DE202005014174U1

DE202005014174U1 - Zyklonabscheider

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Publication number: DE202005014174U1
Application number: DE202005014174U
Authority: DE
Original assignee: Esta Apparatebau GmbH and Co KG
Current assignee: Esta Apparatebau GmbH and Co KG
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2015-09-01

Abstract

Zyklonabscheider 11)
– mit einer von einem Gehäuse (12) umschlossenen Zyklonkammer (31),
– mit vertikaler Achse (13),
– mit einem im wesentlichen zylindrischen Teil (14) mit einer Höhe (h z) und einem Radius (r a),
– mit einem daran unten anschließenden konischen Teil (15), der sich mit einem Verjüngungswinkel (a) und über eine Länge (h k) nach unten erstreckt und an dessen unterem Ende sich eine Partikelaustragöffnung (16) befindet,
– wobei der Zyklonabscheider einen im wesentlichen tangentialen Rohlufteinlauf (17) mit einem Einlaufverteiler (26) mit größerer Höhe (h e) als Breite (b e) des Einlaufquerschnitts (18) in den zylindrischen Teil (14) aufweist, über den die Rohluft mit einer Einlaufgeschwindigkeit (v e) in den zylindrischen Teil (17) einströmt,
– wobei die Mittellinie (20) des Einlaufquerschnitts (27) einen radialen Abstand von der Achse (13), d.h. einen Einlaufradius (r e) aufweist und wobei der Rohlufteinlauf (17) über eine...

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Zyklonabscheider werden insbesondere zur Luft- oder Gasreinigung eingesetzt und dienen hauptsächlich zur Abscheidung von Stäuben, Partikeln und anderen in Luft oder Gas enthaltenen Stoffen, meist von Verunreinigungen. Häufig werden sie als Vorabscheider zum Ausscheiden von Grob-Verunreinigungen vor Filtern eingesetzt.
Ein Zyklonabscheider besteht normalerweise aus einer Zyklonkammer, in die von der Seite, meist tangential, ein Rohlufteinlauf hineinführt. In der Zyklonkammer werden die schwereren Partikel in dem Gas durch Zentrifugalkraft an den Außenumfang gedrängt und fallen durch eine untere Auslassöffnung heraus, während die Reinluft durch ein zentrales Tauchrohr, das von oben in die Zyklonkammer hineinreicht, abgezogen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zyklonabscheider zu schaffen, der sich durch einen besonders hohen Abscheidegrad bei einfacher Bauweise auszeichnet und diesen guten Abscheidegrad auch bei unterschiedlichen Rohluftcharakteristica, von groben Partikeln bis zu Feinstäuben, beibehält.
Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.
Durch die besondere Geometrie des Zyklonabscheiders, wie sie im Anspruch 1 im einzelnen definiert ist, wird ein hervorragender Abscheidegrad nicht nur bei groben Partikeln, sondern insbesondere auch bei Feinstäuben, erzielt. Dadurch ist es möglich, den Zyklon als Vorabscheider zu einer nachgeschalteten Filtereinheit (Patronen- oder Schlauchfilter) einzusetzen. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der Filterelemente in der nachgeschalteten Filtereinheit aufgrund der hohen Abscheideleistung des Zyklons beträchtlich.
Durch den hohen Abscheidegrad ist es jedoch auch möglich, den Zyklonabscheider als Hauptfilter einzusetzen, so dass keine nachgeschaltete Filtereinheit notwendig ist. Das senkt nicht nur die Betriebskosten, sondern auch die Anschaffungskosten. In diesem Falle könnte beispielsweise ein Sauggebläse direkt auf den Zyklon aufgesattelt werden. Auch die Nachschaltung eines Vakuumabscheiders ist möglich. Durch den hohen Abscheidegrad werden auch die Gebläse geschont.
Der Zyklonabscheider kann in den verschiedensten Austragsvarianten, d.h. unterschiedlichen Systemen zum Sammeln bzw. Austragen des abgeschiedenen Materials, versehen sein, ohne dass die Geometrie des Zyklons selbst geändert werden muss. Als Varianten können Sammel behälter in unterschiedlicher Größe sowie Zellenradschleusen oder Pendelklappen oder Quetschventile verwendet werden.
Es wurde festgestellt, dass die aufgrund der jahrzehntelangen Erfahrung bei der Anmelderin ermittelte besondere Geometrie auch nach aufwendigen Versuchen sich bei allen Größen von Zyklonen, beispielsweise bis zu einer Leistung von 12.500 m³ / h und einer Größe von über 1 m im Durchmesser und einer Höhe von nahezu 4 m in gleicher Weise bewährt hat und die Abscheidegrade der vorher im einzelnen erläuterten Güte erlaubte.
Besonders hervorzuheben ist das Verhältnis zwischen der Höhe des tangentialen Einlaufs zum Durchmesser des zylindrischen Teils der Zyklonkammer zur Länge des Tauchrohrs und zur Länge des Austragkonus'.
Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Das gilt insbesondere für die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen.
1 eine schematische Seitenansicht eines Zyklons mit nachgeschalteter Filter- und Gebläseeinheit,
2 und 5 perspektivische Darstellungen des Zyklons nach der Erfindung,
3 eine Außenansicht des Zyklons,
4 einen Schnitt durch den Zyklon,
6, 7 und 8 schematische Darstellungen, die die Maße des Zyklons verdeutlichen und
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Abscheide- und Filtereinheit mit einem Zyklonabscheider 11, der auf einem Ständer 32 angeordnet ist. Er hat ein Gehäuse 12 mit einem zylindrischen Teil 14 und einem konischen Teil 15, an dessen unterem Ende sich eine Austragöffnung 16 befindet. Über diese können die abgeschiedenen Partikel, Stäube oder dgl. in einen Behälter 33 fallen. Der Zyklon hat einen Rohlufteinlauf 17, an den in nicht dargestellter Weise die Quelle der zu reinigenden Rohluft angeschlossen werden kann, beispielsweise eine Schleifmaschine oder dgl.
In das Gehäuse 12 führt von oben hinein ein Tauchrohr 19, aus dem die Reinluft aus dem Zyklon austritt und über eine Rohr- und Schlauchverbindung 34 in eine Filtereinheit 35, beispielsweise einen Patronenfilter 36 mit einem Behälter 37 für das Filtrat gesaugt wird. Aus der Filtereinheit wird, wiederum über eine Rohr/Schlauchverbindung 38 die Reinluft aus dem Filter in eine Gebläseeinheit 39 gesaugt.
Die 2 bis 4 zeigen den Zyklonabscheider im einzelnen. Im vorliegenden Fall handelt es sich um ein Modell, das mit einer Einbauplatte 21 in einem Rahmen, einer Maschine oder ein Gebäude eingebaut werden kann. An den zylindrischen Teil 14 schließt sich der wesentlich längere konische Teil 15 an, der sich unter einem Verjüngungswinkel a bis zu einem zylindrischen Austragstutzen 22 erstreckt, an dessen unterem Ende sich die Austragöffnung 16 befindet. Das Tauchrohr 19 ragt durch den oberen Abschlussdeckel 23 des Gehäuses hindurch und durchquert, achsgleich mit dem Gehäuse, den zylindrischen Teil und ragt etwas in den konischen Teil hinein. An seinem unteren Ende befindet sich die Tauchrohr-Einlassöffnung 24.
Der Rohlufteinlauf 17 hat einen zylindrischen Einlaufstutzen 25 und daran anschließend einen Einlaufverteiler 26, der den bis dahin kreisrunden Querschnitt ohne wesentliche Änderung des Querschnittsflächeninhalts bis zu einem Einlassschlitz 27 verformt, der tangential in den zylindrischen Teil 14 einläuft. Dabei erweitert sich der Einlaufverteiler schräg nach unten, während seine Oberkante praktisch in Flucht mit der Oberkante des Einlaufstutzens 25 verbleibt. Deswegen erstreckt sich der Einlassschlitz von dem den zylindrischen Teil 14 nach oben abschließenden Abschlussdeckel 23 bis kurz vor das untere Ende des zylindrischen Teils 14, d.h. dessen Übergang in den konischen Teil 15. Die Außenwände und ggf. auch die Innenwand des Einlaufverteilers können nach außen leicht gekrümmt sein, so dass auch der Einlaufschlitz in seiner Durchdringung der Wandung des zylindrischen Teils gekrümmt ist.
In den 6 bis 8 sind Bezugsmaße angegeben, deren Verhältnisse einzeln oder vorzugsweise in Kombination die Geometrie des Zyklonabscheiders nach der Erfindung bestimmen.
Die 6 bis 8 zeigen, dass der Zyklonabscheider 11 mit in seinem im wesentlichen zylindrischen Teil 14 eine Höhe h z und einen Radius r z hat, mit seinem daran unten anschließenden konischen Teil 15, der sich mit einem Verjüngungswinkel a und über eine Länge h k nach unten erstreckt und an dessen unterem Ende sich eine Partikelaustragöffnung 16 befindet.
Sie zeigen ferner, dass der Zyklonabscheider 11 einen im wesentlichen tangentialen Rohlufteinlauf 17 mit einem Einlaufverteiler 26 mit größerer Höhe h e als Breite b e des Einlaufquerschnitts 18 in den zylindrischen Teil 14 aufweist, über den die Rohluft mit einer Einlaufgeschwindigkeit v e in den zylindrischen Teil 14 einströmt, dass die Mittellinie 20 des Einlaufquerschnitts 27 einen radialen Abstand von der Achse 13, d.h. einen Einlaufradius r e, aufweist, und dass der Rohlufteinlauf 17 über eine Rohlufteinlauflänge l e auf größere Höhe h e als Breite b e verformt ist.
Ferner weist das zentrale, von oben durch den zylindrischen Teil 14 ragende Tauchrohr 19, durch das die Reinluft mit einer Tauchrohrgeschwindigkeit v t aus der Zyklonkammer strömt, eine Tauchrohrlänge h t innerhalb des Gehäuses aufweist.
Der Zyklonabscheider weist wenigstens eines der folgenden Merkmale auf:

– das Tauchrohr-Eintauchverhältnis h t / h z, nämlich das Verhältnis der Tauchrohrlänge h t zur Höhe des zylindrischen Teils h z beträgt zwischen 1,0 und 1,24, vorzugsweise ca. 1,125,
– das Einlaufradien-Verhältnis r e / r a, nämlich das Verhältnis des Einlaufradius' r e zu dem Radius r a des zylindrischen Teils 14 liegt zwischen 0,8 und 0,97, vorzugsweise bei ca. 0,89,
– das Einlaufbreiten-Verhältnis b e / r e, nämlich das Verhältnis der Einlaufquerschnittsbreite b e zum Einlaufradius r e beträgt zwischen 0,23 und 0,28, vorzugsweise ca. 0,26,
– das Einlaufhöhenradius-Verhältnis h e / r e, nämlich das Verhältnis der Einlaufquerschnittshöhe h e zum Einlaufradius r e beträgt zwischen 1,04 und 1,28, vorzugsweise ca. 1,16,
– das Einlaufhöhen-Verhältnis h e / h z, nämlich das Verhältnis der Einlaufhöhe h e zur Höhe h z des zylindrischen Teils, liegt zwischen 0,8 und 1,0, vorzugsweie bei 0,9,
– das Einlauferweiterungs-Verhältnis l e / h e, nämlich das Verhältnis der Einlauflänge l e zur Einlaufhöhe h e beträgt zwischen 1,65 und 2,0, vorzugsweise ca. 1,83,
– das Einlaufverengungs-Verhältnis l e / b e, nämlich das Verhältnis der Einlauflänge l e zur Einlaufbreite b e beträgt zwischen 7,4 und 9,0, vorzugsweise ca. 8,25,
– der Verjüngungswinkel a des konischen Teils liegt zwischen 20° und 25°, vorzugsweise bei ca. 23°,
– das Konuslängenverhältnis h k / r a, nämlich das Verhältnis zwischen Konuslänge h k und Radius r z des zylindrischen Teils 14 beträgt 2,4 bis 3,5, vorzugsweise 3,0,
– das Strömungsgeschwindigkeits-Verhältnis v t / v e, nämlich das Verhältnis der Tauchrohrgeschwindigkeit v t zur Einlaufgeschwindigkeit v e beträgt 0,82 bis 1,0, vorzugsweise ca. 0,91,
– die Einlaufgeschwindigkeit v e liegt zwischen 10,8 und 13,2 m/s, vorzugsweise bei ca. 12 m/s,
– die Tauchrohrgeschwindigkeit v t liegt zwischen 9,8 und 12 m / s, vorzugsweise bei 10,9 m/s,
– das Tauchrohr steht mit seiner unteren Öffnung 24 über die Unterkante des Einlaufquerschnitts nach unten vor, und zwar um 12 bis 38%, vorzugsweie um ca. 25 % der Einlaufquerschnittshöhe h e.

Funktion
Der Zykonabscheider 11 wird über seinen Einlaufstutzen 25 an die Quelle des zu reinigenden Gases angeschlossen. Unter der Saugwirkung eines reinluftseitig liegenden Gebläses, beispielsweise des Gebläses 39 aus 1, oder eines direkt auf den Zyklon 11 aufgesetzten Gebläses wird die Rohluft über den Einlaufverteiler 26 oder den Einlaufschlitz 27 in die Zyklonkammer 31 gesaugt. Sie verteilt sich dabei durch die sich nach unten erweiternde und in der Breite verringernde Form des Einlaufverteilers 26 relativ gleichmäßig über die Höhe des zylindrischen Teils 14 und tritt tangential darin ein, so dass durch die Fliehkraft die schwereren, abzuscheidenden Partikel sich am Außenbereich des zylindrischen Teils 14 konzentrieren und einerseits unter Schwerkraft, andererseits aber auch durch die wendelförmig abwärts gerichtete Strömungskomponente im zylindrischen Teil nach unten wandern. Die Luftströmung, in 1 durch strichpunktierte Pfeile angedeutet, kehrt dann im oberen Abschnitt des konischen Teils 15 um und strömt mit einer Reinluftgeschwindigkeit v_i durch das Tauchrohr 19 nach oben, nachdem es durch die Tauchrohreinlassöffnung 24 in dieses eingeströmt ist. Die Tauchrohrgeschwindigkeit v_i ist etwas kleiner als die Einlaufgeschwindigkeit v_e. Durch die vorher angegebenen Geometrieverhältnisse wird erreicht, dass bei der Umkehr der Luftströmung die Partikel nicht nach innen mitgenommen werden, sondern im konischen Teil 15 nach unten sinken, wo sich die Zirkularströmung immer weiter beruhigt, so dass die Partikel aus der Austragöffnung 16 ungestört austreten können. Um zu vermeiden, dass durch die Austragöffnung Fremdluft einströmt, kann dort eine Partikelschleuse, z.B. eine Zellenradschleuse, vorgesehen sein oder es wird ein Partikelbehälter dicht angeschlossen, der nach Abschaltung des Gebläses abgekoppelt und/oder entleert werden kann.

Claims

Zyklonabscheider 11) – mit einer von einem Gehäuse (12) umschlossenen Zyklonkammer (31), – mit vertikaler Achse (13), – mit einem im wesentlichen zylindrischen Teil (14) mit einer Höhe (h z) und einem Radius (r a), – mit einem daran unten anschließenden konischen Teil (15), der sich mit einem Verjüngungswinkel (a) und über eine Länge (h k) nach unten erstreckt und an dessen unterem Ende sich eine Partikelaustragöffnung (16) befindet, – wobei der Zyklonabscheider einen im wesentlichen tangentialen Rohlufteinlauf (17) mit einem Einlaufverteiler (26) mit größerer Höhe (h e) als Breite (b e) des Einlaufquerschnitts (18) in den zylindrischen Teil (14) aufweist, über den die Rohluft mit einer Einlaufgeschwindigkeit (v e) in den zylindrischen Teil (17) einströmt, – wobei die Mittellinie (20) des Einlaufquerschnitts (27) einen radialen Abstand von der Achse (13), d.h. einen Einlaufradius (r e) aufweist und wobei der Rohlufteinlauf (17) über eine Rohlufteinlauflänge (l e) auf größere Höhe (h e) als Breite (b e) verformt ist – und wobei ein zentrales, von oben durch den zylindrischen Teil (14) ragendes Tauchrohr (19), durch das die Reinluft mit einer Tauchrohrgeschwindigkeit (v t) aus der Zyklonkammer (31) strömt, eine Tauchrohrlänge (h t) innerhalb des Gehäuses aufweist, – und wobei der Zyklonabscheider wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: – das Tauchrohr-Eintauchverhältnis (h t / h z), nämlich das Verhältnis der Tauchrohrlänge (h t) zur Höhe des zylindri schen Teils (h z) beträgt zwischen 1,0 und 1,24, vorzugsweise ca. 1,125, – das Einlaufradien-Verhältnis (r e / r a), nämlich das Verhältnis des Einlaufradius' (r e) zu dem Radius (r a) des zylindrischen Teils (14) liegt zwischen 0,8 und 0,97, vorzugsweise bei ca. 0,89, – das Einlaufbreiten-Verhältnis (b e / r e), nämlich das Verhältnis der Einlaufquerschnittsbreite (b e) zum Einlaufradius (r e) beträgt zwischen 0,23 und 0,28, vorzugsweise ca. 0,26, – das Einlaufhöhenradius-Verhältnis (h e / r e), nämlich das Verhältnis der Einlaufquerschnittshöhe (h e) zum Einlaufradius (r e) beträgt zwischen 1,04 und 1,28, vorzugsweise ca. 1,16, – das Einlaufhöhen-Verhältnis (h e / h z), nämlich das Verhältnis der Einlaufhöhe (h e) zur Höhe (h z) des zylindrischen Teils, liegt zwischen 0,8 und 1,0, vorzugsweise bei 0,9, – das Einlauferweiterungs-Verhältnis (l e / h e), nämlich das Verhältnis der Einlauflänge (l e) zur Einlaufhöhe (h e), beträgt zwischen 1,65 und 2,02, vorzugsweise ca. 1,83, – das Einlaufverengungs-Verhältnis (l e / b e), nämlich das Verhältnis der Einlauflänge (l e) zur Einlaufbreite (b e) beträgt zwischen 7,43 und 9,0, vorzugsweise ca. 8,25, – der Verjüngungswinkel (a) des konischen Teils liegt zwischen 20° und 25°, vorzugsweise bei ca. 23°, – das Konuslängenverhältnis (h k / r a), nämlich das Verhältnis zwischen Konuslänge (h 6) und Radius (r a) des zylindrischen Teils (14) beträgt 2,4 bis 3,5, vorzugsweise 3,0, – das Strömungsgeschwindigkeits-Verhältnis (v t / v e), nämlich das Verhältnis der Tauchrohrgeschwindigkeit (v t) zur Einlaufgeschwindigkeit (v e) beträgt 0,82 bis 1,0, vorzugsweise ca. 0,91, – die Einlaufgeschwindigkeit (v e) liegt zwischen 10,8 und 13,2 m/s, vorzugsweise bei ca. 12 m/s, – die Tauchrohrgeschwindigkeit (v t) liegt zwischen 9,8 und 12 m / s, vorzugsweise bei 10,9 m/s, – das Tauchrohr steht mit seiner unteren Öffnung (24) über die Unterkante des Einlaufquerschnitts nach unten vor, und zwar um 12 % bis 38%, vorzugsweie um ca. 25 % der Einlaufquerschnittshöhe (h e).
Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf in den zylindrischen Teil in Richtung der Achse (13) langgestreckt schlitzförmig ist und an den oberen Abschluss der vom Gehäuse (12) umschlossenen Zyklonkammer (31) anschließt.
Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandung des Einlaufs gekrümmt ist.
Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf von einem kreisrunden Querschnitt, der im wesentlichen mit dem oberen Abschluss des zylindrischen Teils (14) abschließt, über den Einlaufverteiler (26) sich in der Breite verringernd, nach unten erweitert.