DE1811800B2

DE1811800B2 - Vorrichtung zur Trennung von mitgeführten Teilchen aus einem Gasstrom

Info

Publication number: DE1811800B2
Application number: DE1811800A
Authority: DE
Inventors: Oke William Houston Tex. Muller
Original assignee: DYNA-THERM CORP HOUSTON TEX US
Current assignee: DYNA-THERM CORP HOUSTON TEX US
Priority date: 1967-11-30
Filing date: 1968-11-29
Publication date: 1981-04-09
Also published as: GB1202310A; US3546854A; SE358311B; DE1811800C3; FR1596727A; DE1811800A1; JPS4943632B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung von mitgeführten Teilchen aus einem Gasstrom gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der GB-PS 10 89 244 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, die mit einem einen axialen Einlaß und einem axialen Auslaß für den Gasstrom aufweisenden, im wesentlichen zylindrischen Gehäuse versehen ist, wobei Einlaß und Auslaß an entgegengesetzten Gehäuscenden liegen. Innerhalb des Gehäuses ist koaxial ein Strömungsverteiler angeordnet, der tangentiale Schaufeln aufweist, die eine kegelstumpfförmige Fläche und eine Vielzahl von umfangsseitig im Abstand voneinander liegenden, tangentialen Schlitzen bilden, die dem Gasstrom eine Winkelgeschwindigkeit erteilen, wobei das sich verjüngende Ende des Strömungsverteilers stromaufwärts liegt und die Basis der kegelstumpfförmigen Fläche offen ist und im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist wie der Innendurchmesser des Gehäuses, Die kegelstumpfförmige Fläche begrenzt einen Hohlraum, so daß das Gehäuse und der Strömungsverteiler eine stromabwärts liegende Trennkammer bilden, in der die mitgeführten Tenahen

ίο abhängig von der Zentrifugalkraft gesammelt und in einer Ringzone im radialen Abstand von der Längsachse des Gehäuses aufgenommen werden, während der Gasstrom durch den Auslaß austritt Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Abziehen der gesammelten Teilchen aus der Trennkammer vorhanden.

Bei dieser bekannten Vorrichtung reichen die tangenlialen Schaufeln auf der kegelstumpfförmigen Fläche bis in einen Bereich hinein, der sehr nahe an der Gehäuseachse liegt d. h. die durch die Schaufeln gebildete kegelstumpfförmige Fläche hat an ihrem verjüngten Ende einen Durchmesser, der ungefähr dem 0,1 fachen Durchmesser der Basis entspricht Da dem Gasstrom über den ganzen Bereich der Schaufeln eine Wirbelbewegung erteilt wird, erstreckt sich bei dieser bekannten Vorrichtung der resultierende, unter hohem Druck stehende Ringabschnitt welche die abgeschiedenen Teilchen enthält biiin den unter einem niedrigerem Druck stehenden Kern hinein. Als Folge der Wirbelausbildung ist es nun möglich, daß Teilchen aus dem Ringraum herausgezogen und in den zentralen Kern des Gasstromes hineingezogen und durch den Auslaß der Vorrichtung mit abgeführt werden, wodurch eine verhältnismäßig geringe Abscheidung des abzuscheidenden Materials erhalten wird. Dieses Mitreißen kommt insbesondere bei plötzlichen Laststößen oder bei Überlast vor.

Aus der US-PS 27 09 501 ist eine ähnliche Vorrichtung bekannt bei der allerdings der Strömungsverteiler tangentiale Schaufeln aufweist die ew, e Zylinderfläche bilden, wobei das stromaufwärtige Ende des Verteilers durch eine flache Platte verschlossen ist während das stromabwärtige Ende des Verteilers mit einem kegelstumpfförmigen, nicht durchlässigen Tragteil verbunden ist dessen Basis gegenüber dem Gehäuse von diesem beabstandet festgelegt ist. Bei dieser Vorrichtung ist die Wirbelbewegung des teilchenbeladenen Gasstromes im wesentlichen auf den zentralen Bereich der Trennvorrichtung beschränkt, wenngleich sich auch hier allmählich in der Trennkammer an den Gehäuseinnenwänden eine leilchenbeladene Ringzone ausbildet, so daß auch hier Teilchen mit in den Auslaß mithineingezogen werfen, wodurch der Abscheidegrad relativ niedrig ist. Aufgrund der Ausnutzung nur eines Teils des Gehäusequerschnitts zur Ausbildung einer Wirbelbewegung ist auch der Gasdurchsatz pro Zeiteinheit relativ gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Trennvorrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, mit der ein hoher Abscheidewirkungsgrad und ein hoher Durchsatz je Zeiteinheit erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs I gelöst.

Durch die Erfindung wird eine Trennvorrichtung zur Verfügung gestellt, bei der der Strömungsverteiler aus zwei Abschnitten besteht, wobei ein kegelstumpfförmiger, Schaufeln aufweisender erster Abschnitt so ausgebildet ist, daß sein verjüngtes Ende einen Durchmesser aufweist, der etwa dem 0,3- bis 0,6fachen des Durchmessers der Basis entspricht, und ein zweiter,

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an dem verjüngten Ende stromaufwärts gerichteter Abschnitt vorgesehen ist, dessen Schaufeln eine Zylinderfläche und eine Vielzahl von umfangsseitig im Abstand voneinander liegenden, tangentialen Schlitzen bilden, die dem Gasstrom eine zusätzliche Winkelgeschwindigkefit erteilen, wobei das stromaufwärts gelegene Ende des zweiten, zylindrischen Abschnittes durch eine koaxial zu diesem Abschnitt angeordnete, nicht perforierte Kappe: abgeschlossen ist Durch das Anordnen zweier, eine Wirbelbewegung erteilender Abschnitte wird ein Niederdruckwirbel im zentralen Teil der Trennvorrichtung vermieden — es ist also nur ein radial vom Kern beabstandeter Hochdruckwirbel vorhanden — wodurch die Teilchen nicht in den Auslaß der Trennvorrichtung gelangen können. Durch die spezielle Ausbildung des Strömungsverteilers kann darüberhinaus gegenüber den bekannten Trennvorrichtungen ein höherer Durchsatz pro Zeiteinheit erzielt werden.

Vorzugsweise weist dabei die kegelstumpfförmige Fläche einen Kogelwinkel von etwa 45° bis etwa 85° auf.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den im Zusammenhang mit der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigt

F i g. 1 eine Trennvorrichtung, bei der ein Teilaspekt der Erfindung verwirklicht ist, im Längsschnitt;

F i g. 2 eine Trennvorrichtung mit einem Strömungsverteiler gemäß dem Stand der Technik im Längsschnitt;

F i g. 3 eine Trennvorrichtung mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Strömungsverteilers im Längsschnitt; und

Fig.4 eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung im Querschnitt

Die Trennvorrichtungen A, B und C weisen je ein zylindrisches Gehäuse 10 mit einem Einlaßrohr 11 auf, welches gemäß den F i g. 1 bis 3 am linken Ende angeordnet ist Das Einlaßrohr 11 besitzt einen Kupplungsfldns-h 12 am stromaufwärtigen Ende, durch welchen das Einlaßende der Trennvorrichtung mit dem offenen Ende einer Leitung verbunden werden kann. Ein Auslaßrohr 13 ist am entgegengesetzten Ende des Gehäuses 10 angeordnet und weist einen Kupplungsflansch 14 auf, der sich am strom abwärtigen Ende befindet und die Trennvorrichtung Aß und C mit dem entgegengesetzten offenen Ende einer Leitung verbindet. Das Einlaßrohr 11 und das Auslaßrohr 13 sind axial in Fluchtung und weisen vorzugsweise den gleichen Durchmesser auf.

Dem durch die Trennvorrichtung A₁ B und C hindurchtrete.iden Gasstrom wird mittels eines zwischen den Rohren 11 und 13 angeordneten Strömungsverteilers 15 bzw. 30 eine Wirbelbewegung erteilt. Der Strömungsverteiler 15 bzw. 30 unterteilt die Trennvorrichtung A, B und C in eine vordere Kammer 16 an der Zustromseite und in eine Abscheidekammer 17 am stromabwärtigen Ende. Eine Abzugsleitung 18 wird von einem Gewindestutzen 19 aufgenommen, der sich durch die Gehäusewand 10 in die Abscheidekammer 17 erstreckt, um die Entnahme des festen oder flüssigen Materials, welches sich während der zentrifugalen Abscheidung angesammelt hat, zu gestatten.

Der erfindungsgemäße Strömungsverteiler weist gemäß den F i g. 1 und 3 einen Abschnitt auf, der als gerader Kegelstumpf ausgebildet ist, wobei das verjüngte Ende stromaufwärts liegt und sich gegen das Einlaßrohr 11 erstreckt. Das Verhältnis des Durchmessers des verjüngten, stromaufwärtigen Endes des kegelstumpfförmigen Abschnittes des Strömungsverteilers 15 zum Durchmesser der stromabwärts gelegenen Basis desselben beträgt zwischen 0,3 und 0,6, während der Kegelwinkel zwischen etwa 45° und etwa 85° liegt

Gemäß Fig.3 ist an dem verjüngten Ende der kegelstümpfförmigen Fläche ein kurzer zylindrischer Abschnitt 40 des Strömungsverteilers 15 vorgesehen, um die volumetrische Kapazität zu erhöhen.

Eine votstehende, aerodynamisch ausgebildete Kappe 23 schließt das stromaufwärtige Ende des Strömungsverteilers 15 ab. An der Basis des Strömungsverteilers 15 ist ein Randabschnitt 24 vorgesehen, mit dem der Strömungsverteiler 15 an der zylindrischen Wand des Gehäuses 10 befestigt werden kann. Der Strömungsverteiler 15 besteht dabei sowohl in seinem kegelstumpfförmigen, als auch in seinem zylindrischen Abschnitt aus tangentialen Schaufeln 25, die zwischen sich tangentiale Schlitze bilden, durch welche das gasförmige Strömungsmittel durchtreten muß, um in die Abscheidekammer 17 zu gelangen, liie tangentialen Schaufeln sind derart angeordnet daß uie zwischen ihnen gebildeten Schlitze dem durchtretenden gasförmigen Strömungsmittel eine Winkelgeschwindigkeit ertei-Ien. Die Schaufeln werden dabei einerseits von dem Randabscimitt 24, andererseits von der vorstehenden Kappe 23 abgestützt Dadurch ist der Gasstrom gezwungen, durch die Schlitze hindurchzutreten.

Gemäß den F i g. 1 und 4 bildet das gasförmige Strömungsmittel in der Abscheidekammer 17 eine in Folge der durch den Strömungsverteiler 15 erteilten Winkelgeschwindigkeit wirbelnde Masse. Als Folge der Zentrifugalkraft welche sich durch die Winkelgeschwindigkeit der wirbelnden Masse ergibt entsteht im mittleren Teil der Kammer 17 ein Kern 27 mit niedrigerem Druck und in der Nachbarschaft der Gehäusewand ein unter hohem Druck stehender Ringbereich 28. Unter der Einwirkung der Zentrifugalkräfte bewegen sich feste oder flüssige Teilchen in der Wirbelmasse mit hoher Geschwindigkeit zum unter hohen Druck stehenden Ringbereich 28.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß der unter hohem Druck stehende Ringbereich 28, welcher die abgetrennten festen oder flüssigen Teilchen enthält, sich gerade innerhalb des stromaufwärtigen Endes des Strönwngsverteilers 15 gemäß F i g. 1 bildet Infolge der kegelstumpfförmigen Gestalt des Strömungsverteilers 15 der F i g. 1 weist der Ringbereich 28 jedoch ebenfalls eine kegelstumpfförmige, offenendige Ausbildung auf, so daß

so die Teilchen jederzeit einen Abstand zum zentralen, unter niedrigerem Druck stehenden Kern 27 aufweisen und das stromaufwärts liegende Ende des Ringbereiches 28 nicht in einem solchen Umfang konvergiert, daß es sich mit dem unter niedrigerem Druck stehenden Kern 27 vereinigt und einen Wirbel bildet.

Beim Vergleich der Trennvorrichtung A gemäß F i g. 1 mit der bekannten Trennvorrichtung B gemäß F i g. 2, die hier mit einem vollständigen Kegel als Strömungsverteiler gezeichnet ist, zeigt sich, daß der kegelförmige Strömungsverteiler 30 der strömenden Masse am stromaufwärtigeh Ende 3f eine Wirbelbewegung zu erteilen beginnt. Entsprechend erstreckt sich der resultierende, unter hohem Druck stehende Ringabschnitt 32, welcher die abgetrennten Teilchen enthält, bis in den ujter einem niedrigerem Druck stehenden Kern hinein. Als Folge der Wirbelausbildung ist es unter gewissen Bedingungen möglich, daß diese Teilchen aus dem Ringraum herausgezogen und in den

zentralen Kern 33 hineingezogen werden, wodurch der Zweck der Trennvorrichtung zunichte gemacht wird. Eine derartige Bedingung tritt besonders leicht während plötzlichen LaststöBen oder bei Überlast auf. Als Folge der kegelstumpfförmigen Gestalt des ersten Abschnittes des Strömungsverteilers 15 gemäß der Erfindung ist jedoch die Gefahr eines Wirbeleffektes im wesentlichen ausgeschaltet und die Trennvorrichtungen A und Csind in der Lage, plötzliche Laststöße und Überlastungen ohne ernsthafte Folgen aufzunehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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1, Vorrichtung zur Trennung von mitgeführten Teilchen aus einem Gasstrom, mit einem einen axialen Einlaß und einen axialen Auslaß für den Gasstrom aufweisenden, im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, wobei Einlaß und Auslaß an entgegengesetzten Gehäuseenden liegen und innerhalb des Gehäuses koaxial ein Strömungsverteiler angeordnet ist, dessen einer Abschnitt tangential Schaufeln aufweist, die eine kegelstumpfförmige Fläche und eine Vielzahl von umfangsseitig im Abstand voneinander liegenden, tangentialen Schlitzen bilden, die dem Gasstrom eine Winkelgeschwindigkeit erteilen, wobei das sich verjüngende Ende des Strömungsverteilers stromaufwärts liegt und die Basis der kegelstumpfförmigen Fläche offen ist und im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist wie der Innendurchmesser des Gehäuses, und die kegelstumpfffinnige Fläche einen Hohlraum begrenzt, das Gehäuse und der Strcmungsverteiler eine stromabwärts liegende Trennkammer bilden, in der die mitgeführten Teilchen abhängig von der Zentrifugalkraft gesammelt und in einer Ringzone im radialen Abstand von der Längsachse des Gehäuses aufgenommen werden und eine Vorrichtung zum Abziehen der gesammelten Teilchen aus der Trennkammer vorhanden ist, während der Gasstrom durch den Auslaß austritt, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts des sich verjüngenden E»'Jes der kegelstumpfförmigen Fläche des Strömungsverteilers (15). dessen Durchmesser etwa dem 0,3- bis 0,6fachen des Durchmessers der Basis entspricht, ein weiterer Abschnitt (40) mit tangentialen Schaufeln (25) liegt, die eine Zylinderflache bilden, deren Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser des stromaufwärts gelegenen Endes des kegelstumpfförmigen Abschnittes des Strömungsverteilers (15) entspricht, wobei die Schaufeln (25) des zylindrischen Abschnitts (40) eine Vielzahl von umfangsseitig im Abstand voneinander liegenden, tangentialen Schlitzen (26) bilden, die dem Gasstrom eine Winkelgeschwindigkeit erteilen, und das stromaufwärts gelegene Ende des zylindrischen Abschnitts (40) durch eine koaxial zu diesem Abschnitt angeordnete, nicht perforierte Kappe (23) abgeschlossen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmige Fläche einen Kegelwinke! zwischen etwa 45° und etwa 85° aufweist.