DE1507817A1 - Fliehkraftstaubabscheider - Google Patents

Description

• Fliehkraftstaubabscheider Die Fliehkraftstaubabscheider, Zyklone oder Wirbler genannt, dienen zur Abscheidung von. staubförmigem Material aus dem Luftstrom. Angestrebt wird jeweils eine möglichst hohe Abscheideleistung innerhalb einfacher, räumlich nicht zu groß bemessener und wirtschaftlich herstellbarer Abscheider. Erwünscht sind ferner die Geringhaltung der Druckverluste, weiterhin bezüglich der Inbetriebhaltung ein niedriger Energiebedarf. Es wurden viele Vorschläge gemacht und Bauarten entwickelt, ohne aber sämtlichen Forderungen zu genügen. Bei vielen ä.iteren Bauarten ist ein langes zylindrisches Gehäuse vorgesehen, in welches von der Deckelseite her ein den Abluftkanal aufnehmendes oder bildendes zylindrisches Rohr eingesetzt ist, das in seinen Abmessungen der zylindrischen Gehäuselänge entspricht oder darüber hinausgeht. Der Ringraum zwischen dem zylindrischen Gehäuse und dem eingesetzten Rohr bildet die Abscheidekammer, in welche die Staubluft über einen gegenüber dem Gehäuse nur eine geringe Höhe besitzenden Einlaßstutzen nahe der Gehäusestirnseite tangential eingeführt wird. Zur Erleichterung der Überleitung der fallenden, spiralförmigen Luftströmung in das Abluftrohr wurden dem Unterteil des'Rohres

  spiral- bzw. schaufelförmige Leitflächen zugeordnet. Die Rohr-

  en

  mitte wurde durch ein/als Verdrängungskörper wirkenden Einsatz

  geschlossen. Bei einer weiteren bekannten Bauart wurde das Abluftrohr auf die Stirnseite des zylindrischen Gehäuses aufgesetzt und in axialer Verlängerung dieses Rohres wurde innerhalb des zylindrischen Gehäuses ein von Einbauten getragener, stabförmiger Verdrängungskörper vorgesehen. Bei diesen Bauarten ist trotz großer zylindrischer Gehäuse die Abscheideleistung unzureichend. Die vorgesehenen Verdrängungskörper schließen Störwirbel nicht aus.
• Es sind auch Bauarten vorgeschlagen worden, bei denen durch in die tief in den zylindrischen Gehäuseteil hineinragenden, der Abluftführung dienenden Rohre eingesetzte Verdrängungskörper oder Leitflächen eine verstärkte wirbelnde Luftströmung erzeugt werden sollte, um vor dem Obertritt der Luft in ein nachfolgendes Abluftrohr kleineren Durchmessers eine Außenschicht des Luftwirbels über Umleitungskanäle dem Abscheider noch einmal zuführen zu können. Abscheider dieser Art arbeiten mit hohen Druckverlusten und schließen störende Wirbelbildungen nicht aus. Die Erfindung geht von einer anderen Gattung der Fliehkraftstaubabscheider aus, bei welchen das Gehäuse einen mit tangentialen Lufteinlaßstutzen versehenen kurzen zylindrischen Oberteil und einen der mehrfachen Länge des Oberteils entsprechenden schlankkonischen Unterteil besitzt, der oberhalb des Staubauslasses den Staubabscheideraum bildet, in welchem, von einem fallenden äußeren spiralförmigen Lufstrom umschlossen,eine steigende mittlere spiralförmige Luftströmung erzeugt wird, die in ein stirnseitig des Oberteils angeordnetes Abluftrohr mündet, wobei der Wirbel durch der unteren Mündung dieses Rohres zugeordnete gebogene Leitflächen aufgelöst und die Strömung axialgerichtet wird. Bei der bekannten Bauart beginnt das Abluftrohr an der Stirnseite des Gehäuses. Vor der unteren Mündung des Abluftrohres ist ein aus Leitschaufeln gebildeter abgestumpfter Kegel angeordnet, der sich bis zur Unterkante des Querschnittes des Einlaßstutzens erstreckt. Bei dieser Bauart ragen die Leitschaufeln jedoch zum Teil zu weit in das Gehäuseinnere hinein und bewirken dort eine Störung des Primärwirbels, wodurch die Abscheideleistung beeinträchtigt wird. Auch der Abluftwirbel ist nicht voll erfaßt, da seine radiale Breite nicht abgegrenzt ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine den eingangs genannten Forderungen weitestgehend entsprechende Bauart eines Fliehkraftstaubabscheiders durch die besondere Kombination verschiedener, zum Teil an sich bekannter Merkmale erreichbar ist, indem neue Kombinationswirkungen nutzbar gemacht werden, die zu einer idealen Luftführung und Geringhaltung der Druckverluste führen. Der Abscheider nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß a) das Abluftrohr derart weit in den zylindrischen Gehäuseoberteil hinein verlängert ist, daß die untere Mündung im Abstand über dem konischen Unterteil etwa mit der Unterkante des Lufteinlaßstutzens abschließt; b) in dem Abluftrohr durch einen oberhalb der unteren Mündungsebene eingesetzten, an beiden Enden geschlossenen, etwa birnenförmigen Füllkörper ein von der axialen,Rohrmündung ausgehender Ringkanal gebildet ist, dessen innerer Durchmesser etwa 0,5 bis 0,75 der lichten Weite des Abluftrohrdurchmessers entspricht; c) die Leitflächen von einer schraubenförmigen Steigung in eine axiale Lage übergehend ausgebildet und derart in dem Ringkanal angeordnet sind, daß ihre untere Kante im wesentlichen mit der unteren tiündungsebene des hbluftrohres abschließt; d) der lichte Durchmesser des Abluftrohres mindestens entsprechend dem größten Durchmesser der inneren spiralförmigen Luftströmung bemessen ,ist. In dem kurzen zylindrischen Gehäuseoberteil,der gegenüber dem Abluftrohr im Querschnitt wesentlich größer ist, vorzugsweise'den vierfachen Durchmesser des Abluftrohres besitzt, wird der Luftstrom lediglich in den spiralförmigen Umlauf gebracht. Die Länge des Abluftrohres ist derart, daß durch die einströmende Luft keine Störung der Strömung im hbluftrohr auftritt. Diese Anordnung und Ausbildung des Abluftrohres bilden eine wesentliche Voraussetzung für die weiteren Kombinationsmerkmale.
• Der der Luftzu- und -abführung dienende obere Abschnitt des Abscheiders bleibt mithin weitestgehend kurz gegen-

  über dem unteren schlankkonisch/und damit langen Gehäuseteil,

  der frei von Einbauten ist und den Staubabscheideraum bildet. Der Gehäusekonus beträgt . beispielsweise etwa 200, In diesem konischen Gehäuseteil wird hewußt eine mehrdimensionale Luftströmung erzeugt und für eine gute Staubabscheidung ausgenutzt. Die vorteilhafte Abscheideleistung in diesem mehrdimensionale Wirbel ist an sich bekannt. Es liegt daher der wesentliche Schritt der Erfindung darin, die vorteilhafte Abscheideleistung zu erhalten durch eine die Gesamtleistung des Abscheiders verbessernde Führung der aufsteigenden mittleren spiralförmigen Luftströmung unter Auflösung des Wirbels, um auf diese Weise sowohl Druckverluste und auch den Energiebedarf zu verringern. Gemäß der Erfindung wird nun durch Anwendung des zweiten Merkmals der gewissermaßen in eine Hohlsäule übergehende steigende Luftwirbel in einen von der axialen Rohrmündung ausgehenden Ringkanal widerstandslos hineingeführt. Die gewählten Abmessungen des Ringkanals, bezogen auf den lichten Durchmesser des Abluftrohres und den Außendurchmesser des Füllkörpers, sind derart, daß der im aufsteigenden Wirbel entstehende Hohlraum in bezug auf die Druckverhältnisse wirkungslos bleibt, weil weder ein Verdrängen noch Einschnüren an der Einführstelle zum Abluftrohr eintritt. Die axiale Grundströmungsrichtung des aufsteigenden Wirbels wird unverändert beibehalten. Infolge der Ausbildung und Anordnung der Leitflächen

  im Zusammenwirken m# dem Füllkörper tritt nun die besondere

  Kombinationswirkung , daß der aus dem konischen Abscheideraum

  aufsteigende- Wirbel in dem axial verhältnismäßig langen Ringkanal aufgelöst wird. Diese Umwandlung des Wirbels in eine axiale Strömung vollzieht sich mithin ohne Störwirbel bei gleichzeitiger Vermeidung von Stauzonen und Hohlräumen. Versuche haben ergeben, daß gegenüber den bekannten Abscheidern dieser Gattung der innerhalb des Abscheiders auftretende Widerstand auf etwa die Hälfte verringert werden kann, wobei infolge der verbesserten Luftführung auch eine höhere Abscheideleistung eintritt. Es wurde außerdem festgestellt, daß für die Auflösung des aus einem langen konischen Abscheideraum aufsteigenden, eine axiale Grundströmungsrichtung besitzenden Wirbels eine solche Bemessung des Ringkanals zweckmäßig ist, bei welchem der Innendurchmesser 0,6 bis 097 der lichten Weite des Abluftrohres entspricht. Die Führung und Auflösung des aufsteigenden Wirbels werden auch dadurch begünstigt, daß die untere Kante der Leitflächen in der Mündungsebene des Abluftrohres oder etwas höher angeordnet ist. Es wird auf diese Weise jegliche Möglichkeit einer unerwünschten Ablenkung des aufsteigenden Wirbels vermieden. Eine vorteilhafte Ausführungsform des Staubabscheiders nach der Erfindung kennzeichnet sich ferner dadurch, daß der Füllkörper im Anschluß an eine unterseitige konvex geformte Stirnseite einen zylindrischen Mantelteil besitzt, welcher umfangsseitig die Leitflächen trägtg bei welchen der;Eingangsabschnitt entsprechend der Steigung des aufwärtsgerichteten, spiralförmigen Luftstromes und der Endabschnitt - bei radial angeordneter Endkante - axial zum Abluftrohr gerichtet sind und daß der oberhalb des zylindrischen Mantelteils befindliche Körperteil schlankkonisch ausgebildet ist. Dieser fast insgesamt innerhalb des Abluftrohres angeordnete Füllkörper ermöglicht bei geringstem Widerstand und unter Vermeidung störender Wirbel die Umlenkung des spiralförmig ankommenden Luftstromes in die axiale Strömung Weitere Merkmale, die zur Verbesserung der Gesamtausbildung des Staubabscheiders beitragen, bestehen darin, daß der zylindrische Mantelteil des Füllkörpers bezüglich der Länge etwa seinem Durchmesser entspricht, während der konische Körperteil mindestens doppelt so lang wie der zylindrische Mantelteil bemessen ist. In der Zeichnung ist der Staubabscheider nach der Erfindung beispielsweise veranschaulicht. Fig. 1 zeigt den Abscheider in vertikalem Längsschnitt, Fig. 2 ist ein Querschnitt zu Fig. 1, Fig. 3 zeigt die Ausbildung und Anordnung des Füllkörpers im Abluftrohr. Der Fliehkraftstaubabscheider besitzt einen kurzen zylindrischen Gehäuseoberteil 1. Dieser Gehäuseteil ist mit einem im Querschnitt etwa rechteckigen Lufteinlaßstutzen 2 versehen. Die Höhe des Lufteinlaßstutzens erstreckt sich auf einen wesentlichen Teil der Länge des Gehäuseoberteils. An den zylindrischen Gehäuseteil schließt sich nach abwärts gerichtet ein schlankkonischer Gehäuseunterteil 3 an. Die Länge dieses konischen Teils entspricht der mehrfachen Länge des zylindrischen Oberteils 1. Das konische Gehäuse mündet in den Stutzen 4, der zur Abführung des abzuscheidenden Staubes dient. Der anfallende Staub kann stetig oder in Zeitabständen abgezogen werden. Bei dem konischen Gehäuseteil schließen die gegenüberliegenden Seitenwände einen Winkel ein, der kleiner als 301 ist, beispielsweise 20o beträgt. Dieser konische Gehäuseteil bildet den Staubabscheideraum, in welchem eine bestimmte mehrdimensionale Luftführung erzwungen wird. Die über den Stutzen 2 einströmende Luft wird zunächst als Primärwirbel an der konischen Gehäusewand abwärts geführt. Infolge der zunehmenden Verengung de: Gehäuses wird eine wirksame Zentrifugalkraft aufrechterhalten, die das Abscheiden des Staubes aus der Luft fördert. Näch einem verhältnismäßig langen Abwärtsweg der Luft wird diese unter Bildung einer mittleren, aufwärtsgerichteten spiralförmigen Strömung dem Abluftrohr 6 zugeführt, das zentral im zylindrischen Gehäuseteil angeordnet ist. Die Länge des in den zylindri-

  schen Gehäuseteil hineinragenden Abschnittes des Ablu.ftrohres

  Eintritts

  entspricht etwa der Höhe des xxxxxxstutzens 2. Der Querschnitt

  des Abluftrohres im Bereich des äußeren Endes ist gleich groß oder etwas größer als der Querschnitt des Einlaßstutzens. Wesentlich für die angestrebte hohe Abscheideleistung bei einem möglichst niedrig gehaltenen Druckverlust ist das Zusammenwirken des langgestreckten konischen Staubabscheideraumes mit der Ausgestaltung des Abluftrohres. Es wird nunmehr die stirnseitige Öffnung des Abluftrohres bezüglich des lichten Durchmessers mindestens entsprechend dem Durchmesser des aufwärtsgerichteten spiralförmigen Luftstromes bemessen. Innerhalb des Abluftrohres ist auf etwa die Länge des zylindrischen Gehäuseteils 1 erstreckt ein von Leitflächen 7 umschlossener, etwa birnenförmiger Füllkörper 8 angeordnet. Die konvex'geformte Stirnseite 9 des Füllkörpers liegt im wesentlichen in der Ebene der Stirnseite des Abluftrohres. Der Außendurchmesser des Füllkörpers entspricht etwa 0,5 bis 0,75, vorzugsweise 0,6 bis 0,7, des Abluftrohrdurchmessers. Die umfangsseitig des Füllkörpers vorgesehenen Leitflächen sind derart schraubenförmig gekrümmt, daß der Eingangsabschnitt entsprechend der Steigung des aufwärtsgerichteten spiralförmigen Luftstromes verläuft. Die Krümmung wird allmählich verändert, derart, daß im Bereich des Endabschnittes der Leitflächen letztere axial zum Abluftrohr gerichtet sind. Die Endkanten der Leitflächen sind dabei radial zur Abluftrohrachse angeordnet. Der die Leitflächen tragende Abschnitt des Füllkörpers ist zylindrisch ausgebildet. Die Länge dieses zylindrischen Mantelteils 10 des Füllkörpers entspricht etwa der Länge seines Durchmessers. An diesem zylindrischen Teil ist ein konischer Körperteil 11 angeschlossen, dessen Länge mindestens doppelt so lang wie der zylindrische Mantelteil ist. Infolge dieser besonderen Anordnung und Ausbildung des Füllkörpers wird der mittlere spiralförmige Luftwirbel unter Beibehaltung seiner axialen Grundströmungsrichtung vom Abluftrohr aufgenommen oder aufgefangen, wobei die konvexe Stirnseite des Füllkörpers den im Inneren eines Wirbels entstehenden Hohlraum nur ausfüllt und damit die Entstehung störender Hohlräume, jedoch auch eine radiale hufweitung des Wirbels vermeidet.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Fliehkraftstaubabscheider, dessen Gehäuse einen mit tangentialem Lufteinlaßstutzen versehenen kurzen zylindrischen Oberteil und einen der mehrfachen Länge des Oberteils entsprechenden schlankkonischen Unterteil besitzt, der oberhalb des Staubauslasses den Staubabscheideraum bildet, in welchem von einem fallenden äußeren spiralförmigen Luftstrom umschlossen eine steigende mittlere spiralförmige Luftströmung erzeugt ist, die in ein stirnseitig des Oberteils angeordnetes Abluftrohr mündet, wobei der Wirbel durch der unteren Mündung dieses Rohres zugeordnete gebogene Leitflächen aufgelöst und die Strömung axial gerichtet wird, g e k e n n -z e i c h n e t durch die Kombination folgender Merkmale: a) das Abluftrohr (6) ist derart weit in den zylindrischen Gehäuseoberteil (1) hinein verlängert, daß die untere Mündung im Abstand über dem konischen Unterteil etwa mit der Unterkante des Lufteinlaßstutzens (2) abschließt; b) in dem Abluftrohr ist durch einen oberhalb der unteren Nündungsebene eingesetzten, an beiden Enden geschlossenen, etwa birnenförmigen Füllkörper (8) ein von der axialen Rohrmündung ausgehender Ringkanal gebildet, dessen innerer Durchmesser etwa 0,5 bis 0,75 der lichten Weite des Abluftrohrdurchmessers entspricht; c) die Leitflächen (7) sind von einer schraubenförmigen Steigung in eine axiale Lage übergehend ausgebildet und derart in dem Ringkanal angeordnet, daß ihre untere Kante im wesentlichen mit der unteren Mündungsebene des Abluftrohres abschließt; d) der lichte Durchmesser des Abluftrohres (6) ist mindestens entsprechend dem größten Durchmesser der inneren spiralwförmigen Luftströmung bemessen.
2. 2. Fliehkraftstaubabscheider nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i e h n e t , daß der Innen- s des se r/ Öl 6g bi sa 0s ,7 der lichten Weite des Abluftrohres entspricht.
3. 3. Fliehkraftstaubabscheider nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t-9 dU die untere Kante der Leitflächen in der Mündungsebene des Abluftrohres oder etwas höher angeordnet ist.
4. 4. Fliehkraftstaubabscheider nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Füllkörper (8) im Anschluß an eine unterseitige konvex geformte Stirnseite einen zylindrischen Mantelteil (10)-besitzt, welcher umfangsseitig die Leitflächen (7) trägt, bei welchen der Eingangsabschnitt entsprechend der Steigung des aufwärtsgerichteten spiralförmigen Luftstroms und der Endabschnitt - bei radial angeordneter Endkante - axial zum Abluftrohr gerichtet sind undcUß der oberhalb des zylindrischen Mantelteils befindliche Körperteil (11) schlankkonisch ausgebildet ist. S. Fliehkraftstaubabscheider nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zylindrische Mantelteil (10) des Füllkörpers (8) bezüglich der Länge etwa seinem Durchmesser entspricht, während der konische Körperteil (11) mindestens doppelt so lang wie der zylindrische Mantelteil bemessen ist.