 1: Ansicht im Meridianschnitt des erfindungsgemäßen Sichtrades
- 2: Ausschnitt im Achsnormalschnitt des erfindungsgemäßen Sichtrades mit Strömungskanälen mit inneren Einbauten
- 3: Ausschnitt im Achsnormalschnitt des erfindungsgemäßen Sichtrades mit Strömungskanälen mit inneren Einbauten die mit den Sichtradschaufelenden abschließen.
- 4: Ausschnitt im Achsnormalschnitt des erfindungsgemäßen Sichtrades mit Strömungskanälen mit inneren Einbauten die zusammen mit den Sichtradschaufeln eine Spitze bilden.
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Die 1 zeigt ein Sichtrad (10) für einen Zentrifugalkraft-Windsichter. Es umfasst eine die Sichtradnabe (1) tragende Nabenscheibe (2) und eine ringförmige Deckscheibe (4). Zwischen diesen Scheiben (2,3) sind die kranzförmig angeordneten Sichtradschaufeln (3) angeordnet. Sie sind gleichmäßig über den Umfang des Sichtrades (10) verteilt. Die Sichtradschaufeln (3) sind im Wesentlichen radial ausgerichtet und begrenzen die Strömungskanäle (6). Das Sichtrad (10) wird von außen nach innen von dem mit Partikeln beladenen Sichtfluid, z.B. Sichtluft durchströmt.
Das erfindungsgemäße Sichtrad (10) weist Strömungskanäle (6) auf, die im äußeren Drittel, bezogen auf den Sichtradradius, äußere Einbauten (5) aufweisen und zusätzlich zu diesen Einbauten weitere innere Einbauten (7) in den inneren zwei Dritteln der Strömungskanäle (6), bezogen auf den Sichtradradius. Diese verengen den Strömungskanal (6) auslassseitig und stabilisieren dadurch die Strömung im Sichtrad (10).
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In den 2 und 3 sind Ausschnitte von Querschnitten von Sichträdern (10) gezeigt die zusätzlich zu den äußeren bekannten Einbauten (5) im äußeren Bereich der Strömungskanäle (6) auch innere Einbauten (7) in den inneren zwei Drittel, bezogen auf den Sichtradradius, der Strömungskanäle (6) aufweisen.
Die Sichtradschaufeln (3) verlaufen im radial äußeren Drittel, des Sichtradradius, nicht exakt in radialer Richtung, sondern sind in einem Winkel zur radialen Richtung entgegen der Rotationsrichtung geneigt angeordnet. In den inneren zwei Dritteln sind sie radial ausgerichtet.
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Durch diese Kombination von inneren Einbauten (7) und äußeren Einbauten (5), bilden sich zwei Wirbel entgegengesetzter Drehrichtung aus.
Der innere Wirbel wird beidseitig durch die Einbauten (5, 7) begrenzt. Es kommt nicht mehr zu einem Ausströmen des Fluids mit Partikeln aus der Sichtradmitte nach Außen in den Sichtraum um das Sichtrad (10), wodurch eine Stabilisierung der Sichtraddurchströmung erreicht wird. Der Verlauf des ungestörten Feingutstroms von außen nach innen ist durch den dicken Pfeil in den 2 und 3 dargestellt.
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Die inneren Einbauten (7) befinden sich vorzugsweise auf einer gemeinsamen radialen Kreisbahn, die in einem Bereich, der innerhalb der inneren zwei Drittel des Sichtradradius liegt.
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In 2 sind die inneren Einbauten (7) rechteckig ausgeführt. Sie sind innerhalb der Strömungskanäle (6) an beiden den Kanal begrenzenden Sichtradschaufeln (3) angebracht.
Sie erstrecken sich über die gesamte axiale Höhe des Sichtrads (10).
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der inneren Einbauten (7). Sie sind so gestaltet, dass sie den Strömungskanal (6) von einer radial weiter außen liegenden Position zu einer weiter radial innenliegenden Position stetig verengen. Dies soll bedeuten, dass die Verengung ohne eine oder mehrere kantige Abstufungen erfolgt. Diese inneren Einbauten (7) befinden sich nur auf einer Seite des Strömungskanals (6). Die inneren Einbauten (7) schließen auf der Innenseite der Sichtradschaufeln (3) mit diesen fast bündig ab. Sie können auch bündig abschließen.
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In 4 sind die die inneren Einbauten (7) so ausgeführt, dass die inneren Einbauten (7) zusammen mit den Sichtradschaufeln (3) nach radial innen in einer Spitze zusammenlaufen, dies verhindert Materialablagerungen an den inneren Sichtradschaufelkanten.
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Bezugszeichen
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- 1
- Sichtradnabe
- 2
- Nabenscheibe
- 3
- Sichtradschaufeln
- 4
- Deckscheibe
- 5
- äußere Einbauten
- 7
- innere Einbauten
- 8
- Strömungskanäle
- 10
- Sichtrad
