DE2717610C3

DE2717610C3 - Einrichtung zum Abscheiden von staubförmigen Teilen aus einem Luftstrom

Info

Publication number: DE2717610C3
Application number: DE19772717610
Authority: DE
Inventors: Peter Knittelfeld Kogler; Emanuel Zeltweg Strahsner; Alfred Zeltweg Zitz
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1976-05-21
Filing date: 1977-04-20
Publication date: 1980-01-17
Also published as: GB1553026A; ATA373776A; FR2351690B1; ATA108778A; PL198263A1; FR2351690A1; AU508794B2; PL110446B1; CS214877B2; DE2717610B2; YU109377A; JPS537879A; IN147652B; DE2717610A1; AT346821B; AT373776B; AU2509877A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Abscheiden von staubförmigen Teilen aus einem Luftstrom, wobei der Luftstrom durch einen Zentrifugalabscheider gefördert wird, mit einer dem Zentrifugalabscheider in Strömungsrichtung der Luft vorgeschalteten Einrichtung zum Versprühen oder Vernebeln von Wasser, wobei der Zentrifugalabscheider von einem innerhalb eines ortsfesten Gehäuses rotierbar gelagerter» Flügelrad mit radial gerichteten Flügeln gebildet ist, deren äußere Ränder mit einem Ring verbunden sind, dessen Durchmesser sich in Strömungsrichtung der Luft vergrößert, und wobei eine Ringscheibe vorgesehen ist, deren einer Rand unter Freilassung eines Ringspaltes an den Ring im Bereich des größten Durchmessers desselben anschließt. Einrichtungen zum Abscheiden von staubförmigen Teilen aus einem Luftstrom dienen insbesondere der Bewetterung von Gruben, wobei der beim Einsatz von Vortriebsmaschinen oder anderen Abbaumaschinen entstehende Staub abgeführt werden soll. Die bekannten Ausführungen dieser Art weisen pinen verhältnismäßig großen Platzbedarf auf und dies stellt insbesondere in Gruben, wo der zur Verfügung stehende Raum beschränkt ist, einen ausschlaggebenden Nachteil dar. Die in diesen bekannten Einrichtungen verwendeten Zentrifugalabscheider sind üblicherweise als Zyklone ausgebildet, in welchen durch die kreisförmige Umlenkung des Luftslromes die durch Wasser gebundenen Staubteilchen unter der Wirkung der Fliehkraft zentrifugal nach außen wandern und dort abgeschieden werden.

Eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US-PS 31 91 364 bekannt geworden. Bei dieser bekannten Einrichtung wird der Luftstrom durch ein Gebläse gefördert, welches gleichzeitig auch den Zentrifugalabscheider bildet. Durch dieses Gebläse ist somit die Geschwindigkeit des Luftstromes bestimmt. Der Wirkungsgrad eines Zentrifugalabscheiders ist von der Drehzahl und von der Geschwindigkeit, mit welcher die Luft durch den Zentrifugalabscheider strömt, abhängig. Eine Erhöhung der Drehzahl bewirkt eine Erhöhung der Zentrifugalkraft und der Abschcldeeffckt wird daher durch Erhöhung der Drehzahl des Zentrifugalabscheiders begünstigt. Bei einer Erhöhung der Drehzahl wird aber, wenn der Zentrifugalabscheider gleichzeitig das Gebläse bildet, die geförderte Luftmenge vergrößert und dadurch wird wieder der Abscheideeffekt verschlechtert.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, den Wirkungsgrad

einer solchen Einrichtung zum Abscheiden von staubförmigen Teilchen aus einem Luftstrom zu verbessern und zur Erreichung diese:! Effektes besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß ein den Luftstrom durch den Zentrifugalabscheider förderndes Gebläse vorgesehen ist, daß eine Anzahl von Ringen axial stufenartig hintereinander angeordnet ist und daß die Stufen zwischen den einzelnen Ringen durch mit den Flügeln verbundene, sich radial erstreckende Ringscheiben gebildet sind, deren äußerer Rand an die Ringe im in Bereich des größten Durchmessers derselben unter Freilassung eines Ringspaltes anschließt und deren innerer Rand mit dem jeweils in Strömungsrichtung nachfolgenden Ring im Bereich des kleinsten Durchmessers desselben dicht verbunden ist. Das Gebläse is bestimmt die Durchsatzmenge der Luft durch den Zentrifugalabscheider und dadurch, daß ein eigenes Gebläse vorgesehen ist, welches den Luftstrom durch den Zentrifugalabscheider fördert, kann die Durchsatzmenge der Luft und die Strömungsgeschwindigkeit 2n derselben durch den Zentrifugalabscheider unabhängig von der Drehzahl des Zentrifugalabscheiders gewährt werden. Wenn die Flügel eines Laufrades als Gebläse-Hügel mit entsprechender Förderwirkung ausgebildet werden, so strömt die Luft im wesentlichen parallel zu > > diesen Gebläseflügeln. Wenn aber der Zentrifugalabscheider selbst keine Förderwirkung hat, so kann die Drehzahl des Zentrifugalabscheiders so hoch gewählt werden, daß die durch den Zentrifugalabscheider strömende Luft von den Flügeln des Zentrifugalabschei- Jn ders beaufschlagt wird, wodurch der Abscheidungseffekt wesentlich erhöht wird. Es kann somit die Zentrifugalwirkung im Zentrifugalabscheider so gewählt werden, daß in bezug auf den Abscheidungseffekt ein Optimum erreicht wird, während die Drehzahl des r> Gebläserotors entsprechend der gewünschten Durchsatzmenge gewählt wird. Es wird somit bei gegebener Durchsatzmenge der Luft die Zentrifugalwirkung des Zentrifugalabscheiders voll ausgenützt. Die durch das eingesprühte Wasser gebundenen Staubteilchen werden -»o durch die rotierenden Flügel erfaßt und wenn diese Staubteilchen einmal mit den Flügeln in Berührung gelangt sind, haften sie an den Flügeln und werden der Wirkung des axial durch den Zentrifugalabscheider strömenden Luftstromes entj-.ogen, so daß sie nun mit ·»■'. Sicherheit nach außen wandern. Dadurch, daß die Flügel durch in Umfangsrichtung verlaufende Ringe miteinander verbunden sind, gelangen nun diese gebundenen Staubteilchen an diese Ringe, und dadurch, daß der Durchmesser dieser Rin?e sich in Strömungsrichtung ^r·» der Luft vergrößert, wandern die gebundenen Staubteilchen entlang dieser Ringe zu den Stellen des größten Durchmessers derselben, wo sie durch Durchtrittsöffnungen in das Gehäuse abgeführt werden. In dem ortsfesten Gehäuse sind diese gebundenen Staubteil- v> chen der Wirkung der Fliehkraft entzogen, jedoch sind sie durch die Ringe auch der durch das Gebläse erzeugten Strömung entzogen, und es wird durch diese Ringe auch ein Zurückfallen in den Raum zwischen den Flügeln verhindert. Diese Durchtrittsöffnungen werden wi dadurch gebildet, daß die Ringscheibe unter Freilassung eines Ringspaltes an den Ring im Bereich des größten Durchmessers derselben anschließt. Diese Ringscheibe schließt nun den Raum innerhalb des Zentrifugalabscheiders in axialer Richtung ab, so daß die durch 6^r> Wasser beschwertem Staubleilchcn gezwungen sind, durch diesen Ringspalt auszutreten. Dadurch, daß mehrere Ringe axial stuferiartig hintereinander angeordnet sind, wird ermöglicht, bei verhältnismäßig kleinem Durchmesser des Zentrifugalabscheiders den Steigungswinkel der Ringe, das heißt den Winkel, welchen diese Ringe mit der Achse einschließen, verhältnismäßig groß auszubilden, wodurch die Förderung der durch das Wasser gebundenen Staubteilchen entlang dieser in Umfangsrichtung verlaufenden Ringe zu den Austrittsöffnungen begünstigt wird. Hierbei wird durch die sich radial erstreckenden Ringscheiben, deren innerer Rand mit dem jeweils in Strömungsrichtung nachfolgenden Ring im Bereich des kleinsten Durchmessers desselben dicht verbunden ist, der Raum im Gehäuse außerhalb dieser Ringe von dem Raum innerhalb dieser Ringe weitgehend getrennt, so daß sich die Saugwirkung des Gebläses nicht auf den Raum außerhalb dieser Ringe auswirken kann. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Zentrifugalabscheiders wird somit eine wirksame Abscheidung der Staubteilchen ermöglicht, so daß der den Zentrifugalabscheider darstellende Teil der Einrichtung sehr kurz ausgebildet werden kann, wodurch (kr Platzbedarf für diese Einrichtung wesentlich verringert w: ^-d.

Gemäß der Erfindung übergreifen vorzugsweise die Ringe die äußeren Ränder der Ringscheiben, wodurch eine der Saugwirkung des Gebläses entzogene Abtropfkante gctildet wird.

Aus Herstellungsgründen ist es vorteilhaft, wenn die Ringe konisch ausgebildet sind. Zweckmäßig weisen alle diese Ringe ungefähr gleiche Größe auf, wodurch die günstigste Gehäuseform ermöglicht wird. Der Zentrifugalabscheider kann von einem einzigen Flügelrad gebildet sein, jedoch sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zwei oder mehr in Achsrichtung hintereinander angeordnete Flügelräder vorgesehen, welche unter Freilassung eines Spaltes aneinander anschließen. Durch die Flügel wird die Luft mit den abzuscheidenden Staubteilchen in Rotation versetzt und die Luft mit den abzuscheidenden Staubteilchen wird durch das Flügelrad hindurch Jurch die Wirkung des Gebläses in axialer Richtung gefördert. Erst wenn die gebundenen Staubteilchen auf die Flügel aufireffen und dort haften, werden sie der Saugwirkung des Gebläses entzogen. Im Spalt zwischen den aufeinanderfolgenden Flügelrädern verringert sich die Rotationsgeschwindigkeit der Luft und durch die Flügel des nachfolgenden Flügelrades wird die Luft wieder erfaßt. Dadurch wird der Effekt begünstigt, daß Staubteilchen, welche im vorgeschalteten Flügelrad noch nicht an die Oberfläche der Flügel gelangt sind, nunmehr im nachgeschalteten Flügelrad von den Flügeln erfaßt und der Saugwirkung des Gebläses entzogen werden. Hierbei ist zweckmäßig der Spalt von Ausnehmungen der aneinander angrenzenden Enden der r'iüjgel gebildet, während sich der Ring über die Breite des Spaltes erstreckt, so daß die Trennung des Gehäuseraumes auüerhalb der Ringe von dem Raum innerhalb dieser Ringe nicht unterbrochen wird. Der Spalt erstreckt sich hierbei radial nur bis zum kleinsten Durchmesser de-; Ringe, da ja nur über diesen kleinsten Durchmesser der Ringe die Luft von den Schaufeln des nachgeschäUeten Flügelrades erfaßt wird.

In Strömungsrichtung hinter dem Flügelrad bzw. hinter den' letzten Flügelrad sind zweckmäßig feststehende axial verlaufende Leitschaufeln vorgesehen, welche den aus dem Flügelrad austretenden Luftstrom wieder axial richten, was für die Förderung durch das Gebläse günstig ist.

Gemäß der Erfindung ist die Anordnung zweckmäßig

so getroffen, daß das Flügelrad oder die Flügelräder in einem feststehenden Gehäuse rotieren und der Ringraum zwischen den in der Umfangsrichtung verlaufenden Wandungen und dem feststehenden Gehäuse durch ungefähr senkrecht zur Achse stehende Wände in einzelne Ringräume unterteilt ist, wodurch der Effekt erreicht wird, daß im Gehäuse eine axiale Luftströmung, welche das Ausfallen der mit Wasser gebundenen Staubteilchen behindern würde, vermieden wird. Hierbei ist zweckmäßig zumindest ein Teil der senkrecht zur Achse stehenden Wände von Ringscheiben gebildet, die mit den in Umfangsrichtung verlaufenden Wandungen starr verbunden sind. Auf diese Weise werden diese senkrecht zur Achse stehenden Wände zur Versteifung der in Umfangsrichtung verlaufenden Wandungen des Flügelrades ausgenützt.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles, welches eine Entstaubungseinrichtung fur Gruben darstellt, schemaiiscii eriüuieri.

Fig. 1 zeigt eine Gesamtanordnung der Einrichtung in Seitenansicht.

F i g. 2 und 3 zeigen den Zentrifugalabscheider, wobei Fig. 2 einen Längsschnitt nach Linie Uli der Fig. J zeigt.

F i g. 3 zeigt einen Querschnitt nach Linie III-III und

F i g. 3a eine Ansicht in Richtung des Pfeiles lll.i der Fig. 2.

F i g. 4 zeigt den Rotor in schaubildlicher Darstellung, teilweise geschnitten.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Gesamtanordnung stellt 1 die Anschlußstelle für die Lutte dar, durch welche die vor Ort abgesaugte Luft in Richtung des Pfeiles 2 eintritt. 3 sind eine Anzahl von Venturirohren. welche in Richtung des Pfeiles 2 durchströmt werden, wobei durch Düsen 4 Wasser zugeführt wird, welches durch die Art der Wasserbeauischlagung der Düsen von diesen fein verteilt wird.

5 ist der Fliehkraftabscheider, welcher in F i g. 2 und 3 im größeren Maßstab dargestellt ist. 6 ist ein Gebläse, welches die Luft ansaugt und in Richtung des Pfeiles 2 fördert. Das Gebläse 6 ist mit dem Fliehkraftabscheider 5 A'jrtyh pinen Ralp 7 verbunden. 8 ist der Antriebsmotor für das Gebläse 9 ist eine Pumpe für die Förderung von Wasser zu den Düsen 4. 10 ist eine Pumpe für die Schlammabsaugung aus dem Gehäuse des Zentrifugalabscheiders 11 und 12 sind Kanäle, durch welche die vom Gebläse 6 angesaugte Luft abströmt. 13 und 14 sind Kufen, welche durch eine Stange 15 gelenkig miteinander verbunden sind und auf welchen die gesamte Einrichtung nach Maßgabe des Fortschrittes des Ausbruches in "ichtung zum Ausbruch verschoben werden kann.

in Fig.2 und 3 ist der Zentrifugalabscheider dargestellt Auf einer Welle 16, welche von einem hydraulischen Motor 17 über eine Kupplung 18 angetrieben wird, sind zwei Flügelräder 19 und 20 mit ihren Naben 2) und 22 aufgekeilt. Die Flügel 23 des Flügelrades 19 sind an ihrem äußeren Rand 24 sägezähnartig ausgeschnitten. Mit dem äußeren Rand 24 dieser Flügel sind konische Ringe 25 und 26 dicht ■ verschweißt. Der Ring 25 erstreckt sich bis zu einem kleineren Durchmesser als der Ring 26 und weist einen zylindrischen Ansatz 27 auf. welcher den Anschluß an das Gehäuse 28 der Venturirohre 3 herstellt. Ebenso sind die Schaufeln 29 des zweiten Flügelrades 20 an

in ihrem äußeren Rand 30 sägezahnartig geformt und mit diesem äußeren Rand 30 sind konische Ringe 31 dicht verschweißt. Die konischen Ringe 25, 26 und 31 erweitern sich in der durch den Pfeil 2 angedeuteten Strömungsrichtiing der Luft. Durch diese Ringe weiden Stufen 32 gebildet, welche durch Ringscheiben 33 unter Freilassung eines Spaltes 34 abgeschlossen sind. Die Ringscheiben 33 können mit den Flügeln 23 bzw. 29 und/oder mit den Ringscheiben 26,31 verschweißt sein.

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ersten Flügelrades 19 und die lcl/li¹ Ringscheibe 33" ist mit den Flügeln 29 des zweiten Flügelrades 20 verschweißt. Mit 35 sind Ausschnitte der Flügel 23 bezeichnet, durch welche ein Spalt zwischen den Flügelrädern 19 und 20 gebildet wird. Diese Ausschnitte 35 erstrecken sich nur bis zum kleinsten Durchmesser des nachfolgenden konischen Ringes 31.

Durch Rotation der Flügelräder 23 und 29 werden die mit Wasser gebundenen Staubteilchen erfaßt und wandern zentrifugal auswärts, gelangen auf die

jo konischen Ringe 24, 26 und 31 und werden durch die Spalte 34 in den Raum 36 innerhalb eines feststehenden Gehäuses 37 gefördert. Diese;' Raum 36 ist durch senkrecht zur Achse der Welle 16 stehende Wände 38 in Achsrichtung unterteilt, in Teil dieser Wände ist von Ringen 39 gebildet, die mit den konischen Ringen 24 bzw. 31 verschweißt sind und eine Versteifung für die Flügelräder 23, 29 bilden. Die anderen Teile 40 dieser Wände sind mit dem feststehenden Gehäuse 37 verschweißt. Das feststehende Gehäuse 37 weist an einer Seite einen sich nach unten erstreckenden Sack 41 auf. Zu diesem Sack führt eine schräg abfallende Wandung 42, über welche die abgeschiedenen Staubteilchen in Form von Schlamm zum Sack 41 fließen. Diese den Ringraum zwischen dem Gehäuse 37 und den Flügelrädern 19, 20 unterteilenden, senkrecht zur Achse stehenden Wände 40 sind im Bereich dieses Sackes mit Löchern 43 versehen, um einen Luftausgleich zwischen den einzelnen Ringräumen zu ermöglichen. Durch ein Rohr 44 wird über die Schlammpumpe 10 der Schlamm aus dem Sack 41 abgesaugt.

An das Flügelrad 29 schließen feststehend«, axial verlaufende Leitschaufeln 45 an. durch welche die in Rotation versetzte Luftströmung axial gerichtet wird, wodurch die Wirkung des nachgeschalteten Gebläses 6 verbessert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Abscheiden von staubförmigen Teilen eus einem Luftstrom, wobei der Luftstrom durch einen Zentrifugalabscheider gefördert wird, mit einer dem Zentrifugalabscheider in Strömungsrichtung der Luft vorgeschalteten Einrichtung zum Versprühen oder Vernebeln von Wasser, wobei der Zentrifugalabscheider von einem innerhalb eines ortsfesten Gehäuses rotierbar gelagerten Flügelrad mit radial gerichteten Flügeln gebildet ist, deren äußere Ränder mit einem Fling verbunden sind, dessen Durchmesser sich in Strömungsrichtung der Luft vergrößert, und wobei eine Ringscheibe vorgesehen ist, deren einer Rand unter Freilassung eines Ringspaltes an den Ring im Bereich des größten Durchmessers desselben anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Luftstrom durch den Zentrifugalabscheider (5) förderndes Gebläse {ß) vorgesehen ist, daß eine Anzahl von Ringen (25, 26, 31) axial stufenartig hintereinander angeordnet ist und daß die Stufen zwischen den einzelnen Ringen (25, 26,31) durch mit den Flügeln (23, 29) verbundene, sich radial erstreckende Ringscheiben (33) gebildet sind, deren äußerer Rand an die Ringe (25, 26, 31) im Bereich des größten Durchmessers derselben unter Freilassung eines Ringspaltes (34) anschließt und deren innerer Rand mit dem jeweils in Strömungsrichtung nachfolgenden Ring im Bereich des kleinsten Durchmessers desselben dicht verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die Ringe (25, 26, 31) die äußeren Ränder der Ringscheiben (33) übergreifen.

3. Einrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (25, 26, 31) konisch ausgebildet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (25, 26, 31) ungefähr gleiche Größe aufweisen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem axialen Bereich die Flügel (29) Ausnehmungen (35) aufweisen (F ig. 4).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr in Achsrichtung hintereinander angeordnete Flügelräder (19, 20) unter Freilassung eines Spaltes aneinander anschließen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt von Ausnehmungen (35) der aneinander angrenzenden Enden der Flügel (23) gebildet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Spalt radial nur bis zum kleinsten Durchmesser der Ringe (31) erstreckt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung (2) hinter dem Flügelrad bzw. hinter dem letzten Flügelrad (20) feststehende axial verlaufende Leitschaufeln (45) vorgesehen sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum zwischen den in der Umfangsrichtung verlaufenden Wandungen und dem feststehenden Gehäuse durch ungefähr senkrecht zur Achse stehende Wände (40) in einzelne Ringräume unterteilt ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch

gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilbereich der senkrecht zur Achse stehenden Wände von Ringscheiben gebildet ist, die mit den Ringen starr verbunden sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Gehäuse (37) an einer Seite einen sich nach unten erstreckenden Sack (41) aufweist, zu welchen die untere Wandung (42) des feststehenden Gehäuses abfallend verläuft, und daß die den Ringraum zwischen Gehäuse und Flügelrad unterteilenden senkrecht zur Achse stehenden Wärde (40) im Bereich des Sackes Durchbrechungen (43) aufweisen.