DE2217113A1 - Vorrichtung zur entfernung von feinzerteilten materialien aus einem fluiden medium - Google Patents

Description

• Unser Zeichen: A 1614 Vorrichtung zur Entfernung von feinzerteilten Materialien aus einem fluiden Medium Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von feinzerteilten Materialien aus einem fluiden Medium, welches eine Flüssigkeit oder ein Gas sein kann. Das feinzerteilte Material können# Feststoffteilchen sein und im Fall eines gasförmigen fluiden Mediums können diese Teilchen Feststoffe oder Flüssigkeiten sein, wie beispielsweise öl.
• Über einen langen Zeitraum hinweg wurden zahlreiche Typen von automatischen Filtervorrichtungen entwickelt, mit denen feinzerteiltes Material aus fluiden Medien entfernt wurde. Unter diesen Filtervorrichtungen befinden sich Vorrichtungen mit einem statischen Filter, d. h. Vorrichtungen, bei denen ein Filtermaterial in der Bewegungsbahn des fluiden Mediums, welches gereinigt werden soll, angeordnet ist, wobei das fluide Medium durch dieses Filtermaterial hindurchgeführt wird. Zusätzlich haben Vorrichtungen, wie beispielsweise Waschanlagen und Zentrifugalanlagen, die nach dem Zentrifugalprinzip arbeiten, weite Verbreitung gefunden. Bei allen diesen Vorrichtungen spielen die Betriebskosten, die Leichtigkeit der Wartung und der Wirkungsgrad eine wesentliche Rolle.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet nach dem Prinzip der Zentrifugalbewegung und es sind Einrichtungen vorgesehen, um eine positive und eingestellte Strömung des fluiden Mediums durch das Filtermedium der Vorrichtung hindurch sicherzustellen.
• Dem fluiden Medium, das durch das Filtermedium hindurchgeführt wird, wird anfangs eine große Komponente einer Umlaufgeschwindigkeit erteilt, so daß das fluide Medium in eine Wirbelbewegung versetzt wird, um große schwere Teilchen aus dem fluiden Medium zu entfernen, ehe der Rest des fluiden Mediums, der andere kleine oder leichtere Teilchen trägt, auf das Filtermedium auftritt.
• Zusätzlich wird der Wirkungsgrad der-Filtervorrichtung ganz wesentlich dadurch verbessert, daß eine Turbine oder ein Austrittsschaufelsystem verwendet wird, wobei dieser dazu vorgesehen ist, um die Energie (hauptsächlich Drehenergie), die in dem sich bewegenden fluiden Medium verblieben ist, zu entnehmen, wenn dieses fluide Medium aus der Filtervorrichtung abgeführt wird.
• Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung weist ferner eine Anzahl von Elementen oder Abweisvorrichtungen auf, um den Druckabfall innerhalb des Systems und die Strömung des fluiden Mediums durch das System hindurch derart einzustellen, daß der Wirkungsgrad der Filtervorrichtung maximal ist.
• Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen ist es ein Ziel der Erfindung, eine neue und verbesserte Filtervorrichtung zu schaffen, die nicht nur einen hohen Wirkungsgrad hat, sondern die auch praktisch wartungsfrei ist.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Filtervorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, teilchenförmiges Material aus einer Flüssigkeit oder einem Gas zu entfernen, wobei die Vorrichtung Einrichtungen aufweist, um Energie, die in dem filtrierten Medium verblieben ist, zu entnehmen.
• Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine neue und verbesserte Filtervorrichtung zu schaffen, die insbesondere dazu geeignet ist, Öl und andere Verschmutzungen, die in Luft enthalten sind, mit hohem Wirkungsgrad zu entfernen.
• Die Erfindung betrifft somit eine Filtervorrichtung, die einen sich drehenden Filter aufweist, einen Kompressor oder ein Gebläse, welches eine zwangsläufige Strömung des fluiden Mediums zum sich drehenden Filter hin erzeugt und einen Expander oder eine Turbine, um Energie aus den fluiden Medien herauszuziehen, nachdem dieses gefiltert ist.
• Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung sollenin der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung, Fig. 2 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine Seitenansicht einer Schaufelverlängerung, mit der in das fluide Medium ein Vorwirbeleffekt eingeführt wird, dieser verändert und eingestellt wird, Fig. 4 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 4-4 der- Fig. 1 und Fig. 5 eine Schnittansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung.
• Es sei nunmehr auf die Fig. 1 bis 4 Bezug genommen. Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung ist insbesondere dazu geeignet, mit Teilchen beladene Gase zu filtrieren, beispielsweise Gase, die mit Schmutz beladen sind, wie beispielsweise Metallteilchen oder öl usw.
• Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung ist insbesondere, ohne darauf beschränkt zu sein, geeignet, an der Decke über einer Werkzeugmaschine o. dgl. zu hängen. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Welle senkrecht eingebaut.
• Es sei,jedoch bemerkt, daß die Welle auch horizontal verlaufen kann. Wenn die Vorrichtung in dieser Weise angeordnet ist, kann die Vorrichtung die Luft in der Umgebung der Werkzeugmaschine reinigen. Es ist bekannt, daß bei zahlreichen Werkzeugmaschinen Kühlöl oder andere Flüssigkeiten verwendet werden. Es ist deshalb im höchsten Maße wünschenswert, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Ölteilehen aus der Luft zu entfernen, damit eine Verschmutzung der Werkstatt verhindert wird. In Druckereien wird ein Farbnebel in die Atmosphäre hinein verspritzt. Dieser Farbnebel wird in schweren Konzentrationen giftig und muß entfernt werden.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ebenfalls für zahlreiche andere Verwendungszwecke geeignet, beispielsweise umFette in Küchen zu entfernen und Faserglasstaub in Fabriken oder an anderen Stellen, wo es erforderlich ist, Luft zu filtern.
• Die mit Teilchen oder O1 beladene Luft tritt in die Filtervorrichtung durch einen Einlaß 10 ein und dieser Einlaß hat einen glockenförmigen Boden. In vielen. Anwendungsfällen der Vorrichtung wird die mit Teilchen oder öl beladene Luft aus Leitungen abgezogen, die Luft in Füllstutzen an den Stellen sammeln, an denen eine vorbeugende Maßnahme getroffen werden muß. Der Einlaß 10 ist mit einem Gehäuse 11 verbunden, welches vorzugsweise zylindrisch ist und welches einen oder mehrere Auslässe 12 aufweist, die um das obere Ende der Vorrichtung herum angeordnet sind. Das Gehäuse ist im wesentlichen ein druckdichtes, stationäres Gehäuse, mit Ausnahme des Einlasses und des Auslasses.
• Um die sich drehenden Bauteile der Vorrichtung anzutreiben, ist ein Elektromotor oder anderer Antrieb 13 vorgesehen und dieser ist mit einer Antriebswelle 14 verbunden. Die Antriebswelle 14 dreht sich in Lagern 14a und wird vom Lager 14b getragen. Das Lager 14b seinerseits wird durch Streben 14c getragen, die mit dem Einlaß 10 verbunden sind.
• Mit der Welle 14 ist für eine Drehbewegung mit dieser eine Platte 15 verbunden, auf der ein zylindrischer Bauteil 16 montiert ist, der vorzugsweise die Form eines Kegelstumpfes hat und der vorzugsweise aus einem festen Material besteht.
• Die äußere Wandung des Konus 16 ist im wesentlichen so angeordnet, daß das fluide Medium aus dem Gehäuse heraus geleitet wird, nachdem es gefiltert ist. Mit der Platte verbunden ist ebenfalls ein zylindrischer Filter 17, der von dieser Platte getragen wird. Dieser Filter besteht aus einem Rahmen 17a, der eine Schicht aus Filtermaterial 18 trägt, wie beispielsweise Polyurethanschaum, Asbestfaser o. dgl., und auf der äußeren Oberfläche dieser Schicht ist ein Metallsieb 19 angeordnet.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein sich drehender Konus 20 vorgesehen, der von dem Rahmen 17 getragen ist und sich mit dem Konus 16 und dem Rahmen 17 drehen kann. Die innere Wandung des Konus 20 lenkt das fluide Medium in das Gehäuse und aus dem Sieb und bildet ferner eine Einrichtung, auf die die Teilchen, die vom Sieb 19 abgeschleudert werden, auftreffen, wobei diese Teilchen nach unten zum Boden des Gehäuses hin gelenkt werden, und zwar derart, daß diese Teilchen aus dem Gehäuse durch eine oder mehrere Öffnungen 21 abgeführt werden können.
• Um das fluide Medium und die Teilchen zum Filter hin zu bewegen, ist ein Kompressor oder ein Gebläse vorgesehen, welches das fluide Medium in den Bereich zwischen der inneren Wandung des Konus 20 und dem Filtersieb 19 mit einem hohen Druck fördert, der höher ist als der Druck des fluiden Mediums, das in den Einlaß 10 der Vorrichtung eintritt. Dieser Kompressor weist eine Anzahl von Schaufeln 23 (Fig. 2) auf, die mittels Schraubenbolzen mit der Platte 15 verbunden sind und sich mit dieser drehen können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen diese Schaufeln 23 Ansätze oder Verlängerungen 24 auf, die an den Schaufeln befestigt sind und die sich unter die Oberfläche oder den unteren Abschnitt der Schaufel 23 erstrecken.
• Diese umgebogenen oder verbogenen Ansätze führen eine zusätzliche Vorverwirbelung oder Gegenverwirbelung in das fluide Medium relativ zum sich drehenden Filter 19 ein, sowie relativ zum Filtermaterial 18. Diese Verwirbelung des fluiden Mediums unterstützt die Abtrennung von Teilchen durch die Zentrifugalkraft, ehe das mit Teilchen beladene Medium (beispielsweise Luft und öl) auf das Filtermaterial 18 auftrifft. Die einstellbaren Schaufelverlängerungen ermöglichen eine Einstellung des Anblaswinkels des fluiden Mediums gegen die Poren des Filtermediums. Nachdem die Luft durch das Filtersieb 19 und das Filtermaterial 18 hindurchgegangen ist, wird der Luftstrom nach oben umgelenkt und zwar in einen Expander oder eine Turbine 25 hinein. Diese Turbine weist eine Anzahl Schaufeln 25a auf, die mit dem oberen Abschnitt des Konus 16 verbunden sind.
• Mit der Turbine 25 ist ein zylindrischer Abweiser 26 verbunden, der die Luft durch die Auslaßöffnungen 12 aus dem Gehäuse hinauslenkt. Im obersten Abschnitt des Gehäuses ist eine Dichtung 27 vorgesehen, die eine mittlere öffnung hat und die mit der Seitenwandung des Gehäuses verbunden ist, um zu verhindern, daß Luft am Sieb vorbeiströmt und aus dem Auslaß 12 austreten kann.
• Im Betrieb wird Luft in die Vorrichtung eingeführt, wie es durch die Pfeile am Einlaß 10 dargestellt ist, und diese Luft tritt ein den Radialkompressor ein, der die Schaufeln 23 und die Schaufelansätze 24 aufweist. Nach dem Austritt aus dem Gebläse gelangt die Luft in den sich drehenden Raum 30 hinein.
• Der Kompressor, der hier als Radialkompressor dargestellt ist, kann ebenfalls ein Axialkompressor sein oder ein Axial-Radialströmungskompressor. Dieser Kompressor muß dem fluiden Medium eine große Umfangsgeschwindigkeitskomponente erteilen. Diese Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Luft wird im Raum zwischen dem sich drehenden Konus und dem sich drehenden Filter beibehalten, wobei dieser Filter das Sieb 18 und das Filtermaterial 17 umfaßt.
• Der Kompressor dient zu zwei Zwecken. Er erzeugt eine zwangshäufige Luftströmung durch die Vorrichtung als Ganzes, wodurch verschmutzte Luft aus der Atmosphäre oder der Verschmutzungsquelle abgezogen wird und der Kompressor verwirbelt diese Luft mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeitskomponente und arbeitet dabei als Zentrifuge. Durch diese Zentrifugalwirkung werden alle Teilchen, deren Masse so groß ist, daß die -Zentrifugalkraft den radial nach innen gerichteten Kraftvektor übersteigt, gegen die innere Oberfläche des sich drehenden Konus 20 bewegt.
• Wenn der sich drehende Konus 20 nicht vorhanden ist, wie es bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform gezeigt ist, so wird das Material gegen die innere Wandung des Gehäuses geschleudert. Das feinzerteilte Material wird dann nach außen geschleudert und fällt dann nach unten auf den Boden der Vorrichtung und wird durch die Öffnung 21 abgezogen.
• Die Luft, die noch Teilchen geringerer Größe enthält, gelangt aus dem Raum 30 auf das Filtersieb 19 und in das Filtermaterial 18 hinein. In Abhängigkeit vom Druckabfall im System und damit von der Energieleistung in das System, was durch den Motor 9 erfolgt, kann der Filter nahezu als absoluter Filter für jede gewünschte minimale Teilchengröße ausgebildet werden. Wenn diese Teilchen eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl, sind, so würden diese Teilchen bei Durchgang durch den Filter verlangsamen und agglomerieren zu größeren Teilchen. Die Teilchenagglomerator mit erhöhter Masse und größerer Formgröße werden nun dem Zentrifugalkraft feld ausgesetzt und nach außen geschleudert und in der gleichen Weise wie die anderen Teilchen gesammelt.
• Die gereinigte Luft gelangt in den Raum 31 und dann in die Turbinenschaufeln 25. Dieses Turbinenschaufelsystem kann ein Axialsystem oder ein Radialsystem sein oder ein Axial-Radialsystem. Der Auslaßradius und Auslaßwinkel oder das Auslaß schaufelsystem stellt die Gesamtenergle ein, die dem System erteilt wird.
• Außerdem stellt dieses Schaufelsystem die Strömungsrate des fluiden Mediums durch den Filter ein und bildet zusammen mit den Außlaßöffnungen 12 einen radialen Diffusor, der Geschwindigkeitsenergie (hauptsächlich Drehgeschwindigkeitsenergie) entnimmt, der in dem Gas verblieben ist.
• Diese wiedergewonnene Energie wird im System verwendet, um den Antrieb der sich drehenden Bauteile im System zu unterstützen.
• Es sei nunmehr auf Fig. 5 Bezug genommen, die ein anderes, etwas abgeändertes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
• In dieser Figur sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
• Bei dieser Vorrichtung sind anstatt eines Filters zwei Filter vorgesehen. Diese Filter sind vorzugsweise# parallel. Für eine gegebene Gesamtmenge der Strömung durch das System bildet diese Doppelfilteranordnung eine größere Filterfläche und es entsteht somit ein geringerer Druckabfall am Filter. Umgekehrt kann die geringere Filterfläche verwendet werden, um größere Strömungsmengen bei gleichem Druckabfall aufzunehmen.
• Bei dieser Vorrichtung werden zwei zylindrische Filter, von denen der eine in dem anderen angeordnet ist, verwendet, um das fluide Medium, welches in die Vorrichtung gelangt, zu filtern. Diese Filter sind bei 40 und 41 dargestellt. Diese Filter können sich miteinander bewegen und drehen sich zusammen mit der Welle'14.
• Bei dieser Vorrichtung wird der Konus 20 fortgelassen und die äußere Wandung des Gehäuses 11 wird anstelle der inneren Ablenkwandung des Konus 20 verwendet. Sich drehende Führungen sind am Filter 41 bei 42 vorgesehen, um den Strom der gereinigten Luft aus dem Auslaß 12 ab zuführen. Der Bauteil 42 ist oberhalb der Turbinenschaufeln 25a angeordnet und ist mit der Oberseite dieser Schaufeln verbunden. Bei dieser Vorrichtung ist eine Pumpe 45, ein Vorratsbehälter 46 und eine Leitung 47 vorgesehen, um ein fluides Medium (beispielsweise Wasser) gegen das fluide Medium (Gas) zu leiten, welches in die Vorrichtung eingeführt wird. In diesem Fall ist es auch möglich, die vom Gas mitgeführten Teilchen auszuwaschen. Auf diese Weise wird die Vorrichtung auch zu einer Waschanlage mit einem dynamischen Filter.
• Es sei bemerkt, daß die Pumpe 45, der Behälter 46 und die Leitung 47 entfernt werden können und dass das Filtersystem dann in der gleichen Weise arbeitet, wie das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte System. Es sei bemerkt, daß das innere Sieb (17, 18, 19) und der Konus 31 entfernt werden können und die Vorrichtung arbeitet wie die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung, wobei die Luft ncnh gewaschen werden kann. Es sei noch bemerkt, daß die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung einen Radialexpander aufweist, während die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung einen Axialexpander hat.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Entfernen von feinzerteilten Materialien aus einem fluiden Medium, gekennzeichnet durch ein stationäres Gehäuse, einen drehbaren zylindrischen Filter, der in Lagern innerhalb des Gehäuses gelagert ist, einen Antrieb für den Filter, einen Einlaß, mit dem das fluide Medium in das Gehäuse geführt wird, einen Kompressor, der innerhalb des Gehäuses zwischen dem Einlaß und dem sich drehenden Filter angeordnet ist und der sich mit diesem Filter zusammen dreht, um eine zwangsläufige Strömung des fluiden Mediums in das Gehäuse hinein und zwischen der inneren Wandung des Gehäuses und dem Filter zu erzeugen, einen stationären Auslaßkanal, der sich vom Inneren des Gehäuses zur Außenseite des Gehäuses hin erstreckt, damit das fluide Medium das Gehäuse verlassen kann, eine Turbine, die innerhalb des Gehäuses zwischen dem Filter und dem stationären Auslaß angeordnet ist und die sich mit dem Filter drehen kann, um überschüssige Energie aus dem gefilterten fluiden Medium zu entnehmen, nachdem dieses durch den Filter hindurch gegangen ist und um die Strömungsrate des fluiden Mediums und den Druckabfall in der Vorrichtung einzustellen, wobei die Turbine das fluide Medium in dem stationären Auslaß an einer Stelle innerhalb des Gehäuses abgibt und wobei der Kompressor und die Turbine eine Anzahl von Schaufeln aufweisen, die um eine Welle herum montiert sind und wobei der Auslaß oberhalb des Einlasses montiert ist und die Turbinenschaufeln oberhalb der Kompressorschaufeln montiert sind und wobei die Turbinenschaufeln gegenüber dem äußeren Umfang der Kompressorschaufeln in einem Abstand nach innen versetzt sind und wobei die Turbinenschaufeln unterhalb der Auslaßkanäle angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen als Teil des Kompressors vorgesehen sind, die eine eingestellte Vorverwirbelung eines Gegenwirbels in das fluide Medium einführen, ehe dieses in den Raum zwischen der inneren Wandung des Gehäuses und dem Filter eintritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konus innerhalb des Gehäuses angeordnet sein kann, der sich zusammen mit dem Filter dreht, wobei die äußere Konuswandung eine Abweiserfläche für das fluide Medium bildet, das sich durch den Filter hindurch bewegt, wobei dieses Medium zur Turbine hin abgelenkt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Konus vorgesehen ist, der sich mit dem Filter dreht, daß dieser zweite Konus zwischen der inneren Wandung des Gehäuses und der Seite des Filters angeordnet ist, die zuerst das fluide Medium aufnimmt, welches das feinzerteilte Material enthält und daß der zweite Konus eine innere Wandung aufweist, die derart angeordnet ist, daß sie das fluide Medium in den Filter hinein ablenkt.

5. Vorrichtung zur Entfernung von feinzerteilten Materialien aus einem fluiden Medium, gekennzeichnet durch ein stationäres Gehäuse, einen Einlaß für das fluide Medium, eine Welle, die vom Gehäuse getragen ist, einen drehbaren zylindrisch geformten Filter, der von der Welle getragen wird und der ein Sieb aufweist, das sich innerhalb des Gehäuses drehen kann, einen Antrieb für den Filter, einen Kompressor, der innerhalb des Gehäuses zwischen dem Einlaß und dem Filter angeordnet ist, um eine zwangsläufige erste Mediumströmung zu erzielen, wobei noch ein Wirbel zwischen dem Sieb und dem Gehäuse erzeugt wird, einen stationären Auslaßkanal für das fluide Medium, einen Expander, der innerhalb des Gehäuses zwischen dem Filter und dem stationären Auslaßkanal angeordnet ist und eine Einrichtung bildet, mit der Energie abgenommen wird, die in dem fluiden Medium verblieben ist, nachdem dieses durch das Sieb hindurchgegangen ist, wobei der Kompressor und der Expander eine Anzahl von Schaufeln aufweisen, die um die Welle herum angeordnet sind und wobei der Auslaßkanal oberhalb des Einlaßkanals angeordnet ist und wobei die Expanderschaufeln oberhalb der Kompressorschaufeln angeordnet sind und wobei die E wanderschaufeln innen in einem wesentlichen Abstand vom äußeren Umfang der Kompressorschaufeln angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um einen zweiten Mediumstrom in das Gehäuse zu führen, wobei dieser Strom auf das erste Medium auftrifft, ehe das erste Medium durch den Filter hindurchgeht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6> dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter zylindrischer Filter vorgesehen ist, der sich zusammen mit dem ersten Filter dreht und daß einer der Filter innerhalb des anderen angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine gemein same Einrichtung, mit der alle drehbaren Teile gemeinsam gedreht werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die es ermöglichen, daß das feinzerteilte Material von dem sich drehenden zylindrischen Filter in das stationäre Gehäuse abgegeben wird und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die mit dem stationären Gehäuse verbunden sind, damit das feinzerteilte Material aus dem Gehäuse austreten kann, so daß die Vorrichtung selbstreinigend ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das fluide Medium nach dem Verlassen des Expanders an einer Stelle in den Kanal eintritt, der dichter bei der Welle liegt als die Stelle, an der es aus dem Kanal austritt, wodurch ein Radialdiffusor für die Geschwindigkeitsenergie des fluiden Mediums gebildet wird.