DE2140331A1 - Hochtourig umlaufender zylinderischer Korper zur Abscheidung gasförmiger Medien in Zentrifugen - Google Patents

Description

Patentanwälte

DIpI.-Sng. R. £3 ".SETZ San.

Dipi.-jr.r. f.. -_:a;:^:scht 8l-17.394P(17.395H) 11.8.1971

8 München 22, Sis.'nsdortsir. 10

HITACHI LTD.. Tokio (Japan)

Hochtourig umlaufender zylindrischer Körper zur Abscheidung gasförmiger Medien in Zentri=

fugen

Die Erfindung betrifft einen hochtourig umlaufenden zylindrischen Körper in Verbundkonstruktion, welcher in einem Zentrifugalabscheider zur Trennung gasförmiger Materie angeordnet und hochtourig angetrieben ist, bestehend aus einem inneren ersten Zylinder und einem äußeren zweiten Zylinder.

Verfahren zur Konzentrierung einer gasförmigen Substanz, wie beispielsweise UF^, arbeiten entweder nach dem Prinzip einer Gasdiffusionsmembrane odernach dem der Zentrifugal ab scheidung. Die Erfindung bezieht sich auf letzteres, also auf ein Zentrifugalabscheidungsverfahresi und bei diesem speziell auf einen zylindrischen Körperj, welcher in der Zentrifuge zur Abscheidung der gasförmigen Substanz bzw. ihrer Bestandteile eiri"@r hoefatourigen Drehbewegung unterworfen wird.

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Bei der Konzentrierung eines Gases, beispielsweise von , nach dem Zentrifugalabscheidungsverfahren, wird das Gas in ein Feld von Zentrifugalkräften in einem hochtourig umlaufenden zylindrischen Körper so eingeleitet, daß die Zentrifugalkräfte zum Beschleunigen des Gases gegen die Innenwand des zylindrischen Körpers ausgenutzt werden. In diesem Fall wird das Gas (UF^) einem sehr steilen Druckanstieg ausgesetzt. In Abhängigkeit von diesem Druckanstieg wird es in einen die gewünschte Gaskomponente enthaltenden ^ Teil und in einen die unnötigen Gase enthaltenden Teil zerlegt. Der die gewünschte Gaskomponente enthaltende Teil wird weiteren Abseheidungsstufen der beschriebenen Art solange unterworfen, bis endlich das konzentrierte Gas erhalten werden kann.

Hinsichtlich der Konzentrierung von UF^ nach dem Zentrifugal -Abscheidungsverfahren hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren wirtschaftlicher als das Gas-Diffusions-Membranverfahren ist, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des zylindrischen Körpers im Zentrifugalabscheider größer als 400 m/s ist". Das Abscheidungsvermögen ändert sich proportional zur vierten Potenz der Umfangsgeschwindigkeit des f zylindrischen Körpers, d. h. schon eine geringfügige Vergrößerung oder Verkleinerung der Umfangsgeschwindigkeit führt zu einer großen Änderung des Trennerfolges. Daher sind erhebliche Anstrengungen zur Vergrößerung der Umfangsgeschwindigkeit des hochtourig umlaufenden zylindrischen Körpers in derartigen Zentrifugen gemacht worden, wobei Verbesserungen der mechanischen Festigkeit des Zylinderkörpers als wichtigstes Problem zum Erreichen der gewünsohten vergrößerten Umfangsgeschwindigkeit anzusehen sind.

Hierzu ist es erforderlich, den zylindrischen Körper aus einem Material herzustellen, welches eine große Ringzugfestigkeit, ein geringes spezifisches Gewicht und somit eine hohe spezifische Zugfestigkeit besitzt. Metalle, wie z. B. Extra-Super-Duralumin, d. i. eine Aluminiumlegierung, und nichtmetallische Materialien, wie Z₄B₀ ein synthetisches Harz, welches entlang seiner Umfangsflache durch Glasfiber verstärkt ist, haben sich als am günstigsten zur Aus= bildung zylindrischer Körper für die Abscheidung gasförmiger Substanzen erwiesen. Umfangreiche Forschungen und Experimente würden für diesen Zweck durchgeführt. Ein zylindrischer Körper aus Extra-Super-Duralumin besitzt eine aus= reichende spezifische Festigkeit, die einer Umfangsgeschwin= digkeit von ^400 m/s widerstehen kann, Dagegen besitzt ein zylindrischer Körper aus glasfiberverstärktem Kunstharz eine hinlänglich hohe spezifische Zugfestigkeit, durch welche der Körper auch höhere Umlaufgeschwindigkeiten als 4OO m/s aushalten kann. Nachteilig ist jedoch, daß Glasfiber außerordentlich leicht von dem korrosiven HF-Gas angegriffen wird, welches sich aus dem UFg in Gegenwart von Feuchtigkeit bildet, wodurch ein derartig zusammengesetzter zylindrischer Körper daher für die Trennung von UTV ungeeignet ist,.

Ein früher durchgeführter Versuch zur Überwindung der obigen Schwierigkeiten enthielt die Behandlung der inneren Mantelfläche des hochtourig umlaufenden zylindrischen Körpers aus fiberverstärktem synthetischem Harz mit einer Anti-HF-Schicht, die durch beispielsweise Aufdampfen eines Anti-HF-Metalles zur Ausbildung einer Anti-HF-Schicht auf der inneren Mantelfläche des zylindrischen Körpers hergestellt wurde. Während ein zylindrischer Körper dieser

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Zusammensetzung mit ausreichendem Erfolg in einer stationären Maschine betrieben werden kann, ist er für hochtourige Rotationen nicht verwendbar, da der mit hoher Drehzahl umlaufende zylindrische Körper leicht durch auf ihn während der Rotation einwirkende axiale Zugkräfte zerstört werden kann. Der hochtourig umlaufende zylindrische Körper aus fiberverstärktem Kunstharz ist nämlich außerordentlich anfällig gegen axiale Zugkräfte, weil die Ringzugspannungen prinzipiell bei der Herstellung der Körper in Betracht gezogen werden. Bei einem Versuch zur Verbesserung auch der axialen Zugfestigkeit wurde ein Verfahren vorgeschlagen, nach welchem die Fasern um die Außenfläche des zylindrischen Körpers unter einem Winkel schräg zur Umfangsrichtung gewickelt wurden. Auch dieses Verfahren führte nicht zum Erfolg, da sich die erforderliche Ring-Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul extrem verringerte, was zu einer erheblichen Reduzierung der zuzulassenden Drehzahlen *des hochtourig rotierenden zylindrischen Körpers führte.

Aufgabe der Erfindung ist es, zur Überwindung der genannten Nachteile einen zylindrischen Körper für hochtourige Umdrehungen in einem Zentrifugalabscheider zur Abscheidung von gasförmigen Materien zu schaffen, bei welchem die zulässigen Festigkeiten, insbesondere die zulässige Zugfestigkeit in Umfangsrichtung während der hochtourigen Rotation verbessert und dadurch eine wirtschaftliche Abscheidung der gasförmigen Materie ermöglicht wird, ohne daß jedoch die innere Mantelfläche des Zylinderkörpers einer Korrosion durch die in Gegenwart von Feuchtigkeit erzeugten korrosiven Gase unterliegt. Darüber hinaus sollte der erfindungsgemäße Zylinderkörper eine ausrei-

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ch.ende mechanische Festigkeit gegen axial gerichtete Zugspannungen besitzen, die bei der hochtourigen Rotation auf= treten.

Ein Zentrifugalabscheider nach der Erfindung enthält einen rotierenden zylindrischen Körper mit einem Einlaß für ein gasförmiges Material, einen Auslaß für den das gewünschte extrahierte Gas enthaltenden Teil sowie einen weiteren Auslaß für den die weiteren Gaskomponenten enthaltenden Teil, Lager zur drehbaren Halterung des Zyiinderkörpers und Antriebsmittel, durch welche der Körper in hochtourige Rotation versetzt wird. Dabei besitzt der rotierende Zylinderkörper eine Verbundkonstruktion, bestehend aus einem ersten inneren Zylinder aus plastisch verformbarem Material sowie einen äußeren zweiten Zylinder aus einem Kunstharz, dessen äußere Mantelfläche durch Fasermaterial verstärkt ist, wobei zur Erzielung einer plastischen Verformung des ersten Zylinders in Richtung auf den zweiten Zylinder im Zylinderkörper ein Innendruck erzeugt wird»

Xm folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläuterte Es zeigen?

Fig. 1 eine teilgeschnittene-Seitenansicht eines Zentrifugalabscheiders mit einem hochtourig um= laufenden Zylinderkörper gemäß der Erfindung5

Fig« 2 eine teilgeschnitten© Frontansicht des hochtourig umlaufenden Zylinderkörp©r-s nach Fig. 1 mit weiteren Details,'

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie XII-IXI in FIg₀ 2;

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Fig» 4 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm des Zylinderkörpers bei der Herstellung, während seiner hoahtourigen Rotation und im Stillstand.

In der Fig. 1 ist ein Zentrifugalabscheider zur Trennung von Gasen gezeigt. Dieser Zentrifugalabscheider besteht aus einem hochtourig umlaufenden zylindrischen Körper 1, Lagern zur drehbaren Halterung des zylindrischen Körpers 1 und einem Antrieb 13» durch welchen der zylindrische Körper in hochtourige Umdrehung versetzt wird.

Der hochtourig umlaufende zylindrische Körper 1 ist vertikal angeordnet, wobei seine oberen und unteren Enden durch entsprechende Endplatten 4A und kB verschlossen sind. Von der Mitte dieser Endplatten kA und kB erstrecken sich Hohlwellen 5A und 5B in entgegengesetzte Richtungen. Diese Hohlwellen 5A und 5B verlaufen koaxial zum zylindrischen Körper 1 und kommunizieren mit dem Inneren des zylindrischen Körpers. Die äußeren Enden der Hohlwellen 5A und 5B sind in Lagern 1OB und 1OC drehbar gelagert, welche in den Zylinderkörper -1 umgebenden Rohrstücken befestigt sind. Ein Rohr 6 von kleinerem Durchmesser befindet sich koaxial ausgerichtet innerhalb der Hohlwelle 5A. Das obere Ende des Rohres 6 ragt über das obere Ende der Hohlwelle 5A hinaus, während das untere Ende dieses Rohres 6 im Inneren des Zylinderkörpers 1 endet. Der in den Zylinderkörper 1 ragende Teil des Rohres 6 weist eine dicht neben der Endplatte 4a am Rohr befestigte Scheibe 6A auf, zwischen deren Umfang und der Innenwand des Zylinderkörpers 1 ein schmaler Spalt verbleibt. Das obere Ende des Rohres 6 ist in einem Lager 1OA drehbar gelagert, welches in Rohrstücken

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9A und 9B gesichert ist. Von den Lagern 1OA, 10B₉ 1OC und den mit diesen verbundenen Rohrstücken bzw, Gehäusen 9A₅ 9B, 9C werden Gaskammern 11A₉ 11B und 11C umschlossen, welche mit den Enden des Rohres 6 sowie der Hohlwellen 5A und 5B in Verbindung stehen. Diese Gaskammern 11A₉ 11B und 11C sind mit einer Gaszuführleitung 12A, einer Abführleitung 12B für das abgeschiedene Gas und einer Abgasabführleitung 12C verbunden. Der Antrieb 13 ist im Gehäuse 8 montiert und versetzt über die Hohlwelle 5A den Zylinderkörper 1 in hochtourige Drehbewegungen.

Ein derartiger Zentrifugalabscheider wird zur Abscheidung von beispielsweise UF,- verwendet« Im Betrieb versetzt der Antrieb 13 den Zylinderkörper 1 in hochtourige Drehbewegung, und das Gas (UIV) wird in die Kammer 11A über die-Zuführleitung 12A geleitet. Durch das Rohr 6 gelangt dieses Gas aus der Kammer 11A in das Innere des hochtourig umlaufenden Zylinderkörpers 1_s in welchem es aufgrund der wirksamen großen Zentrifugalkräfte in einzelne Gasteile zerlegt wird. Der die gewünschte Gaskomponente enthaltende Teil wird durch den Spalt zwischen der Scheibe 6A und der Endplatte 4A in die Hohlwelle 5A₉ von dieser in die mit der Welle $A verbundene Kammer 11B und über die Abführleitung 12B in einen gesondert aufgestellten Sammelbehälter gedrückt. Der die unbrauchbaren Restgase enthaltende Teil gelangt vom unteren Teil des Zylinderkörpers 1 in die Hohlwelle 5B, von dieser in die Gaskammer 11C und in die Leitung 12C.

Wie oben beschrieben, kann ein wirtschaftlicher Betrieb nicht durchgeführt werden, wenn die Umfangsgeschwindigkeiten des Zylinderkörpers 1 weniger als 400 m/s be-

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tragen. Jedoch ist das Zylindermaterial, welches den bei Umfangsgeschwindigkeiten von 400 m/s auftretenden Kräften widerstehen kann, für eine derartige Verwendung ungeeignet, da es gegenüber axialen Zugkräften außerordentlich brüchig ist. Der obige Nachteil wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Zylinderkörpers beseitigt, welcher, wie in Fig« 2 gezeigt, eine sogenannte Verbundstruktür aufweist und aus einem ersten inneren Zylinder 2 aus einem Metall, wie beispielsweise Extra-Super-Duralumin mit hoher spezifischer Zugfestigkeit besteht. Dieses Metall ist plastisch verformbar und wird von dem bei der Zerlegung von UF,- entstehenden HF nicht angegriffen. Der innere Zylinderkörper 2 wird von einem äußeren zweiten Zylinderkörper 3 umgeben, welcher aus Kunstharz, beispielsweise Epoxyharz, besteht, und dessen Außenmantel durch ein Fasermaterial, wie beispielsweise Glasfibern, verstärkt ist« Diese Bauweise hat den Vorteil, daß der zweite Zylinder 3 auch Umfangsgeschwindigkeiten von mehr als 4OO m/s aushalten kann und der erste Zylinder 2 die axialen Zugspannungen aufnimmt und darüber hinaus die Glasfibern vor dem korrosiven Gas schützt.

Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Zylinderkörpern durch Bewickeln seines Außenmantels mit Glasfiber oder dgl. wurden zur Erzielung einer Zugfestigkeit in Umfangs- ebenso wie in Axialrichtung die Glasfibern unter einem Winkel gegenüber der Umfangsrichtung gewickelt, um dadurch die erforderliche Zugfestigkeit in beiden Richtungen zu erhalten. Bei dem Erfindungsgegenstand besitzt dagegen der erste Zylinder 2 die erforderliche axiale Zugfestigkeit. Somit können bei der Herstellung des zweiten Zylinders 3 die Glasfasern ohne Einhaltung eines bestimm-

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ten Winkels in Umfangsrichtung aufgewickelt werden« Dies ist insofern vorteilhaft, als dadurch eine unerwünschte Verringerung-der' Umfangs-Zugfestigkeit sowie des Elastizitätsmoduls und mit diesem ein© Verringerung der zulässigen Drehzahlen verhindert werden kann.

Ausreichende Abscheidungsergebnisse können durch Rotation eines derartigen zylindrischen Körpers 1 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von mehr als 400 m/s erzielt werden. Praktisch ist es jedoch unmöglich, den zylindrischen Körper mit so hoher Umfangsgeschwindigkeit umlaufen zu lassen, da der erste Zylinder 2 und der zweite Zylinder 3 verschiedene Spannungs-Dehnungs-Charakteristiken aufweisen* Bei dem in Fig« 2 dargestellten hochtourig umlaufenden Zylinderkörper 1 ist bei stationärem Zylinderkörper im ersten und zweiten Zylinder 2 und 3 die Umfangsspannung und -dehnung Null. Der erste und zweite Zylinder 2 und 3 wird nun getrennt betrachtet und zur Erzeugung einer Umfangsverformung der jeweiligen Zylinder 2 und 3 belastet» Für diesen Fall sind die Spannungs-Dehnungs-Diagramme des ersten und zweiten Zylinders 2 und 3 durch Kurven-a und b in Figo 4 gezeichnet. Wenn z. B. der erste Zylinder 2 mit hoher Drehzahl umläuft, wird aufgrund der wirksamen Zentrifugalkraft eine Umfangsspannung und Dehnung erzeugt, die längs der¹ Kurve 0 - A - B verläuft und beim Punkt C endet„ an welchem der Zylinder 2 aerstört wird«, Der Punkt A kennzeichnet die Elastizitätsgrenze. Sobald die Belastung am Punkt B oberhalb des Punktes A zurückgeht, verringert sich die Spannung und Dehnung entlang d@r Kurv® B = H ein stabiles Stadium im Punkt I erreicht wird;, b©± die Spannung Null ist. Desr Zylinder 2 wird somit ©iaer plastischen Verformung der Größe O = I

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¥enn der zweite Zylinder 3 in gleicher Weise belastet wird, ändern sich die Umfangsspannungen und -dehnungen längs der Kurve .0 - D - E - F, welche im wesentlichen bis zum Punkt G, an welchem der Zylinder 3 zu Bruch geht, gerade verläuft. Sobald die Belastung von einem vor dem Punkt G- liegenden Punkt der Kurve zurückgeht, wird auch die Spannung und Dehnung bis zum Punkt 0 reduziert. Eine plastische Verformung tritt bei dem Zylinder 3 daher nicht auf. Werden der erste und der zweite Zylinder 2 und 3 wieder belastet, dann folgt die Spannung und Dehnung im ersten Zylinder 2 der Kurve I - H¹ - B¹, wobei eine fortschreitende Vergrößerung der Verformung im Zylinder 2 auftritt. Der Bruchpunkt C wird erreicht, v/enn die Belastung und Entlastung öfter wiederholt wird. Der erste Zylinder 2 muß daher bei einer Spannung unter dem die Elastizitätsgrenze darstellenden Punkt A betrieben werden.

Der zweite Zylinder 3 kann wiederholten Be- und Entlastungen ausgesetzt werden, ohne daß irgendeine plastische Verformung auftritt. Wie aus Kurve b hervorgeht, kann die Belastung jedoch nur soweit erfolgen, daß der Punkt G nicht erreicht wird.

Im folgenden wird das Spannungs-Dehnungs-Diagramm für den aus einem ersten und einem zweiten Zylinder 2 und 3 bestehenden, hochtourig umlaufenden Zylinderkörper 1 in Verbundkonstruktion diskutiert. Auch in diesem Fall ist die Elastizitätsgrenze A des ersten Zylinders 2, wie oben beschrieben, der maßgebende Faktor, wobei die Dehnung an diesem Punkt durch die Strecke 0 - N charakterisiert ist. Daher ist die auf den zweiten Zylinder 3 einwirkende Spannung, welche durch die Strecke R-N gekennzeichnet ist, erheblich

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geringer als bei alleiniger Belastung des Zylinders 3° zulässige Spannung für einen aus dem ersten Zylinder 2 und dem zweiten Zylinder 3 zusammengesetzten Zylinderkörper 1 ist durch die Strecke S-N gekennzeichnet, wobei S den Punkt darstellt j welcher die Strecke A - R im Verhältnis t„ r t₁ (Fig, 3)» d. h. im Verhältnis der Dicke t^ des zweiten Zylinders 3 zur Dicke t. des ersten Zylinders 2 teilt. Diese durchschnittlich zulässige Spannung S=N ist geringer als die zulässige Spannung A=N für den ersten Zylinder 2, wenn dieser allein belastet wird. Daher ist es schwierig, eine Umfangsgeschwindigkeit für einen hochtourig umlaufenden zylindrischen Körper 1 zur Abscheidung von gasförmigen Substanzen anzugeben»

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird die Innen-= fläche des Zylinderkörpers 1 erfindungsgemäß einem Innendruck ausgesetzt, welcher eine Verformung des gesamten Kör= pers in seiner Umfangsrichtung und gleichzeitig eine plastische Verformung des ersten Zylinders 2 in Richtung auf den zweiten Zylinder 3 bewirkt« In diesem Fall ist der erste und zweite Zylinder 2 bzw» 3 um im wesentlichen den gleichen Betrag verformt, da die Dicke fc des Zylinderkörpers 1 gegenüber seinem Durchmesser d außerordentlich klein ist.

Das Spannungs-Dehnungs-Diagramm für den hochtourig umlaufenden Zylinderkörper 1 wird nun anhand der Fig. k erläutert. Wenn der Zylinderkörper 1 zur Erzeugung einer Um=- fangsdehnung 0 - P im ersten Zylinder 2 zur plastischen Verformung desselben einem Innendruck ρ ausgesetzt wird, dann ändert sich das Spannungs-Dehnungs-Verhältnis im ersten Zylinder 2 aus Extra-Super-Duralumin längs der

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Kurve O - A - B bis zur Erzeugung einer durch die Strecke B-P gekennzeichneten Umfangsspannung. In diesem Fall ist der Zylinder 2 einer plastischen Verformung außerhalb der Elastizitätsgrenze A ausgesetzt.

Andererseits ändert sich die Spannung und die Dehnung im zweiten Zylinder 3 längs der Kurve O-R-D-E-F zur Erzeugung einer Dehnungsspannung F-P. Sobald der Innendruck aufhört, ändert sich die Spannung und Dehnung im ersten Zylinder 2 entlang der Kurve B-H-I-J. Ein stabiles Stadium wird im ersten Zylinder im Punkt I erreicht, in welchem die Spannung auf Null reduziert wird, falls der Zylinder 3 nicht vorhanden ist. Da jedoch der zweite Zylinder 3 an diesem Punkt I noch einer Spannung unterworfen ist, wird der erste Zylinder 2 bis zum Punkt J deformiert, wobei eine Druckkraft entsprechend der Strecke J-L auftritt. Wenn die Belastung des zweiten Zylinders 3 aufhört, verläuft die Spannung und Dehnung längs der Kurve F-E-D, wobei der Rückgang im Punkt D aufhört, an welchem die auf den Zylinder 3 wirkende Zugspannung D - L im Gleichgewicht mit der auf den ersten Zylinder 2 wirkenden Druckspannung J-L steht. Das Verhältnis in der auf den ersten Zylinder 2 einwirkenden Spannung J-L zur Spannung D-L des zweiten Zylinders 3 wird bestimmt vom Verhältnis der Dicke t.. des ersten Zylinders 2 zur Dicke t₂ des zweiten Zylinders 3 nach folgender Gleichung?

-JL/DL = ^tz^^t-\'

Bei einem erneuten Ansteigen des Innendruckes ρ im Zylinderkörper zur Erzielung einer weiteren Deformation in Umfangsrichtung ändert sich die Spannung und Dehnung im

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ersten Zylinder 2 gemäß der Kurve J-K-H. Wenn daher der erste Zylinder 2 über den Punkt H hinaus deformiert wird, dann ändert sich das Spannungs-Dehnungs-Verhältnis zum Punkt C hin anstatt zu Punkt B. Eine Wiederholung der Be- und Entlastungen in diesem Stadium führt zum Zerbrechen des ersten Zylinders 2. Die UmfangsVerformungen, denen der erste Zylinder 2 wiederholt ausgesetzt wird, sollten sich daher im Bereich H-I-J-K-H bewegen. Der zweite Zylinder 3 sollte allein im Bereich D-E deformiert werden. Die Durchschnittsumfangsspannung und -dehnung im hochtourig umlaufenden zylindrischen Körper sind durch die Punkte L und Q gekennzeichnet, und zwar, wenn der Körper in Ruhe steht und wenn er mit maximaler Drehzahl umläuft. Zwischen diesen beiden Maximalwerten ändert sich die durchschnittliche Spannungsdehnung des Zylinderkörpers längs der Kurve L-Q. Obgleich das durchschnittliche Spannungs-Dehnungs-Diagramm für den hochtourig rotierenden Zylinderkörper 1 vom Wert der Verformung 0 - P des ersten Zylinders 2 bestimmt ist, wenn dieser plastisch deformiert wird, gibt es bestimmte Grenzen im Spannungs-Dehnungs-Diagramm H-I-J-K-H für den ersten Zylinder 2 in Ruhelage sowie der Spannung E-M und der Dehnung 0 - M' des zweiten Zylinders 3 während der Rotation.

Diese Grenzen werden im folgenden erläutert! Vorausgesetzt, daß S₁C= ML), £.,(= HM) und A₁ ¹X= JL) die zulässige Dehnung, die zulässige Zugspannung sowie die zulässige Druckspannung im Spannungs-Dehnungs-Diagramm für den ersten Zylinder 2 darstellen, und daß 6p(= MO) und O₂(= EM) die zulässige Dehnung bzw. die zulässige Spannung im Dehnunge-Spannungs-Diagramm für den zweiten Zy- .

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linder 3 sind, ist das Verhältnis der Dicke t.. des ersten

Zylinders	2.	zur	Dicke	*2	des zwei
durch
		*1	-i	2(	«a-«i>
		*2		ί	it . £>2

Die durchschnittliche Zugspannung &(= QM) für den hochtourig umlaufenden zylindrischen Körper 1 ist gegeben durch die folgende Gleichung und ist maximal

^t1 & 1 + ^t2 & 2 (2)

O 1' · 62

Wenn ferner das spezifische Gewicht des ersten Zylinders 2 nicht sehr vom spezifischen Gewicht des zweiten Zylinders 3 abweicht, kann die durchschnittliche Zugfestigkeit ο des Zylinderkörpers mit einem Dickeverhältnis von t^tg nach Gleichung (1) durch die Beziehung

*1 Ϊ1 ⁺ *2

dargestellt werden, worin Ϊ und Ji₂ jeweils das spezifische Gewicht des ersten und zweiten ^Zylinders 2 und 3 und die spezifische Zugfestigkeit maximal ist.

Es ist dargelegt worden, daß die durchschnittliche zulässige Spannung für einen hochtourig umlaufenden Zylinderkörper nach der Erfindung durch die Strecke Q - M in Fig.' k gekennzeichnet ist. Falls der erste Zylinder 2 keiner pla-

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stischen Verformung unterworfen wird, ist die zulässige Verformung des Zylinderkörpers 1 gleich der Strecke O - M, welche der Elastizitätsgrenze des ersten Zylinders 2 entspricht. In diesem Fall ist die durchschnittlich zulässige Spannung für den Zylinderkörper 1 gleich der Strecke F- - N, wobei sich das Spannungs-Dehnungs-Verhältnis, wie beschrieben, entlang der Kurve O - S ändert. Es ist ersichtlich, daß somit ein Zylinderkörper, dessen erster Zylinder gemäß der Erfindung plastisch verformt wurde, eine erheblich höhere Umfangsgeschwindigkeit aushalten kann, als ein Zylinderkörper, dessen Zylinder 2 plastisch nicht verformt wurde. Der erfindungsgemäße Zylinder ist daher erheblich vorteilhafter als der letztere.

Aus dem soeben Beschriebenen geht hervor, daß mit der Erfindung ein hochtourig umlaufender Zylinderkörper in Verbundbauweise geschaffen wurde, bestehend aus einem inneren ersten Zylinder und einem äußeren zweiten Zylinder, bei welchem der erste Zylinder aus einem Material besteht, welches nicht von bei der Gastrennung entstehenden Gasen angegriffen wird, eine hohe spezifische Zugfestigkeit besitzt und plastisch deformierbar ist, während der zweite Zylinder aus einem Kunstharz besteht, welches an seiner Peripherie durch Fasermaterial verstärkt ist, wobei der erste Zylinder eine plastische Verformung in Richtung auf den zweiten Zylinder derart erfahren hat, daß die auf den Zylinderkörper in Umfangsrichtung wirkende zulässige Spannungsgrenze erheblich vergrößert und der Zylinderkörper mit einer wesentlich größeren Umfangsgeschwindigkeit umlaufen kann. Aufgrund dieser vergrößerten Umfangsgeschwindigkeit kann der Abscheidungseffekt verbessert und die Trennung gasförmiger Substanzen wirtschaftlich ausgeführt werden.

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Falls auf den Zylinderkörper während seiner hochtourigen Rotation eine Axialspannung einwirkt, kann der erste Zylinder dieser Kraft in ausreichendem Maße widerstehen und dabei den zweiten Zylinder aus fiberglasverstärktem Kunstharz gegen Bruch in ausreichendem Maße schützen, Da der erste Zylinder die einen Teil des zweiten Zylinders darstellenden Fasern vor korrosivem Gas schützt, welches bei der Abscheidung der gasförmigen Materie gebildet wird, ist der Zylinder frei von Zersetzungen durch das korrosive Gas und wird dadurch nicht unbrauchbar.

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Claims (2)

1. 2H0331

   Patentansprüche

   π) Hochtourig umlaufender zylindrischer Körper in Verbundkonstruktion, welcher in ©inem Zentrifugalabscheider zur Trennung gasförmiger Materie angeordnet und hochtourig angetrieben ist, bestehend aus einem inneren ersten Zylinder und einem äußeren zweiten Zylinder, dadurch gekennzeichnet , daß der innere Zylinder (2) aus einem plastisch verformbaren Material besteht und der äußere Zylinder (3) aus Kunststoff gebildet und an seiner Außenfläche durch Fasermaterial verstärkt ist, und daß zur Erzielung einer plastischen Verformung des inneren Zylinders (2) in Richtung auf den äußeren Zylinder (3) der Zylinderkörper (1) einem Innendruck (p) ausgesetzt ist.
2. 2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Zylinder (2) aus Extra-Super-Duralumin und der äußere Zylinder (3) aus glasfaserverstärktem Epoxyharz besteht.

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