DE1029299B - Zentrifuge mit Einrichtung zur Gaskuehlung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Gaskühlung von in Gehäusen umlaufenden Zentrifugen-Rotoren, die es ermöglicht, Rotoren, insbesondere solche massiver und geschlossener Bauart, auch bei 10 000 U/min erheblich übersteigenden Drehzahlen so wirksam zu kühlen, daß die bisher für Maschinen mit solchen Drehzahlen als unentbehrlich erachteten Kühleinrichtungen für die meisten Verwendungszwecke entbehrlich werden oder doch erheblich kleiner dimensioniert werden können. to

Es ist bekannt, daß umlaufende Zentrifugen-Rotoren eine mehr oder weniger ausgeprägte Schleuderwirkung auf die sie umgebende Gasatmosphäre ausüben, die zum Kühlen der Rotoren verwendet werden kann. Die Wirksamkeit der bekannten Anordnungen dieser Art nimmt jedoch mit steigender Drehzahl rasch ab. Versuche, diese Schwierigkeit zu überwinden, führten zu dem überraschenden Ergebnis, daß auch ohne zusätzliche Kühleinrichtungen eine wirksame Gaskühlung bei höheren Drehzahlen, insbesondere bei solchen über 10 000 U/min, erzielt werden kann, wenn die Rotorformen und -abstützungen derart ausgebildet werden, daß eine mindestens annähernd symmetrische zweiseitige Axialbelüftung ermöglicht wird und die Entlüftung der Rotoren tangential in der Ebene ihres größten Durchmessers erfolgt.

Dem Erfindungsgedanken kann in der Weise entsprochen werden, daß — für höhere Drehzahlen ohnehin erwünschte — schlanke Massivrotoren verwendet und diese durch eine Zwischenwelle von mindestens der halben axialen Rotorlänge vom Antriebmotor distanziert werden, womit sich eine zweiseitige axiale Belüftung ermöglichen läßt. Diese Distanzierung setzt allerdings voraus, daß die Rotoren getrennt gelagert und über eine Kreuzgelenkwelle od. dgl. angetrieben werden, sofern man sie nicht über eine elastische Zwischenwelle überkritisch betreiben will.

Ferner ist es erforderlich, daß das den Rotor umschließende Gehäuse axiale Gaseintritt- und radiale Gasaustrittöffnungen, letztere in Höhe des größten Rotordurchmessers, erhält. Dient dieses Gehäuse gleichzeitig als Schutzmantel, so ist es im Vergleich mit den sonstigen geschlossenen Gehäusen starkwandiger und mit einem größeren Durchmesser auszuführen, damit Unfall- und Berührungsschutz gewährleistet bleiben.

Die gleichzeitige Verwendung des erfindungsgemäß mit axialen und radialen Öffnungen versehenen Gehäuses als Schutzmantel setzt die Kühlung der Rotoren mit Raumluft voraus; sie hat sich für kleinere Einheiten mit einem Roforfassungsvermögen bis höchstens 2 Liter als zweckmäßig erwiesen.

Für Einheiten von über 1 Liter Rotorinhalt sowie für solche, die mit extrem hohen Drehzahlen betrieben Zentrifuge mit Einrichtung zur Gaskühlung

Anmelder:
Sandoz A. G._r Basel (Schweiz)

Vertreter: Dr. W. Schalk und Dipl.-Ing. P. Wirth,

Patentanwälte,
Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 4. September 1953

Dr. Erwin Wiedemann, Riehen (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

werden, wie Ultrazentrifugen mit Drehzahlen von 60 000 U/min und darüber, kann es zweckmäßiger sein, einen mindestens teilweise geschlossenen Gaskreislauf, gegebenenfalls unter Verwendung leichter· Gase, wie Wasserstoff, Helium u. dgl., als Wärmeträger im Sinne der Erfindung vorzusehen. Ermöglicht wird dies durch die Verwendung zweier konzentrischer Mäntel, von denen zweckmäßigerweise der äußere ganz geschlossen ist und nur die erforderlichen Leitungsdurchführungen enthält, während der innere die axialen und radialen Öffnungen gemäß der Erfindung aufweist. Das von der Rotorperipherie abgeschleuderte Gas gelangt dann durch die radialen Öffnungen des inneren Mantels in den Raum zwischen beiden Mänteln, wird dort mit Hilfe von Ablenkblechen, die Bestandteil des inneren Mantels sein können, nach oben und unten geführt, passiert gegebenenfalls zwischen beiden Mänteln angeordnete Kühlelemente (Wärmeaustauscher) und wird schließlich nach nochmaliger Umlenkung von oben und unten her dem Rotor wieder axial zugeführt, wobei die beiden Gasströme nötigenfalls auf an sich bekannte Weise mittels Gebläse, vorzugsweise Axialgebläse, von denen mindestens eines von dem den Rotor antreibenden Motor getrieben sein kann, beschleunigt sein können.

Es sei bemerkt, daß für den Fall des mindestens teilweise geschlossenen Gaskreislaufs die Form des erfindungsgemäß durchgebildeten Mantels zugunsten einer strömungstechnisch guten Durchbildung erheblich von der Grundform des beidseits offenen und

809 506/72

Claims (7)

peripher mit öffnungen versehenen geraden Kreiszylinders abweichen kann; für den Sonderfall des Betriebs mit leichten Gasen als Wärmeübertrager kann er weiter zugleich als Kühlelement (Wärmeaustauscher) durchgebildet sein. Eine einfache Ausführungsform der Erfindung, wie sie für luftgekühlte Zentrifugen bis zu einem Rotorinhalt von höchstens 2 Liter in Frage kommt, ist in der Zeichnung im Schnitt dargestellt. R zeigt einen Rotor, dessen Form so durchgebildet ist, daß sie eine zweiseitige axiale Belüftung ermöglicht (stetige Dickenabnahme mit abnehmendem Radius auf beiden Seiten). Z stellt eine Zwischenwelle dar, die den erforderlichen Abstand von mindestens der halben axialen Rotorlänge zwischen Antriebmotor und Rotor herstellt (stehende Rotoranordnung; es könnte ebensogut auch eine hängende Rotoranordnung gewählt sein). M zeigt den Schutzmantel, dessen Deckel und Boden axiale öffnungen aufweisen und der in der Höhe des größten Rotordurchmessers eine Anzahl Entlüftungsschlitze 6" besitzt. Beim Betrieb dieser Maschine entsteht, entsprechend den eingezeichneten Pfeilen, durch die tangentiale Luftabführung am größten Durchmesser des Rotors ein Sog, der die erfindungsgemäße axiale Luftzuführung von oben und unten her zur Folge hat. Hierdurch tritt eine sehr wirksame Kühlung des Rotors ein, wie sie durch die nachfolgenden, mit dieser Maschine ausgeführten Messungen belegt wird. Werden die Entlüftungsschlitze S geschlossen, so tritt bei einer Drehzahl von 15 000 U/min eine rasche und erhebliche Erwärmung des Rotors und seines Inhaltes ein, die nach wenigen Minuten 30° C über Raumtemperatur erreicht. Wird die Luftzufuhr von oben oder von unten her unterdrückt, also eine nur einseitige Belüftung des Rotors bewirkt, so ist nach einigen Minuten Betrieb bei der gleichen Drehzahl eine Erwärmung des Rotors um etwa 15° C über Raumtemperatur festzustellen. Wird die Maschine aber mit beidseitigar Rotorbelüftung betrieben, so beträgt die Erwärmung des Rotors und seines Inhaltes bei gleicher Drehzahl in derselben Zeit nur 3 bis 4° C über der Raumtemperatur, und es ergibt sich bei Dauerbetrieb ein thermischer Gleichgewichtszustand, bei welchem die Temperatur des Rotors und seines Inhaltes nur 4 bis 5° C über der Raumtemperatur liegt. Patent-VNSP R c CHE:

1. Zentrifuge mit Einrichtung zur Gaskühlung, dadurch gekennzeichnet, daß der im Gehäuse umlaufende Rotor (R) eine beidseits seines größten Radius stetig abnehmende Dicke aufweist, vom Antriebmotor zur Ermöglichung einer zweiseitigen axialen Belüftung durch eine Zwischenwelle (Z) von mindestens einer der halben axialen Rotorhöhe entsprechenden Strecke distanziert ist und das Gehäuse des Rotors axiale Gaseintrittöffnungen sowie in der Ebene des größten Rotordurchmessers Gasaustrittöffnungen (S) aufweist.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch ge*- kennzeichnet, daß zur Erzielung eines mindestens teilweise geschlossenen Gaskreislaufs zwei konzentrische Gehäuse vorgesehen sind, von denen das äußere bis auf die erforderlichen Leitungsdurchführungen geschlossen ist, während das innere mit axialen Gaseintrittöffnungen und radialen Gasaustrittöffnungen versehen ist.

3. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum zwischen den beiden konzentrischen Gehäusen wärmeaustauschende Elemente von Kühleinrichtungen angeordnet sind.

4. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Gehäuse mindestens teilweise als wärmeaustauschendes Element von Kühleinrichtungen durchgebildet ist.

5. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Gaseintrittöffnungen Axialgebläse angeordnet sind, von denen mindestens eines von dem den Rotor antreibenden Motor angetrieben sein kann.

6. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens teilweise geschlossenem Gaskreislauf Wasserstoff als Kühlgas verwendet wird.

7. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens teilweise geschlossenem Gaskreislauf Helium als Kühlgas verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 867 077;
schweizerische Patentschrift Nr. 150 057;
USA.-Patentschrift Nr. 2 699 289.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© »09 508/72 4.58