DE1080931B - Schnell laufende Zentrifuge zum Trennen eines Gasgemisches in zwei Komponenten im Dauerbetrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine schnell laufende Zentrifuge zum Trennen eines Gasgemisches in zwei Komponenten im Dauerbetrieb, die mit einer um eine vertikale Achse umlaufenden rohrförmigen Schleudertrommel versehen ist, in .die Kanäle zum Zuführen des zu trennenden Gasgemisches und zum Abführen der Komponenten münden und deren Länge größer als das Dreifache des Durchmessers ist.

Zentrifugen dieser Art- sind bereits bekannt. Bei den bekannten Zentrifugen dieser Art ist die Schleudertrommel an beiden Enden mit einem in einem Lager umlaufenden Zapfen versehen. Die bei normalen Zentrifugen mit niedriger Schleudertrommel bekannte einseitige Zapfenlagerung kann für die länglichen Trommeln solcher Zentrifugen nicht angewandt werden, weil es sich gezeigt hat, daß sich die Stabilität der Schleudertrommel bei den sehr hohen Drehzahlen dieser Zentrifugen nicht aufrechterhalten läßt, da die Schwingbeweguhgen des freien Trommelendes nicht genügend gedämpft werden können.

Die Achsenlagerungen der bekannten schnell laufenden Zentrifugen bieten große Schwierigkeiten. Die Lauf- und Gleitfläche und die Abdichtung dieser Achsenlagerungen erfordern spezielle Konstruktionen. Zur Vermeidung von unzulässigen Reibungsverlusten müssen die Lagerzapfen einen kleinen Durchmesser aufweisen; das zu trennende Gasgemisch und die getrennten Komponenten müssen aber durch die Lagerzapfen hindurch in die Schleudertrommel ein- bzw. aus dieser abgeführt werden. Die Zu- und Abführkanäle sind dementsprechend sehr eng bemessen, was die Kapazität der Zentrifuge beschränkt. Schließlich erfordern die mit Achsenlagerungen ausgebildeten Schleudertrommeln eine verhältnismäßig große Antriebkraft, was zur Folge hat, daß die Betriebskosten für solche Zentrifugen hoch sind.

Die Erfindung bezweckt, eine schnell laufende Zentrifuge zu schaffen, bei der die beschriebenen Schwierigkeiten ganz oder teilweise behoben sind. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erzielt, daß die Schleudertrommel wie ein Kreisel in nur einem einzigen unter ihrem unteren Ende befindlichen Punkt um ihre Achse umläuft und mit dieser Achse schwingbar um diesen Punkt auf einem Träger ruht und mittels eines in Achsrichtung verlaufenden magnetischen Feldes in der Vertikallage gehalten wird, das sich zwischen einem am oberen Ende oder in der Nähe dieses Endes der Schleudertrommel angeordneten ersten Körper aus magnetischem Material und einem sich über diesem mit einem ortsfesten Teil der Zentrifuge verbundenen zweiten Körper aus magnetischem Material befindet,

und daß sowohl dieser Träger als auch der zweite

Körper aus magnetischem Material mittels elastischer und dämpfender Mittel im Zentrifugengehäuse an-Schnell laufende Zentrifuge

zum Trennen eines Gasgemisches

in zwei Komponenten im Dauerbetrieb

Anmelder:
Reactor Centrum Nederland, Den Haag

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Paap und Dipl.-Ing. H. Mitscherlich,
Patentanwälte, München 22, Mariannenplatz 4

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 27. Dezember 1957

Jaap Wind, Bussum,

und Johannes Los, Amsterdam (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

geordnet sind und sich hinsichtlich der Drehachse wenistens in der Radialrichtung der Schleudertrommel einstellen können. Die sich wie ein Kreisel auf einem Stift drehende Schleudertrommel hat, wenn sie in einem hohen Vakuum umläuft, praktisch keine Reibung, und ihr Antrieb erfordert nur wenig Energie. Das magnetische Feld hält die Trommel in der Vertikallage und wirkt der Bewegung der Trommelachse aus der Vertikallage entgegen. Durch die beschriebene Aufhängung des zweiten Körpers aus magnetischem Material an einem ortsfesten Teil der Zentrifuge werden darüber hinaus kleine Schwingungen, Präzessions- und Nutationsbewegungen des freien oberen Endes der Rohrtrommel gedämpft.

Durch die bewegliche Aufstellung des Trägers zum Unterstützen der Schleudertrommel in einem Punkt kann ein größerer Dämpfungseffekt erreicht werden. Es hat sich gezeigt, daß sich nur durch das Zusammenwirken der magnetischen Richtkraft, der Zapfenunterstützung und der Dämpfungsmittel eine sehr leicht drehbare Schleudertrommel mit einer auch bei sehr hohen Drehzahlen genügend großen Stabilität schaffen läßt. Weil die Radialverschiebungen des Unterstützungspunktes während der Drehung, der Schleudertrommel sehr gering sind, genügt es, wenn der Träger zur Unterstützung der Schleudertrommel auf einem dünnen, vertikal angeordneten Rohr ruht. Dieses Rohr erlaubt eine ausreichende Radialbewegung des Trägers

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und kann nötigenfalls gleichzeitig zum Zuführen eines Schmiermittels zum Uhterstützungspunkt benutzt werden.

Vorteilhafterweise werden die beiden Körper aus magnetischem Material als übereinander und konzentrisch um die Trommelachse angeordnete Ringe mit je einem verhältnismäßig großen Loch ausgeführt und feste Rohre zum Zuführen des zu trennenden Gasgemisches und zum Abführen der beiden oder einer der beiden Komponenten durch diese Ringe hindurchgeführt. Die Rohre können den Gasen einen geräumigen Durchweg bieten, so daß die Kapazität einer aus den betreffenden Zentrifugen bestehenden Gaszentrifugieranlage verhältnismäßig groß sein kann, auch dann, wenn mit sehr niedrigen Gasdrücken gearbeitet wird.

Es sei bemerkt, daß das Aufhängen eines Zentrifugenrotors in einem magnetischen Feld bereits bekannt ist. In diesem Fall handelt es sich aber um eine schnell laufende Zentrifuge für medizinische Laboratoriumsuntersuchungen, bei der der Rotor als eine verhältnismäßig massive Scheibe ausgeführt ist, die sich nicht für einen kontinuierlichen Betrieb eignet. Ein scheibenförmiger Rotor läßt sich in einem magnetischen Feld frei schwebend aufhängen. Dies ist nicht möglich bei einer rohrförmigen Schleudertrommel einer Zentrifuge der beschriebenen Art, bei der Schwingungserscheinungen auftreten, die schwer zu beseitigen sind. Eine rohrförmige Schleudertrommel muß entweder an beiden Enden mit Zapfen versehen sein oder in der erfindungsgemäßen Weise wie ein Kreisel in einem Punkt unterstützt werden und mittels einer Richtkraft in der Vertikallage gehalten werden. Das frei schwebende Aufhängen einer Rotortrommel erfordert viel Energie, so daß die bekannte Methode sich auch deswegen nicht für eine industrielle Anwendung im großen Umfang eignet.

Eine drehbare Welle, die an ihrem unteren Ende in einem einzigen festen Punkt unterstützt und an ihrem oberen Ende mit Hilfe eines magnetischen Feldes in der Vertikallage gehalten wird, ist bei Meßinstrumenten bereits angewendet worden. Eine solche Welle dreht sich aber nur langsam, so daß sich dabei die Probleme, welche bei schnell laufenden Zentrifugen mit Drehzahlen in der Größenordnung von 100 000 U/min auftreten, nicht zeigen.

Zur Erläuterung dient die Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der schnell laufenden Zentrifuge gemäß der Erfindung im Längsschnitt zeigt.

In der Zeichnung ist mit 1 eine rohrförmige Schleudertrommel bezeichnet, deren Länge größer als das Dreifache ihres Durchmessers ist. Die Schleudertrommel steht auf einem Zapfen 2, der mittels einer Kugel 3 in einer entsprechenden Kugelpfanne eines Trägers 4 ruht. Der Träger 4 wird selbst wieder von einem engen, vertikalen Rohr 5 getragen, das mit einem zur Kugelpfanne führenden Schmierkanal 6 verbunden ist und zum Zweck der Dämpfung eine Bewegung des Trägers 4 in Radialrichtung zuläßt.

An dem Zapfen 2 ist der Läufer 7 eines Elektromotors angeordnet, der von einem Stator 8 umgeben ist. Der Stator erzeugt ein Drehfeld mit hoher Drehgeschwindigkeit.

Am oberen Ende der Schleudertrommel ist ein in Achsrichtung polarisierter ringförmiger Permanentmagnet 9 mit einem großen Loch angeordnet. Über diesem Ring befindet sich ein zweiter ringförmiger Permanentmagnet ΙΟ, ebenfalls mit einem großen Loch, der auch in Achsrichtung polarisiert ist und der den Ring 9 anzieht. Das magnetische Feld zwischen den Magneten 9 und 10 wirkt als eine in Achsrichtung verlaufende Richtkraft und hält die Schleudertrommel in der Vertikallage. Der Magnet 10 ist mittels dünner Stäbe 11 am festen Teil 12 der Zentrifuge aufgehängt, so daß er seine Lage in der Radialrichtung elastisch etwas ändern kann. Ferner werden nicht dargestellte Dämpfungsmittel angewendet, z. B. indem der Magnet 10 in einem Gefäß mit öl angeordnet ist, was zur Folge hat, daß er Schwingungen des freien Trommelendes dämpfen kann.

Das zu trennende Gemisch wird durch ein festes Rohr 13 mit ziemlich großem Durchlaß eingeführt. Die schwerere Komponente dieses Gemisches entweicht durch ein konzentrisch um das Rohr 13 angeordnetes festes Rohr 14., das ebenfalls einen geräumigen Durchlaß aufweist. Die leichtere Komponente kann durch Öffnungen 15 entweichen.

Claims (3)

PATENTANSPBÜCHE:

1. Schnell laufende Zentrifuge zum Trennen eines Gasgemisches in zwei Komponenten im Dauerbetrieb, die mit einer um eine vertikale Achse drehbaren rohrförmigen Schleudertrommel versehen ist, in die Kanäle zum Zuführen des zu trennenden Gasgemisches und zum Abführen der Komponenten ausmünden und deren Länge größer als das Dreifache ihres Durchmessers ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleudertrommel (1) wie ein Kreisel in nur einem einzigen unter ihrem unteren Ende befindlichen Punkt um ihre Achse umläuft und mit dieser Achse schwingbar um diesen Punkt auf einem Träger (4) ruht und mittels eines in Achsrichtung verlaufenden magnetischen Feldes in der Vertikallage gehalten wird, das sich zwischen einem am oberen Ende oder in der Nähe dieses Endes der Schleudertrommel angeordneten ersten Körper (9) aus magnetischem Material und einem sich über diesem mit einem ortsfesten Teil der Zentrifuge verbundenen zweiten Körper (10) aus magnetischem Material befindet, und daß sowohl der Träger (4) als auch der zweite Körper aus magnetischem Material mittels elastischer und dämpfender Mittel (5., 11) im Zentrifugengehäuse angeordnet sind und sich hinsichtlich der Drehachse wenigstens in Radialrichtung der Schleudertrommel einstellen können.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) auf einem dünnen, vertikal angeordneten Rohr (5) ruht.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Körper (9., 10) aus magnetischem Material als übereinander und konzentrisch um die Drehachse der Schleudertrommel (1) angeordnete Ringe mit je einem verhältnismäßig großen Loch ausgebildet sind und feste Rohre (13, 14) zum Zuführen des zu trennenden Gasgemisches und zum Abführen der beiden oder einer der beiden Komponenten durch diese Ringe hindurchgeführt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 833 487;
britische Patentschrift Nr. 561 795;
USA-Patentschriften Nr. 2 551 815, 2 733 857.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 507/155 4.60