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Vorrichtung an Wirbelseparatoren Die Erfindung bezieht sich auf Wirbelspeparatoren
zum Fraktionieren von Medien, die mit kornförmigem festem Material mit höherem spezifischem
Gewicht als das des Mediums vermengt sind, und insbesondere auf solche Separatoren,
bei denen der ,fluss der abgetrennten schweren Fraktion aus dem Separator durch
eine derart ausgebildete Abzugskammer mit kreisförmigem Querschnitt abgeleitet wird,
dass der die Abzugskammer durch-strömenden Abfluss in einem Umlaufkreis um den Kernteil
in einer Ringkammer geleitet wird, die radial nach aussen durch die Innenwand der
Abzugskammer und nach innen durch einen in der Abzugskammer angeordnete. als Rotationskörper
ausgebildeten Kernteil begrenzt ist.
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Derartige Wirkbelseparatoren arbeiten bekanntlich derart, dass das
zugeführte Medium bei achsialen Durchströmen einer Separierungskammer mit kreisförmigem
Querschnitt eine Wirbelbewegung um die Mittelachse dieser Kammer erhält, so dass
das feste Material unter Einwirkung der Zentrifugalkraft auf die äusses Schicht
des Wirbels konzentriert wird. Da diese äussere Schicht zum grösseren oder geringeren
Teil aus dem Separator über die Abzugskammer getrennt vom übrigen Medium abgeführt
wird, das für sich von der Innenschicht des Wirbels abgeleitet wird. folgt daher
ein grösserer bzw. kleinerer
Teil des festen Materiales auf diesem
Weg mit und bildet den bfluss, der hier Abfluss von abseparierter nschwererZ Fraktion
genannt wird zum Unterschied von dem von der Innenschicht des wirbels abgeleiteten
Teil des Mediums, der wleichteX Fraktion genannt wird. Diese Terminologie ist leicht
verständlich, da meistens das feste Material aus untereinander verschieden schweren
Partikeln besteht, die im grossen und ganzen radial verschieden weit im Wirbel konzentriert
werden, wobei die schwersten Partikel am weitesten aussen und die leichtesten am
weitesten innen liegen, so dass die abseparierte schwere Fraktion im wesentlichen
die schwersten Partikel enthält, während die leichte Fraktion, wenn die Separierung
nicht vollständig ist, im wesentlichen die leichtesten Partikel enthält. Eine solche
Separierung kann für verschiedene Zwecke vorgenommen werden, z.Bt 1) Zum Reinigen
eines eine verhältnismässig geringe Menge fester Verunreinigungen enthaltenden Mediums,
wobei nur eine verhältnismässig geringe Menge des Mediums in der schweren Fraktion
(das Retekt) abgehen darf. Dies geschieht beispielsweise bei der Reinigung von Zellstoff-
oder Papiermasse von mineralischen Bestandteilen, Asten und dergl.
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2) Zum Konzentrieren der festen Bestandteile eines Mediums, wobei
die Menge des mit der schwerere Fraktion (das Konzentrat) abgeleiteten Mediums verändert
werden können soll, um verschiedene Forderungon an den Konzentrationsgrad zu erfüllen.
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Dies geschieht beispielsweise beim Entwässern von Zellstoff-oder Papiermasse.
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Zum Fraktionieren der festen Bestandteile eines Mediums mit verschiedenem
Gewicht, wobei die Menge der ausgeschiedenen
schweren Fraktion verändert
werden können soll, um verschiedene Fraktionsgrenzen herbeizuführen und den Prozess
verschiedenen Fraktionsverteilungen anzupassen. Dies geschieht beispielsweise beim
Fraktionieren von in Wasser aufgeschwemmten Zellstoffasern in Fraktionen mit verschiedener
Fasergrösse.
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Die Grösse des flusses der schweren Fraktion muss somit jedem beabsichtigtem
Separierungseffekt angepasst werden, was gewöhnlich durch verschieden grosses Drosseln
der Durchflussfläche in einem besonderen Teil des Abzugssystemes geschieht, z.B.
im Einlass zu oder im Abzug von der Abzugskammer. In vielen Fällen kann jedoch ein
solches Drosseln nicht mit den Forderungen vereinbar sein, die man an die Grösse
der Durchlauffläche stellen muss, um ein Verstopfen des Abzug systemes durch die
festen Bestandteile der schweren Fraktion zu verleiden. Diese Schwierigkeit tritt
besonders stark auf wenn man, um ein und dasselbe Separierungssystem leicht umstellbar
für verschiedene Separierungsfälle zu machen, für das Drosseln Drosselventile anwendet,
die meistens sehr leicht verstopft werden. Besondere Formen, die in dieser Beziehung
weniger empfindlich sein sollen, sind zwar gerade für diesen Zweck hergestellt worden,
sie sind jedoch verhältnismässig kompliziert und teuer.
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Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile durch eine einfache und billige
Vorrichtung zu beseitigen, mittels der der Abfluss der schweren Fraktion durch die
Abzugskammer ohne das genannte Drosselungsverfahren geregelt werden kann. Die Erfindung
ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Kernteil exzentrisch
in der abzugskammer angeordnet ist, so dass die genannte Hingkammer in achsialer
Richtung
bei ihrem Verlauf um den Kernteil von einer grössten Weite kontinuierlich auf eine
minimale Weite abnimmt und darauf wieder auf die maximale Weite sich vergrossert
sowie dass eine Vorrichtung vorhanden ist, mittels der ein Abzug für den durchströmenden
Abfluss aus der Abzugskammer dazu gebracht wird, wahlweise mit radial verschieden
weiten Teilen der Ringkammer zu kommunizieren.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben, in denen
Fig. 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt von der Seite nach der Linie
I-l in Fig. 2 zeigt, Fig. 2 stellt die Vorrichtung gemäss Fig. 1 im Schnitt nach
der Linie II-II in Fig. 1 dar, Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform im Schnitt
von der Seite nach der Linie III-III in Fig. 4, Fig. 4 zeigt die Vorrichtung gemäss
Fig. 3 im Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 zeigt eine MbändePung eines
Teils der Vorrichtung nach Fig. 1 im Schnitt von der Seite nach der Linie 11-11
in Fig. 1, Fig. 6 stellt die Vorrichtung nach Fig. 5 im Schnitt nach der Linie VI-VI
in Fig. 5 dar, und Fig. 7 zeigt den Erfindungseffekt im Form eines Diagramms.
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Identische Teile sind in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
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In Fig. 1 und 2 besitzt der Bodenteil 1 einer Separierungskammer
eines Wirbelseparators einen konzentrischen Kernteil, der aus einem vom Boden der
Kammer aufwärts gerichteten Zapfen 2 mit einem Teller 3 besteht Zwischen dem Teller
und der Kammerinnenwand 4 ist ein Ringspalt 5 vorhanden, durch den
die
nach der Innenwand des Separierungssraumes oberhalb des Tellers abgetrennt schwere
Fraktion nach dem Abzug steil des Bodenteils unterhalb des Tellers abgeht, die um
den Zapfen 2 eine Ringkammer 6 bildet. Die Ringkammer besitzt einen tangentialen
Abzug 7. Der Fluss von abgetrennter schwerer Fraktion, der unter Beibehaltung seiner
in der Separierkammer erhaltenen Wirbelbewegung durch den Ringspalt 5 zugeführt
wird, durchströmt die Ringkammer zum Abzug 7 unter Umlauf um den Kernteilt d.h.
um den Zapfen 2 unter dem Teller 3, der einen RUckfluss von abgetrennter schwerer
Fraktion zum Separierungsraum hindert. Diese Vorrichtung ist, durch das schwedische
Patent 133 932 vorbekannt.
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Eine Abzugskammer 8 mit kreisförmigem Querschnitt ist über ihren
tangentialen Einlass 9 an den Abzug 7 angeschlossen und besitzt einen gemäss der
Erfindung im Verhältnis zur Kammerinnenwand 10 (mit der Exzentrizität E) exzentrisch
angeordneten Zapfenförmigen Kernteil 11, so dass die Ringkammer 12 in achsialer
Richtung (Fig. 2) bei ihrem Verlauf um den exzentrischen Kernteil von einer grössten
Weite Wmax kontinuierlich auf eine Mindeste Weite Wmin während der einen Hälfte
der Windung sich verkleinert und dann wieder auf Wmax während der zweiten Hälfte
der Windung sich vergrössert. Ein Abzug 13 aus der Ringkammer verläuft durch den
Kernteil von einer Åbzugsöffnung 14 in seiner Seitenwand. Der Kernteil 11 ist am
Boden der Abzugskammer, durch den or sich ersteckt, drehbar um seine zentrale Achse
C2 eingesetzt und ist in gewünschten Drehlagen Mittels einer Verriegelungsmutter
15 verriegelbar.
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Die Mittellinie durch die Wand 10 ist mit C1 bezeichnet. In verschiedenen
Drehlagen ist die Abzugsöffnung 14 nach verschieden
weiten Partien
der Ringkammer gerichtet. In der gezeichneten Lage ist sie nach der minimalen Weite
gerichtet.
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Wenn der Kernteil aus dieser Ausgangsstellung im Uhrzeigersinn oder
im Gegenuhrzeigersinn gemäss Fig. 2 gedreht wird; wird er allmählich auf immer weitere
Teile der Ringkammer gerichtet, bis er bei einer Drehung von 1800 von der Ausgangsstellung
genau gegenüber der maximalen Weite zu liegen kommt. Eine weitere Drehung von dort
nach der Ausgangslage hin hat natürlich die entgegengesetzte Wirkung.
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Der Erfinder hat durch Versuche folgendes festgestellt: Wenn ein
Fluss, wie im vorliegenden Fall die schwere Fraktion, bei im wesentlichen unveränderten
Zuflussdruck durch eine solche Kammer durchströmt, wobei der Fluss in Umlauf um
den exzentrischen Kernteil gebracht werden muss, wird er ohne dass irgendwelches
Drosseln im Einlauf oder Abzug vorgenommen wird in verschieden grosser Menge bei
verschiedenen Drehlagen des Kernteils1 d.h. von verschieden weiten Teilen der Ringkammer,
durchgelassen.
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Fig. 7 zeigt qualitativ das Resultat solcher Versuche.
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Die Länge der Linie o-a ist ein Vergleichsmass für die gemessens Menge
des durchgelassenen Flusses in der genannten Ausgangslage, d.h. mit der Durchlassöffnung
14 nach der der mindesten Weite der Ringkammer gerichtet. Die Umlaufrichtung des
Flusses in der Ringkammer wird mit dem Pfeil R angedeutet.
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Durchgefiihrte Messungen in sieben weiteren Drehlagen mit etwa 450
Zwischenraum geben die Vergleichswerte o-b, o-c, o-d, o-f, o-g und o-h. Die Kurve
K durch die Punkte a,b,c,d,e,f,g,h und a zeigt. wie die Durchlaufmenge sich bei
der Drehung des Kernteils während einer Umdrehung kontinuierlich ändert, Aus der
Pora
dieser Kurve geht z.B. hervor, dass die mindeste Menge etwa o-b bei etwa 450 und
die grösste Menge o-f bei etwa weiteren 180° Drehung aus der Ausgangsstellung in
der Umlaufsrichtung des Flusses eintrifft. Wie der Durchfluss mit der Drehlage im
Verhältnis zur Minimalmenge sich ändert, d.h. wie der Regelungsgrad sich ändert,
kann durch Vergleichen zwischen der Kurve A und dem Kreis L deutlich beobachtet
werden. der Um o mit o-b als Radius gezogen worden ist. Die Fläche zwischen K und
L gibt den Regelungsbereich an Fig. 7 soll nur eine allgemeine Tendenz zeigen. innerhalb
der die Kurve K z.B. bei verschiedenen Proportionen zwischen den Durchmessern der
Durchlasskammer und des Kernteils und der Exzentrizität (D1,D2 und E; Fig. 2) des
Kernteils in der Form erheblich sich ändern kann. Eine Vergrösserung bzw. Verkleinerung
von E bringt z.B. eine Vergrösserung bzw.
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Verkleinerung des Regelungsbereiches mit sich.
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Der Grund für diese Regelungsmöglichkeit ist, dass in dem in der
Ringkammer kreisenden Fluss verschiedene Drücke in verschieden weiten Teilen der
Kammer und somit auch verschiedene Drücke entlang des Umkreises sowohl der Innenwand
der Durchlaufkammer wie des Kernteils entstehen. Wenn die Abzugsöffnung gegen einen
Teil des Flusses gewendet wird, wo der Druck höher ist, wird natürlich eine grössere
Menge des Flusses durchgelassen als umgekehrt, wenn die Öffnung nach einem Teil
Mit mniedrigerem Druck gewendet wird. Gemäss allgemeinen Strömungsgesetzen verringert
sich der Druck, wenn ein Medium von einer grösseren nach einer geringeren Durchlaufsfläche
strömt, da ein Teil des Druckes sich in grössere Gescmwindigkeit umwandelt und umgekehrt
bei umgekehrter Ströung,
da ein Teil der Geschwindigkeit sich in
Druck umwandelt. In Uebereinstimmung damit erhält man die grösste Menge von einem
verhältnismässig weiten Teil und die mindeste Menge von einem verhaltaismässig engen
und im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Teil der Ringkammer. Dass diese
Mengen Jedoch nicht von der grössten Weite bzw. mindesten Weite, sondern von Weiten
seitlich davon in der Umlaufrichtung des Flusses erhalten wenden, dürfte im wesentlichen
auf dem Krpislaufkarakter des Flusses beruhen. Durch den dabei entstandenen Zentrifugaldruck
im Fluss ändert sich ausserdem auch der Druck in diesem in radialer Richtung, so
dass er in jedem Teil des Umkreises der Ringkammer auch am niedrigsten am Kernteil
und am höchsten an der Ringkammerwand ist. Dies be wirkt, dass, wenn die Abzugsöffnung
- wie in Fig. -l und 2 -in der Wand des Kernteils angeordnet ist, eine verhältnismässig
grosse Abzugsöffnung auch für eine verhältnismässig geringe Abzugsmenge angewendet
werden kann, was zur Vermeidung von Verstopfung vorteilhaft ist. In Uebereinstimmung
mit dieser durch die Zentrifugalkraft hervorgerufenen Druckwerteilung hat es sich
auch gezeigt, dass eine Vergrösserung des Durchmessers des Kernteils, wodurch die
Abzugsöffnung unabhängig von der Drehlage des Kernteils in einem grösseren Radius
im Umlaufkreis zu liegen kommt, eine grössere Abzug menge mit sich führt, d.h. dass
sowohl die mindeste Menge wie die grösste. Menge wächst.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 besitzt der kegelige Unterteil
la der Separierungskammer des Wirbelseparators einen Flansch 16, an den eine oben
offene Haube 17 mit innerer zylindrischer Seitenwand 18 und Boden -19 konzentrisch
an
den Abzug 20 des Separators für abgetrennte schwere Fraktion angeschlossen ist.
Durch den Boden der Haube verläuft kenzentrisch zur Innenwand 18 und dem Abzug 20
der Separierungskammer ein Kernteil lla, der sich vom Kernteil 11 nur dadurch unterscheidet.
dass er einen nach dem Abzug 20 gewandten Teiler wie Kernteil 2 in Fig. 1 aufweist.
In der Haube ist ausserdem ein sowohl aussen wie innen zylindrishcer Exzenterring
21 eingesetzt, so dass er mit seiner im Verhältnis zum Kernteil lla exzentrischen
Innenwand lOa (Exzentrizität E) eine mit dem Abzug 20 der Separierungskammer über
den Ringspalt sa verbundene Abzugskammer 12a mit dem Abzug 14. 13 für abgetrennte
schwere Fraktion einschliesst.
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Die Strömungsverhälntisse in dieser Abzugskammer 12a um den Kernteil
lla unterhalb des Tellers 3a werden. wenn die schwere Fraktion hei aufrechterhaltener
Wirbelbewegung vom Wirbelseparator durch den Spalt 5a zuströmt, natürlich im Prinzip
die gleichen wie in der Abzugskammer 12 um den Kernteil 11. Man kann seMit in gleicher
Weise hier die Abzugsmenge durch Drehen des Kernteils lla um dessen eigene Mittellinie
C2 regeln. Natürlich kann dann auch die Kombination von Gehäuse 17 und Exzenterring
21 durch einen einzigen Teil mit zur Mittellinie C2 exzentrischer kammer l2a ersetzt
werden, jedech gibt die Vorrichtung mit dem Exzenterring ein. weitere Regelungssmöglichkeit.
Die Drehung des Kernteils um dessen Mittelchse C2 zur Wand 10a führt nämlich die
hegelungswirkung Mit sich,m und @@2 kann natürlich die gleiche Wirkung auch erhalten.
@@@@ stattdessen der Exantexrring, d.h. die Wand 10a in Haus 17 um dem tat diesen
festen Kernteil, d.h. um die gleische Ashes, gedwaht wird. Im dargestellten Beispiel
nur,
man natürlich das Haus 17 vom Flansch 16 Lösen, damt@ man
eine solche Drehung ausführen kann. abze im Prinaip dürfte es dem Fachmanne keine
Sch@@@@keit bereiten, baquemere Drehvorrichtungen anzuerd@@, z.B. einen mit dem
Erzenterring verbundenen Arm, der sich durch einen in Richtung es Umkreises verlaufenden
Schlita in der Seitenwand de@ Gehä'uss erstreckt oder eine Einstells@@@@@@@ @@@@
dergleichen. Durch Austausch des Exzenterringes kann man ausserdem sowohl die Exzentrizität
wie den Kammerdurchmesser leicht ändern.
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Im allgemeinen ist die Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 erheblich einfacher
und billiger als die nach Fig. l und 2 und sie führt ausserdem geringere Druckverlusto
und ein geringeres Risiko für Verstopfung mit sich, da die schwere Fraktion zur
Abzugsöffnung 14a unter einer ununterbrochenen Wirbelbewegung auf dem kürzesten
Weg eintrifft.
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Die Abzugskammer 8b nach Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von der
nach Fig, 1 und 2 dadurch, dass der Abzug 13 und die Abzugsöffnung 14 durch den
Kernteil durch einen Abzug 13b mit Abzugsöffnung 14b durch die Seitenwand der Kammer
ersetzt worden sind, sowie dass der exzentrische Kernteil llb nicht um seine eigene
Mittellinie C2 sondern um die Mittel linie C1 der Kammer drehbar angeordnet ist.
Die'Regelung erX folgt durch eine Drehung, durch die der Kernteil entlang eines
Kreises mit dem Radium E um den Mittelpunkt des kammerbodens bewegt wird und damit
auch verschieden weite Teile der' Ringkammer im Verhältnis zu der festen Abzugsöffnung
14b bewegt werden, so dass diese Abzugsöffnung z.B. in der Lage n btw. s des Kernteils
(Fig 6) etwa gegenüber der mindesten bzw. grössten Weite der Ringka-er 12 liegen.
Es ist offenbar,
dass eine Drehung um die eigene Mittellinie C2
des Kernteils keine Regelungswirkung in diesem Fall mit sich führen würde.
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Mit Rücksicht auf den genannten hohen, in der Nähe der Kammerwand
entstehenden Zentrifugaldruck ist die Anwendung einer solchen Vorrichtung jedoch
auf Fälle begrenzt, in denen verhälntismässig grosse Mengen der schweren Fraktion
durchgelassen werden können. Andernfalls muss die Fläche des Abzugs 13b so erheblich
begrenzt werden, dass die hauptsächlich erwünschte Wirkung, d.h. die Beseitigung
der Verstopfungsgefahr, verloren gehen kann. Es sind jedoch Fälle denkbar, bei denen
ein Kompromiss durch Anbringung der Abzugsöffnung z.B. ii Kammerboden näher am Kernteil
infrage kommen kann. Es ist auch offenbar, dass eine Abzugskammer gemäss Fig. 3
und 4 entsprechend abgeändert werden kann.
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Weitere Abänderungen sind im Rahmen der Erfindung denkbar. Es ist
z.B. bei einer Vorrichtung nach Fig. 5 und 6 nicht notwendig, dass die zur Drehung
des Kernteils llb dienende Achse mit der Mittellinie C1 zusammentrifft. Das Wesentliche
in diesem Fall ist nur, dass diese Achse seitlich von der eigenen Mittellinie C2
des Kernteils liegt. Ebenso ist es bei einer Vorrichtung gemäss Fig. 1 und 2 oder
3 und 4 nicht notwendig, dass die Achse, um die der Kernteil 11 bzw. 11a drehbar
ist, Mit der eigenen Mittellinie C2 des Kernteils zusammenfällt. Das Wesentliche
in die Fall ist nur, dass diese Achse seitlich von der Mittellinie C1 der Kammer
liegt.
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In beiden Fällen bringt eine solche Abänderung nur die weitere Wirkung
Mit sich, dass die Exzentrizität des Kernteils bei der Regelungsbewegung sich ändert,
was zur Vergrösserung der Regelungsweirkung ausgenutzt werden kann.