DE102021001240B4

DE102021001240B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Sichtung von staubförmigen Gütern

Info

Publication number: DE102021001240B4
Application number: DE102021001240.2A
Authority: DE
Inventors: Stefano L. Zampini; Benjamin Biber
Original assignee: Hosokawa Alpine AG
Current assignee: Hosokawa Alpine AG
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2041-03-10
Also published as: EP4056288A1; DE102021001240A1

Abstract

Bei einem Zentrifugalkraft-Windsichter mit drehangetriebenen Sichtrad, welches von einem Sichtfluid entgegen seiner Schleuderrichtung von außen nach innen durchströmt wird und welches kranzförmig angeordnete Sichtradschaufeln aufweist, die zwischen Haltescheiben angeordnet sind, und Strömungskanäle zwischen den Sichtradschaufeln bilden, wobei den Strömungsverlauf beeinflussende Einbauten innerhalb der Strömungskanäle angeordnet sind, soll der Feinheitsbereich bestehender Windsichter erweitert werden, um eine noch höhere Feinheit als bisher zu erzielen. Dies wird dadurch erreicht, dass auf der in Rotationsrichtung vorderen Seite der Sichtradschaufel (3) im radial äußeren Drittel des Sichtradradius Einbauten (5) vorgesehen sind, sodass der Strömungskanal (6) zwischen den Sichtradschaufeln (3) zunächst eine Engstelle, dann eine Erweiterung und wieder eine Engstelle aufweist, sodass die Engstellen den sich aus dem einströmenden Sichtfluid bildenden Sichtwirbel begrenzen.

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Zentrifugalkraft-Windsichter mit einem Sichtrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Trennung von in einem Fluid dispergierten Sichtgut in eine Fein- und eine Grobfraktion nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
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.
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.
Da es sich meist um Massengüter handelt, wirkt sich der für die Trennung benötigte Energiebedarf sehr stark auf die Herstellungskosten aus, so dass man stets bestrebt ist, das gewünschte Ergebnis mit möglichst geringem energetischen Aufwand und damit kostengünstig zu erlangen.
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.
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.
Untersuchungen der Strömungsfelder in Klassiervorrichtungen mit Abweiserädern wurden bereits durch K. Leschonski und K. Legenhausen durchgeführt. In einem Aufsatz in Chemical Engineering and Processing, 31(1992) 131-136 wurden die Strömungsverhältnisse innerhalb der durch die Sichtradschaufeln begrenzten Strömungskanäle beschrieben.
Im Ergebnis werden dabei drei unterschiedliche Strömungsformen unterschieden. Sie lassen sich auf drei unterschiedliche Betriebszustände zurückführen. Im Wesentlichen sind diese durch das Verhältnis der Geschwindigkeit des am Außenumfang des Abweiserades entlang strömenden Fluids (v_φ) und der Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Abweiserades (v_s) gekennzeichnet.
Eine annähernd gleichförmige Strömung kann sich nur herausbilden, wenn die Strömung parallel zu den Sichtradschaufeln verlaufen. Eine solche gewünschte homogene Strömung kann nur erreicht werden, wenn die Geschwindigkeit des am Außenumfang des Abweiserades entlang strömenden Fluids (v_φ) und die Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Abweiserades (v_s) gleich sind.
Bei ungleichen Geschwindigkeiten entstehen Strömungswirbel in den von den Sichtradschaufeln begrenzten Strömungskanälen, die die Trennschärfe verschlechtern und insgesamt die Feinheit negativ beeinflussen. Die Trenngrenze für Feines und Grobes ist nämlich über die radiale Erstreckung der Strömungskanäle innerhalb des Sichtrades nicht konstant. Die höchste, also feinste Trenngrenze für das Feine liegt am Außenumfang des Abweiserades und verschlechtert sich mit abnehmendem Radius zur Rotationsachse des Abweiserades hin. Normalerweise wird das Grobgut bereits am Außenumfang des Rades abgewiesen und gelangt in das Grobgut. Nur das Feingut kann weiter in das Innere des Abweiserades vordringen und wird mit der Fluidströmung in das Feingut abgezogen. Werden jedoch durch eine ungewünschte Wirbelbildung in den Strömungskanälen des Abweiserades grobe Teilchen weiter nach innen verbracht, so können diese nur nach der Trenngrenze abgewiesen werden, wie sie an dem jeweiligen inneren Radius des Abweiserades vorliegt. Da diese Trenngrenze gröber ist als die Trenngrenze am Außenumfang des Abweiserades kann ein gewisser Teil an sich grober Teilchen nicht abgewiesen werden und gelangt deshalb in das Feingut. Die Trennschärfe wird in solchen Fällen als schlecht erachtet.
In den Fällen einer völlig ungerichteten Anströmung des Abweiserades, wie sie z.B. in bestimmten Sichtermühlen oder auch in Windsichtern mit besonderer Gehäuseform vorkommen, sind Abweiseräder nach dem Stand der Technik nicht einsetzbar, um eine gleichförmige Strömung in den Strömungskanälen zu ermöglichen.
Bei Zentrifugalkraft-Sichträdern bewirken die kranzförmig angeordneten Schaufeln, dass die Winkelgeschwindigkeit des Strömungsfluids innerhalb des durch die Schaufeln begrenzten Strömungskanals in jedem radialen Abstand von der Rotationsachse des Sichtrades konstant ist. Der sich dabei einstellende Festkörperwirbel hat die Eigenschaft, dass die Trenngrenze am Außenumfang des Sichtrades am kleinsten ist. Je weiter das Fluid zusammen mit den darin dispergierten Partikeln in das Radinnere eindringt, d.h. je geringer der Radius wird, umso größer wird die Trenngrenze.
Dies ergibt ideale Trennbedingungen am Außenumfang des Sichtrades. Grobe Partikel werden außen am Sichtrad abgewiesen und belasten somit das Sichtrad nicht, wodurch hohe Feingutauszüge erreicht werden können. Sofern jedoch grobe Partikel, durch welche Ursachen auch immer, in das Innere des Sichtrades eindringen können, so gilt für diese Partikel eine gröbere Trenngrenze, wodurch Partikel, die eigentlich größer sind als die Trenngrenze am Außenumfang nicht abgewiesen werden, sondern in das Zentrum des Sichtrades gelangen können und zusammen mit dem Feingut ausgetragen werden. Dies führt zu einer unscharfen Trennung zwischen Grob- und Feingut, zudem wird das Sichtrad durch grobe Partikel belastet, die eigentlich sofort am Außenumfang hätten abgewiesen werden sollen. Die hohe Belastung des Sichtrades führt zu kleineren Feingutausbeuten und verschlechtert die Effizienz des Sichters.
Eine Ursache dafür, dass grobe Partikel ungewünscht in das Sichtrad eindringen können, sind Wirbel, die sich in den Strömungskanälen ausbilden und grobe Partikel ansaugen und in das Innere des Sichtrades transportieren.
Aus der EP 0 983 802 A2 sind Sichträder bekannt, die Einbauten innerhalb der Strömungskanäle aufweisen, die die Wirbelbildung innerhalb der Strömungskanäle derart beeinflussen, dass keine oder nur noch wenige grobe Partikel in die Strömungskanäle eingesaugt werden.
Dazu sind im radial mittleren Bereich des Strömungskanals Strömungsbrecher an den Begrenzungswänden der Schaufeln so anzubringen, dass die in die Strömungskanäle eindringende Fluidströmung bereits im ersten radialen Drittel des Strömungskanals gebrochen wird und eine Wirbelbildung nur noch in diesem Drittel des Strömungskanals auftreten kann. Da die Wirbel die Ursache für das Ansaugen von groben Partikeln sind, werden grobe Partikel nicht mehr so weit in die Strömungskanäle eingesaugt, wenn sich die Wirbel möglichst im Bereich des Außenumfangs des Sichtrades ausbilden. Wenn die groben Partikel weniger weit in das Sichtrad eindringen können, dann wird es auch weniger stark mit groben Partikeln belastet und die Wahrscheinlichkeit, dass grobe Partikel in das Innere eindringen und somit in das Feingut gelangen können wird stark minimiert.
Das Brechen der Strömung erfolgt bei Sichträdern, dessen Umfangsgeschwindigkeit (v_s) größer ist als die Geschwindigkeit des am Außenumfang des Abweiserades entlang strömenden Fluids (v_φ,), an denjenigen Begrenzungsflächen der Sichtradschaufeln, die in Rotationsrichtung vorne gelegen sind.
Im Gegensatz dazu erfolgt das Brechen der Strömung bei Sichträdern, dessen Umfangsgeschwindigkeit (v_s) kleiner ist als die Geschwindigkeit des am Außenumfang des Abweiserades entlang strömenden Fluids (v_φ,), an denjenigen Begrenzungsflächen der Sichtradschaufeln, die in Rotationsrichtung hinten gelegen sind.
Die Verkleinerung des Wirbels hinsichtlich der Wirbelgröße muss dagegen zwangsläufig eine Verbesserung der Sichtung bedeuten. Es wurde sogar herausgefunden, dass eine definierte Wirbelbildung im äußeren Umfangsbereich der Strömungskanäle zu einer besseren Dispergierung von Sichtgut und Strömungsfluid führt. Dies wirkt sich positiv auf den Feingutauszug aus, d.h. mehr Feingut kann aus dem Sichtgut abgetrennt und über das Sichtrad in die Feingutfraktion verbracht werden.
Die bekannten Sichträder sind in Ihrer Feinheit begrenzt. Sie können mit dem Wunsch nach höheren Feinheiten nicht Schritthalten. Es hat sich gezeigt, dass die bisherigen Geometrien keine Verbesserung der Feinheiten zulassen. Bekanntlich erfolgt der Sichtvorgang durch ein Kräftegleichgewicht von abweisender Zentrifugalkraft und transportierender Schleppkraft. Für feinere Sichtungen benötigt man höhere Drehzahlen also höhere Zentrifugalkräfte. Die dabei auf die Bauteile wirkenden Kräfte limitieren die Drehzahl nach oben. Es bleibt für feinere Sichtungen die Reduktion der Schleppkraft. Dabei wurde festgestellt, dass beim Unterschreiten einer Grenze, die Strömung instabil wird und sich keine weitere Feinheitssteigerung mehr einstellt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Zentrifugalkraft-Windsichter mit einem Sichtrad und ein Sichtverfahren zur Verfügung zu stellen, welche den Feinheitsbereich bestehender Windsichter erweitert, um eine noch höhere Feinheit als bisher zu erzielen.
Bei einem Zentrifugalkraft-Windsichter mit einem Sichtrad 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 12 gelöst.
Der erfindungsgemäße Zentrifugalkraft-Windsichter zum Trennen von Sichtgut in Feingut und Grobgut, mit einem Gehäuse mit Sichtfluidzufuhr, Sichtgutzufuhr, Feingutaustrag, Grobgutaustrag und Sichtfluidaustrag weist ein drehangetriebenes Sichtrad auf und wird entgegen seiner Schleuderrichtung von außen nach innen durchströmt. Es weist zwischen zwei Haltescheiben kranzförmig angeordnet Sichtradschaufeln auf. Die Sichtradschaufeln und die Haltescheiben begrenzen Strömungskanäle. In diesen Strömungskanälen sind den Strömungsverlauf beeinflussende Einbauten angeordnet, welche auf der in Rotationsrichtung vorderen Seite der Sichtradschaufel im radial äußeren Drittel des Sichtradradius vorgesehen sind, sodass die Strömungskanäle zwischen den Sichtradschaufeln zunächst eine Engstelle, dann eine Erweiterung und wieder eine Engstelle aufweisen. Dadurch begrenzen die Engstellen den sich aus dem einströmenden Sichtfluid bildenden Sichtwirbel.
Die speziell ausgeformten Strömungskanäle beeinflussen die Wirbelbildung in den Strömungskanälen weiter positiv für die Sichtung.
Die erfindungsgemäßen Sichtradkanäle des Sichtrades, welche von den Sichtradschaufeln begrenzt werden, weisen von radial außen nach innen zunächst eine Engstelle, danach eine Erweiterung und schließlich wieder eine Engstelle auf. Diese Form wird durch Einbauten in den Strömungskanälen erzielt. Diese Einbauten sind im radial äußeren Drittel des Sichtradradius angeordnet. Sie liegen auf der in Rotationsrichtung vorderen Seite der Sichtradschaufeln.
Durch die beschriebene Ausformung der Strömungskanäle wird der sich aus dem einströmenden Sichtfluid bildende Sichtwirbel beidseitig begrenzt, sowie örtlich und zeitlich stabilisiert. Der Sichtwirbel wird durch die Engstellen in seiner Größe und örtlich im Strömungskanal definiert eingegrenzt. Außerdem ist er stabiler und weist weniger zeitliche Fluktuationen auf. Durch diese Maßnahmen wird definiert Einfluss auf die Feinheit genommen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sichtrads verlaufen die Sichtradschaufeln nicht exakt in radialer Richtung, sondern sind in einem Winkel zur radialen Richtung entgegen der Rotationsrichtung geneigt bzw. gedreht angeordnet, sodass sie überwiegend abweisend ausgerichtet sind. Die Sichtradschaufeln bilden dadurch einen Strömungskanal mit einem geknickten Verlauf aus, sodass der Strömungskanal in seiner Mittellage abweisend orientiert ist. In einer besonders bevorzugten Ausführung befindet sich der Knick der Sichtradschaufeln bzw. des Strömungskanals im äußeren radialen Drittel des Sichtrads bezogen auf den Sichtradradius.
Sofern sich die Sichtradschaufeln bis in die Nähe der Rotationsachse erstrecken, bleiben die Sichtradschaufeln im inneren Bereich radial ausgerichtet. Wohingegen die Sichtradschaufeln im äußeren Bereich zur radialen Richtung in einem Winkel geneigt bzw. gedreht angeordnet sind. Bevorzugt sind sie im radial äußeren Drittel, bezogen auf den Sichtradradius, der Strömungskanäle abweisend ausgerichtet.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung zeichnet sich durch einen stetigen Konturverlauf des speziell ausgeformten äußeren, abweisend orientierten Bereichs der Sichtradschaufeln aus, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Sichtradschaufeln von außen nach innen betrachtet zunächst eine Verengung aufweist, danach schließt sich eine Erweiterung an, bevor sich der Abstand wieder verengt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die den Strömungskanal begrenzenden Sichtradschaufeln ebenfalls abweisend orientiert, d.h. im radial äußeren Bereich der Schaufeln entgegen der Drehrichtung des Sichtrades geneigt. Auch hier sind die Schaufeln im radial äußeren Drittel des Strömungskanals, bezogen auf den Sichtradradius, abweisend orientiert. Hier ist der radial äußerste Bereich der Sichtradschaufel in Drehrichtung des Sichtrads nach vorn abgenickt. Das Abknicken nach vorn des äußersten Bereichs der Sichtradschaufeln kann dabei unterschiedlich stark ausgeprägt sein. Dieses äußerste Element, es stellt auch eine Einbaute dar, kann beispielsweise derart ausgeführt sein, dass es radial zur Sichtradachse ausgebildet ist. Des Weiteren weist die Sichtradschaufel eine weitere Einbaute im radial äußeren Drittel des Sichtradradius auf. Das äußerste Element und die Einbaute stellen die Verengungen zwischen der Erweiterung des Strömungskanals dar. Sie begrenzen den sich bildenden Sichtwirbel. Sie definieren den Ort und die Größe des Sichtwirbels.
In einer weiteren Aufführungsform ist das äußerste Element stärker nach vorn abgeknickt, als es einer radialen Orientierung zur Sichtradachse entspricht. Genauso kann das abgeknickte äußere Ende der Sichtradschaufel so schwach abgeknickt sein, dass es noch abweisend ausgeführt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schließt die von außen nach innen betrachtet äußere Einbaute, d.h. die außenliegende Verengung, mit dem Außenumfang des Sichtrades ab, unabhängig von dem Durchmesser der Haltescheiben z.B. von Deck- und Nabenscheibe.
In einer weiteren Ausführungsform des Sichtrades ist die Kontur im radial äußeren Drittel, bezogen auf den Sichtradradius, der Strömungskanäle bestehend aus einer Engstelle, einer Erweiterung und einer Engstelle im Querschnitt durch eine stetig gekrümmte Kurve ausgebildet.
In einer anderen Ausführungsform weist die speziell geformte Kontur Knicke, Ecken und Kanten auf, die durch das Zusammensetzen von zwei oder mehreren geraden, gekrümmten oder geknickten Teile durch ein geeignetes Fertigungsverfahren auftreten.
Unter einem stetigen Verlauf ist hier gemeint, dass die Kontur der Sichtradschaufeln im Bereich des Sichtwirbels ohne Ecken und Kanten geformt ist. Unter einem unstetigen Verlauf ist hier zu versehen, dass die Kontur der Sichtradschaufeln im Bereich des Sichtwirbels mindestens eine Kante oder einen Knick aufweist. Mit Knicken und Kanten können hier auch fertigungsbedingte Kanten wie z.B. Schweißnähte verstanden werden.
Die Einbauten haben im Querschnitt vorzugsweise quadratische, rechteckige oder dreieckige Form, es können jedoch, je nach Anwendungsfall auch jegliche andere Querschnittsformen Anwendung finden.
Die Einbauten und damit die speziell geformten Bereiche der Sichtradschaufeln erstrecken sich axial über deren gesamte Höhe. Das ist gleichbedeutend damit, dass sich die Kontur der Strömungskanäle über die gesamte axiale Höhe des Sichtrades erstreckt.
Die Einbauten bzw. die speziell geformten Bereiche der Sichtradschaufeln befinden sich bevorzugt auf einer gemeinsamen Kreisbahn um die Drehachse des Sichtrades, die in einem Bereich innerhalb des äußeren Drittels des Sichtradradius liegt.
Die Einbauten sind auf der in Drehrichtung des Sichtrades vorderen Seite der Sichtradschaufel angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die in Drehrichtung hintere Seite der Sichtradschaufel keine Einbauten auf.
Die Haltescheiben, zwischen denen die Sichtradschaufeln angeordnet sind, können als Deckscheiben und / oder Nabenscheiben ausgebildet sein. Die Deckscheibe ist bei einem einflutigen Sichtrad mit einem Feingutaustritt versehen. Sie ist bevorzugt ringförmig ausgestaltet.
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 entfallen die Deckscheiben in der Mitte des zweiflutigen Sichtrades, sodass es einen durchgehenden Innenbereich aufweist.
Die Strömungskanäle des Sichtrades weisen im radial äußeren Drittel des Sichtradradius mindestens eine von zwei Engstellen begrenzte Erweiterung auf. Die Verhältnisse der Abstände der Sichtradschaufeln an diesen Punkten lassen sich über die Bogenlängen an den Verengungen und der Erweiterung beschreiben.
Für das Verhältnis der Bogenlängen a, b und c gilt: $b > x \cdot (a + c) und a < b$
Es gilt r(a) > r(b) > r(c) > 2/3 r(s)
mit r(s): Sichtradradius.
a, b und c sind die Bogenlängen zwischen zwei benachbarten Sichtradschaufeln mit den zugehörigen Radien r(a), r(b) und r(c).
Die Bogenlänge a beschreibt den Abstand zwischen zwei benachbarten Sichtradschaufeln am Radius r(a) des Sichtrades auf Höhe der radial äußeren Verengung. Die Bogenlänge b beschreibt den größten Abstand zwischen den zwei benachbarten Sichtradschaufeln am Radius r(b) des Sichtrades. Es beschreibt den Abstand der Sichtradschaufeln an der Erweiterung zwischen den Verengungen. Die Bogenlänge c beschreibt den Abstand zwischen den zwei benachbarten Sichtradschaufeln am Radius r(c) des Sichtrades auf Höhe der radial inneren Verengung.
Der Faktor x hat einen Wert > 0,5, bevorzugt von 0,5 < x < 3.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass Einbauten im radial äußeren Drittel der Strömungskanäle, bezogen auf den Sichtradradius zu einer unerwünschten und unkontrollierten Wirbelbildung im radial inneren Bereich der Sichtradkanäle führen. Diese unerwünschten Wirbel beeinflussen das Sichtverhalten nachteilig. Diese unerwünschten Wirbel im radial inneren Bereich sind von der Drehrichtung her entgegengesetzt zu den, durch die Einbauten erwünschten Sichtwirbel orientiert. In Abhängigkeit der gewählten Betriebsbedingungen sind die unerwünschten Wirbel unterschiedlich stark ausgeprägt.
Unter Umständen können diese Wirbel so stark ausgeprägt sein, dass sie in die Sichtradmitte hereinreichen und von dort partikelbeladenes Sichtfluid in die Strömungskanäle zwischen den Sichtradschaufeln hineinsaugen. Im Zusammenwirken mit dem Sichtwirbel kann so Feingut in den Sichtraum um das Sichtrad herum ausgetragen werden.
Hierdurch entstehen instabile Strömungszustände bei der Sichtung, die das Erreichen höherer Feinheiten verhindern.
Um diese instabilen Strömungszustände zu verhindern weist das erfindungsgemäße Sichtrad 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 Einbauten führen dazu, dass die einzelnen Strömungskanäle mit gleicher bzw. zumindest ähnlicher Fluidmenge durchströmt werden.
Strömungssimulationen von Zentrifugalkraft-Windsichtern mit 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 Einbauten in den radial inneren zwei Drittel der Strömungskanäle, bezogen auf den Sichtradradius verhindern dies, indem der Wirbel durch die Einbauten radial nach innen begrenzt wird. Dadurch ist der Wirbel nicht nur innen begrenzt, sondern auch außen, nämlich durch die Einbauten, die den äußeren Sichtwirbel radial nach innen begrenzen.
Es ist deshalb vorteilhaft, wenn in den radial inneren zwei Drittel der Sichtradschaufeln, bezogen auf den Sichtradradius, ebenfalls Einbauten in den Sichtradkanälen vorgesehen sind, die diese Wirbelbildung kontrollieren und räumlich begrenzen. Durch die 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 Einbauten im äußeren Drittel der Strömungskanäle, bezogen auf den Sichtradradius, erstreckt. Dadurch können diese Einbauten das beobachtete Ausströmen bzw. Aussaugen von Sichtfluid und Partikeln aus der Sichtradmitte durch die Strömungskanäle nach außen aus dem Sichtrad heraus reduzieren.
Die Einbauten befinden sich vorzugsweise auf einer gemeinsamen Kreisbahn um die Drehachse des Sichtrades, die etwa in einem Bereich, der innerhalb der inneren zwei Drittel des Sichtradradius liegt.
Als Strömungsbrecher im radial innenliegenden Bereich der Sichtradschaufeln dienen Einbauten, deren Querschnitte vorzugsweise mehreckige (z.B. dreieckig, viereckig, bevorzugt quadratisch oder rechteckig) oder runde Form besitzen 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.
In alternativen Ausführungsformen erstrecken sich diese Einbauten nicht über die gesamte axiale Höhe der Sichtradschaufeln. In einer weiteren Ausführungsform befinden sich die Einbauten nicht auf einer gemeinsamen Kreisbahn um die Drehachse des Sichtrads.
In einer weiteren Ausführungsform ist der radiale Abstand dieser Einbauten zur Sichtradachse entlang der Höhe der Sichtradachse nicht konstant.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind die Einbauten so gestaltet, dass sie den Strömungskanal 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.
Die Einbauten können sich entweder auf beiden Seiten der Sichtradschaufeln befinden oder nur auf der in Sichtraddrehrichtung gesehenen Vorderseite oder Rückseite der Sichtradschaufeln.
Eine bevorzugte Variante der Einbauten schließt auf der Innenseite der Sichtradschaufeln mit diesen in etwa bündig oder bündig ab.
Die Größe und Ausformung der Einbauten kann je nach Anwendungsfall variieren. Es ist auch eine Kombination von zwei oder mehr verschieden ausgeformten Einbauten möglich.
Die Sichtradschaufeln und die Einbauten können aus einem Teil oder aus mehreren Teilen gefertigt sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Einbauten in den inneren zwei Dritteln des Sichtradradius 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 Einbauten begrenzen den Wirbel nach innen.
Um das Sichtergebnis und die Feinheit der Sichtung im erfindungsgemäßen Zentrifugalkraft-Windsichter weiter zu verbessern, wird das Sichtrad von einem Leitschaufelkranz umgeben, um diesem gezielt Sichtfluid zuzuführen.
Der Zentrifugal-Windsichter zum Trennen von Sichtgut in Feingut und Grobgut besitzt ein Gehäuse mit Sichtfluidzufuhr, Sichtgutzufuhr sowie Feingut- und Grobgutaustrag sowie Sichtfluidaustrag. Erweist ein drehangetriebenes Sichtrad und einen das Sichtrad umgebenden feststehenden Leitschaufelkranz auf. Zwischen Leitschaufelkranz und Sichtrad ist ein Ringraum angeordnet, der Sichtraum. Der Leitschaufelkranz leitet das Sichtfluid in definierter Weise dem Sichtrad zu. Erfindungsgemäß wird das Sichtrad durch das Sichtfluid, welches durch den Leitschaufelkranz strömt, entgegen seiner Drehrichtung angeströmt. Hierdurch wird erreicht, dass das Sichtfluid zusammen mit dem darin dispergierten Sichtgut außerhalb des Sichtrads vorbeschleunigt wird, wodurch höhere Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Sichtrad und dem auf das Sichtrad zuströmenden partikelbeladenen Fluidstrom erreicht werden. Diese höheren Relativgeschwindigkeiten des anströmenden Fluids in Bezug auf das Sichtrad lassen wiederum eine höhere Geschwindigkeit im Sichtwirbel des Sichtrads zu. Dies tritt insbesondere bei Starrkörperwirbelsichträdern auf, wie sie in DE 198 40 344 A1 offenbart sind. Die Einbauten in den Strömungskanälen des Sichtrades beeinflussen die Sichtwirbelbildung positiv. Verstärkt wird dieser Effekt, wenn der Sichtwirbel beidseitig von Einbauten begrenzt wird, d.h. dass der Strömungskanal von außen nach innen gesehen zunächst eine Verengung, dann eine Erweiterung und schließlich wieder eine Verengung aufweist. Diese sind die im äußeren radialen Drittel des Strömungskanals angeordnet, bezogen auf den Sichtradradius. Dadurch können höhere Feinheiten erreicht werden.
Damit lassen sich durch die Anströmung des Sichtfluids entgegen der Drehrichtung des Sichtrads vor allem bei Starrkörperwirbelsichträdern höhere Feinheiten realisieren, ohne dass dafür das Sichtrad selbst schneller drehen muss. Außerdem kommt es infolge der gegensätzlich gerichteten Drehung des Sichtrads und des anströmenden Sichtfluids zur Ausbildung einer hochturbulenten Strömung im Sichtraum. Im Sichtraum herrschen aufgrund des hohen Geschwindigkeitsgradienten sehr hohe Scherkräfte, die auf das Sichtgut, welches sich hier befindet, wirken. Diese Scherkräfte wiederum haben zur Folge, dass das Sichtgut einer guten Dispergierung in direkter Nähe zum Sichtrad und damit zur Sichtzone unterzogen wird. Dadurch wird eine sehr gute Sichtgüte erreicht, die sich unter anderem durch einen sehr hohen Feingutauszug des Sichters bemerkbar macht. Außerdem wird der gute Feingutauszug dadurch unterstützt, dass die Dispergierzone direkt am Sichtrad ist und die dispergierten Partikel keinen weiten Weg zurücklegen müssen, auf dem sie wieder reagglomerieren können.
Bei Windsichtern mit Potentialwirbelsichträdern ist der Effekt der Geschwindigkeitsüberhöhung in den Strömungskanälen zwischen den Sichtradschaufeln nicht so stark ausgeprägt. Jedoch wirken sich auch hier die hohen Scherkräfte infolge einer gegensätzlichen Anströmung des Sichtfluids zur Drehrichtung des Sichtrads auf eine verbesserte Dispergierung aus.
Die Strömungskanäle des Leitschaufelkranzes sind idealerweise nahezu tangential zum umschlossenen Sichtrad ausgeführt, um eine möglichst hohe Tangentialgeschwindigkeit des Sichtfluids zu erreichen.
Somit sind die Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes so zum innenliegenden Sichtrad ausgerichtet, dass die tangentiale Komponente der Ausströmrichtung des Sichtfluids größer ist als seine radiale Komponente ist.
In einer bevorzugten Ausführung wird eine derartige gezielte Anströmung von Sichtfluid durch einen Leitschaufelkranz erreicht, welcher sich kreisförmig um den gesamten Umfang des Sichtrads herum erstreckt und sich über die gesamte axiale Ausdehnung des Sichtrads erstreckt. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird ein derartiger Leitschaufelkranz in Kombination mit mindestens einer axialen Transportwendel verwendet, welche sich im Sichtraum zwischen Sichtrad und Leitschaufelkranz befindet. Die Transportwendel erstreckt sich zumindest teilweise über die axiale Ausdehnung des Sichtraumes. Dadurch wird ein gezielter Abtransport des ausgesichteten Grobgutes aus der Sichtzone ermöglicht, was zu einer weiteren Verbesserung der Sichtgüte führt.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes neben der radialen und tangentialen Richtungskomponente auch eine axiale Richtungskomponente auf. Diese zwingt dem durch den Leitschaufelkranz strömenden Sichtfluid eine axiale Strömungskomponente auf, welche den gezielten Abtransport des ausgesichteten und vom Sichtrad abgewiesenen Grobgutes aus der Sichtzone unterstützt.
Des Weiteren ist der Leitschaufelkranz bevorzugt so ausgeführt, dass sich der durchströmte Querschnitt zwischen den Leitschaufeln in Durchströmungsrichtung verengt. Das Sichtfluid wird somit aufgrund der sich verengenden durchströmten Querschnittsflächen bei der radialen Durchströmung des Leitschaufelkranzes beschleunigt auf das Sichtrad zuströmen.
Der Leitschaufelkranz wird wahlweise nur vom Sichtfluid oder vom Sichtfluid und dem darin dispergierten Sichtgut durchströmt.
Das Aufgabegut zur Sichtung wird bevorzugt durch eine geeignete Dosiereinrichtung direkt in den Ringspalt, dem Sichtraum zwischen Leitschaufelkranz und Sichtrad aufgegeben, insbesondere dann, wenn in diesem Ringspalt eine axiale Transportwendel eingebaut ist. In diesem Fall wird der Leitschaufelkranz nur von Sichtfluid durchströmt.
Als Dosiereinrichtung kann ein Injektor oder jede andere geeignete Dosiereinrichtung eingesetzt werden, um das Aufgabegut in den Ringspalt einzubringen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Trennung von einem in einem Sichtfluid dispergierten Sichtgut in eine Feinfraktion und eine Grobfraktion in einem Zentrifugalkraft-Windsichter. Im Sichtrad des erfindungsgemäßen Zentrifugalkraft-Windsichters, wie oben beschrieben, bildet sich durch die Kontur der Strömungskanäle, hervorgerufen durch die Einbauten, ein Sichtwirbel aus dem einströmenden Sichtfluid aus. Der Sichtwirbel ist beidseitig von Einbauten begrenzt. Dieser Sichtwirbel weist eine Strömungsgeschwindigkeit auf, die höher ist als wenn der Sichtwirbel nur innen einseitig von Einbauten begrenzt wird. Er ist dadurch stabiler und weist weniger zeitliche Fluktuationen auf.
Durch die beschriebene Ausformung der Strömungskanäle wird erreicht, dass die Freiheitsgrade des partikelbeladenen Sichtfluids bei der Anströmung auf das Sichtrad auf eine derart vorteilhafte Art und Weise einschränkt werden, dass der Impuls des anströmenden Sichtfluids möglichst vollständig in eine hohe Geschwindigkeit im Sichtwirbel umgesetzt werden kann.
Dies wird dadurch erreicht, indem dem partikelbeladenen Sichtfluid die Umlenkung an den in Drehrichtung des Sichtrads geformten Schaufeln aufgezwungen wird. Durch die geometriebedingte Unterstützung der Strömungsumlenkung kann der Impuls besser in eine Geschwindigkeitsüberhöhung umgesetzt werden, da die Verluste für die Umlenkung der Strömung deutlich niedriger sind.
Zwischen den Sichtradschaufeln bildet sich eine Sichtzone aus, die sich zwischen zwei Staupunkten befindet, wobei sich der erste Staupunkt auf der in Sichtraddrehrichtung vorderen Seite der Sichtradschaufeln befindet. Der Zweite Staupunkt liegt folglich auf der in Sichtraddrehrichtung hinteren Seite der Sichtradschaufeln des Sichtrads. Die Staupunkte begrenzen die Wirbelgröße. Dadurch können höhere Feinheiten sowie ein höherer Feingutauszug erreicht werden.
Durch den stetigen Konturverlauf der speziell ausgeformten Strömungskanäle, welche das Sichtfluid um nahezu 180° umlenkt, ist diese Variante besonders gut aerodynamisch geeignet und setzt den Impuls des anströmenden Fluids am effektivsten in eine Geschwindigkeitsüberhöhung des Fluids im Sichtwirbel um. Idealerweise kann so eine Strömungsgeschwindigkeit im Sichtwirbel erreicht werden, die der doppelten Umfangsgeschwindigkeit des Sichtrads entspricht.
Die 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 offenbarten Sichtrad.
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 Sichtschaufelenden den Impuls des anströmenden Fluids nicht so effizient umsetzen, sind dort die Geschwindigkeitsüberhöhungen im Vergleich zu stetigen Konturen niedriger, aber sie sind wirtschaftlicher in der Herstellung.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Trennung von einem in einem Sichtfluid dispergierten Sichtgut in eine Feinfraktion und eine Grobfraktion wird das Sichtrad des Zentrifugalkraft-Windsichter von einem Leitschaufelkranz umgeben. Die Trennung erfolgt in einem Zentrifugalkraft-Windsichter mit einem Sichtrad und einem dieses umgebenden Leitschaufelkranzes zur Zuführung des Sichtfluids zum Sichtrad, welcher bevorzugt koaxial zum Sichtrad angeordnet ist. Zwischen Sichtrad und Leitschaufelkranz ist ein ringraumförmiger Sichtraum ausgebildet Der Leitschaufelkranz wird radial von außen nach innen vom Sichtfluid durchströmt. Die Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes sind so geneigt, dass das Sichtrad entgegen seiner Drehrichtung von dem Sichtfluid und dem darin dispergierten Sichtgut angeströmt wird. Das Sichtfluid wird aufgrund der sich verengenden Querschnittsflächen zwischen den Leitschaufeln bei der radialen Durchströmung des Schaufelkranzes beschleunigt und strömt so auf das Sichtrad zu. Im Sichtraum zwischen Leitschaufelkranz und Sichtrad herrscht so eine hochturbulente Scherströmung zur Dispergierung des Sichtgutes im Sichtfluid.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die turbulente Scherströmung die gesamte axiale Ausdehnung des Sichtrades.
Das Sichtgut kann zusammen mit dem Sichtfluid (z.B. Sichtluft) durch den Leitschaufelkranz der Sichtzone zugeführt werden. In einer anderen Ausführungsform wird das Sichtgut getrennt vom Sichtfluid der Sichtzone zugeführt.
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 Sichtrades des erfindungsgemäßen Zentrifugalkraft-Windsichters
2 a: Ansicht im Achsnormalschnitt des Sichtrades mit Strömungskanälen mit stetiger Kontur
2 b: Ansicht im Achsnormalschnitt des Sichtrades mit Strömungskanälen mit unstetiger Kontur
3: Ausschnitt im Achsnormalschnitt des Sichtrades mit den erfindungsgemäßen Strömungskanälen
4 a: Ausschnitt im Achsnormalschnitt des Sichtrades mit Strömungskanälen mit inneren Einbauten
4 b: Ausschnitt im Achsnormalschnitt des Sichtrades mit Strömungskanälen mit inneren Einbauten die mit den Sichtradschaufelenden abschließen.
4 c: Ausschnitt im Achsnormalschnitt des Sichtrades mit Strömungskanälen mit inneren Einbauten die zusammen mit den Sichtradschaufeln eine Spitze bilden
5 a: skizzenhafte Darstellung eines Starrkörperwirbel-Sichtrades mit umgebendem Leitschaufelkranz für einen Zentrifugalkraft-Windsichter im Achsnormalschnitt
5 b: skizzenhafte Darstellung eines Potentialwirbel-Sichtrades mit umgebendem Leitschaufelkranz für einen Zentrifugalkraft-Windsichter im Achsnormalschnitt

Die Erfindung betrifft ein Zentrifugalkraft-Windsichter zum Trennen von Sichtgut in Feingut und Grobgut, mit einem Gehäuse mit Sichtfluidzufuhr, Sichtgutzufuhr, Feingutaustrag, Grobgutaustrag und Sichtfluidaustrag, und mit einem antreibbaren Sichtrad (10).
Die 1 zeigt ein Sichtrad (10) des Zentrifugalkraft-Windsichter. Es umfasst eine die Sichtradnabe (1) tragende Nabenscheibe (2) und eine Deckscheibe (4) mit Feingutaustritt. Die Deckscheibe ist hier ringförmig ausgeführt. Zwischen diesen Scheiben 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 durch Einbauten (5a, 5b) speziell ausgebildet sind.
Die 2 a zeigt ein Sichtrad (10) mit der erfindungsgemäßen Kontur der Strömungskanäle (6). Die Strömungskanäle (6) weisen eine stetige Kontur auf. Beim Sichtrad (10) in 2 a verlaufen die Sichtradschaufeln (3) im radial äußeren Drittel des Sichtradradius nicht exakt in radialer Richtung, sondern sind in einem Winkel zur radialen Richtung entgegen der Rotationsrichtung des Sichtrads (10) geneigt angeordnet. Es zeichnet sich durch einen stetigen Konturverlauf der speziell ausgeformten äußeren Bereiche der Sichtradschaufeln (3) aus, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Sichtradschaufeln (3) von außen nach innen betrachtet zunächst eine Verengung aufweist, danach schließt sich eine Erweiterung an bevor sich der Abstand wieder verengt. Diese Verengung, Erweiterung und Verengung der Strömungskanäle (6) wird durch Einbauten (5a, 5b) auf den Sichtradschaufeln (3) realisiert, die in die Strömungskanäle (6) hineinragen.
Die Einbauten (5a, 5b) sind in Rotationsrichtung an den vorderen Begrenzungsflächen jeder Sichtradschaufel (3) angeordnet. Auf der in Rotationsrichtung hinteren Begrenzungsfläche befinden sich keine Einbauten.
Die Einbauten (5a, 5b) weisen hier von außen nach innen des Strömungskanals (6) betrachtet sowohl für die äußeren als auch für die inneren Einbauten einen dreieckigen Querschnitt auf.
Auch beim Sichtrad (10) in 2 b verlaufen die Sichtradschaufeln (3) im radial äußeren Drittel des Sichtradradius nicht exakt in radialer Richtung, sondern sind in einem Winkel zur radialen Richtung entgegen der Rotationsrichtung geneigt angeordnet.
Die Strömungskanäle (6) weisen von außen nach innen betrachtet eine Verengung, eine Erweiterung und eine Verengung auf. Die Kontur der Strömungskanäle ist unstetig, sie weist Kanten, Ecken und Vorsprünge auf. Das Sichtrad (10) weist in Drehrichtung des Sichtrads (10) nach vorn abgeknickte Elemente (5a) des radial äußersten Bereichs der Sichtradschaufel auf, die die äußere Verengung darstellen. Das Abknicken nach vorn des äußersten Bereichs der Sichtradschaufeln (3) kann dabei unterschiedlich stark ausgeprägt sein. Es kann beispielsweise wie in der Abbildung gezeigt, derart ausgeführt sein, dass es radial zur Sichtradachse ausgebildet ist. Es kann auch so ausgeführt sein, dass das äußerste Element (5a) stärker nach vorn abgeknickt ist, als es einer radialen Orientierung zur Sichtradachse entspricht.
Die Einbauten (5a, 5b) weisen hier von außen nach innen des Strömungskanals (6) betrachtet bei den äußeren Einbauten (5a) einen dreieckigen Querschnitt und bei den innen Einbauten (5b) einen viereckigen Querschnitt auf. Sie bilden die Verengungen, dazwischen liegt die Erweiterung des Strömungskanals (6).
Die Einbauten (5a, 5b) erstrecken sich axial über die gesamte Schaufelhöhe. Sie können z.B. durch Schweißen, Löten oder Kleben mit den Begrenzungsflächen der Sichtradschaufeln (3) verbunden werden.
Die Einbauten (5a, 5b) befinden sich vorzugsweise jeweils auf einer gemeinsamen radialen Kreisbahn um die Drehachse des Sichtrades (10), die etwa in einem Bereich innerhalb dem äußeren Drittel des Sichtradradius liegt. Die äußeren Einbauten (5a) liegen am Außenumfang des Sichtrades (10).
3 zeigt einen Ausschnitt aus einem Sichtradquerschnitt. Es sind drei Sichtradschaufeln mit den dazwischenliegenden Strömungskanälen mit den Einbauten 5a und 5b dargestellt, sie begrenzen als radial äußere und radial innere Verengung die dazwischen liegende Erweiterung. Die Verengungen die als Einbauten ausgeführt und können aus gleichem oder anderem Material sein als die Sichtradschaufeln.
Die Bogenlänge a beschreibt den Abstand zwischen zwei benachbarten Sichtradschaufeln mit dem zugehörigen Radius r(a) an der äußeren Verengung auf Höhe der Einbaute 5a. In dieser bevorzugten Ausführungsform entspricht der Radius r(a) dem Sichtradradius r(s).
Die Bogenlänge b beschreibt den Abstand zwischen zwei benachbarten Sichtradschaufeln mit dem zugehörigen Radius r(b) an der größten Stelle der Erweiterung.
Die Bogenlänge c beschreibt den Abstand zwischen zwei benachbarten Sichtradschaufeln mit dem zugehörigen Radius r(c) an der inneren Verengung auf Höhe der Einbaute 5b.
Die Radien r(a), r(b), und r(c) sind größer als 2/3 des Sichtradradius r(s), da die Einbauten im radial äußeren Drittel des Sichtradradius vorgesehen sind.
Für die Bogenlänge b gilt: b>x · (a + c) und a < b.
Für den Faktor x gilt x > 0,5 und bevorzugt 0,5 < x <3.
In den 4 a bis 4 c sind Ausschnitte von Querschnitten von Sichträdern (10) gezeigt die zusätzlich zu den äußeren bekannten Einbauten (5) im äußeren Bereich der Strömungskanäle (6) auch 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.
Durch diese Kombination von innenliegenden Einbauten (7) und außenliegenden 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, wodurch eine Stabilisierung der Sichtraddurchströmung erreicht wird. Der Verlauf des ungestörten Feingutstroms von außen nach innen ist durch den dicken Pfeil in den 4 a, 4 b und 4 c dargestellt.
Die Einbauten (7) befinden sich vorzugsweise auf einer gemeinsamen radialen Kreisbahn, die in einem Bereich, der innerhalb der inneren zwei Drittel des Sichtradradius liegt.
In 4 a sind die 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).
4 b zeigt eine weitere Ausführungsform der 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 Einbauten (7) befinden sich nur auf einer Seite des Strömungskanals (6). Die Einbauten (7) schließen auf der Innenseite der Sichtradschaufeln (3) mit diesem fast bündig ab. Sie können auch bündig abschließen.
In 4 c sind die die inneren Einbauten (7) so ausgeführt, dass die Einbauten (7) zusammen mit den Sichtradschaufeln (3) nach radial innen in einer Spitze zusammenlaufen, dies verhindert Materialablagerungen an den inneren Sichtradschaufelkanten.
Die 5 a zeigt ein Sichtrad (10) eines Zentrifugalkraft-Windsichters mit einem das Sichtrad (10) umgebenden Leitschaufelkranz (8) und der Anströmsituation des Sichtfluids. Das Sichtrad (10) wird koaxial von einem Leitschaufelkranz (8) umgeben. Der Leitzschaufelkranz (8) weist kranzförmig und gleichmäßig um den Umfang beabstandete Leitschaufeln (9) auf, die von radial außen nach innen von dem Sichtfluid durchströmt werden. Die Leitschaufeln (9) haben mindestens die gleiche axiale Höhe wie das Sichtrad (10).
Das Sichtrad (10) umfasst eine die Sichtradnabe (1) tragende Nabenscheibe (2) und eine Deckscheibe mit Feingutaustritt. Die Deckscheibe ist hier ringförmig ausgeführt. Zwischen diesen Scheiben 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 Sichtrad (10) weist Strömungskanäle (6) auf, die im äußeren radialen Drittel, bezogen auf den Sichtradradius, Einbauten (5) aufweisen.
Der Ringraum (11) zwischen dem Außendurchmesser des Sichtrades (10) und dem Innendurchmesser des Leitschaufelkranzes (8) bildet über die axiale Höhe des Sichtrades (10) den Sichtraum (11). In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Sichtraum (11) vom Sichtgut in axialer Richtung durchströmt.
Senkrecht zum Sichtgutstrom verläuft die Sichtfluidströmung in radialer Richtung. Das Sichtfluid gelangt vom Sichtfluideintritt horizontal durch den feststehenden Leitschaufelkranz (8) in den Sichtraum (11) und durchströmt ihn senkrecht zum Sichtgutstrom. Wobei ein Teil des Sichtfluids für die Dispergierung des Sichtgutes benötigt wird und kommt folglich mit dem Sichtgutstrom in den ringförmigen Sichtraum (11).
Die Leitschaufeln (9) sind so angeordnet, dass das Sichtfluid das Sichtrad (10) entgegen seiner Drehrichtung anströmt.
Die Strömungskanäle zwischen den Leitschaufeln (9) des Leitschaufelkranzes (8) sind idealerweise nahezu tangential zum umschlossenen Sichtrad (10) ausgeführt, um eine möglichst hohe Tangentialgeschwindigkeit des Sichtfluids zu erreichen.
Der durchströmte Querschnitt zwischen den Leitschaufeln (8) verengt sich in Durchströmungsrichtung, damit das Sichtfluid beschleunigt wird.
5 b zeigt die Anströmsituation in einem Windsichter für ein Potentialwirbel-Sichtrad (10) mit Leitschaufelkranz (8), wobei das Sichtrad (10) ebenfalls entgegen seiner Drehrichtung angeströmt wird.
Bezugszeichenliste

(1): Sichtradnabe
(2): Nabenscheibe
(3): Sichtradschaufeln
(4): Deckscheibe
(5, 5a, 5b, 7): Einbauten
(6): Strömungskanäle
(8): Leitschaufelkranz
(9): Leitschaufel
(10): Sichtrad
(11): Sichtraum

Claims

Zentrifugalkraft-Windsichter zum Trennen von Sichtgut in Feingut und Grobgut, mit einem Gehäuse mit Sichtfluidzufuhr, Sichtgutzufuhr, Feingutaustrag, Grobgutaustrag und Sichtfluidaustrag, und mit einem drehangetriebenen Sichtrad (10) - welches von einem Sichtfluid entgegen seiner Schleuderrichtung von außen nach innen durchströmt wird, - welches kranzförmig angeordnete Sichtradschaufeln (3) aufweist, - die zwischen Haltescheiben angeordnet sind, - wobei Strömungskanäle (6) zwischen den Sichtradschaufeln (3) durch die in einem Abstand zueinander und in Richtung der Drehachse verlaufenden Flächen der Sichtradschaufeln (3) gebildet werden, - wobei den Strömungsverlauf beeinflussende Einbauten innerhalb der Strömungskanäle (6) angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass - auf der in Rotationsrichtung vorderen Seite der Sichtradschaufel (3) im radial äußeren Drittel des Sichtradradius Einbauten (5a, 5b) vorgesehen sind, - sodass die Strömungskanäle (6) zwischen den Sichtradschaufeln (3) zunächst eine Engstelle, dann eine Erweiterung und wieder eine Engstelle aufweisen, - sodass die Engstellen den sich aus dem einströmenden Sichtfluid bildenden Sichtwirbel begrenzen.
Zentrifugalkraft-Windsichter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sichtradschaufeln (3) des Sichtrades (10) im radial äußeren Drittel des Sichtradradius überwiegend abweisend ausgerichtet sind und in den radial inneren zwei Dritteln des Sichtradradius überwiegend radial ausgerichtet sind.
Zentrifugalkraft-Windsichter nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Strömungskanals (6) im radial äußeren Drittel des Sichtradradius bestehend aus einer Engstelle, einer Erweiterung und einer Engstelle im Querschnitt durch eine stetige gekrümmte Kurve ausgebildet ist.
Zentrifugalkraft-Windsichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Haltescheiben als mindestens eine die Sichtradnabe (1) tragende Nabenscheibe (2), einer Deckscheibe (4) mit Feingutaustritt und / oder als gegenüberliegende Feingutaustritte ausgebildet sind.
Zentrifugalkraft-Windsichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (6) in Richtung der Drehachse des Sichtrades zusätzlich Einbauten (7) aufweisen, wobei die Einbauten (7) in den radial inneren zwei Drittel des Strömungskanals (6) bezogen auf den Sichtradradius und auf einer Kreisbahn um die Drehachse des Sichtrades angeordnet sind, wobei die Einbauten (7) an einer oder beiden Seiten der begrenzenden Sichtradschaufeln (3) des Strömungskanals (6) angeordnet sind.
Zentrifugalkraft-Windsichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten (5, 5a, 5b, 7) einen mehreckigen oder runden Querschnitt aufweisen oder eine Kombination davon.
Zentrifugalkraft-Windsichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einbauten (5, 5a, 5b, 7) in den Strömungskanälen (6) des Sichtrades (10) über die gesamte axiale Höhe des Sichtrades (10) erstrecken.
Zentrifugalkraft-Windsichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Sichtrad von einem feststehenden Leitschaufelkranz (8) mit Leitschaufeln (9) zur Zuführung des Sichtfluids zum Sichtrad (10) umgeben ist, wobei zwischen Sichtrad (10) und Leitschaufelkranz (8) ein ringraumförmiger Sichtraum (11) ausgebildet ist und dieser radial von außen nach innen vom Sichtfluid durchströmt wird und die Leitschaufeln (9) des Leitschaufelkranzes (8) so geneigt sind, dass das Sichtrad (10) entgegen seiner Drehrichtung vom Sichtfluid und dem darin dispergierten Sichtgut anströmbar ist.
Zentrifugalkraft-Windsichter nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle zwischen den Leitschaufeln (9) des Leitschaufelkranzes (8) so zum innenliegenden Sichtrad (10) ausgerichtet sind, dass die tangentiale Richtungskomponente größer als ihre radiale Richtungskomponente ist.
Zentrifugalkraft-Windsichter nach Anspruch 8 und 9 dadurch gekennzeichnet, dass sich der Leitschaufelkranz (8) über die axiale Ausdehnung des eingeschlossenen Sichtrads (10) erstreckt.
Zentrifugalkraft-Windsichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass im Sichtraum (11) zwischen Leitschaufelkranz (8) und Sichtrad (10) mindestens eine axiale Transportwendel eingebaut ist, die sich über die axiale Ausdehnung des Sichtrads (10) erstreckt.
Verfahren zur Trennung von in einem Sichtfluid dispergiertem Sichtgut in eine Fein- und eine Grobfraktion in einen Zentrifugalkraft-Windsichter mit einem drehangetriebenen Sichtrad (10) - welches von einem Sichtfluid entgegen seiner Schleuderrichtung von außen nach innen durchströmt wird, - welches kranzförmig angeordnete Sichtradschaufeln (3) aufweist, - die zwischen Haltescheiben angeordnet sind, - wobei Strömungskanäle (6) zwischen den Sichtradschaufeln (3) durch die in einem Abstand zueinander und in Richtung der Drehachse verlaufenden Flächen der Sichtradschaufeln (3) gebildet werden, - wobei den Strömungsverlauf beeinflussende Einbauten innerhalb der Strömungskanäle (6) angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass - auf der in Rotationsrichtung vorderen Seite der Sichtradschaufel (3) im radial äußeren Drittel des Sichtradradius Einbauten (5a, 5b) vorgesehen sind, - sodass die Strömungskanäle (6) zwischen den Sichtradschaufeln (3) zunächst eine Engstelle, dann eine Erweiterung und wieder eine Engstelle aufweist und - wobei durch die Einbauten (5a, 5b) an den Sichtradschaufeln (3) im Bereich innerhalb des äußeren Drittels des Sichtradradius dafür gesorgt wird, dass die Sichtwirbel, die sich in dem in die Strömungskanäle (6) einströmenden Sichtfluid bilden und von den Einbauten (5a, 5b) beidseitig begrenzt werden, eine Strömungsgeschwindigkeit aufweisen, die höher ist als wenn die Sichtwirbel nur innen einseitig von Einbauten (5b) begrenzt werden.
Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass - durch Einbauten (5, 7) an den Sichtradschaufeln (3) im Bereich innerhalb des äußeren Drittels und innerhalb in den radial inneren zwei Drittel des Strömungskanals (6) bezogen auf den Sichtradradius dafür gesorgt wird, - dass die Wirbel, die sich in dem in die Strömungskanäle (3) einströmenden Sichtfluid radial vor den radial äußeren Einbauten (5) und zwischen dieser und den weiter innenliegenden Einbauten (7) bildet, unterschiedliche Drehrichtung aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 und 13 dadurch gekennzeichnet, dass - das Sichtrad (10) von einem feststehenden Leitschaufelkranz (8) mit Leitschaufeln (9) zur Zuführung des Sichtfluids zum Sichtrad (10) umgeben ist, wobei zwischen Sichtrad (10) und Leitschaufelkranz (8) ein ringraumförmiger Sichtraum (11) ausgebildet ist und dieser radial von außen nach innen vom Sichtfluid durchströmt wird - wobei die Leitschaufeln (9) des Leitschaufelkranzes (9) so geneigt sind, dass das Sichtrad (10) entgegen seiner Drehrichtung vom Sichtfluid und dem darin dispergierten Sichtgut angeströmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass im Sichtraum (11) zwischen Leitschaufelkranz (8) und Sichtrad (10) eine hoch turbulente Scherströmung zur Dispergierung des Sichtgutes ausgebildet wird.