DE2818791A1

DE2818791A1 - Wirbelrohr fuer zyklonabscheider

Info

Publication number: DE2818791A1
Application number: DE19782818791
Authority: DE
Inventors: Allen M Kaluza; Bruce M Sullivan
Original assignee: Donaldson Co Inc
Current assignee: Donaldson Co Inc
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1978-11-16
Also published as: BR7802749A; ZA782578B; FR2389417B1; GB1599007A; FR2389417A1; JPS5511389B2; GB1599006A; CA1096814A; AU504849B1; DE2818791C2; JPS5415575A; US4162906A

Description

Donaldson Company, Inc., 1400 West 94th Street, Minneapolis, Minnesota 55431 (V.St.A.)

"Wirbelrohr für Zyklonabscheider"

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Wirbelrohr für Zyklonabscheider und insbesondere auf ein verbessertes Wirbelrohr mit einem seitlichen Auslaß für die Reinluft und auf verbesserte Vorrichtungen zur Erzeugung des Wirbels in dem Axialstrom der mit Schmutzstoffen beladenen Luft innerhalb des Wirbelrohres.

Zum Stand der Technik gehören zwei grundsätzliche Arten von Zyklonabscheider-Wirbelrohren.

So ist aus der US-PS 35 17 821 ein Wirbelrohr bekannt, das für einen sogenannten "Axial-Durchfluß-Strom" (im nachfolgenden Durchfluß-Zyklon genannt) bestimmt ist, wobei mit Schmutzstoffen beladene Luft in das Wirbelrohr eintritt und durch wendeiförmige Leitvorrichtungen geführt wird, die einen Wirbel im Strom der mit Schmutzstoffen beladenen Luft schaffen. Eine Reinluftauslaßleitung ist im Bereich des Auslasses des Wirbelrohres angeordnet und konzentrisch zum Wirbelrohr vorgesehen. Ein Schmutzstoff- oder Feststoffauslaß wird durch die Außenfläche des Reinluftrohres und die Innenseite des Wirbelrohres definiert. Die Schmutzoder Feststoffe werden nach außen an die innere Fläche des Wirbel-

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rohres geschleudert und durch den vorstehend definierten Kanal abgeführt. Reinluft fließt in axialer Richtung in den Reinluftauslaß. Hohe Durchflußmengen werden bei dem Durchfluß-Zyklon durch einen Rückflußluftstrom erzielt. Der Rückflußluftstrom erleichtert den Feststoffauslaßstrom durch Verringerung von Turbulenzen, wodurch auf diese Weise Durchflußmengen innerhalb des Wirbelrohres erreicht werden.

Sogenannte Rückflußzyklonabscheider" sind durch die US-PS 35 17 821, 34 98 461, 28 89 008 und 28 87 177 bekanntgeworden. Bei diesen Rückflußzyklonen wird ein Reinluftauslaßstrom konzentrisch innerhalb des Wirbelrohres in der Nähe des Einlasses desselben erzeugt. Den Strom ablenkende Leitflügel od. dgl. sind im Bereich des Einlasses des Wirbelrohres vorgesehen und schaffen einen Wirbel im Axialstrom der mit Schmutz oder Feststoffen beladenen Luft. Die Feststoffe werden in Richtung eines geraden Durchflusses, d.h. also im Axialstrom ausgeschieden. Die Reinluft kehrt ihre Flußrichtung um und gelangt in die Reinluftleitung. Die auftretenden Druckabfälle bei dieser Anordnung machen es notwendig, daß die Reinluftleitung wenigstens eine Länge aufweist, die so lang oder vorzugsweise größer als die Länge des eigentlichen Wirbelrohres ist. Auf diese Weise baut ein solcher Rückflußzyklon größer und verhindert die Konstruktion eines kompakten Luftreinigers. Zusätzlich haben diese Zyklonabscheider einen geringeren Durchsatz als die Durchflußzyklone. Im Einsatz in Luftreinigergehäuse zwingen beide Zyklonabscheider dazu, erheblichen Raum aufzuwenden, um die Reinluft vom Abscheider zum Filterelement zu führen.

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In der US-PS 35 17 821 wird ein wendelförmiger Wirbulator beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung umfaßt ein rückwärtiges Ende mit einer Oberfläche, die zum Reinluftauslaß hin geneigt ist oder sich zum Reinluftauslaß hin verjüngt. Bei dieser bekannten Vorrichtung muß festgestellt werden, daß die leichteren Feststoffteilchen im Inneren des Wirbels festgehalten wurden und dadurch in den Reinluftauslaß gelangten, wodurch der Wirkungsgrad des Abscheiders beeinträchtigt wurde.

Das mit einem seitlichen Auslaß versehene Zyklonabscheider-Wirbelrohr der vorliegenden Erfindung kombiniert die Vorteile des eine hohe Durchflußleistung aufweisenden Durchflußzyklons mit den Nichtrückspülstromcharakteristikas des RückflußZyklons. Der seitliche Auslaß des Wirbelrohres schafft eine verringerte Baugröße dadurch, daß der Raum verringert wird, der bei den zum Stand der Technik gehörenden Einrichtungen zum Anordnen der Leitungen erforderlich war, die vom Wirbelrohr zum endgültigen Filter führten. Zusätzlich ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine verbesserte Leitflügelkonstruktion vorgesehen, um den Wirbel im Strom der feststoffbeladenen Luft zu schaffen, wodurch gleichzeitig diese Anordnung benutzt werden kann, um den Wirkungsgrad der bekannten DurchflußZyklone zu verbessern, indem im Innern des Wirbels festgehaltene Feststoffteilchen zur Seitenwandung des Wirbelrohres geführt werden.

Die vorliegende Erfindung schafft einen seitlichen Auslaß für ein Wirbelrohr für Zyklonabscheider, wobei eine erste Leitung

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vorgesehen ist, die eine kontinuierliche Seitenwand aufweist und einen axialen Flußweg zwischen Einlaß und Auslaß schafft. Die Seitenwandung dieser ersten Leitung weist eine öffnung auf, die zwischen dem Einlaß-und dem Auslaßende vorgesehen ist. Eine zweite Leitung weist ebenfalls eine kontinuierliche Seitenwand auf und schafft einen Weg zwischen Einlaß und Auslaß und ist innerhalb des axialen Durchgangs der ersten Leitung angeordnet. Das Einlaßende der zweiten Leitung ist im Bereich des Einlaßendes der ersten Leitung vorgesehen. Das Auslaßende der zweiten Leitung endet im Bereich der öffnung in der Seitenwand der ersten Leitung. Das mit einem seitlichen Auslaß versehene Wirbelrohr umfaßt weiterhin einen Wirbulator, der am ersten Rohr innerhalb des axialen Durchflußweges im Bereich des Einlaßendes des ersten Rohres vorgesehen ist. Der Wirbulator verleiht dem Axialstrom der mit Schmutz- oder Feststoffen beladenen Luft,die am Einlaßende des Rohres eintritt, eine kreisförmige Flußkomponente, derart, daß die Feststoffteilchen aufgrund der Zentrifugalkraft zur inneren Oberfläche des ersten Rohres geführt werden. Die Feststoffe werden durch das Auslaßende des ersten Rohres ausgetragen, während die Reinluft über das zweite Rohr so geleitet wird, daß sie durch die Seitenöffnung im ersten Rohr ausgetragen wird.

Der verbesserte Wirbulator gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vielzahl von Leitflügel, die umfangsmäßig im Abstand voneinander um eine langgestreckte Nabe angeordnet sind, die eine Eintrittskante und eine Austrittskante aufweist und eine langge-

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streckte Achse besitzt, die im wesentlichen mit der Zentralachse des Wirbelrohres ausgerichtet ist. Diese Leitflügel weisen eine Leitkante auf, die im Bereich des Einlaßendes des Wirbelrohres endet und eine Abgabekante, die axial längs der Nabe in einer Richtung zum Auslaßende des Rohres angeordnet ist. Der Leitflügel erstreckt sich in axialer Richtung von der Leitkante jeder Fläche und in Umfangsrichtung über die Nabe zum Abgabeende hin. Der Leitflügel schafft eine ringförmige Flußkomponente innerhalb des Axialstroms der mit Feststoffen beladenen Luft. Das Abgabeende der Nabe weist eine gekrümmte Oberfläche auf, die im allgemeinen radial nach außen von der Längsachse der Nabe gerichtet ist und sich in axialer Richtung zum Auslaßende des Rohres erstreckt. Die divergierende Fläche leitet Feststoffe, die innerhalb des Inneren des Wirbels festgehalten werden, zur inneren Oberfläche des Wirbelrohres, so daß hierdurch die Abscheidung der Feststoffteilchen verbessert wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das eine seitliche Auslaßöffnung aufweisende Wirbelrohr ein erstes Rohr auf, welches ein rohrförmiges Teil besitzt, das das Einlaßende des Wirbelrohres definiert und ein kegelstumpfförmiges Teil, das das Auslaßende des Wirbelrohres bildet. Das zweite Rohr schafft einen Durchgang mit einer gekrümmten, zentralen Achse, ausgehend vom Einlaßende zu der seitlichen Auslaßöffnung in dem rohrförmigen Teil. Der Durchgang, der durch das zweite Rohr geschaffen wird, hat einen Querschnittsbereich in Ebenen,die normal zur gekrümmten Achse ausgerichtet sind, die sich anwachsend vom Einlaß zum Aus-

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laß hin vergrößern. Hierdurch erfolgt eine Vergrößerung des Reinluftströmes, wodurch der Druckabfall " innerhalb des Wirbels wieder ausgeglichen wird.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform umfaßt das Wirbelrohr gemäß der vorliegenden Erfindung ein erstes Rohr mit einem rohrförmigen Teil im Bereich des Einlaßendes des Rohres und einen zweiten Teil, das die Form eines schrägen Kegelstumpfes besitzt. Die seitliche Auslaßöffnung wird in dem zweiten Teil vorgesehen, der einen konvergierenden, feststoffabgebenden Durchgangsweg von sich verkleinerndem Querschnitt definiert, und zwar zum Auslaßende des Wirbelrohres hin. Das zweite Rohr der abgeänderten Ausführungsform gemäß der Erfindung schafft einen divergierenden Ausgangsweg für die Reinluft. Diese abgeänderte Ausführungsform schafft insbesondere Vorteile, wenn eine Vielzahl solcher Rohre innerhalb einer Luftreinigerkonstruktion angeordnet werden sollen.

Ein verbesserter Luftreiniger, der diese abgeänderte Ausführungsform von Wirbelrohren aufweist, umfaßt ein Gehäuse mit Einlaß- und Auslaßleitungen und einem Paar von Trennwänden, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, um das Gehäuse in eine Einlaßkammer, eine Feststoff- oder Schmutzstoffsammelkammer und eine Reinluftauslaßkammer zu teilen. Eine Vielzahl von Wirbelrohren sind zwischen den Trennwänden angeordnet, um eine Verbindung zwischen den drei Kammern innerhalb des Gehäuses herzustellen. Insbesondere sind die seitlichen Auslaßöffnungen aufweisenden

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Wirbelrohre in parallelen Reihen angeordnet, wobei die seitlichen Auslaßöffnungen der Rohre in einer Reihe zu den seitlichen Auslaßöffnungen der Rohre in der anderen Reihe hingerichtet sind. Die seitlichen Auslaßöffnungen der einen Reihe sind gegenüber den seitlichen Auslaßöffnungen der benachbarten Reihe versetzt, um derart einen Reinluftabgabekanal innerhalb der Reinluftauslaßkaininer des Gehäuses zu schaffen. Ein ringförmiges Filterelement wird in der Reinluftauslaßkammer vorgesehen, um eine endgültige Filterstation zu schaffen, bevor die Reinluft das Gehäuse verläßt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen dabei in

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht auf eine Ausführungsform eines Wirbelrohres gemäß der Erfindung, in

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Einlaßende des Wirbelrohres gemäß Fig. 1, in

Fig. 3 einen Teilschnitt durch einen verbesserten Luftreiniger, der mit Wirbelrohren gemäß Fig. 1 ausgerüstet ist, in

Fig. 4 in größerem Maßstab einen Teilschnitt durch das

Wirbelrohr gemäß Fig. 1 entsprechend der Linie 4 - 4 in Fig. 3, in

Fig. 5 in einem größeren Maßstab einen Querschnitt durch

einen Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 3 entsprechend der Linie 5 - 5 in Fig. 3, in

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Fig. 6 eine schaubildliche Ansicht auf eine abgeänderte Ausführungsform eines Wirbelrohres gemäß der Erfindung mit seitlicher Auslaßöffnung, in

Fig. 7 in größerem Maßstab einen Schnitt durch das

Wirbelrohr gemäß Fig. 6 gemäß der Linie 7-7 in Fig. 6, in

Fig. 8 einen Axialschnitt durch ein zum Stand der Technik gehörendes Wirbelrohr für RückflußZyklone, in

Fig. 9 einen Axialschnitt durch ein zum Stand der

Technik gehörendes Wirbelrohr für DurchflußZyklone, in

Fig. 10 in schaubildlicher Darstellung einen Wirbulator gemäß der Erfindung von oben gesehen, in

Fig. 11 in einer anderen Ansicht schaubildlich einen

Wirbulator gemäß der Erfindung von unten gesehen und in

Fig. 12 einen Axialschnitt der zeigt, wie ein verbesserter Wirbulator in einen zum Stand der Technik gehörenden Druckflußzyklon eingesetzt werden kann.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes, mit einer seitlichen Auslaßöffnung versehenes Wirbelrohr dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Dieses Wirbelrohr 10 besteht aus einem ersten rohrförmigen Bauteil 12, mit einer kontinuierlichen Seitenwandung 14, die einen im wesentlichen axialen Durchgang zwischen einem Einlaßende 16 und einem Auslaßende 18 definiert. Das Einlaßende 16 ist mit einem Ringflansch 20 versehen, der die Anordnung des

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Wirbelrohres 10 in einem Luftreinigergehäuse erleichtern soll. Keilförmige Vorsprünge 22 sind umfangsmäßig im Abstand voneinander an der Außenwandung 24 der Seitenwand 14 im Bereich des Auslaßendes 18 vorgesehen. Diese Vorsprünge 22 erleichtern ebenfalls die Anordnung des Wirbelrohres 10 im Luftreinigergehäuse.

Aus der Darstellung in Fig. 4 ist erkennbar, daß das Wirbelrohr 10 einen Wirbulator 26 besitzt, der an der Innenwand 28 der Seitenwand 14 des Einlaßendes 16 angeordnet ist. Der Wirbulator 26 umfaßt eine Vielzahl von Flügel 30, die im radialen Abstand um eine zentrale Nabe 32 angeordnet sind, die eine Längsachse aufweist, die mit der zentralen Achse des Wirbelrohres 10 fluchtet. Die Flügel 30 haben gekrümmte Oberflächen 34, die eine kreisförmige Komponente in die mit Feststoffen beladene Luft eintragen, die durch das Einlaßende 16 eintritt. Auf diese Weise schaffen die Flügel 30 einen Wirbel in der Schmutzluft.

Ein zweites, rohrförmiges Bauteil 30 ist innerhalb des Wirbelrohres 10 angeordnet und weist eine kontinuierliche Seitenwand auf, die einen Durchgangsweg 40 zwischen dem Einlaßende 42 und dem Auslaßende 44 schafft. Das Auslaßende 44 endet in einer Öffnung 46, die in der Seitenwand 14 des Wirbelrohres 10 angeordnet ist. Das Einlaßende 42 fluchtet mit der zentralen Achse des Wirbelrohres 10. Die Seitenwand 38 hat eine Außenwand 48, an der Prallkörper angeordnet sind, die bei der bevorzugten Ausführungsform wenigstens aus einer ringförmigen Lippe 50 bestehen. Diese ringförmige Lippe ist in der Nähe des Einlaßendes 42 des zweiten Bau-

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teiles vorgesehen. Eine zweite, ringförmige Lippe 52 kann ebenfalls vorgesehen sein und im Abstand von der Lippe 50 angeordnet sein, und zwar im Abstand in Richtung der zentralen Achse des eigentlichen Wirbelrohres 10. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform hat die ringförmige Lippe 52 konische Form, jedoch liegt es im Rahmen der Erfindung, daß auch andere Formgebungen innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen.

Aus Fig. 4 geht weiterhin hervor, daß der Durchgangsweg 40 eine gekrümmte, zentrale Achse und Querschnittsbereiche aufweist, die längs dieser Achse und normal zu dieser gekrümmten Achse gesehen sich vom Einlaßende 42 zum Auslaßende 44 hin erweitern. Auf diese Weise vergrößert sich der Reinluftstrom im Durchgangsweg 40, wodurch der Druck wiedergewonnen wird, der während des Erzeugens des Wirbels im Wirbelrohr 10 verlorengegangen war.

Die zentrale Nabe 32 des Wirbulators 26 weist ein Endteil 54 auf, das in der Nähe des Einlaßendes 42 des Bauteiles 36 vorgesehen ist. Dieses Endteil 54 hat eine Oberfläche 56, die radial nach außen abgeschrägt ist, ausgehend von der zentralen Achse des Wirbelrohres 10 zur Innenwand 28. Die Oberfläche 56 erleichtert die Abgabe der Feststoffteilchen durch das Auslaßende 18, wie dies nachfolgend noch zu beschreiben sein wird. Die Innenwand 28 des Wirbelrohres 10 kann mit einer Schulter 58 ausgerüstet sein, an der die Kanten der Flügel 30 aufruhen, um damit den Wirbulator 26 innerhalb des Wirbelrohres 10 zu halten. Jede übliche Vorrichtung,um den Wirbulator 26 innerhalb des Wirbelrohres 10 zu

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halten, kann eingesetzt werden, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Bei der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform umfaßt das Bauteil 12 ein erstes und zweites Rohrteil 60 bzw. 62, wobei das Rohrteil 62 als hohler Kegel ausgebildet ist. Wie dies insbesondere aus Fig. 3 zu erkennen ist, konvergiert die Seitenwand 14 längs der zentralen Achse des Wirbelrohres 10 vom ersten Rohrteil 60 zum Auslaßende 18 und schafft derart einen Durchgang 64 von sich verkleinerndem Querschnitt zum Auslaßende 18 hin. Die öffnung am Auslaßende 18 ist daher gegenüber der zentralen Achse des Wirbelrohres 10 versetzt. Die öffnung 46 ist in der konvergierenden Seitenwand 14 des zweiten Rohrteiles 62 vorgesehen.

Eine abgeänderte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Ein Wirbelrohr 66 weist ein erstes Rohrteil 68 und ein kugelstumpfförmiges Rohrteil 70 auf. Das Wirbelrohr 66 besitzt eine Einlaßöffnung 74 und eine Auslaßöffnung 76. Oberhalb der Einlaßöffnung 74 ist ein Ringflansch 78 vorgesehen, wodurch die Anordnung des Wirbelrohres 66 in einem Luftreinigungsgehäuse erleichtert wird. Das erste Rohrteil 68 weist eine Außenwand 80 und eine Innenwand 82 auf. Eine seitliche Auslaßöffnung 84 ist in dem Rohrteil 68 vorgesehen.

Ein Wirbulator 86 ist innerhalb des Rohrteiles 68 im Bereich der Einlaßöffnung 74 vorgesehen. Der Wirbulator 86 weist eine langgestreckte, zentrale Nabe 88 auf, deren Längsachse mit der zen-

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tralen Achse des Wirbelrohres 66 fluchtet. An der Nabe 8 6 sind eine Vielzahl von Flügel 90 angeordnet, die gekrümmte Oberflächen 92 aufweisen, die der mit Feststoffen beladenen durch die Einlaßöffnung 74 eintretenden Luft eine kreisförmige Komponente verleihen, in einer Richtung radial nach außen und ringförmig um die zentrale Achse des Wirbelrohres 66. Auf diese Weise wird in dem Axialstrom der mit Schmutz- und Feststoffen beladenen Luft ein Wirbel erzeugt, der von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung 76 verläuft. Die Nabe 88 kann mit einem Endteil 94 versehen sein, das mit der zentralen Achse des Wirbelrohres 66 fluchtet und eine Oberfläche 96 aufweist, die radial nach außen von der zentralen Achse zur Innenwandung 82 geneigt ist. Ein Rohr 98 ist in dem ersten Rohrteil 68 angeordnet und weist eine Außenfläche 100 auf. Das Rohr 98 besitzt ein Auslaßende 102, das in der Innenwand 82 vorgesehen ist im Bereich der Auslaßöffnung 84. Ein Einlaßende 104 des Rohres 98 fluchtet mit der zentralen Achse des Wirbelrohres 68 und ist im Bereich des Endteiles 94 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform schafft das Rohr 98 einen Durchgangsweg 106 mit einer gekrümmten Achse und einem sich vergrößernden Querschnitt vom Einlaß 104 zum Auslaßende 102. Eine erste, ringförmige Lippe 108 ist an der Außenfläche 100 im Bereich des Einlaßendes 104 vorgesehen. Eine zweite, ringförmige Lippe 110, die kegelig ausgebildet ist, kann an der Außenfläche 100 im Abstand von der Lippe 108 vorgesehen sein, und zwar im Abstand längs der'Achse des Wirbelrohres 66, Das Rohrteil 70 schafft einen axialen Feststoffaustrag 72 von sich verringerndem Querschnitt zwischen dem ersten Rohrteil 68 und der Auslaßöffnung 76.

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Die Fig. 3 und 5 zeigen einen Luftreiniger 112, der eine Vielzahl von Wirbelrohren 10 aufweist, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind. Der Luftreiniger 112 besitzt ein Gehäuse 114 mit einer Einlaßleitung 116 und einer Auslaßleitung 118. In dem Gehäuse^x114 ist eine erste Trennwand 120 angeordnet, die bei der dargestellten Ausführungsform eine zylindrische Seitenwand 122 besitzt und eine kreisförmige Basisplatte 124, die eine Einlaßkammer 126 innerhalb des Gehäuses 114 für die mit Feststoff beladene Luft schafft.

Eine zweite Trennwand 128 ist ebenfalls im Gehäuse 114 vorgesehen und hat eine zylindrische Seitenwand 130 und eine Basisplatte 132, die eine Kammer 134 als Schmutz sammelkaitimer schafft. Die erste Trennwand 120 und die zweite Trennwand 128 schaffen weiterhin eine Kammer 136 innerhalb des Gehäuses 114 für die Reinluft.

Wirbelrohre 10 sind als Verbindung zwischen den Kammern 126, 134 und 136 vorgesehen. Wie dies insbesondere in der einen größeren Maßstab aufweisenden Darstellung in Fig. 5 erkennbar ist, weist die Basisplatte 124 eine Vielzahl von öffnungen auf, die die Einlaßenden 16 der Wirbelrohre 10 aufnehmen. Die Basisplatte 132 ist ebenfalls mit einer Vielzahl von Bohrungen oder Öffnungen versehen, durch welche die Auslaßenden 18 der Wirbelrohre eingesetzt werden können. Wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, erleichtern die Flansche 20 und die keilförmigen Vorsprünge 22 an jedem Wirbelrohr 10 die Halterung, der Wirbelrohre 10 in den Basisplatten 124 und 132. Der Durchgang 64 schafft eine Fluid-

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verbindung zwischen der Einlaßkammer 126 und der Kammer 134. Die seitlichen Auslaßöffnungen 46 der Wirbelrohre 10 schaffen Fluidverbindungen zwischen der Einlaßkammer 126 und der Auslaßkammer 136. In der Auslaßkammer 136 ist ein ringförmiges Filterelement 138 vorgesehen, das als endgültige Filterstation für die die öffnungen 46 verlassende Luft dient, wobei die Luft durch das Filterelement 138 in die Auslaßleitung 118 fließt. Wie in den Fig. 3 und 5 dargestellt, sind die Wirbelrohre 10 in parallelen Reihen A,B,C,D und E angeordnet. In Fig. 5 verdeutlichen die eingezeichneten Pfeile die Richtung des Medienflusses durch die seitlichen öffnungen 46 innerhalb der Wirbelrohre 10. Es ist erkennbar, daß die Rohre 10, die in benachbarten Reihen, beispielsweise den Reihen B und C, angeordnet sind, ihre Auslaßöffnungen 46 so ausgerichtet haben, daß die austretende Luft aus den öffnungen 46 der Rohre 10 in der Reihe B zur Reihe C und umgekehrt geführt wird. Es ist weiterhin erkennbar, daß die Auslaßöffnungen 46 der Wirbelrohre 10 in eine Reihe versetzt gegenüber der Auslaßöffnungen 46 der Wirbelrohre in der benachbarten Reihe sind. Diese Ausrichtung der Wirbelrohre 10 schafft eine Vielzahl von Auslaßluftkanälen, die mit 140 in der Kammer 136 bezeichnet sind. Die Luftkanäle 140 haben langgestreckte Achsen, die im wesentlichen quer zu den Längsachsen der Luftreiniger 12 ausgerichtet sind. Die Auslaßkanäle 140 vergrößern die Wirksamkeit des Luftreinigers 112 dadurch, daß die Abgabe der Reinluft erleichtert wird und somit höhere Durchflußmengen erreichbar sind. Die versetzte Ausrichtung verhindert Turbulenzen innerhalb der Kanäle 140.

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Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die in den Fig. 8 und 9 dargestellten, zum Stand der Technik gehörenden Anordnungen erläutert. In Fig. ist ein Wirbelrohr 142a dargestellt, wobei der Zyklonabscheider mit Umkehrstrom arbeitet. Konzentrisch innerhalb des Wirbelrohres 142a ist eine Reinluftauslaßleitung 146a vorgesehen. Die Pfeile verdeutlichen, daß die mit Feststoffen beladene Luft, die in das Wirbelrohr 14 2a eintritt, eine kreisförmige Komponente durch den Wirbulator 144a erteilt wird .-Die schwereren Feststoffteilchen werden gegen die innere Oberfläche der Wandung geführt und längs eines im wesentlichen axialen, geraden Weges, der mit 148a bezeichnet ist, abgeführt. Die Reinluft kehrt ihre Strömungsrichtung, wie bei 150a dargestellt, um und fließt durch die Auslaßleitung 14 6a ab.

Fig. 9 zeigt einen zum Stand der Technik gehörenden Durchflußzyklon mit einem Wirbelrohr 152a. Das Wirbelrohr 152a ist mit einem Wirbulator 154a ausgerüstet und ein konzentrisch angeordnetes Auslaßrohr 156a ist im Bereich des Auslaßendes 158a des Wirbelrohres 152a vorgesehen. Auch hier wird durch Pfeile verdeutlicht, daß der mit Feststoffen beladenen, in das Wirbelrohr 152a eintretenden Luft durch den Wirbler 154a eine kreisförmige Bewegung erteilt wird. Die schwereren Feststoffteilchen werden gegen die innere Oberfläche des Wirbelrohres 152a geführt und durch eine Ringöffnung 160a, die zwischen dem Auslaßrohr 156a und dem Wirbelrohr 152a vorgesehen ist, wie durch die Pfeile 162a angedeutet, abgeführt. Die Reinluft wird in axialer Richtung durch das Auslaßrohr 156a, wie bei 164a angedeutet, abgeführt.

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Wie bereits ausgeführt, kombiniert die erfindungsgemäße Anordnung einer seitlichen Auslaßöffnung die Vorteile des bekannten Durchfluß Zyklons, der hohe Durchflußmengen bei einem hohen Wirkungsgrad erreicht, mit den Vorteilen des RückflußZyklons, der keinen Spülstrom benötigt. Bei der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform tritt die mit Feststoffen beladene Luft in das Wirbelrohr 10 durch das Einlaßende 16 ein, wo der Wirbulator 26 dieser Luft eine drehende Komponente verleiht. Die mit Feststoffteilchen beladene Luft strömt auf diese Weise im wesentlichen wendelförmig und in axialer Richtung durch das Wirbelrohr. Die schwereren Feststoffteilchen werden gegen die innere Fläche 28 geführt und durch den sich verengenden Durchgang 64, von dem aus die Feststoffteilchen dann zum Auslaßende 18 gelangen. Die Oberfläche 56 der Austrittskante 54 lenkt die weiterhin im Inneren des Wirbels gehaltenen oder gefangenen Feststoffteilchen zur Innenwand 28 des Wirbelrohres 10. Reinluft wird am Einlaßende 42 des Bauteiles 36 gesammelt und durch den sich erweiternden Durchgangsweg 40 nach außen zur Auslaßöffnung 46 geführt. Die in dem Wirbelrohr 10 erzeugte Turbulenz schafft eine Rückflußkomponente, die die Tendenz hat, Feststoffteilchen nach oben vom Durchgang 64 längs der kontinuierlichen Seitenwand 38 zu führen, wo die Feststoffteilchen in das Einlaßende 42 eingezogen würden. Die ringförmigen Lippen 50 und 52 verhindern jedoch diese Rückströmung der Feststoffteilchen und führen die Feststoffteilchen zurück in den Wirbel zum und durch den Durchgang 64 und bewirken somit, daß im wesentlichen nur Reinluft durch die Auslaßöffnung 46 ausströmen kann. Die kontinuierliche

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Abnahme des Querschnitts des Durchgangs 64 zum Auslaßende 18 hin dient zur Verstärkung des Wirbels innerhalb des Durchganges 64, so daß dadurch der Auslaßstrom der Feststoffteilchen aufrechterhalten wird und hierdurch weiterhin verhindert wird, daß das Wirbelrqhr sich durch Feststoffteilchen, die sich in dem Durchgang 64 aufbauen könnten, verstopft wird.

Wie vorstehend schon erläutert, erweitert sich der Querschnitt des Bauteiles 36 vom Einlaßende 42 zum Auslaßende 44 und schafft somit einen sich verbreiternden Durchgang 40 für die Reinluft. Diese Vergrößerung des Durchgangs 40 ermöglicht der abgegebenen Reinluft Druck zurückzugewinnen, der durch die hohe Geschwindigkeit des Wirbels durch den Wirbulator 36 verlorenging.

Bei der abgeänderten Ausführungsform arbeitet das Wirbelrohr 66 in gleicher Weise wie das Wirbelrohr 10. Das kegelstumpfförmige Teil 70 schafft einen axialen Durchgang von sich kontinuierlich verringerndem Querschnitt, um derart die Wirbelstärke zu erhöhen, wodurch eine Verstopfung von Feststoffteilchen im Rohrteil 70 ausgeschlossen wird. Die übrigen Teile des Wirbelrohres 66 arbeiten in der gleichen Weise wie die des Wirbelrohres 10.

Das Wirbelrohr 10 kann in einem Luftreiniger 112 benutzt werden.

Die mit Feststoff beladene Luft tritt in die Einlaßkammer 126 ein und wird durch die Trennwände 120 in eine Vielzahl von Wirbelrohren 10 aufgeteilt. Die Feststoffteilchen werden durch die Aus-

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laßenden 18 in die Kammer 134 abgegeben. Die Reinluft gelangt durch die Auslaßöffnungen 46 in die Kammer 136. Die Reinluft fließt durch das Ringfilter 138, bevor sie durch die Auslaßleitung 118 abfließt. Wie bereits schon ausgeführt, sind Luftauslaßkanäle 140 zwischen den parallelen Reihen von Wirbelrohren 10 vorgesehen und erleichtern den Abfluß der Reinluft in die Kammer 136.

Die Fig. 10 bis 12 stellen den verbesserten Wirbulator 142 dar. Dieser verbesserte Wirbulator 142 weist eine langgestreckte Nabe 144 auf mit langgestreckter Längsachse und einem Eintrittsende 146 und einem Austrittsende 148. Eine Vielzahl von sich radial erstreckenden, wendeiförmigen Flügeln 150 ist an und im Umfang um die Nabe 144 angeordnet. Das Eintrittsende 146 kann kugelkalottenförmig ausgebildet sein, während das Austrittsende 148 eine äußere Fläche 152 aufweist, die radial nach außen von der Längsachse der Nabe 144 aus gekrümmt ist und sich dabei in einer Richtung vom Eintrittsende 146 ab erstreckt.

Jeder Flügel 150 hat eine Vorderkante 151, eine Flügelhinterkante 153, eine Außenkante 155 und eine Innenkante 157, mit der er an der Nabe 144 befestigt ist. Jeder Flügel 150 weist eine obere Fläche 159 auf, die im allgemeinen zum Einlaßende des Wirbelrohres, beispielsweise des Wirbelrohres 161 gemäß Fig. 12, gerichtet ist. Die obere Fläche 159 kann auch als die Hochdruckseite bezeichnet werden, da die mit Feststoffteilchen beladene Luft auf die obere Fläche 159 geführt wird, die ihr die Ringbewegung erteilt.

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Jeder Flügel weist auch eine Niederdruckseite 149 auf, die der Fläche 159 gegenüberliegt. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Flügel 150 wendelförmig ausgebildet, aber es ist selbstverständlich möglich, daß auch andere Flügelkonstruktionen eingesetzt werden. Im allgemeinen neigen sich die oberen Flächen in einer Richtung von der Vorderkante zur Flügelrückkante 153 hin und umfangsmäßig um die Nabe 144. Während in der Zeichnung vier gleichwinklig verteilte Flügel 150 vorgesehen sind, ist es selbstverständlich möglich, daß auch eine größere oder kleinere Flügelzahl vorgesehen wird.

Die Arbeitsweise des Wirbulators 142 wurde bereits unter Bezugnahme auf das Wirbelrohr 10 und unter Hinweis auf die Fig. 1 bis beschrieben, ebenso wie unter Bezugnahme auf das Wirbelrohr 66 gemäß den Fig. 6 und 7. Die Fig. 12 zeigt die Anwendung des verbesserten Wirbulators 142 bei einem Wirbelrohr 161 derart, wie es zum Stand der Technik gehört. Das Wirbelrohr 161 weist einen Einlaß 163 und einen Auslaß 165 auf. Eine Reinluftauslaßleitung 167 ist innerhalb des Wirbelrohres 161 in Nähe des Auslaßendes 165 angeordnet und durch eine Vielzahl von Befestigungselementen 169 festgelegt. Das Wirbelrohr 161 weist eine zentrale, langgestreckte Achse auf, mit der die Nabe 144 fluchtet. Der Wirbulator 142 ist in dem Wirbelrohr 161 am Einlaßende 163 befestigt.

Der Reinluftauslaß 167 weist eine kontinuierliche Seitenwand 171 auf, die zusammen mit einer Innenfläche 173 des Wirbelrohres 161

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einen ringförmigen Auslaß 177 für die mit Feststoff beladene Luft schafft. Der Wirbulator 142 erteilt der mit Feststoff beladenen und bei 163 eintretenden Luft eine Kreisbewegung. Der in dem Medium geschaffene Wirbel bewirkt, daß die inneren Feststoffteilchen gegen die Innenwandung 173 geführt werden. Die divergierende Oberfläche 152 bewirkt ebenfalls eine Führung der Feststoffteilchen gegen die innere Wandung 173, und zwar der Feststoffteilchen, die innerhalb des Wirbels gehalten werden. Die Feststoffteilchen werden aus der Kammer bei 177 ausgetragen. Die Reinluft wird durch die Leitung 167, wie durch den Pfeil 179 verdeutlicht, abgeführt.

Es ist aus der voraufgehenden Beschreibung ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung einen Zyklonabscheider mit einer seitlichen Austragsöffnung schafft, der zusätzlich mit einem verbesserten Wirbulator ausgerüstet ist. Bei einer Ausführungsform, bei welcher das Wirbelrohr einen Bereich mit einem kugelstumpfförmigen Teil aufweist, der abgeschrägt ist, kann eine Vielzahl solcher Wirbelrohre in einem Luftreiniger eingesetzt werden, der dadurch verbesserte und höhere Durchlaßleitungen erreichbar macht und einen besseren Wirkungsgrad aufweist. Bei jeder Ausführungsform wird ein hoher Durchsatz erreicht, der besser ist als der bei den zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen, insbesondere bei den DurchflußZyklonen und es ist kein Spülstrom erforderlich, wie dies bei den RückflußZyklonen des Standes der Technik erforderlich ist. Der verbesserte Wirbulator gemäß der Erfindung kann nicht nur bei einem Wirbelrohr eingesetzt werden,

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das mit einer seitlichen Austragsöffnung ausgerüstet ist, sondern kann auch in Verbindung mit den zum Stand der Technik gehörenden Rohren verwendet werden.

Zusammenfassung:

Es wird ein Zyklonabscheider beschrieben, der eine seitliche Austragsöffnung aufweist und einen verbesserten Wirbulator aufweist und weiterhin einen Luftreiniger, der mit solchen Wirbelrohren ausgerüstet ist. Das Wirbelrohr umfaßt ein Leitungsteil, welches einen im allgemeinen axialen Durchgang für die Abgabe von Feststoffteilchen besitzt, die aus dem mit Feststoffteilchen versehenen Luftstrom ausgeschieden werden. Ein zweites Rohr oder Rohrabschnitt wird vorgesehen, und zwar innerhalb des ersten Rohrabschnittes und schafft einen Auslaßweg für die Reinluft durch eine öffnung, die in der Seitenwand des ersten rohrförmigen Bauteiles angeordnet ist. Der verbesserte Wirbulator weist eine langgestreckte Nabe auf, um die wendelförmig ausgebildete Flügel angeordnet sind. Die Hinterkante oder das untere Ende der langgestreckten Nabe weist eine gekrümmte Oberfläche auf, welche Feststoffteilchen radial nach außen zur Innenfläche des ersten Rohrbauteiles leitet. Der Luftreiniger besitzt eine Vielzahl von Wirbelrohren mit seitlicher Austragsöffnung, die in Parallelen

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Claims

PATENTANWALT

DIPL-INQ. H.-Q. HABBEL

H »4« . D-44110 MÜNSTER 26.4.1978

AM KANONENC/RABEN 11 · TELEFON (0251) 43911 TELEX 892897 hage d

MEINEAKTE: //-ΟΛ-7

{bitteangeben) Ml4/6807

X/Sc

Donaldson Company, Inc., 1400 West 94th Street, Minneapolis, Minnesota 55431 (V.St.A.)

"Wirbelrohr für Zyklonabscheider"

Patentansprüche;

Mit einer seitlichen Auslaßöffnung versehenes Wirbelrohr für Zyklonabscheider, gekennzeichnet durch a) ein erstes rohrförmiges Bauteil (12) mit einer

kontinuierlichen Seitenwand (14) und einer Innenwand (28), die einen im allgemeinen axial ausgerichteten Weg zwischen Einlaßende (16) und Auslaßende (18) schafft, wobei die Innenwand (28) eine Öffnung (46) zwischen Einlaßende (16) und Auslaßende (18) aufweist,

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b) ein zweites, rohrförmiges Bauteil (36) mit einer im wesentlichen kontinuierlichen Seitenwandung (38), die einen Durchgangsweg (40) zwischen Einlaßende (4 2) und Auslaßende (44) schafft, und zwar innerhalb des axialen Durchganges (64) in Nähe des Einlaßendes (16) des ersten Bauteiles (12), wobei das Auslaßende (44) im Bereich der öffnung (46) liegt,

c) einen Wirbulator (26, 86, 142), der an dem ersten Bauteil (12) innerhalb des axialen Durchganges (64) im Bereich des Einlaßendes (16) befestigt ist und durch den eine Kreiskomponente dem Axialstrom der mit Feststoffteilchen beladenen Luft aufgegeben wird, derart, daß die Feststoffteilchen aufgrund der Zentrifugalkraft zur Innenwand (28) des Bauteiles (12) geführt und durch das Auslaßende (18) ausgetragen werden, während die Reinluft durch das zweite Bauteil (36) durch die Öffnung (46) in der Seitenwandung des ersten Bauteiles (12) abgeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch an der Außenwandung (48) des zweiten Bauteiles (36, 98) im Bereich des Einlaßendes (42, 104) angeordnete Prallkörper, um einen Rückfluß von mit Feststoffteilchen beladener Luft in das zweite Bauteil (36, 98) zu verhindern .

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Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallkörper eine erste, ringförmige Lippe (50, 108) umfassen, die an der Außenwandung des Bauteiles (36, 98) im unmittelbaren Bereich des Einlaßendes angeordnet ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallkörper eine zweite ringförmige Lippe (52, 110) umfassen, die an der Außenwandung des zweiten Bauteiles (36, 98) im Abstand von der ersten Lippe angeordnet ist.

Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (36) eine gekrümmte, zentrale Achse besitzt und gemessen normal zu dieser zentralen Achse sich der Innendurchmesser des zweiten Bauteiles (36) vom Einlaßende (42) zur öffnung (46) hin vergrößert.

Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine langgestreckte Nabe (32, 88, 144) mit einer Eintrittskante (146) und einer Austrittskante (54, 148), einer Vielzahl von Flügeln (30, 90, 150), die um die Nabe (32, 144) angeordnet und an dieser befestigt sind, wobei die Flügel (30, 90; 150) der mit Feststoff beladenen Luft eine Kreisbewegung erteilen, so daß die Feststoffteilchen

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aufgrund der Zentrifugalkraft radial nach außen zur inneren Fläche des ersten Bauteiles (12) geführt werden und das Endteil (54, 148) eine Außenfläche aufweist, welche radial nach außen gegenüber der \ Achse des ersten Bauteiles gewölbt ist, um derart mit Feststoff beladene Luft gegen die Innenwand (28) des ersten Bauteiles (12) zu führen.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wirbelbildenden Flügel (30, 90, 150) wendelförmig ausgerichtet sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (12) ein erstes, zylindrisches Rohrteil (68) aufweist, in welchem die öffnung (84) angeordnet ist und ein kugelstumpfförmiges Rohrteil (70) , das am Auslaßende (18) endet.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kegelstumpfförmige Rohrteil (62) eine kontinuierliche Seitenwandung aufweist, die von dem ersten Rohrteil (60) zum Auslaßende (18) führt, wobei die öffnung (46) in der konvergierenden Seitenwand (14) angeordnet ist.

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0O. Luftreiniger unter Verwendung der Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (114) mit einer langgestreckten Achse und einem Einlaßrohr (116) für mit Feststoff beladene Luft und einer Auslaßleitung (118) für Reinluft, Trennwände (120) innerhalb des Gehäuses (114), durch die das Gehäuse in eine Einlaßkammer (126), eine Auslaßkammer (136) und eine Feststoffsammeikammer (134) unterteilt wird, wobei eine Vielzahl von Wirbelrohren (10) von den Trennwänden (20) gehalten werden, wobei jedes Wirbelrohr

(10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.

11. Luftreiniger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelrohre (10, 66) innerhalb des Gehäuses (114) in parallelen Reihen (A,B,C,D,E) angeordnet sind, wobei die Achsen der Wirbelrohre (10) parallel zur Längsachse des Gehäuses (114) ausgerichtet sind und die Achsen der Wirbelrohre einer Reihe in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei schließlich die Wirbelrohre (10, 66) von wenigstens zwei benachbarten Reihen (z.B. B, C) so angeordnet sind, daß die konvergierenden Seitenwandungen (14) der Wirbelrohre (10) jeder Reihe einander gegenüberliegen und die öffnungen (46) in den Wirbelrohren (10, 66) der einen Reihe (B) gegenüber

. den öffnungen der benachbarten Reihe (C) versetzt sind, so daß ein Reinluftkanal zwischen den Wirbelrohren

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(10, 66) geschaffen wird, dessen Achse orthogonal zur Längsachse des Gehäuses ausgerichtet ist.

12. Luftreiniger nach den beiden vorhergenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Filterelement (138) vorgesehen ist.

13. Wirbulator, gekennzeichnet durch eine langgestreckte Nabe (144) mit einer Eintrittskante (146) und einer Austrittskante (148) sowie einer Vielzahl von Flügel (150), die am Umfang und im Abstand voneinander um und an der Nabe (144) befestigt sind, wobei jeder Flügel (150) eine Vorderkante (151), die in Nähe des Einlaßendes des Wirbelrohres liegt und eine Flügelhinterkante (153) aufweist, die axial bezüglich der Nabe (144) in einer Richtung versetzt ist, die zum Auslaßende hingerichtet ist, wobei jeder Flügel eine obere Fläche (159) aufweist, die sich axial von der Vorderkante (151) um die Nabe herum zur Flügelhinterkante (153) erstreckt, so daß ein kreisförmiger Fluß erzielt wird.

14. Wirbulator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fläche (152) der Austrittskante der Nabe (144) radial nach außen gegenüber der Achse geneigt ist, um Feststoffteilchen gegen die Seitenwandung des Wirbelrohres zu führen.

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15. Wirbler nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (150) wendelförmig ausgerichtet sind.

16. Wirbler nach den beiden vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (150) gleichwinklig um die Nabe (144) verteilt angeordnet sind.

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