DE2220534B2 - Drehströmungswirbler zur Sichtung und Abscheidung feinkörniger Partikel - Google Patents
Drehströmungswirbler zur Sichtung und Abscheidung feinkörniger PartikelInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft einen Drehströmungswirbler zur Sichtung feinkörniger Partikeln. Derartige Drehströmungswirbler
sind als solche zur Abscheidung und auch zur Sichtung von feinkörnigen Partikeln
bekannt. Die Wirbler bestehen dabei im allgemeinen aus einer zylindrischen Wirbelkammer mit einem
axialen Partikeleinlaß an der einen Stirnseite und einem axialen Auslaß für das Reingas und die noch
nicht abgeschiedenen Partikeln an der anderen Stirnseite. Ferner sind im Wirbelkammermantel tangentiale
und dem Einlaß schräg entgegengerichtete Zuführungen für Zweitluft angeordnet. Zur Abführung
der in der Wirbelkammer abgeschiedenen Partikeln ist ein dem Partikeleinlaß umgebender und in einen
Bunker mündender Ringspalt vorgesehen. Durch die Zuführung des partikelbeladenen Rohgases und der
Zweitluft in entgegengesetzter Richtung bildet sich innerhalb der Wirbelkammer eine sogenannte Drehströmung
aus, die aus einer inneren axialen und wendelförmig verlaufenden Rotationsströmung und einer
äußeren, ebenfalls wendelförmig verlaufenden Umlaufströmung im wandnahen Bereich der Wirbelkammer
besteht, wobei die beiden Strömungen axial entgegengerichtete Strömungskomponenten aufweisen.
Der über den Partikeleinlaß über Leitschaufeln zugeführte Rohgasstrom wird in Rotation versetzt, so daß
die aus der inneren Rotationsströmung ausgeschleuderten Partikeln in die äußere Umlaufströmung gelangen
und mit einem Ast dieser Umlaufströmung über den den Partikeleinlaß umgebenden Ringspalt in
einen Bunker oder in eine entsprechende Fördereinrichtung ausgetragen werden.
Derartige bekannte Drehströmungswirbler weisen auch für feinste Teilchen einen sehr hohen Abscheidegrad
auf, wie aus dem in F i g. 1 gezeigten Diagramm hervorgeht In diesem Diagramm ist der Abscheidegrad
über den Teilchendurchmesser aufgetragen, wobei der Fraktionsentstaubungsgrad eines herkömmlichen
Drehströmungswirblers durch die Kurve I gekennzeichnet ist Aus dieser Kurve ergibt sich,
daß praktisch alle Teilchen, die größer als 5 μ sind, hundertprozentig abgeschieden werden. Dabei werden
aber auch Teilchen, die kleiner als S μ sind, mit in den Bunker abgeschieden. Bei einer Sichtung sollen
demgegenüber Partikeln unterhalb einer vorgegebenen Größe überhaupt nicht und Teilchen über dieser
Größe vollständig abgeschieden werden. Eine derartige ideale Trennkurve für einen Sichter ist beispielsweise
mit Kurve II für ein Grenzkorn von 10 μ dargestellt. Es ist nun schon versucht worden, einen
Drehströmungswirbler zur Sichtung auszubilden, indem der Zweitluftvordruck und/oder die Vordrehung
über die Leitschaufeln im Partikeleinlaß vermindert wurde, so daß sich damit der Abscheidegrad »verschlechtert«.
Der sich dabei ergebende Fraktionsentstaubungsgrad ist in der Kurve III dargestellt, wodurch
sich jedoch nur eine sehr ungenaue Annäherung an die ideale Trennkurve II ergibt. Das zeigt also,
daß allein das Fahren mit verminderter Leistung nicht zu dem gewünschten Erfolg und einer einigermaßen
scharfen Trennkurve führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehströmungswirbler der eingangs beschriebenen
Bauart so auszugestalten und zu optimieren, daß er auch als Sichter mit einer einigermaßen scharfen
Trennkurve verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Querschnittsfläche des Partikeleinlasses
höchstens die Hälfte der Querschnittsfläche der Wirbelkammer beträgt und daß die Zweitluftdüsen auf
einem einzigen Ringkranz angeordnet sind.
Durch die Ausbildung des Partikeleinlasses als Zuführung mit sehr viel kleinerem Durchmesser als dem
der Wirbelkammer werden allen in die Wirbelkammer eintretenden Partikeln praktisch gleiche geometrische
Anfangsbedingungen erteilt, d. h. praktisch allen Partikeln wird der gleiche Drall aufgezwungen.
Durch die Anordnung der Zweitluftdüsen auf einem einzigen Ringkranz werden nur bis zu einer genau
definierten Höhe in der Wirbelkammer die bereits aus der inneren Rolationsströmung ausgeschleuderten
Partikeln in den Partikelauslaß abgeführt. Damit ist also eine schärfere Trennung der Partikeln nach
Korngröße als bei einem mit verminderter Leistung gefahrenen Drehströmungswirbler möglich.
Um zusätzlich die Bedingungen für eine scharfe Trennung der Partikeln nach Korngröße in der Wirbelkammer
zu erhalten, ragt das Auslaßrohr in die Wirbelkammer hinein, wobei das untere Ende des
Auslasses dicht oberhalb der Einmündungen der Zweitluftdüsen endet. Dadurch ist eine scharfe geometrische
Kante in der Wirbelkammer geschaffen, die gleichzeitig als Grenze für die in der Wirbelkammer
abzuscheidenden Partikeln dient.
Zur Drallanregung für den eintretenden Partikelstrom ist es dabei zweckmäßig, wenn in der Mündung
des Partikeleinlaßrohres Leitschaufeln angeordnet sind. Dieses Partikeleinlaßrohr kann dabei axial
verschiebbar angeordnet sein, um unterschiedliche Grenzkorngrößen für die Sichtung einstellen zu können.
Zur Trennung der aus dem Drehströmungswirbler noch abströmenden Partikeln ist es ferner möglich,
daß der Auslaß aus mehreren konzentrischen Rohren besteht Da die Partikeln nämlich auf Grund ihrer unterschiedlichen
Größe durch die auf sie einwirkenden Fliehkräfte in einer bestimmten Höhe in der Wirbelkammer
unterschiedlich weit von der Achse der Wirbelkammer entfernt sind, kann somit durch die Abführung
der Partikeln auf verschiedenen konzentrischen Ringbahnen bereits eine weitere Sichtung der
bis zur Höhe der Zweitluftdüsen noch nicht abgeschiedenen Partikeln erreicht werden. Dabei ist es
zweckmäßig, wenn das Auslaßrohr oder die konzentrisch
angeordneten Rohre ebenfalls axial verschiebbar angeordnet sind.
An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen
nach der Erfindung näher dargestellt. Dabei zeigt
F i g. 1 das schon erwähnte Diagramm für den Fraktionsentstaubungsgrad,
F i g. 2 a den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen
Drehströmungswirblers im Längsschnitt,
Fig. 2b einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie IIB-IIB nach F i g. 2 a und
F i g. 3 die Ausbildung des Auslasses in Form mehrerer konzentrischer Rohre.
F i g. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines derartigen Drehströmungswirblers. Dieser Wirbler weist
dabei eine zylindrische Wirbelkammer 1 auf, in die von unten ein Einlaßrohr 2 für die zu sichtenden Partikenl
hineinragt. Dabei ist erfindungsgemäß die Querschnittsfläche der Mündung 3 des Partikeleinlaßrohres
2 höchstens halb so groß wie die Querschnittsfläche der Wirbelkammer. In der Mündung 3 des
Einlaßrohres können dabei Leitschaufeln 4 angeordnet sein, um den zugeführten Partikeln zusammen
mit der Trägerluft einen Drall zu erteilen. Die Partikein treten dann zusammen mit der Trägerluft in
Form einer Rotationsströmung in die eigentliche Wirbelkammer 1 ein. Die schwereren Partikeln werden
dabei sofort oberhalb der Mündung 3 des Einlaßrohres 2 nach außen geschleudert und gelangen in die
Nähe der Innenwandung der Wirbelkammer. Es ist aber auch möglich, eine ausreichende Drallanregung
auch ohne Leitschaufeln allein durch den über der Einlaßmündung 3 nach innen umgelenkten Strömungsast
der äußeren Umlaufströmung zu erreichen.
Oberhalb der Mündung 3 des Einlaßrohres 2 ist ferner ein Kranz von Zweitluftdüsen 5 angeordnet,
durch die über die Zuleitung 6 und die Kammer 7 Zweitluft in tangentialer und der Einlaßrohrmündung
3 schräg entgegengeneigter Richtung in die Wirbelkammer 1 eingeblasen wird, die dann in Form
einer wendeiförmigen Umlaufströmung im wandnahen Bereich der Wirbelkammer nach unten in
Richtung zum Einlaßrohr 2 läuft. Von dieser äußeren Umlaufströmung werden die bereits ausgeschleuderten
Partikeln erfaßt und über einen das Einlaßrohr 2 umgebenden und mit einer Blende 8 verengten Ring-SDaIt
9 nach unten in einen Bunker 10 abgeführt, von wo sie über einen Auslaß 11 nach außen geleitet werden
können.
Durch die Zweitluft, die über den Düsenkranz 5 zugeführt wird, werden somit alle Partikeln in den
Bunker 10 abgeführt, die unterhalb der Düsen £ bereits ausgeschieden und in die äußere Umlaufströmung
gelangt sind. Kleinere Partikeln, auf die die Fliehkraft noch nicht so stark eingewirkt hat, und die
sich noch im inneren Bereich der Rotationsströmung befinden, werden über den Auslaß 12 in der dem
Einlaß 2 gegenüberliegenden Stirnseite der Wirbelkammer 1 nach außen abgeführt und können in
einem herkömmlichen Entstauber abgeschieden werden.
Da die Partikeln über einen Einlaß mit einem gegenüber
der Wirbelkammer relativ kleinen Durchmesser mit angenähert gleichem Drall der Wirbelkammer
zugeführt werden, gelangen sie alle in das gleiche Zentrifugalfeld. Auf Grund der unterschiedlichen
Masse der zugeführten Partikeln wirken auf sie auch unterschiedliche Fliehkräfte ein. so daß die
Bahnen, auf denen die Partikeln nach außen geschleudert werden, verschieden sind. Das bedeutet, daß
größere Partikeln sehr schnell nach Eintritt in die Wirbelkammer nach außen geschleudert werden, während
kleinere Partikel erst weiter oben in der Wirbelkammer nach außen gelangen. Somit kann bei vorgegebener
Geometrie und Kenntnis der Strömungsdaten genau ermittelt werden, in welcher Höhe der
Wirbelkammer 1 über der Einlaßmündung3 Partikeln einer bestimmten Größe bis zur Wirbelkammerwandung
nach außen gewandert sind. Von der äußeren Umlaufströmung werden somit nur die Partikeln abgeschieden,
die unterhalb des Düsenkranzes 5 bis zur Wirbelkammerwandung gelangt sind.
Dabei kann das Auslaßrohr 12 selbst noch zusätzlich zur Festlegung des Grenzkornes herangezogen
werden. Es werden nämlich in der Wirbelkammer alle die Partikeln nicht abgeschieden, die bereits in das
Auslaßrohr 12 gelangt sind. Das heißt, alle Partikeln, die bis in Höhe der Unterkante 13 des Auslaßrohres
auf Grund der auf sie einwirkenden Fliehkräfte an einem Punkt der Wirbelkammer angelangt sind, der
auf einem größeren Durchmesser liegt als dieses Auslaßrohr, werden somit von der Zweitluft erfaßt
und nach unten abgeführt. Damit stellt das untere Ende 13 des Auslaßrohres 12 eine eindeutig fixierbare
Grenze dafür dar, welche Partikeln abgeschieden werden sollen und welche nicht, so daß durch den
Abstand zwischen Einlaßmündung 3 und Düsenkranz 5 bzw. Einlaßmündung 3 und Unterkante 13
des Auslaßrohres genau festgelegt ist. oberhalb welcher Korngröße alle Partikeln abgeschieden werden;
d. h., durch diesen Abstand ist die Größe des Grenzkornes in ziemlich engen Grenzen festlegbar. Somit
kann durch Veränderungen dieses Abstandes auch ein anderes Grenzkorn für die Sichtung eingestellt
werden.
Um diese Abstandsänderung durchführen zu können, ist das Einlaßrohr 2 in einer Halterung 14 in der
unteren Stirnseite der Wirbelkammer 1 axial verschiebbar angeordnet. Darüber hinaus ist es möglich,
auch das Auslaßrohr 12 in einer Halterung 15 in der oberen Stirnseite der Wirbelkammer 1 axial verschiebbar
zu lagern. Dadurch können die für die Festlegung des gewünschten Grenzkornes maßgebenden
Abstände zwischen Einlaßmündung 3 und Düsenkranz 5 bzw. Auslaßrohr-Unterkante 13 genau
festgelegt werden. Es ist also mit einem derartigen Drehströmungswirbler eine Sichtung in zwei Fraktionen
mit einer vollständigen Abscheidung der gröberen Fraktion möglich, wobei sich eine Trennkurve
etwa nach dem Kurvenzug IV aus Fi v. 1 ergibt. Wie
der Kurvenverlauf zeigt, ist damit eine erheblich bessere Annäherung an die ideale Trennkurve II erreichbar
als nach Kurve III allein durch Leislungsverminderung
herkömmlicher Drehströmungswirbler. Wie in der Beschreibung zu F i g. 2 bereits ausgeführt,
befinden sich die Partikeln unterschiedlicher Größe in einer bestimmten Höhe der Wirbelkammer
auch in unterschiedlichen Abständen zur Achse. Diese Tatsache kann zu einer zusätzlichen Sichtung
der vom Düsenkranz S nicht mehl· erfaßten Partikeln ausgenutzt werden, wie das in F i g. 3 dargestellt ist.
Auf der Abströmseite der Wirbelkammer ist nunmehr nicht nur ein einzelnes Auslaßrohr angeordnet,
sondern es sind nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel fünf konzentrische Auslaßrohrc 26 bis 30
vorgesehen, wodurch sich ein axialer Auslaß 20 und fünf dazu konzentrische Auslaßringspalte 21 bis 25
ergeben. Dadurch werden von jedem Ringspalt Partikein erfaßt, die sich auf einem anderen Durchmesser
der Wirbelkammer oberhalb des Düsenkranzes S befinden. Wie aus den zugehörigen Angaben neben den
Auslaßleitungen 31 bis 36 zu ersehen ist, werden durch den axialen Kanal20 die feinsten Partikeln und
ίο nach außen über die einzelnen Ringspalte 21 bis 25
jeweils Partikeln größeren Durchmessers abgeführt. Damit kann dieser Drehströmungswirbler einschließlich
der Abscheidung in den Bunker 10 zur Trennung von insgesamt sieben Fraktionen und gesonderten
Abführung über die Abführleitungen 31 bis 31 verwendet werden. Auch hierbei können sowohl das
Einiaßrohr2 als auch die konzentrischen Auslaßrohre 26 bis 36 axial verschieblich in den Halterungen
14 bzw. 15 geführt sein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Drehströmungswirbler zur Sichtung und Abscheidung feinkörniger Partikeln mit einer zvlindrischen
Wirbelkammer, einem koaxialen Partikeleinlaß in der einen Stirnseite und einem koaxialen Auslaßrohr in der anderen Stirnseite, tangentialen
und dem Partikeleinlaß schräg entgegengerichteten Zweitluftdüsen im Wirbelkammermantel
sowie mindestens einem Partikelauslaß, der den Partikeleinlaß konzentrisch umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche
des Partikeleinlasses (3) höchstens die Häute der Querschnittsfläche der Wirbelkammer
(1) beträgt und daß die Zweitluftdüsen (5) auf einem einzigen Ringkranz angeordnet sind.
2. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßrohr (12)
in die Wirbelkammer (1) hineinragt und daß das untere Ende (13) dieses Auslaßrohres dicht oberhalb
der Einmündungen der Zweitluftdüsen (5) endet.
3. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mündung (3)
des Partikeleinlaßrohres (2) Leitschaufeln (4) angeordnet sind.
4. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Partikeleinlaßrohr
(2) axial verschiebbar angeordnet ist.
5. Drehströmungswirbler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß aus mehreren
konzentrischen Rohren (26 bis 30) besteht.
6. Drehströmungswirbler nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßrohre
(12; 26 bis 30) axial verschiebbar angeordnet sind.
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