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Rotor für Zentrifugalwäscher Es ist bekannt, den Rotor von Zentrifugaiwäschern
derart auszubilden, daß der Gasstrom in mehrere Abteilungen unterteilt wird und
in jeder Abteilung eine Stufenbehandlung mittels eines von innen nach außen ziehenden
Waschflüssigkeitsstromes erfolgt, derart, daß die Stufenbehandlung sowohl längs
Kegelflächen als auch mittels Durchquerung von Flüssigkeitsschichten stattfindet.
Dazu besteht der Rotor aus mehreren in Zylinderform konzentrisch in Abständen angeordneten
Kegelflächen, welche umhüllt werden von zwei oder mehreren, wiederum in Zylinderform
konzentrisch in Abständen entgegengesetzt zu den erstgenannten Kegelflächen gerichteten
Kegelflächen.
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Es ist hierbei nachteilig, daß die Durchquerung der Flüssigkeitsschicht,
welche den Abstand zwischen den Kegelflächen verschließt, einen hohen Energieaufwand
erfordert und durch die Unterteilung in enge Abteilungen eine nur unzureichende
Feinverteilung der Waschflüssigkeit erzielt wird, weil die Flüssigkeitsscheibe,
dem engen Gasweg folgend, sich an dessen Wand anlegt und diesem im wesentlichen
als aufgeschäumte Flüssigkeit folgt.
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Weiter ist bekannt, die rotierenden Kegelflächen ohne Durchquerung
der Flüssigkeitsschichten durch Gase als Zentrifugenwände auszubilden, auf welche
die Waschflüssigkeit und die Staubteilchen gedrängt werden, wobei diese von der
Waschflüssigkeit hinweggeführt werden. Auch sind Rotoren bekannt, bei welchen abteilbildende
Kreisringscheiben auf ihrer Oberseite und Unterseite Kegelflächen mit gleicher offnungsrichtung
je Seite befestigt haben, wobei die Kegelflächen benachbarter Scheibenseiten ineinandergreifen
bzw. sich umhüllen.
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Es ist auch bekannt, bei der Ausbildung von korbförmigen Rotoren
für Zentrifugalwäscher geschlossene oder wendelförmige Ringe zur Vergrößerung der
Waschwirkung von Stabkränzen zu verwenden.
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Weiter ist bekannt, solche Rotoren derart auszubilden, daß eine Anzahl
im wesentlichen als zur Rotorachse konzentrische Ringe ausgebildete Trennwände für
den Durchtritt der Waschflüssigkeit und der Gase kleine Öffnungen aufweisen, deren
Durchgangsquerschnitt in aufeinanderfolgenden Trennwänden sich umgekehrt proportional
zur 0,5. bis 2. Potenz des mittleren Trennwandhalbmessers ändert.
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Hierbei verstopfen sich die kleinen Öffnungen der Trennwände leicht
durch Feststoffe im Gas oder in der Waschflüssigkeit und unterliegen einem starken
Verschleiß durch Erosion, so daß trotz guter Verteilung der Waschflüssigkeit nur
kurze Betriebszeiten des Rotors erzielt werden oder Flüssigkeit und Gase keine oder
sehr geringe Feststoffmengen enthalten dürfen.
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Es wurde überraschend gefunden, daß die Unterteilung des Rotors in
mehrere Abteilungen senkrecht zur Rotorachse, die im wesentlichen nur geringe Durchlässe
untereinander haben, eine sehr starke Behinderung der Relativbewegung zwischen Waschflüssigkeit
und Gas einschließlich der im Gas suspendierten Feststoffteilchen oder Flüssigkeitströpfchen
anderer Art als die der Waschflüssigkeit verursacht.
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Hierbei wird auch die Verteilung der Waschflüssigkeit im Gasstrom
dadurch behindert, daß durch die relativ engen Kanäle, welche die Abteilungen bilden,
die Bewegung entstandener Waschflüssigkeitströpfchen begrenzt und in eine mehr laminare
oder eine solche von geringerer Turbulenz gezwungen wird. Damit tritt ein Versprühen
der Waschflüssigkeit nur in vermindertem Umfang ein.
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Weiter wurde gefunden, daß überhaupt die Durchquerung von Flüssigkeitsschichten
als solchen durch den Gasstrom vermieden werden muß, da, abgesehen von dem hohen
Widerstand solcher Schichten, dessen Geschwindigkeit im allgemeinen nicht ausreicht,
um solche Flüssigkeitsschichten zu feinsten Tröpfchen aufzulösen.
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Nach der Erfindung ist der Rotor (Fig. 1 zeigt einen Schnitt entlang
Ebene S' in F i g. 2) zwischen den Endscheiben 1 und 2 aus mehreren (z. B. 16) Lagen
mit mindestens je Lage vier frei tragenden, geschlossenen Ringen 3, 4, 5, 6 mit
scharfen Sprühkanten aufgebaut, welche in Zylinderform konzentrisch in Radialabständen
von 15 bis 30 mm angeordnete Kegel- oder Torusflächen aufweisen, die von den in
Zylinderform konzentrisch in gleichen Abständen angeordneten Gegenkegeiflächen oder
Gegentorusflächen der jeweils nächsten Lage nicht umhüllt werden. Die Ringe werden
durch Ventilatorschaufeln 7 und 8, welche mit den Endscheiben des Rotors verbunden
sind, in ihrer gegenseitigen Lage festgehalten.
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Die Querschnitte der Ringe sind beispielsweise in den F i g. 3 a bis
3 e aufgezeichnet. F i g. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Ebene S in F i g. 1.
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Es hat sich überraschend gezeigt, daß sowohl die Anordnung der Sprühkanten
zu den benachbarten Flächen, sowie der Abstand der Ringe einer Lage von entscheidender
Bedeutung für die Art der Flüssigkeitszerteilung im Rotor ist.
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Wie gefunden wurde, wirken die jeweils achsfernen Kanten der einzelnen
Ringflächen ähnlich wie die Schleuderscheibenkanten eines Rotationszerstäubers,
jedoch mit dem grundlegenden Unterschied, daß diese Kanten von einem Gasstrom schräg
angeblasen werden und die erteilte Radialgeschwindigkeiten schräg zur Drehachse
und senkrecht zur Drehachse nicht vom Gaswiderstand in Umfangsrichtung überdeckt
werden, da die Gasmasse mitrotiert und sich nur längs der Ventilatorschaufeln in
zentrifugaler Richtung bewegen kann.
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Da außerdem die Verzweigung des Gasstromes auch an der Rückseite
des Ringes eine von der Zentrifugalrichtung abweichende Gasbewegung verursacht,
werden die sich an den Kanten ablösenden Flüssigkeitsflächen und Tröpfchen nicht
in einer Ebene abgeschleudert, sondern in einem Keilringraum aufgefächert, und wird
die Bildung einer Flüssigkeitsscheibe vermieden.
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Diese Auffächerung bewirkt auch dann noch Feinstzerstäubung, wenn
die zur Vermeidung der Ablösung als Flüssigkeitsfilm begrenzte optimale Flüssigkeitsmenge
für eine Schleuderscheibenkante verdoppelt oder noch weiter überschritten wird.
Als besonders vorteilhafte -Bedingung hat sich erwiesen, die Gesamtlänge der hauptsächlich
wirksamen Sprühkanten (bzw. die Gesamtlänge der Ringe) an der Waschflüssigkeitseintrittsseite
des Rotors nach dem Waschflüssigkeitsdurchsatz - .derart zu bemessen, daß über diese
Kanten nur ein Flüssigkeitsfilm von 2 bis 3 llm, höchstens 4 slm, umströmt. Das
bedeutet, daß je Kubikmeter je Stunde Waschflüssigkeitsdurchsatz mindestens 3,5
m, vorzugsweise 5 bis 6 m, Gesamtlänge der Ringe an dieser Stelle angeordnet werden
müssen. Als Umfangsgeschwindigkeit werden dabei an dieser Stelle vorzugsweise Geschwindigkeiten
über 20 mit gewählt.
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Durch die frei tragende Anordnung der Ringe und die gegebene Verzweigungsmöglichkeit
des Gasstromes können größere Tröpfchen dem umgelenkten Gas strom nicht so schnell
folgen wie die feineren und prallen daher unter Zerteilung und Reflexion auf alle
dem aufgefächerten Strahl zugänglichen Kegel- oder Torusflächen der benachbarten
Lagen oder sogar in wesentlich fernere Lagen. Da dieser Vorgang sich vielfach wiederholt,
tritt weiterhin eine vielfach fortgesetzte Auswahl zugunsten der feinsten Tröpfchen
in dreifachem Sinn ein: Bei jedem Aufprall größerer Tröpfchen werden diese zum Teil
zerkleinert und treten durch Reflexion in die freien Räume der benachbarten Lagen
unter lebhafter Relativbewegung zum Gasstrom ein, bis sie von diesem an eine Fläche
geführt werden. Die feinsten Tröpfchen folgen dabei den schnellen Windungen des
Gasstromes; der Rest sammelt sich auf der Ringoberfläche und versprüht wieder an
einer Kante, an der er aber infolge größerer Entfernung von der Achse eine höhere
Zentrifugalgeschwindigkeit erlangt hat und daher feiner zerstäubt. Mit zunehmender
Entfernung von der Drehachse vermindert sich auch die Filmdicke, sowohl
durch die
höhere Zentrifugalkraft als auch durch Vergrößerung der Ringfläche mit dem Durchmesser.
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Es wurde ferner gefunden, daß für die Ausbildung des Tröpfchenfächers
ein Mindestabstand zwischen den benachbarten Kegelflächen eingehalten werden muß,
damit eine genügende Auffächerung eintritt.
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Darüber hinaus ist aber auch der Maximalabstand durch folgende Einflüsse
begrenzt: Mit größerem Abstand der benachbarten Kegelflächen nimmt, da das durch
den Rotor strömende Gas oft nur einen Bruchteil der Zentrifugalgeschwindigkeit der
Tröpfchen hat, die Relativgeschwindigkeit zwischen Tröpfchen und Gas merklich ab.
Gleichzeitig wird aber die Zahl der. Wiederholungen der Aufprallzerstäubung und
deren Auswahlwirkung auf Feinsttröpfchen sowie die Zahl der Kontaktoberflächen und
Berührungsmöglichkeiten mit im Gas suspendierten Feststoffen vermindert, weil auf
dem durch die technischen Festigkeits- bzw. Arbeitsbedingungen begrenzten Rotordurchmesser,
damit weniger Ringe angeordnet werden können. Überraschend wurde gefunden, daß der
Abstand der konischen Ringflächen einer Lage in der engen Grenze von 15 bis 30 mm
liegen muß, wenn nicht ein Wirkungsabfall im Zerstäubungsgrad eintreten soll.
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Die Feinstzerstäubung im Rotor nach der Erfindung führt bei Umfangsgeschwindigkeiten
des Rotors von mindestens 25 m/s bei einer Mindestanzahl von vier Ringen je Lage
bei Waschflüssigkeiten zu einem hohen Anteil feinster Tröpfchen von etwa 3 bis 5
Fm, d. h., die Verteilung liegt in der Größenordnung der Feinstaubanteile. Durch
eine weitere Anzahl von Ringen wird die Treffwahrscheinlichkeit der Flüssigkeitströpfchen
gegenüber Feststoffen sowie die Erneuerung der Oberfläche Flüssigkeit-Gas wesentlich
erhöht.
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Wie weiter gefunden wurde, tritt bei dem erfindungsgemäßen Rotor
eine starke Ausbildung von Schallwellen durch Schneidentöne an den scharfen Kanten
der Ringe auf, welche bis in das Ultraschallgebiet reichen und das durchströmende
Gas in Schwingungen versetzen. Sie sind beim Betrieb ohne Waschflüssigkeit deutlich
zu hören. Bei Einführung der Waschflüssigkeit läßt ihre Lautstärke erheblich nach,
weil die Schwingungen durch die den Flüssigkeitströpfchen erteilte Relativbewegung
aufgezehrt wird. Sie sind aber die Ursache, daß neben der Feinstzerteilung im Rotor
auch bereits in nennenswertem Umfang die Wiedervereinigung feinster Flüssigkeitströpfchen
auftritt, Dies kann daraus geschlossen werden, daß Gase, welche einen von der Waschflüssigkeit
einigermaßen benetzbaren Staub mitführen, der nicht wesentliche Anteile unter 1
llm enthält, von einem Staubgehalt von 10 g/ms auf 2 bis 5 mg/m3 beim Durchgang
durch den Rotor gereinigt werden können. Bei Umfangsgeschwindigkeiten über 40 m/s
können bereits erhebliche Anteile von Feststoffen bis 0,5 iim mit erfaßt werden,
da dann ein hoher Anteil von Waschflüssigkeitströpfchen von 1 bis 3 Fm erzielt wird.
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Es hat sich ferner als Vorteil erwiesen, den Außendurchmesser der
beiden Endscheiben des Rotors über den durch die Ringe begrenzten Durchmesser hinaus
zu vergrößern, in ähnlicher Weise wie dies bei Ventilatoren mit sogenanntem uminufendem
Diffusor bekannt ist, der jedoch eine ringdüsenartige Erweiterung voraussetzt. Die
im vorliegenden Fall parallele Verlängerung der Endscheiben hat jedoch nicht wie
beim umlaufenden Diffusor die Wirkung einer
Umsetzung von Geschwindigkeit
des Gases in Druck, sondern die umgekehrte Wirkung. Es wird dadurch den Flüssigkeitströpfchen
die Möglichkeit gegeben, das sie umgebende, den Rotor mit im allgemeinen wesentlich
geringerer Geschwindigkeit verlassende Gas zu beschleunigen, so daß wenigstens ein
Teil der kinetischen Energie der Flüssigkeit auf das Gas übertragen wird, womit
die Gasförderleistung des Rotors gesteigert wird. Wie gefunden wurde, muß die Vergrößerung
der Endscheiben des Rotors um mindestens ein Zehntel des größten Durchmessers des
Ringpaketes erfolgen, um wirksam zu werden.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung des Rotors bietet überdies aber auch
ganz besondere Vorteile bei der Ausführung in glasfaserverstärkten Kunststoffen.
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Bekanntlich erreichen Glasfaser-Kunststoff-Laminate, d. h. Werkstücke
aus Kunststoffen, welche mit Glasseidensträngen (Rovings) in der Zugrichtung verstärkt
sind, bei einer Wichte von unter Zwei eine Zugfestigkeit von 8000 kg/cm2, also die
von guten Baustählen.
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Die geschlossenen Ringe des Rotors können ohne Schwierigkeit aus
einzelnen Rovingringen hergestellt, mit den entsprechenden Teilabschnitten der Ventilatorschaufeln
als Abstützungen in Form von Rovingstücken in eine Form gebracht werden und bei
hohem Glasfaseranteil mit Kunststoffen zu einem Preßling verpreßt werden, so daß
je Form eine einzige Scheibe mit allen Ringen zweier aufeinanderfolgender Lagen
erhalten wird. Die so erhaltenen Scheiben werden miteinander und mit entsprechend
hergestellten Endscheiben aus Glasfaser-Kunststoff verkittet. Da alle Ringe ihre
Zentrifugalkräfte in Form von Zugspannungen im Ring aufnehmen, die Scheiben leicht
achsensymmetrisch verkittet werden können, sind die Klebstellen, die, wenn nötig,
noch verzahnt werden können, nur mit der Eigengewichtsspannung des Flügelanteils
und jenen Zentrifugalspannungen belastet, welche die geringen Unwuchten der einzelnen
Ringscheiben hervorrufen. Die Rechnung ergibt, daß solche Rotoren mit einem Vielfachen
der Umfangsgeschwindigkeiten von Rotoren aus Baustahl laufen können, womit sowohl
wesentlich höhere Gasförderleistungen als auch wesentlich höhere Waschwirkun-
gen
mit vergleichsweise kleinerer Apparatur erzielt werden.