DE1274081B - Drehstroemungswirbler zum Trennen von Medien unterschiedlicher Dichte - Google Patents
Drehstroemungswirbler zum Trennen von Medien unterschiedlicher DichteInfo
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Description
- Drehströmungswirbler zum Trennen von Medien unterschiedlicher Dichte Die Erfindung betrifft einen Drehströmungswirbler zum Trennen von Medien unterschiedlicher Dichte.
- Ein derartiger Drehströmungswirbler besteht aus einer rotationssymmetrischen Wirbelkammer mit einem Einströmrohr mit koaxialer Mündung für die zu trennenden Medien und gegenüberliegendem Auslaß für die Medien geringerer Dichte sowie mit außermittig und den einströmenden Medien schräg entgegengerichteten Einlässen für ein Hilfsmedium zur Erzeugung einer Drehströmung in Form einer äußeren, wendelförmig verlaufenden Potentialwirbelströmung und einer inneren, wendelförmig und gleichsinnig umlaufenden Rotationswirbelströmung.
- Dabei weisen die axialen Strömungskomponenten der Rotations- und der Potentialwirbelströmung entgegengesetzte Richtungen auf. Die aus der Rotationswirbelströmung abzutrennenden schwereren Medien werden in Richtung zum Wirbelkammermantel ausgetragen und durch einen die koaxiale Mündung des Einströmrohres umgebenden Auslaßspalt abgeführt.
- Die in einem derartigen Drehströmungswirbler auf die abzutrennenden Teilchen einwirkenden Kräfte setzen sich aus den durch die Rotation der Mediensäule bedingten Fliehkräfte und den dazu gleichgerichteten Schleppkräften des Trägermediums zusammen. Bekanntlich nehmen die Fliehkräfte mit zunehmendem Radius zu, was bedeutet, daß Teilchen, die genau axial durch die Wirbelkammer strömen, kaum von den Fliehkräften erfaßt werden.
- Außerdem ist die Erzeugung der Potentialwirbelströmung im wandnahen Bereich der Wirbelkammer durch schrägtangentiale Einlässe im Wirbelkammermantel mit gewissen Schwierigkeiten verbunden, da oft eine einwandfreie Führung dieser Strömung im wandnahen Bereich nur schwer möglich ist.
- Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Abscheideleistung eines derartigen Drehströmungswirblers. Sie besteht darin, daß mindestens ein Einlaß für das Hilfsmedium in der den Auslaß der Wirbelkammer konzentrisch umgebenden Stirnseite schräg zur Achse und tangential oder schräg zum Innenmantel der Wirbelkammer und daß ferner koaxial zur Wirbelkammer in Strömungsrichtung vor dem Auslaß für die Medien geringerer Dichte ein rotationssymmetrischer Körper oder ein Netz angeordnet ist. Der rotationssymmetrische Körper kann dabei eine kegelförmige Anströmseite aufweisen.
- Durch diesen rotationssymmetrischen Körper werden auch Teilchen aus dem Bereich der Längsachse der Wirbelkammer einer Trennung bzw. Abscheidung zugeführt. Dabei weisen die Teilchen im weitesten Sinne verschiedene Abmessungen auf, also von den allerkleinsten Teilchen von Molekülgröße bis zum groben Korn. Wesentliche Anwendungsmöglichkeiten stellen dabei die Entgasung von Flüssigkeiten sowie die Trennung von Gasen dar. Außerdem können auch Flüssigkeiten und Gase aus Festkörpern ausgetrieben werden. -An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, größtenteils schematischer Darstellung.
- Fig. 1 stellt die prinzipielle Wirkungsweise des Drehströmungswirblers nach der Erfindung dar. Als Anwendungsbeispiele sind in F i g. 2 ein Anfahrentspanner, in F i g. 3 ein Dampftrockner bzw. eine Entsalzungsflasche und in F i g. 4 ein Entgaser dargestellt. Die F i g. 5 a und 5 b zeigen eine Einrichtung zur Trennung fester Teilchen von Flüssigkeiten.
- Nach Fig. 1. werden der rotationssymmetrischen Wirbelkammer 1 einerseits durch das Einströmrohr 2 von unten her die zu behandelnden Medien axial zugeführt, während andererseits von oben die Einlässe 3 für ein Hilfsmedium schräg nach unten vorgesehen sind. Diese Einlässe sind erfindungsgemäß schräg zur Achse der Wirbelkammer und tangential oder schräg zum Wirbelkammermantel angeordnet, um eine Strömung dicht in Wandnähe der Wirbelkammerl zu erzeugen. Diese wandnahe Strömung läuft in Form einer Potentialwirbelströmung 4 wendelförmig nach unten und wird über der Mündung des Einlasses 2 über eine Wirbelsenke s zur Achse der Wirbelkammer hin umgelenkt. Von hier aus bildet sich über eine Wirbelquelle eine Rota- tionsströmung 6 aus, die ebenfalls wendelförmig und mit gleichem Drehsinn wie die Potentialwirbelströmung 4 nach oben hin zum Auslaß 8 der Wirbelkammer aufsteigt. Die von unten zugeführten Medien werden durch die Wirkung der in der Wirbelkammer herrschenden Strömung in Rotation versetzt und in die Rotationsströmung 6 überführt.
- Die Trennung der Medien erfolgt dann durch die in der Wirbelquelle wirkenden Fliehkräfte und die dazu gleichgerichteten Schleppkräfte. Um nun auch Medien, die im axialen Bereich durch die Wirbelkammer strömen, einer Trennung zuzuführen, ist ein rotationssymmetrischer Körper 9 koaxial zur Wirbelkammer und vor dem Auslaß 8 angeordnet.
- Fig. 2 zeigt einen als Anfahrentspanner ausgebildeten Drehströmungswirbler. Die bei Anfahrentspannern herkömmlicher Bauart auftretenden Schwierigkeiten, z. B. ihre Zerstörung durch Kavitation, lassen sich durch Anwendung der Erfindung vermeiden bzw. umgehen. Die eigentliche Entspannung erfolgt bei dem in Fig.2 dargestellten Anfahrentspanner in einem fest eingestellten Drosselventil 10 a. Die schrägtangentialen Hilfszuführungen 12 werden mit Dampf gespeist, der vor dem Drosselventil 10 b abgenommen wird. Durch den im Bereich der Rotationsströmung 6 herrschenden Unterdruck wird eine Ausscheidung der Dampfblasen erreicht. Die relativ schwereren Wasserteilchen werden durch die Wirbelquelle nach außen geschleudert und durch die Potentialwirbelströmung 4 nach unten abgeführt. Der aufsteigende Dampf sammelt sich im Dampfdom 13 und entweicht nach oben durch die Rohrleitung 14, in der ein Unterdruck herrscht, in das Dampfnetz. Das abgeschiedene Wasser wird durch die Rohrleitung 15 abgeführt. In der Figur ist wegen der übersichtlicheren Darstellung nur eine Zuleitung 11 von der Drosselstelle 10 a, 10 b zu den Hilfszuführungen 12 dargestellt.
- Eine weitere spezielle Art stellt die in F i g. 3 dargestellte Entsalzungsfiasche dar, die z. B. bei Dampfkesseln Verwendung finden kann Eine derartige Flasche wird an einer Stelle des Arbeitsmittelweges eingeschaltet, an der bereits ein großer Teil des Mediums verdampft ist. Die Flasche dient dazu, das noch nicht verdampfte Wasser, in dem sich Salze angereichert haben, abzuscheiden. Der Naßdampf wird dabei durch die Rohrleitung 16 der Flasche zugeführt und mündet bei 17 in die Flasche, während ein Teil des Naßdampfes schrägtangential durch Zuführungen 18 dem Reaktionsraum zur Erzeugung der Potentialumlaufströmung zugeführt wird. Die Umlenkung von der Potential- zur Rotationsströmung erfolgt über der Einlaß öffnung 17. Um auch Flüssigkeitsteilchen im Bereich der Längsachse der Wirbelkammer zu erfassen, ist ein Strömungskörper 19 angebracht. Der vom Wasser getrennte Dampf verläßt die Entsalzungsflasche durch die Rohrleitung 20, während das Wasser unten aus der Flasche abgezogen wird. Wasserabscheider nach dem der Erfindung zugrunde liegenden Prinzip können auch z. B. in Verbindung mit Turbinen verwendet werden, bei denen die Nässe zwischen verschiedenen Stufen herabgesetzt werden soll.
- Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung stellt die Entgasung z. B. von Speisewasser dar. Bei Dampfkraftanlagen kommt es vielfach darauf an, eine Entgasung des Arbeitsmittels vorzunehmen, wobei diese meist im Vakuum stattfindet.
- Die Erfindung ermöglicht eine Vakuumentgasung, die z. B. in unter dem Hotwell des Turbinenkondensators aufgestellten zylindrischen Behälter stattfinden kann. Dadurch werden Druckentgaser und Speisewasserbehälter überflüssig, so daß sich erhebliche Vereinfachungen der gesamten Kraftwerksschaltung ergeben. Zur Verringerung von Rohrreibungsverlusten können mehrere Stufen parallel geschaltet werden. Eine nur als Beispiel zu wertende Ausführungsform nach dem der Erfindung zugrunde liegenden Prinzip ist in Fig. 4 dargestellt. Sie besteht aus den drei EntgasungsstufenI, II und III.
- Das Rohwasser tritt durch den Kanal 21 in die Anlage ein. Mit Hilfe der durch die schrägtangentialen Zweitzuführungen a bis f zugeführten Dampfmengen werden in den drei Stufen I, II und III aus Potential-und Rotationsströmung bestehende Drehströmungen angeregt. Die abgetrennten Gase sammeln sich in den Zentren der Drehströmungen und werden über die mit Löchern versehenen Körper 24, 25 und 26, die sich im Bereich der Rotationsströmung befinden, und die Leitungen 27, 28 und 29 abgeführt. Das abgeschleuderte Wasser tritt durch die Ringkanäle 22 und 23 in die nachfolgenden Stufen II und III ein.
- Die Reibungsverluste der Strömung in diesen Kanälen wirken so, daß auch kleine und kleinste Dampfblasen in den Stufen II und III abgetrennt werden. Das entgaste Wasser wird über die Leitung 30 abgeführt. Die Korrosionsgefahr wird bei einer solchen Anordnung im Gegensatz zu den gebräuchlichen Entgasungseinrichtungen stark herabgesetzt.
- Die Abmessungen eines solchen Entgasers werden wesentlich kleiner und die bei Schwachlastbetrieb auftretenden Schwierigkeiten entfallen.
- Darüber hinaus können aus Flüssigkeiten nicht nur gasförmige, sondern auch feste Bestandteile abgeschieden werden. Eine Anordnung zum Abscheiden fester Bestandteile aus einer Flüssigkeit, z. B. von Fällungsprodukten, also unlöslichen Bestandteilen, ist in den Fig. 5 a und 5 b dargestellt.
- Eine solche Einrichtung findet Anwendung insbesondere in der chemischen Industrie, kann aber auch z. B. bei homogenen Kernreaktoren zur Abscheidung von festen Teilchen aus der spaltbaren Füllung verwendet werden. In einen Zylinderkörper wird die zu reinigende Lösung von unten her durch die Leitung 31 eingeführt. Tangential und schräg nach unten bzw. gegen die innere Rohrwand gerichtet erfolgt wiederum eine Zweiteinspeisung von nicht verunreinigter Lösung durch Düsen 32 und 33.
- Dadurch wird zwischen den beiden Netzen 34 und 35 eine spiegelbildlich gelegene Drehströmung erzeugt. Die gereinigte Lösung wird durch das Überlaufrohr 36 abgezogen. Die festen Bestandteile scheiden sich im Absatzbehälter37 ab.
- In entsprechender Weise kann auch eine Trennung von Gaspartikeln aus Gasströmen bewerkstelligt werden. So kann man beispielsweise aus Rauchgasen SO2-Teilchen abtrennen, wobei man unmittelbar oder nach vorheriger Ausfällung eine Absonderung erzielt.
- Ein Austreiben von gasförmigen oder flüssigen Teilchen aus festen ist in ähnlicher Weise möglich.
- Durch die infolge der sinusförmigen Relativkräfte entstehenden periodischen Druck- und Temperaturschwankungen wird die Diffusion der flüssigen bzw. gasförmigen Teilchen aus dem Inneren der festen außerordentlich sowie bei den flüssigen auch gegebenenfalls die Verdampfung bzw. Loslösung begünstigt. Beispielsweise läßt sich dieses Verfahren sehr gut auch für die Trocknung von Kohlenstaub vor der Verbrennung anwenden.
- Eine weitere wichtige Anwendungsmöglichkeit der Erfindung stellt ein chemischer Reaktor mit kurzen Reaktionszeiten dar, die unter anderem dadurch erreicht werden, daß die Teilchen innerhalb der Strömung eine innige Durchmischung erfahren und daß häufige Zusammenstöße zwischen den Reaktionspartnern erfolgen. Die Erfindung hat Bedeutung für alle Verfahren, bei denen bisher lange Reaktionszeiten erforderlich waren, z. B. bei Roh wasser- und Abwasseraufbereitung sowie bei der Aufbereitung spaltbarer Substanzen für Kernreaktoren. Die Kombination eines derartigen chemischen Reaktors mit einer Abscheidung der Reaktionsprodukte bedarf kaum noch einer Erwähnung.
Claims (2)
- Patentansprüche: 1. Drehströmungswirbler zum Trennen von Medien unterschiedlicher Dichte, bestehend aus einer rotationssymmetrischen Wirbelkammer mit einem Einströmrohr mit koaxialer Mündung für die zu trennenden Medien und gegenüberliegendem Auslaß für die Medien geringerer Dichte sowie mit außermittig und den einströmenden Medien schräg entgegengerichteten Einlässen für ein Hilfsmedium zur Erzeugung einer Drehströ- mung in der Form einer äußeren, wendelförmigen Potentialwirbelströmung und einer inneren, wendelförmigen, gleichsinnig umlaufenden Rotationswirbelströmung, wobei die axialen Strömungskomponenten des Rotations- und des Potentialwirbels entgegengesetzte Richtungen haben und die abzutrennenden schwereren Medien in Richtung zum Wirbelkammermantel ausgetragen und durch einen die koaxiale Mündung des Einströmrohres umgebenden Auslaßspalt abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Einlaß (3) für das Hilfsmedium in der den Auslaß (8) der Wirbelkammer konzentrisch umgebenden Stirnseite schräg zur Achse und tangential oder schräg zum Innenmantel der Wirbelkammer (1) und daß koaxial zur Wirbelkammer (1) in Strömungsrichtung vor dem Auslaß (8) für die Medien geringerer Dichte ein rotationssymmetrischer Körper (9) oder ein Netz (34) angeordnet sind.
- 2. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rotationssymmetrische Körper (9) eine kegelförmige Anströmseite aufweist.In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1041 010; französische Patentschriften Nr. 1 096 283, 1 131 734.
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