DE2920096A1 - Gas mixture separation in vortex chamber - having internal rotor which is supported in gas bearings - Google Patents

Gas mixture separation in vortex chamber - having internal rotor which is supported in gas bearings

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Abstract

Gas mixtures are separated in vortex chamber which consists of a rotationally symmetrical hollow body supported in at least one gas bearing. The rotor is vertically and has a gas journal bearing near the top. It has a conically mounted thrust bearing near the base which can have either static or dynamic gas lubrication. This lower bearing can incorporate bands or springs as are used in several proprietary types of gas bearing. For separating gas mixtures into two fractions by centrifugal action. The highest speed with lateral stability is achieved by the use of gas bearings whether static or dynamic.

Description

Wirbelkammer zur Trennung von Gasgemischen Vortex chamber for the separation of gas mixtures

Zusatz zu Patent .. .. ... (Patentanmeldung P 27 43 391.6) Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelkammer zur Trennung von Gasgemischen, bestehend aus einem rotationssymmetrischen, gasgelagerten Hohlkörper.Addition to patent ... ... ... (patent application P 27 43 391.6) The invention refers to a vortex chamber for the separation of gas mixtures, consisting of a rotationally symmetrical, gas-bearing hollow body.

Das Wirbelkammer- bzw. Wirbelrohrverfahren ist ein Trennverfahren für Gasgemische, bei dem der Gasstrahl tangential in die Wirbelkammer eingeblasen und dadurch in eine schraubenförmige Zirkulierung gebracht wird, wobei infolge der Zentrifugalkräfte die schweren Teilchen sich von den leichteren Teilchen trennen.The vortex chamber or vortex tube process is a separation process for gas mixtures in which the gas jet is blown tangentially into the swirl chamber and is thereby brought into helical circulation, as a result of which Centrifugal forces separate the heavy particles from the lighter particles.

Gemäß dem Hauptpatent ist vorgeschlagen worden, den Hohlkörper für die Wirbelkammer rotierend auszubilden, um somit durch Aufhebung der Wandreibung die Geschwindigkeit des Wirbelstromes zu erhöhen.According to the main patent has been proposed for the hollow body to design the swirl chamber to rotate, thus eliminating the wall friction to increase the speed of the eddy current.

Mit der vorliegenden Erfindung soll nun die Lagerung im Hinblick einer möglichst hohen Stabilität des Drehsystemes verbessert werden.With the present invention, the storage in terms of a the highest possible stability of the rotating system can be improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lagerung des Hohlkörpers mindestens mit einem statischen oder dynamischen Gaslager ausgerüstet ist.This object is achieved according to the invention in that the storage of the hollow body equipped with at least one static or dynamic gas bearing is.

Die Gaslager können als an sich bekannte Band- bzw. Federlager. ausgebildet sein, die aus um den Drehkörper an der Lagerstelle angeordneten und durch Zentrifugalkraft bewegbaren Bändern bestehen, die als Segmente oder jeweils ganzteilig ausgebildet sein können. Die Bänder legen sich im Stillstand des Rotors an den Hohlkörper elastisch an und werden im Betrieb nach Maßgabe des erzeugten Luftstromes auseinandergespreizt. Hierbei gleichen sie Unregelmäßi#gkeiten, sowie Oberflächenwelligkeiten der Welle, thermische und elastische Verformungen sowie Schwingungsbewegungen aus und vermitteln somit ein gutes Stabilitätsverhalten auch bei größeren niederfrequenten Stößen und Erregungen.The gas bearings can be known as band or spring bearings. educated be made of arranged around the rotating body at the bearing point and by centrifugal force Movable belts exist, which are designed as segments or as a whole could be. When the rotor is at a standstill, the bands lie elastically on the hollow body and are spread apart during operation in accordance with the air flow generated. In doing so, they resemble irregularities as well as surface waviness of the wave, thermal and elastic deformations as well as vibrational movements from and convey thus a good stability behavior even with larger low-frequency impacts and Excitements.

Gemäß einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlzylinder vertikal angeordnet und im oberen Bereich mit einem ringzylindrischen Gas- bzw. Band- oder Federlager versehen, während das untere Ende des Hohlkörpers zur Bildung eines statischen oder dynamischen Axial-Radial-Gaslagers konisch ausgestaltet ist.According to a simple embodiment of the invention, the hollow cylinder is arranged vertically and in the upper area with a ring-cylindrical gas resp. Band or spring bearing provided, while the lower end of the hollow body to form a static or dynamic axial-radial gas bearing is designed conically.

Hierdurch wird der Rotor am unteren Ende durch ein fertigungstechnisch einfaches Gaslager gestützt und radial gehalten und durch das obere Bandlager dämpfend gelagert.As a result, the rotor is at the lower end by a manufacturing technology simple gas bearing supported and held radially and damped by the upper band bearing stored.

Es ist aber auch möglich, an beiden Enden des Hohlkörpers je eine Bandlagerung vorzusehen, um dem System eine sehr gute radiale Stabilität zu gewährleisten. Als Axiallager mag ein konventionelles Gaslager vorgesehen sein.But it is also possible to have one at each end of the hollow body Provide tape storage in order to ensure the system a very good radial stability. A conventional gas bearing may be provided as the axial bearing.

Vorteilhaft ist es, wenn die Axiallagerung ebenfalls von dem Bandlager übernommen wird. Hierzu ist ebenfalls ein konisch orientiertes Lager vorgesehen, bei dem die Bänder so angeordnet sind, daß sie die gleiche Neigung des Konus erhalten.It is advantageous if the axial bearing also comes from the band bearing is taken over. A conically oriented bearing is also provided for this purpose, in which the bands are arranged to have the same inclination of the cone.

Um die axiale Komponente der Lagerkraft zu erhöhen, können die Bänder so angeordnet sein, daß der zwischen Band und der Konusfläche des Rotors verbleibende Spalt mit größer werdendem Konusdurchmesser abnimmt. Hierbei wird zusätzlich ein axial nach oben ansteigender Gasstrom erzeugt, der zur Verstärkung der axialen Kräfte dient. Ein derartiges Lager kann mit breiten Bändern bzw. Federn ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, mehrere Bandreihen axial nebeneinander anzubringen, wodurch eine größere Bandbreite für die Auslegung des Lagers gegeben ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahrensgas für die Lagerung verwendet, so daß das ganze System einer einzigen Gasart in Verbindung gebracht wird und dadurch keine Abdichtungen innerhalb des Systems notwendig sind.The straps can be used to increase the axial component of the bearing force be arranged so that the remaining between the band and the conical surface of the rotor Gap decreases with increasing cone diameter. A gas flow rising axially upwards, which increases the axial forces serves. Such a bearing can be designed with wide bands or springs. But it is also possible to attach several rows of tape axially next to each other, whereby there is a wider range for the design of the bearing. According to A further embodiment of the invention is the process gas for storage used so that the whole system associated with a single type of gas and therefore no seals are necessary within the system.

Dieses Verfahrensgas kann entweder von außen oder von der Wirbelkammer heraus den Lagern zugeführt werden.This process gas can either come from the outside or from the vortex chamber be fed out of the camps.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 und 2 je ein Ausführungsbeispiel, Fig. 3 den Querschnitt eines an sich bekannten Federlagers, wie es beispielsweise von der Firma Garrett hergestellt und vertrieben wird und Fig. 4 den Querschnitt eines Bandlagers, wie es beispielsweise von der Firma MTI in den USA hergestellt und unter der Bezeichnung ~Hydresid-Lager" vertrieben wird.Exemplary embodiments according to the invention are shown schematically in the drawing shown. 1 and 2 each show an exemplary embodiment, and FIG. 3 shows the cross section a spring bearing known per se, as it is for example from the Garrett company is manufactured and sold and FIG. 4 shows the cross section of a band bearing, such as it is manufactured, for example, by the company MTI in the USA and under the name ~ Hydresid-Lager "is distributed.

Fig. 1 zeigt eine Wirbelkammeranlage, die einen Hohlkörper bzw. ein Wirbelrohr 10 hat, das in einem Gehäuse 11 mittels eines Gaslagers 12 und eines als Bandlager 13 ausgebildeten Gaslagers drehbar gelagert ist. Über Leitungen 14 und 15 wird vom Verfahrensgas 16 ein Teil für das untere Lager 12 und einem am oberen Ende angeordneten Antrieb abgezweigt. Das Wirbelrohr 10 hat eine konische Wirbelkammer 20, in die am breiteren Ende Eintrittsdüsen 21 einmünden.Fig. 1 shows a vortex chamber system that has a hollow body or a Vortex tube 10 has that in a housing 11 by means of a gas bearing 12 and a designed as a band bearing 13 gas bearing is rotatably mounted. Via lines 14 and 15 becomes part of the process gas 16 for the lower bearing 12 and one for the upper one End of the arranged drive branched off. The vortex tube 10 has a conical vortex chamber 20, into which inlet nozzles 21 open at the wider end.

An diesem Ende ist ferner eine Austrittsöffnung 22 für die leichtere Gasfraktion vorgesehen. Eine Entnahmeöffnung 23 für die schwerere Gasfraktion befindet sich am unteren Ende des Wirbelrohres 10.At this end there is also an outlet opening 22 for the lighter Gas fraction provided. A removal opening 23 for the heavier gas fraction is located at the lower end of the vortex tube 10.

Das Wirbelrohr 10 wird gasdynamisch angetrieben. Hierzu ist ein Antriebskopf 24 und ein mit Zähnen 25 versehener Antriebskegel 26 vorgesehen. Das Antriebsgas wird über die Leitung 15 in tangentiale Zuführungen 30 eingeleitet und gegen die Antriebskegelzähne gerichtet. Das Gas sammelt sich anschließend in einer Ringkammer 31, von wo aus es über eine Leitung 32 zu einem Verdichter geführt wird.The vortex tube 10 is driven by gas dynamics. A drive head is required for this 24 and a drive cone 26 provided with teeth 25 is provided. The drive gas is introduced via line 15 into tangential feed lines 30 and against the Drive bevel teeth straightened. The gas then collects in an annular chamber 31, from where it is fed via a line 32 to a compressor.

Die Einspeisung des Verfahrensgases 16 für die Wirbelkammer erfolgt über einen Kanal 35, einer tangential zum Wirbelrohr verlaufenden Zuführung 36 und einem Ringkanal 37. In diesem Kanal zirkuliert das Gas durch die Rotation des Hohlkörpers 10, wobei sich ein Druck aufbaut. Schließlich gelangt das Gasgemisch über die Düsen 21 in die Wirbelkammer 20 mit einer Geschwindigkeit, die sich additiv aus der Geschwindigkeit der rotierenden Wirbelrohrwand und der Austrittsgeschwindigkeit zusammensetzt.The process gas 16 for the vortex chamber is fed in via a channel 35, a feed 36 extending tangentially to the vortex tube and an annular channel 37. In this The gas circulates through the duct Rotation of the hollow body 10, whereby a pressure builds up. Eventually that happens Gas mixture through the nozzles 21 into the vortex chamber 20 at a speed that additively from the speed of the rotating vortex tube wall and the exit speed composed.

Über den Ringkanal 37 gelangt das Verfahrensgas in das Band-bzw. Federlager 13 Ein Querschnitt dieses Lagers ist in Fig. 3 gezeigt, anhand dessen es unten näher erläutert wird.The process gas enters the belt or belt via the annular channel 37. Spring bearing 13 A cross section of this bearing is shown in Fig. 3, based on which it is closer below is explained.

In Fig. 2 ist eine Ausführung gezeigt, bei der das Wirbelrohr 10 beiderseitig mit Band- bzw. Federlager gelagert ist.In Fig. 2 an embodiment is shown in which the vortex tube 10 on both sides is mounted with tape or spring bearings.

In der linken Hälfte der Zeichnung ist ein Lager 40 mit die gesamte Breite einnehmenden Bändern bzw. Federn 41 dargestellt, die mit der konischen Lagerfläche 42 des Hohlkörpers 10 einen Winkel 43 bildend angeordnet sind. Das in der rechten Hälfte gezeigte Lager 45 enthält getrennte nebeneinander angeordnete Federn oder Bänder 46 bzw. 47.In the left half of the drawing is a bearing 40 with the entire Wide engaging bands or springs 41 shown with the conical bearing surface 42 of the hollow body 10 are arranged forming an angle 43. The one on the right Half of the bearing 45 shown includes separate springs or juxtaposed Bands 46 and 47.

Fig. 3 zeigt schematisch ein an sich bekanntes Federlager als Gaslager, das mehrere biegesteife Federblätter 50 aufweist Die Federn 50 stützen sich mit einem Ende 51 in der Lager schale 52 und mit dem anderen Ende 53 auf dem benachbarten Element ab.Fig. 3 shows schematically a spring bearing known per se as a gas bearing, which has several rigid spring leaves 50. The springs 50 are also supported one end 51 in the bearing shell 52 and the other end 53 on the adjacent one Element.

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Claims (10)

P a t e n t a n s p r ü c h e Zusatz zu Patent .. .. ... (Patentanmeldung P 27 43 391.6) Wirbelkammer zur Trennung von Gasgemischen, bestehend aus einem rotationssymmetrischen, gasgelagerten Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (12, 13) des Hohlkörpers (10) mit mindestens einem Gaslager (13) ausgerüstet ist. P a t e n t a n s p r ü c h e Addendum to patent .. .. ... (patent application P 27 43 391.6) vortex chamber for the separation of gas mixtures, consisting of a rotationally symmetrical, gas-bearing hollow body, characterized in that the bearing (12, 13) of the Hollow body (10) is equipped with at least one gas bearing (13). 2. Wirbelkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (10) vertikal angeordnet ist, und daß in dessen oberem Bereich ein ringzylindrisches Gaslager (13) vorgesehen ist.2. vortex chamber according to claim 1, characterized in that the hollow cylinder (10) is arranged vertically, and that in its upper region an annular cylindrical Gas bearing (13) is provided. 3. Wirbelkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Hohlkörpers (10) ein statisches oder dynamisches Gaslager (12) vorgesehen ist, dessen rotierendes Lagerteil konisch ausgebildet ist.3. vortex chamber according to claim 1 or 2, characterized in that a static or dynamic gas bearing (12) at the lower end of the hollow body (10) is provided, the rotating bearing part is conical. 4. Wirbelkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (10) am unteren Ende ein statisches oder dynamisches Gaslager (40 bzw. 45) aufweist.4. vortex chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the hollow body (10) has a static or dynamic gas bearing (40 or 45). 5. Wirbelkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Teil (42) des Gaslagers konisch ausgebildet ist.5. vortex chamber according to claim 4, characterized in that the rotating Part (42) of the gas bearing is conical. 6. Wirbelkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Federn (50) oder Bänder (55) der als an sich bekannte Band- oder Federgaslager ausgebildeten Gaslager annähernd die gleiche Neigung gegenüber der Rotationsachse wie der Konus haben.6. swirl chamber according to claim 5, characterized in that springs (50) or bands (55) designed as band or spring gas bearings known per se Gas bearing approximately the same inclination with respect to the axis of rotation as the cone to have. 7. Wirbelkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (50) oder Bänder (55) so angeordnet sind, daß der zwischen dem Konus und den Federn bzw.7. vortex chamber according to claim 5, characterized in that the springs (50) or bands (55) are arranged so that the between the cone and the springs respectively. Bändern verbleibende Spalt mit zunehmendem Durchmesser des Konus (42) abnimmt. Ligaments remaining gap as the diameter of the cone increases (42) decreases. 8. Wirbelkammer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bänder (46, 47) axial nebeneinander angeordnet sind.8. vortex chamber according to one of claims 5 to 7, characterized in that that several bands (46, 47) are arranged axially next to one another. 9. Wirbelkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Lagerung (12, 13) das Verfahrensgas verwendet wird.9. vortex chamber according to one of the preceding claims, characterized in that that the process gas is used for storage (12, 13). 10. Wirbelkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaslagerung mindestens zum Teil vom Prozeßgas aus der Wirbelkammer (20) beschickt wird.10. swirl chamber according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the gas storage is at least partly from the process gas from the vortex chamber (20) is charged.
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