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| Dierf:indung betrifft einen Zyklon-Staub-Abscheider , |
| der einen hohen Prozentsatz sehr feinen Staubes aus Luft |
| oder Gas, trocken oder na_3 abscheidet. |
| 3s ist b<,17annt, daß ein Zyklon üblicher Bauart mit einem |
| perforerten Rotor oder iietzuchirmlRotor imZentrum ausgestattet |
| viel feineren Staub separi_:rt als ein Zyklon der dieses |
| Bauelement nicht aufweist. |
| Jedoch mu3 aus einem solchen Zyklon mit gelochtem oder mit
Netz |
| ächirm versekienen Rotor der abgeschiedene Staub schnell entfernt |
| ",jerden, ehe er in den Luftstrom wieder zurückgesaugt werden
kann. |
Daher muß der freie Räum, Spalt zwischen der Bodenscheibe und dem
unteren Rotorrand ausreichend sehmal gehalten sein, um den Luftstrom vom Eintreten
in den Rotor abzuhalten, w.hrend es aber möglich ist den abgeschiedenen Staub aus
demselben durch die Zentrifugalkraft zu. entfernen.
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Die Erfinder stellten Versuche mit Staubabscheidern (Zyklonen) mit
durchsichtigem Gehäuse an. Zu Beginn des Experimentes enthielt die zugeführte Luft
etwas Staub, aber kurz darauf nicht mehr, während der Staub in einer Schicht an
der Innenwandung abgefangen wurde. Die Staubabsonderung wurde dann zunehmend dicker
und dicker bis sie in kuchenartigen Stücken abfiel. Der abgefallene Staub drosselte
den sci-ui-len Spielraum zwisch:33n der Bodenscheibe uni dem unteren Rotorrand so
starbi, daß dadurch ein bedeutender Druckabfall zwischen 2inlaß und Auslag des Rotors
festzustellen war, und schließlich konnte der Versuch nicht fortgesetzt werden.
| Wurde dagegon der Spielraum zwischen der Bodensc".,eibe und |
| dem unteren Rotorrand erweitert, den abgefallenen :taub |
| frei dux#c-"zulassen, so ergab sieh, da`@ das Lehr an Luft |
| n.it Gehalt an solo-,. feinem :taub - also nicht abgeschieden |
| an der Rotoraußenseite - das in dein Rotor geflutet wurde |
| den Prozentsatz an Staubabscheidung im rtotor verringerte. |
| der bekannten Zyklonen anhaftete, |
| Um diesen Mangel zu beseitigen,/konstruierten die Erfinder |
der Anmeldung einen Zyklon-Abscheider mit verschmälertem Austrittskanal für den
Rotor, der in der gleichen Richtung mit dem Luftstrom lLngs dem Gehäuseinneren des
Zyklons umläuft. Ein solcher Zyklon nach der Lrfindung gibt den abgeschiedenen Staub
nicht nur frei aus dem Rotor, sondern separiert vielmehr Staub infolge eines sekundären
Zykloneffektes in Rotor.
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Dieser Zyklon führt nicht allein eine stetige Abscheidung durch, sondern
steigert sie auch spürbar.
| Die Zeichnung zeit Beispiele des |
| Fig. 1 ist ein Aufriß des Zyklons geschnitten, |
| der mit einem Netz-Schirm-Rotor aus estattet ist. |
| Fig. 2 ist ein auerscIir_itt nach der Linie X - X der Fiv.
1. |
| Fig. 3 veranschaulicht die dirkungsr:eise des |
| T:e tz-z;e?@ irm-Rotors n_2 ch Fi -;. 1. |
| ¢ zet die T;irkun@srreise bei. einem Rotor, der |
| z.B. aus Blech best-#i:.@ad nicht luftdurchlssig ist. |
| wild F-'--. 5 zei@,t einen a_der,#il Typ eines Blatt-Sc',-iirn-Rotors. |
In Fig. 1 ist das durchsichtige Gehäuse des Zyklon-Abscheiders
mit
1 bezeichnet, es weist ein Saugrohr 2 auf, das tangential angeordnet
ist, während es mit einem Austrittsrohr 12 versehen ist, das mit einer Kammer 4
in Verbindung steht, welche auf einem Deckel 3 des Gehäuses
1 montiert ist.
Das Gehäuse
1 besitzt noch eine Welle 5, die axial verläuft. Die Welle 5
tritt durch die obere Wand 4' der Kammer 4 nach außen, während auf ihr innerhalb
des Gehäuses 1 im Abstand 1 voneinander Scheiben 6 und 7 befestigt sind, Die obere
Scheibe 6 weist einen Austrittskanal 6t auf, der in Richtung der 'gelle 5 verläuft.
Sein Innendurchmesser ist d und der Kanal 61 öffnet nach der Kammer4 durch Deckel
3, Eine Anzahl vertikaler Stangen 81 sind zwischen der oberen Scheibe 6 und der
unteren Scheibe 7 vorgesehen, und zwar in peripherer Anordnung zur Bildung eines
Stangen-Schirm-Rotors 8 mit dem Durchmesser D.
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Der Stab-Schirm-Rotor 8 wird durch die Welle 5 mit gewünschter Geschwindigkeit
in Umlauf versetzt, und zwar in der gleichen Richtung wie der staubhaltige Luftstrom,
der längs der Innenwandung des transparenten Gehäuses 1 entlangstreicht, nachdem
er durch die Saugleitung 2 in das Gehäuse 1 geleitet wurde.
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Im Zyklon wird der Luftstrom von seinem Staubinhalt befreit, Die gereinigte
Luft wird über die Kammer 4 nach der und durch die Leitung 12 gefördert, während
der abgeschiedene Staub aus dem Gehäuse (Trichter 11) durch eine Entleerungsöffnung
11
entnommen wird, die am unteren konischen Ende 1# des Gehäuses
1 vorgesehen ist. Der Stab-Schirm-Rotor B ist von einem Netz-Schirm 9 bis auf einen
Spalt A (Fig. 3) ummantelt, der genügend breit "S" ist und der zwischen dem Netzschirm
9 und der unteren Scheibe 7 vorgesehen ist.
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Die Erfinder machten einen Versuch von Staubabscheidung mit dem beschriebenen
Zyklon. Ein Titan-Dioxydmehl enthaltender Luftstrom wurde in das Gehäuse 1 durch
die Zeitung 2 geschickt.
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Der Luftstrom wälzte sich der Innenwandung des Gehäuses 1 entlang
um. Verhältnismäßig grober Staub wurde zufolge der Zentrifugalkraft sofort zufolge
der Selbstumdrehung der Luft ausgeschieden. Der abgeschiedene Staubinhalt wurde
sodann durch die Üffnung 11 aus dem Gehäuse 1 entnommen, nachdem er entlang dem
Tricizter 1 1 nach dort gelangte. Inzwischen wanderte der nur mehr feinen Staub
enthaltende Luftstrom nach oben zu dem Netz-Schirm-Rotor im Mittelteil des Gehäuses
1.
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Zu Beginn des Versuches trat etwas vom Luftstrom durch den Netzschirm
9 und wurde durch das Austrittsrohr 12 gefördert.
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Als der Versuch weiterlief wurde an der Innenwand des Netzschirmes
9 Staub abgeschieden, durch welchen der Luftstrom im Rotor gefiltert wurde.
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Der andere Teil des Luftstromes gelangte durch den Spalt A tangential
in den Rotor. Dieser Luftstrom stieg längs der Innenvrand eines gedachten Konus
B (Fig. 3) nach oben, der sich vorn unteren Rand aus mit dem Durchmesser "D" des
Netzschirmes 9 zum unteren Rand mit dem Durchmesser "d" der Austrittaöffnung 68
bildete;Der
Umlaufdurchmesser des Luftstromes verringerte sich natürlich stetig von D auf d
sobald die Luft nach oben strömte. Der oben beschriebene konische Umlauf des Luftstromes
kann mit folgender Formel zum Ausdruck gebracht werden: urn = konstant Dabei bedeutet
u die tangentiale Geschwindigkeit bei einem Rotations-Radius von r. Wird n = o angenommen,
so wird die periphere Geschwindigkeit konstant sein. Nimmt man n = 1 an, so wird
der potentielle Fluß ohne Energieverlust erzielt, d.h. der Fluß wird ein vollkommener
freier Wirbel sein.
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Bei der konischen Rotation ist folgende Gleichung gegeben: u1 r1 n
= u2 r2n dabei ist r1 = Eintritts-Radius (= D/2) r2 = Austritts-Radius (d/2) u1
= tangentiale Eintrittsgeschwindigkeit u2 = tangentiale Austrittsgeschwindigkeit
Die obige Gleichung lautet also: u2 = u1 (r1/r2) n Mit anderen Worten, die
tangentiale Eintrittsgeschwindigkeit des Luftstromes ist proportional der n-ten
Kraft des Verhältnisses vom Einlaßradius zum Austrittsradius.
Es
kann daher festgestellt werden, daß der Luftstrom im imaginären Konus (fig. 3) schneller
und schneller rotiert in dem Maße wie er vom Bodenspalt A zum Austritt 61 ansteigt.
Als Ergebnis wird mehr und mehr Staub in tangentialer Richtung
der Rotation abgesondert, und zwar zufolge der zunehmenden Zentrifugalkraft
wie der Luftstrom aufwärts wandert.
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Der ausgeschiedene Staub wird an der Innenwand des Netzschirmes 9
abgesetzt. Der Luftstrom wird mehr und mehr gereinigt, bis er durch die Öffnung
61 nach der Kammer 4 gelangt.
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Nachdem sich genügend Staub auf der Innenwand des Netzschirm-Rotors
9 dgesetzt hat, fällt die obere Schicht der Ablagerung auf die Seheibe 7 herab und
gelangt aus dem Rotor in den konischen Teil 11 des Gehäuses 1 durch den Spalt A.
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Bei dem von den Erfindern angestellten Versuch mit dem oben beschriebenen
Zyklon fiel ein oberer Lageipteil ab, während der andere darunter liegende untere
Teil in den Maschen des Netz-Schirm-Rotors härter und härter wurde, bis er dessen
Maschen verstopfte, so daß nur noch Luft durch Spalt A eintreten-konnte. In diesem
Stadium jedoch zeigte die gelieferte Luft einen noch höheren Grad, Prozentsatz der
Staubabscheidung.
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Das Experiment zeigt also, daß ein Blatt- bzw. Blechschirm ohne Zuftdurchl;.s£;igkeit
anstelle des Netzschirmes wohl zur Ans=rendung gelangen kann.
Dem
Blechschirm ist daher gegenüber dem Netzschirm der Vorzug zu geben, weil letzterer
dem Luftstrom nicht nur gestattet ohne ' , Staubabscheidung zu Beginn zu fließen,
sondern er läßt auch Luft durch ihn durchtreten, was den Luftstrom stört der durch
den Spalt A eintritt mit der Möglichkeit, da& der Prozentsatz an Luftseparation
sinkt.
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Die Erfinder stellten ferner einen Versuch mit einem Blatt-Schirm
10 (Fig: 4) und einem Spalt A' ang der die Weite "S" zwischen Schirm 10 und der
unteren Scheibe 7 aufwies. Bei einem Zyklon mit Blatt-Schirm-Rotor gelangt der feinen
Staub enthaltende Luftstrom insgesamt in den Rotor 10, und zwar von Anfang an tangential
allein durch Spalt At, nachdem verhältnismäßig grober Staub außerhalb des Rotors
abgeschieden wurde. Der Luftstrom gelangt rotierend längs der inneren V7and des
einen gedachten Konus B' nach oben, welcher vom unteren Rand mit dem Durchmesser
D des Blatt-Schirmes 10 bis nach dem unteren Rand mit dem Durchmesser d des Austrittes
6' gebildet ist. (Fig. 4) Der Umlaufdurchmesser des Luftstromes verringert sich
wie gesagt von D auf d, während sich die Umlaufgeschwindigkeit stetig von u1 auf
u2 wie oben mathematisch definiert beschleunigt, wenn die Luft ansteigt.
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Mehr und mehr Staub wurde zufolge des Wachsens der Zentrifugalkraft
durch $en beschleunigten Umlauf des Luftstromes abf-eschieden.
Ungleich
dem Netzschirm-Rotor, welcher es dem abgeschiedenen Staub nicht gestattete von der
Innenwand herabzufallen bevor nicht ausreichend Staub an der Netzwandung äbgesetzt
war; der Blechschirm-Rotor erlaubt dagegen, daß der Staub von der glatten Innenwand
zufolge der Gravitation ohne Verzug herabfällt. Der auf die Scheibe 7 gefallene
Staub wird dann schnellstens durch den Spalt A mit ausreichender gleite S aus dem
Rotor geschafft, dies zufolge der Zentrifugalkraft des Rotorumlaufes. Der abgeschiedene
Staub wird letztlich aus dem Zyklon durch den koniscLen Teil, Trichter 1 # und den
Auslaß 11 entfernt. ',lzhrenddessen wurde der Luftstrom zu einem hohen Prozentsatz
;furch utaubabseheidung gereinigt, wenn er dann durch den Austritt 5' über die Kammer
4 nach dern Auslaß 12 gelangte.
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Jedoch zeigte der wie oben beschrieben konstruierte Blechschirm-Rotor
Widerstand,den Staub von der Innenwand herabfallen zu lassen, ;@ie-7in ein nasser
Luftstrom eingeführt wurde.
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Die jr? nder verbesserten daher noch die Gestaltung des Blec"_.schirm-Rotors
durch verjüngende, spitz zulaufende Formgebung wie Fig. 5 zeigt, Hantel 10 t . Der
feuchte Staub, der aus dem rotierenden Luftstrom an der Rotorinnenwand abgeschieden
ist, fiel ohne Verzug herab, weil sich die Vertikal-Komponente der Zentrifugalkraft
an der schrägen Wand zur Schwerkraft des Staubes selbst addierte, und weil das Vertikal-Moment
abwärts
größer wurde entsprechend der Zunahme der Zentrifugalkraft in Relation zum Abwärtsvergrößern
des Rotationsdurchmessers der schrägen Wand. Sobald er auf die untere Scheibe 7
gefallen war, wurde der Staub durch den Spalt A durch die Zentrifugalkraft heraus
befördert.
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Dieser Zyklon mit schrägem Blechrotormantel arbeitete zufriedenstellend
unter verschiedenen Bedingungen, weil der abgeschiedene Staub sogleich aus dem Zyklon
entfernt wurde, ohne Rücksicht darauf ob sich Feuchtigkeit in der Luft oder dem
Gas befand.
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Es kann daher gesagt werden, daß der erfindungsgemäße Zyklon -Staubabscheider
einen hohen 2rozentsatz sehr feinen Staubes aus Luft oder Gas abzuscheiden vermag
zufolge der zweifachen Staubabscheidung innerhalb und außerhalb des Rotors; er vollzieht
zuverlässig eine beachtliche Dauerleistung bei niedriger Wartung, weil abgeschiedener
ätaub sofort entfernt wird; er arbeitet wirtschaftlich, weil der Rotor leicht an
Gewicht ist und der Luftstromwiderstand durgh seine Durchlässe zu vernachlässigen
ist. .
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Die Erfindung ist eine wertvolle Bereicherung für die Industrie.