DE2656151A1

DE2656151A1 - Vorrichtung zum abtrennen von schmutzteilchen aus einem gasstrom

Info

Publication number: DE2656151A1
Application number: DE19762656151
Authority: DE
Inventors: Wayne Lawrence Conner; William George Martin
Original assignee: Purolator Products Co LLC
Current assignee: Purolator Products Co LLC
Priority date: 1975-12-12
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1977-06-16
Also published as: GB1526509A; JPS5292973A; FR2334421B1; DE2656151C2; FR2334421A1; JPS5857230B2; CA1068617A; IT1065905B

Description

Vorrichtung zum Abtrennen von Schmutzteilchen aus einem Gasstrom

Die Erfindung bezieht sich auf das Abtrennen von Schmutzteilchen aus einem mit relativ hoher Geschwindigkeit axial strömenden Gasstrom, wie es für Brennkraftmaschinen, Dieselmotoren, Flugzeugstrahltriebwerke, Turbinen o. dgl. erforderlich sein kann, die eine. Versorgung mit reiner Luft oder einem anderen reinen Gas benötigen.

Es wurde bereits die Zentrifugalkraft zum Abtrennen fester Schmutzteilchen aus einem axial strömenden Gasstrom angewendet. Bei den bisher verwendeten Geräten mußte die Zerfcrifugalkraft ziemlich groß sein, um den erwünschten Zweck zu erfüllen, wobei der resultierende Scheuereffekt der Schmutzteilchen die Lebenszeit des Gerätes verkürzte.

Die Erfindung überwindet diesen Nachteil durch Anwendung der Wirkung eines leichten Wirbels oder einer kreisförmigen Bewegung anstelle der Zentrifugalkraft zur Entfernung der Schmutzteilchen aus dem axial strömenden

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Gas mit hohem Wirkungsgrad und bei niedrigem Druckabfall.

Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung vor, die ein im wesentlichen hohles Gehäuse zur Aufnahme eines mit relativ hoher Geschwindigkeit in axialer Richtung strömenden Gasstromes am Einlaßende aufweist. Ein Ablenkglied mit geometrisch optimierten Vorder- und Rückteilen ist koaxial in dem Gehäuse angebracht, um die Schmutzteilchen beim Auftreffen abzutrennen und zur gegen die Gehäusewand abzulenken, während am Ablenkgliedes vor dessen hinterem Teil über den Umfang angeordnete Flügel einen leichten Wirbel oder eine kreisförmige Bewegung der Teilchen hervorrufen. Der vordere Teil,des Ablenkgliedes ist geometrisch so optimiert, daß das einströmende Gas schnell verzögert wird, bis es die Flügel erreicht, wo der leichte Wirbel oder die kreisförmige Bewegung hervorgerufen wird. Der hintere Teil des Ablenkgliedes ist geometrisch optimiert, um die Schmutzteilchen weiter gegen die.Gehäusewand abzulenken und eine schnelle Verengung des Gasstromes zu bewirken, ohne eine StrömungsablÖsung zu verursachen. Relativ reines Gas tritt dann durch einen entgegengesetzt gelegenen Auslaß des Gehäuses aus und die Schmutzteilchen werden durch einen in die Gshäusewandung in der Nähe des Auslaßendes mündenden Durchlaß abgelassen.

Hauptzweck der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Abtrennen fester Schmutzteilchen aus einem mit relativ hoher Geschwindigkeit in axialer Richtung fließenden Gasstrom.

Ein weiterer Zweck dieser Erfindung ist es, die Schmutzteilchen mehr durch einen leichten Wirbel oder eine kreisförmige Bewegung als durch Zentrifugalkraft abzutrennen, die bei den bekannten Geräten erforderlich war, so daß die die Zentrifugalkraft begleitende Scheuerwirkung, die zur Verkürzung der Lebenszeit der Vorrichtung führt, wegfällt.

Weiterer Zweck dieser Erfindung ist es, Mittel zur Abtrennung der Schmutzteilchen durch Stoß vorzusehen, die Teilchen abzulenken und einen leichten Wirbel oder eine kreisförmige Bewegung anzuwenden und dadurch die Schmutzteilchen durch ein Auslaßrohr austreten zu lassen.

Ein weiterer Zweck dieser Erfindung ist es, die vorher erwähnte Abtrennung

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der Teilchen mit einem hohen Wirkungsgrad und einem geringen Druckabfall in dem in axialer Richtung strömenden Gas zu erreichen.

Weiterer Zweck dieser Erfindung ist es, das oben erwähnte Ziel durch Optimierung der geometrischen Beziehung zwischen den Teilen der Vorrichtung zu erreichen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine im Schnitt gezeichnete Seitenansicht mit den Aufbauteilen der Vorrichtung nach der Erfindung und deren gegenseitige geometrische Beziehungen;

Fig. 2 eine Rückansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 unter Wiedergabe eines Äblenkglxedes und der zugeordneten Flügel; und in

Fig. 3 einen Ausschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 zur Wiedergabe einer vorbestimmten Winkelbeziehung zwischen den Flügeln und der Achse des Ablenkgliedes.

Nach Fig. 1 enthält die Vorrichtung nach der Erfindung ein hohles Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 weist einen konischen Einlaßteil 4 mit einem Halsansatz 6 zur Aufnahme des mit relativ hoher Geschwindigkeit in axialer Richtung fließenden Gasstromes I auf. Das Gehäuse 2 umfaßt ferner ein ringförmiges Mittelteil 8, das an einem Ende bei 10 mit dem Einlaßteil in geeigneter Weise verbunden ist, sowie eine den Auslaß bildende ringförmige Kappe 12, die am entgegengesetzten Ende des Mittelteiles 8 bei 14 in geeigneter Weise angeschlossen ist.

Die Kappe 12 umfaßt einen ringförmigen, axial angeordneten Gaskanal 16, durch den relativ reines Gas G die Vorrichtung verläßt und ferner einen ringförmigen senkrecht dazu stehenden Gaskanal 18, der mit der Wandung 12a

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der Kappe 12 in Verbindlang steht und durch welchen die Schnutzteilchen C die Vorrichtung verlassen. Der Gaskanal 18 umfaßt eine Drosseldüse bei 20, die mit ihm durch ein Schraubengewinde verbunden werden kann und in an sich bekannter Vfeise der Regelung des Gasflusses dient.

Eine Leitfläche 22 ist axial innerhalb des Einlaßteiles 4 und des an den Einlaßteil 4 angrenzenden Teil des Mittelteiles 8 angeordnet. Die leitfläche 22 enthält einen konischen Körper 24, welcher sich von einem Durchmesser an seinem vorderen Ende 26 auf einen größeren Durchmesser an seinem hinteren Ende 28 erweitert, wobei er im wesentlichen der Verjüngung des Einlaßteiles 4 folgt. Das hintere Ende der Leitfläche 22 wird durch einen Kegel 30 begrenzt.

Um die erwünschte Abtrennung der Schmutzteilchen zu erreichen,müssen die Verjüngung des Körpers 24 und der öffnungswinkel des Kegels 30 in die r richtige Beziehung zu dem Einlaßteil· 4 und dem Mittel·teil· 8 gesetzt werden. So veri-äuft das Stück des Körpers 24 innerhalb des konischen Einlaßteiies 4 und seiner Wandung 4A mit einem Konuswinkel A, der beispielsweise 10° betragen kann, während das Teil des Körpers innerhalb des ringförmigen Mitteilteiies 8 unter einem relativ steileren Winkel B konisch veriäuft, der beispieisweise 15° betragen kann. Der Scheitelwinkel E des Kegels 30 kann beispielsweise 100° betragen. Die Gründe für die hier erwähnten Zusammenhänge werden später erläutert werden.

In Fig. 2 sind ein ringförmiger Kranz 32 und eine Vieizahl von Flügeln dargestellt, wobei nach der Figur sechzehn Flügel vorgesehen sind, die über den Umfang des Körpers 24 in der Nähe seines hinteren Endes 28 nach Fig. 1 in gleichem Abstand verteilt sind. Nach Fig. 3 sind die Flügel 34 unter einem Winkel D gegen die Achse des Kranzes 32 und des Körpers angeordnet und der Winkel· D sei aus Gründe, die später ertoärt werden, beispielsweise 30°.

Der Kranz 32 mit den Flügeln 34 sitzt auf dem Körper 24 der Leitfläche in der Nähe von deren hinterem Ende 28. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Kranz 32 auf geeignete Weise in einer RiUe 36 gesichert ist, die in den angrenzenden Enden des Einlaßteiles 4 und des Mittelteiies 8 des

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Gehäuses 2 vorgesehen ist. Daher können Leitfläche 22, Kranz 32 und Flügel 34 auch durch Guß oder maschinelle Bearbeitung in einem Stück hergestellt oder getrennte Teile sein, die auf geeignete Weise miteinander verbunden sind. Obwohl Einlaßteil 4, Mittelteil 8 und Auslaßkappe 12 des Gehäuses 2 als getrennt hergestellte Teile dargestellt Bind, kann das Gehäuse 2 auch aus einem Stück durch Guß oder maschinelle Bearbeitung, aber auch aus mehreren Stücken bestehen, je nachdem, wie es für die Herstellung am günstigsten ist.

Selbstverständlich können die beschriebenen Teile der Vorrichtung nach der Erfindung aus jedem geeigneten metallischen oder nicht-metallischen Material hergestellt werden, wobei das verwendete Material von dem Medium, für das die Vorrichtung verwendet wird, z. B., ob das in Frage kommende Gas korrodierend oder nicht-korrodierend ist, sowie auch von dessen Druck und Temperatur abhängt.

Im Betrieb strömt verunreinigtes Gas I mit relativ hoher Geschwindigkeit in das Gehäuse 2 durch den Einlaß teil 4, wie es durch den Pfeil in Fig. 1 angedeutet ist. Der Aufprall des Gases auf den Körper 24 der Leitfläche 22 trennt die Schmutzteilchen ab, die in Richtung der Wandung 4A des Einlaßteiles 4 abgelenkt werden. Der Verjüngungswinkel der Wandung 4A und des Teiles 24, d. h. der oben mit 4A bezeichnete Winkel, bewirkt eine starke Verzögerung des einströmenden Gases innerhalb des Einlaßteiles 4. Jedoch bewirkt 'der Impuls des Gases, daß die Schmutzteilchen durch den Körper 24 gegen die Wandung 4A wie beschrieben abgelenkt werden.

Beim Durchgang von dem Einlaßteil 4 in den Mittelteil 8 des Gehäuses 2 strömt das einströmende Gas durch die Flügel 34, wobei sich ein leichter Wirbel oder eine kreisförmige Bewegung entwickelt. Das Maß der Verwirbelung hängt ab von dem Winkel D (Fig. 3). Das hintere Ende 28 des Körpers 24, das sich innerhalb des ringförmigen Mittelteiles befindet, hat einen relativ steileren Winkel als der Teil des Körpers, der sich innerhalb des Einlaßteiles 4 befindet, d. h. Winkel B, und dieser steilere Winkel lenkt in Verbindung mit der vorher erwähnten kreisförmigen durch die Flügel 34 hervorgerufenen Bewegung die weiterhin Schmutzteilchen gegen die Wandung 8A des Mittelteiles 8 des Gehäuses 2 ab. Der Winkel E des Kegels 30 ist so optimiert, daß sich der Gasstrom schnell wieder zusammenzieht, ohne daß

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eine Strörnungsablösung hervorgerufen wird.

Wegen der gegen die Wand 8A abgelenkten Schmutzteilchen und des durch den geometrischen Effekt des Kegels 30 verengten Gasstromes wird relativ sauberes Gas G in den Kanal 16 geleitet und verläßt diesen nach außen, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die SchmutEteilchen C, die sich jetzt in der Nähe der Wand 8A befinden, entfernen sich durch den Kanal 18, wie der Pfeil in Fig. 1 zeigt, wobei sie durch die Düse bei 20 gedrosselt werden.

Durch die Erfindung wird somit erkennbar die Trennung der Schmutzteilchen von dem Gasstrom mit hohem Wirkungsgrad und geringem Druckabfall erreicht, indem die geometrischen Beziehungen der Einzelteile der Vorrichtung optimiert werden. So sind die Verjüngungswinkel A und B des Körpers 24 der Leitfläche 22 von wesentlicher Bedeutung. In ähnlicher Weise ist der Winkel E des Kegels 30 für ein schnelles Zusamnenziehen des Gasstromes und die Führung des reinen Gases durch den Kanal 16 wichtig. Ebenso ist der Flügelwinkel B, der am besten aus Fig. 3 erkennbar ist, so optimiert, daß das richtige ffaß der Verwirbelung oder der kreisförmigen Bewegung der Schmutzteilchen erreicht wird, so daß keine wesentlichen Zentrifugalkräfte erzeugt werden, die eine unerwünschte Scheterwirkung zur Folge haben.

Obwohl eine Ausführungsform des Gegenstandes nach der Erfindung abgebildet und im einzelnen beschrieben wurde, ist die Erfindung selbstverständlich nicht hierauf beschränkt, sondern es können verschiedene Änderungen in der Gestaltung und Anordnung der Teile im Pannen des fachmännischen Wissens vorgenommen werden, ohne von der Erfindung abzuweichen.

- Patentansprüche: -

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Claims

Patentansprüche

1 .j Vorrichtung zum Abtrennen von FestlOrperverunreinigungen aus einem in axialer Richtung mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gas, gekennzeichnet durch die Kombination oder eine Unterkombination folgender Jferkmale:

ein hohles Gehäuse (2) mit einem konischen Einlaßteil t4) zur Aufnahme des in axialer Richtung strömenden G3ses, an dessen einem Ende ein ringförmiges Mitteilteil (8) angeschlossen ist und dessen anderes Ende mit einem ringförmigen Auslaßhalsansatz (6) in Verbindung steht;

eine in axialer Richtung innerhalb des hohlen Gehäuses (2) mit einem Vorderteil innerhalb des Einlaßteiles befestigte Leiflache (22), deren rückwärtiger Teil innerhalb des Mitte-lteiles (8) sitzt;

einen vorderen sich konisch verjüngenden Körper (24) der Leitfläche (22) im Einlaßteil (4), der bei einem vorbestimmten Winkel (A) mit zunehmenden Durchmesser für eine schnelle Abbrerasung des Gasstromes sorgt, wobei die Verunreinigung durch Stoß auf den vorderen Teil der Leitfläche (22) gegen die Wand (4A) des Gehäuses (2) angelenkt werden;

eine Anzahl von Flügeln (34), die auf dem Umfang der Leitfläche (22) vor deren rückwärtigem Teil gleichmäßig verteilt sind und unter einem vorbestimmten Winkel (D) relativ zur Achse der Leitfläche (22) für einen leichten Wirbel in dem Gasstrom sorgen;

eine verstärkte Konizität des rückwärtigen Teiles (28) der Leitfläche mit steilerem Winkel als an der Verjüngung des vorderen Teiles (24) zur weiteren Ablenkung der Verunreinigungen an die Wand (4A) des Gehäuses (4);

Ende der Leitfläche (22) in einem Kegel (30) mit einem vorbestimmten öffnungswinkel zur schnellen Zusaimenführung des Gasstromes; und durch

einen axialen, nach außen führenden Kanal (12) am Auslaß (12) zur Abgabe

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relativ sauberen Gases mit einem senkrecht dazu nach außen führenden Kanal (18), der mit der Wand des Gehäuses (2) verbunden ist, und durch den die Verunreinigungen austreten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitfläche (22) aus einem ersten (24) und aus einem zweiten (30) Teil besteht, wobei der erste Teil in seiner Beziehung zum Gehäuse (4) einer schnellen Abbremsung des ankommenden Gasstromes dient und der Anprall des Gasstromes auf den ersten Teil die Verunreinigungen gegen die Wand des Gehäuses ablenkt, wobei die Flügel (34) am vorderen Ende seines zweiten Teiles ringförmig um die Achse der Leitfläche (22) des Ablenkbleches verteilt sind und einen leichten Wirbel in den Gasstrom verursachen, während

der zweite Teil (28) der Leitfläche (22) in seiner Beziehung zu dem Gehäuse (4) eine weitere Ablenkung der Verunreinigungen gegen die Wand des Gehäuses (4) verursacht und der schnellen Verengung des Gasstromes dient.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Kanuswinkel (B) der Leitfläche (22) zu deren hinteren Ende (28) hin gegenüber dem Konuswinkel (A) am vorderen Ende (26) vergrößert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 und/oder 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der hintere Teil (28) der Leitfläche (22) durch einen Kegel (30) mit einem vorbestimmten öffnungswinkel abgeschlossen ist, der der schnellen Zusammenführung des Gasstromes dient.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Flügel (34) unter einem vorbestimmten Winkel (D) relativ zur Achse der Leitfläche (22) angeordnet sind.
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