DE29801034U1

DE29801034U1 - Abscheidevorrichtung

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Publication number: DE29801034U1
Application number: DE29801034U
Authority: DE
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 1998-05-07
Anticipated expiration: 2008-01-28

Description

A 54 336 g Pall Corporation

g - 202 2200 Northern Boulevard

27. Januar 1998 East Hills, N.Y. 11548-1289

USA

Abscheidevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Abscheidevorrichtung und insbesondere eine Trägheits- oder Prallabscheidevorrichtung.

Eine Trägiieitsabscheidevorrichtung entfernt Partikel aus einem durch die Vorrichtung strömenden Fluid. Solche Vorrichtungen können beim Lufteinlaß von Motoren aller Art verwendet werden, zum Beispiel bei Motoren für militärische Zwecke oder bei Motoren für Geländefahrzeuge. Die Motoren können Benzinmotoren oder Dieselmotoren sein und können turbogeladen sein. In diesem Fall ist das Fluid Luft, und die Partikel sind Staub und andere Abfallmaterialien, wie z.B. Grobsand, Sand und Steine. Die Vor- ^r richtung umfaßt eine Anzahl von Fliehkraftabscheidern. Jeder Abscheider trägt dem durch einen zentralen Durchgang durchtretenden Fluid eine Drehmomentkomponente auf, die dazu Anlaß gibt, daß die Partikel zur Peripherie der Strömung wandern, aus welcher die Partikel entfernt werden. Ein Bespiel für einen solchen Abscheider ist in der GB-A-1207028 gezeigt, in der der Abscheider ein Vortex-Abscheider ist. Ähnliche Abscheider sind in der GB-A-1278488 und der GB-A-1236941 gezeigt.

Die Abscheider in einer solchen Vorrichtung können verschiedenartig angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform ist eine erste und eine zweite Stufe vorhanden, welche in Strömungsrichtung des Fluids voneinander beabstandet sind. Jede Stufe weist eine Anzahl von Abscheidern auf, welche in einer Seite-an-Seite-Anordnung, mit ihren Einlassen und Auslässen fluchtend angeordnet sind, wobei die Durchgänge parallel zueinander angeordnet sind. Die beiden Stufen sind identisch, so daß jeder Abscheider

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in einer Stufe einen entsprechenden Abscheider in der anderen Stufe hat. Der Effekt hiervon ist, daß der Durchgang eines Abscheiders in der ersten Stufe koaxial mit der Achse des Durchgangs des entsprechenden Abscheiders in der zweiten Stufe ist.

Als Ergebnis hiervon werden alle Partikel, die aus einem Abscheider in der ersten Stufe austreten, auf einen korrespondierenden Abscheider in der zweiten Stufe gerichtet. Dies stimmt insbesondere für größere Partikel, welche beschleunigt werden können, während sie durch einen Abscheider der ersten Stufe passieren, und dies kann bewirken, daß solche Partikel durch den entsprechenden Abscheider der zweiten Stufe passieren, ohne daß sie abgeschieden werden. Dies ist natürlich nicht wünschenswert .

Bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Abscheidevorrichtung geschaffen, welche eine erste Stufe mit einer Mehrzahl an Fliehkraftabscheidern umfaßt, durch welche ein Fluid entlang einem ersten Axial-Weg fließt und eine zweite Stufe stromab von der ersten Stufe umfaßt, welche eine Mehrzahl an Fliehkraftabscheidern enthält, durch welche das Fluid entlang eines zweiten Axial-Weges strömt, wobei jeder der Abscheider der ersten und der zweiten Stufe einen Durchgang mit einem Durchmesser aufweist, wobei die Vorrichtung dadurch charakterisiert ist, daß die Axial-Wege der ersten Stufe gegenüber den Axial-Wegen der zweiten Stufe zwischen 10 % und 90 % dieses Durchmessers versetzt sind.

Im folgenden wird eine genauere Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines Beispiels gegeben, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügte Zeichnung, welche eine schematische Schnittdarstellung einer Zwei-Stufen-Fliehkraftabscheidevorrichtung für ein Turbogebläse eines turbogeladenen Dieselmotors darstellt.

Die Zeichnung zeigt eine Trennvorrichtung, welche ein Gehäuse 10 umfaßt, welches eine erste Trennstufe 11 und eine zweite

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Trennstufe 12 enthält. Jede der Stufen 11, 12 ist aus einer Mehrzahl von Abscheidern 13 gebildet. Die beiden Stufen 11, 12 sind durch eine Kammer voneinander getrennt.

Die Abscheider selbst sind an sich bekannt, und einer dieser Abscheider 13 wird nun kurz beschrieben. Bezüglich näherer Einzelheiten von Abscheidern dieses allgemeinen Typs wird beispielsweise auf die GB-A-1207028 verwiesen.

Jeder Abscheider umfaßt einen rohrförmigen Körper 14 mit einem mittigen Durchgang oder einer Passage 15, einem Einlaß 16 und einem Auslaß 17. Ein Vortex-Generator 18 ist innerhalb des mittigen Durchgangs 15 angeordnet. Der Vortex-Generator 18 kann aus Nylon oder Polypropylen hergestellt sein und in der Anordnung in den Durchgang 15 eingeformt oder eingeklebt sein. Der Vortex-Generator 18 weist helixförmige Leitflächen auf, welche eine zylindrische Nabe 20 umgeben. Der Körper 14, der Vortex-Generator 18 und die Nabe 20 können als ein einziger Gegenstand geformt werden.

Ein im wesentlichen kegelförmiges rohrförmiges Auslaßelement weist einen Einlaß 22 und einen Auslaß 23 auf. Das Auslaßelement 21 ist koaxial mit dem Durchgang 15 und weist den Einlaß 22 auf, welcher sich bis zum Auslaßende 17 des Durchgangs 15 erstreckt. Der äußere Durchmesser des Einlasses 22 des Auslaßelements 21 ist geringer als der innere Durchmesser des Durchgangs 15 am Durchgangsauslaß 17. Dadurch wird ein ringförmiger Raum 24 zwischen dem Auslaß 17 des Durchgangs 15 und der äußeren Oberfläche des Einlaßendes 22 des Auslaßelements 21 gebildet.

Der Abscheider kann aus Nylon oder thermoplastischen Materialien sowie Metall hergestellt sein und kann durch den Zusammenbau einer Anzahl von Komponenten oder durch Formen von komplexeren Untereinheiten hergestellt werden.

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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist jeder Abscheider 13 zwischen einem Paar Platten 25, 26 bzw. 27, 28 montiert. Eine Platte 25, 27 liegt rund um den Einlaß 16 eines jeden Durchgangs 15 an und die andere Platte 26, 28 liegt rund um den Auslaß 23 des Auslaßelements 21 an.

In jeder Stufe sind die Abscheider 13 in Reihen angeordnet, wobei die Abscheider 13 der einen Reihe um den halben Durchgangsdurchmesser bezüglich der Abscheider 13 der benachbarten Reihe versetzt angeordnet sind. Dies ist in dieser Weise in der Figur dargestellt. Die Achsen 29 der Abscheider in der ersten Stufe 11 sind alle parallel und die Achsen 30 der Abscheider 13 in der zweiten Stufe sind ebenfalls alle parallel zueinander angeordnet. Jedoch, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die Achsen 29 der ersten Stufe gegenüber den Achsen 30 der zweiten Stufe 12 um den halben Durchgangsdurchmesser versetzt. Dieser Versatz ist immer vorhanden, er kann jedoch mehr oder weniger als der halbe Durchmesser des Durchgangs betragen, um die Eigenschaften für unterschiedliche Größen von partikelförmigem Material zu optimieren.

Im Ergebnis ist keiner der Abscheider 13 in der ersten Stufe 11 mit seiner Achse 29 koaxial mit der Achse 30 eines Abscheiders 13 in der zweiten Stufe 12. Dies bedeutet, daß kein Auslaß 23 eines Auslaßelements 21 mit einem Einlaß 16 eines Durchgangs 15 eines Abscheiders 13 in der zweiten Stufe 12 fluchtet.

Der zweiten Stufe 12 kann ein Filter folgen (nicht gezeigt) und kann zu einem Motoreneinlaß führen. Dieser Motor kann ein Benzinmotor oder ein Dieselmotor sein und kann ein Turbogebläse beinhalten.

Im Betrieb tritt Luft in das Gehäuse 10 am Gehäuseeinlaß 31 ein. Die Luft kann Partikel, wie z.B. Staub oder andere Abfallmaterialien einschließlich Grobsand, Sand und Steine, mit sich führen. Die Luft tritt in den Einlaß 16 der Abscheider 13 in der ersten Stufe 11 ein. In dem Luftstrom, der durch jeden

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der Vortex-Generatoren 18 tritt, wird ein Wirbel erzeugt, und die Partikel werden zum Rand eines jeden Durchgangs 15 gedrängt, wobei die Luft in der Mitte relativ sauber wird. Die Randanteile des Luftstroms, welche die Partikel mit sich führen, treten durch den ringförmigen Raum 24 zwischen den Durchgängen 15 und den Auslaßelementen 21 hindurch. Der Kern oder die Mitte an reiner Luft tritt durch das Auslaßelement 21 aus in den Raum innerhalb des Gehäuses 10 zwischen der ersten Stufe 11 und der zweiten Stufe 12. Die Partikel, welche durch die ringförmigen Räume 24 hindurchtreten, werden in diesem Raum zwischen der abstromseitigen Platte 26 der ersten Stufe und der aufstromseitigen Platte 27 der zweiten Stufe gesammelt und aus diesem Raum abgeführt.

Obwohl die Abscheider 13 der oben beschriebenen Art Trennwirkungsgrade größer als 95 % haben können, können immer noch Partikel in der Luft enthalten sein, welche die Abscheider 13 der ersten Stufe verläßt.

Die Drehmomentkomponente der Geschwindigkeit, die der Luft beim Durchgang durch die Vortex-Generatoren 18 aufgeprägt wird und die Beschleunigung der Strömung in den Auslaßelementen 21 kann ebenfalls beträchtliche Energie auf die Partikel übertragen, die in der Luft mitgeführt werden.

Das Versetzen der Achsen 29 der Abscheider 13 der ersten Stufe gegenüber den Achsen 30 der Abscheider 13 der zweiten Stufe vermindert die ballistische Geschwindigkeit von jedem Stauboder sonstigem festen Partikel, welcher durch die Abscheider der ersten Stufe 11 passiert. Dadurch wird Luft, welche durch die erste Stufe 11 hindurchtritt, abgelenkt, bevor sie in den Einlaß 16 der Abscheider 13 in der zweiten Stufe 12 eintritt.

Die Abscheider in der zweiten Stufe arbeiten bezüglich dem Abscheiden von Partikeln in derselben Weise wie die Abscheider der ersten Stufe, wie das bereits oben beschrieben wurde. Dies ermöglicht der zweiten Stufe eine weit höhere Trenneffizienz

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als dies ansonsten der Fall wäre. Dies verhindert, daß große Partikel, wie insbesondere z.B. Steine, daß sie erhebliche Energie in der ersten Stufe 11 übertragen bekommen und unter dem Einfluß dieser Energie geradeaus durch die zweite Stufe hindurchtreten. Dies erhöht die Wirksamkeit der zweiten Stufe 12 und verhindert, daß große Partikel durch die zweite Stufe hindurchgelangen und abstromseitige Ausrüstungen beschädigen.

Der Abstand zwischen der ersten Stufe 11 und der zweiten Stufe 12 kann verändert werden, um die Effizienz der zweiten Stufe hinsichtlich der wahrscheinlichen Betriebsbedingungen zu optimieren.

Es ist klar, daß eine Anzahl von Variationen durchgeführt werden kann. Obwohl die Anordnung, die oben beschrieben wurde, eine Anzahl von Reihen an Abscheidern 13 aufweist, kann selbstverständlich nur eine einzelne Reihe vorhanden sein. In der Tat kann nur ein einziger Abscheider 13 in jeder Stufe vorhanden sein. Die Reihen sind in jeder Stufe seitlich zueinander versetzt, um die größte Packungsdichte an Abscheidern in jeder Stufe 11, 12 zu erzielen. Jedoch ist ein solcher Versatz nicht notwendig.

Wie oben erwähnt, kann der Versatz zwischen den Stufen variiert werden, um die Trenneffizienz bezüglich der Partikel im Hinblick auf die speziellen Partikelgrößen insgesamt zu optimieren. Beispielsweise kann der Versatz zwischen 10 und 90 % des Röhrendurchmessers betragen.

Die Wirkung, die durch die Anordnung, wie sie oben mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben ist, kann ebenfalls erreicht werden, indem eine unterschiedliche Anzahl von Abscheidern 13 in der ersten Stufe 11 und in der zweiten Stufe 12 verwendet wird. Es können mehr Abscheider 13 in der ersten Stufe 11 als in der zweiten Stufe 12 vorhanden sein oder umgekehrt. Zusätzlich oder alternativ können die Abscheider in der ersten

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Stufe 11 einen unterschiedlichen Durchmesser als die Abscheider in der zweiten Stufe 12 aufweisen.

Die Abscheider 13 vom Vortex-Typ, die oben mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben sind, können durch jeden anderen geeigneten Fliehkraftabscheider ersetzt werden.

Obwohl die Achsen 29, 30 der Durchgänge 15 in den beiden Stufen 11, 12, wie oben beschrieben, gegeneinander versetzt sind, muß dies nicht notwendigerweise der Fall sein. Alternativ können Prallplatten in dem Raum zwischen der ersten und der zweiten Stufe 11, 12 vorhanden sein, um sicherzustellen, daß Luft und Partikel, welche aus den Abscheidern 13 der ersten Stufe 11 austreten, einen Weg nehmen, welcher eine nicht axial gerichtete Komponente aufweist.

Ferner, obwohl die ersten und die zweiten Stufen 11, 12 als getrennte Anordnungen gezeigt sind, welche durch eine Luftkammer getrennt sind, muß dies nicht notwendigerweise der Fall sein.

Es kann ein gemeinsamer rohrförmiger Körper vorgesehen sein, der einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, deren Achsen gegeneinander versetzt sind. Ein Abscheider 13 der ersten Stufe wird in den ersten Abschnitt des gemeinsamen rohrförmigen Körpers aufgenommen, während ein Abscheider 13 der zweiten Stufe in dem zweiten Abschnitt des rohrförmigen Körpers angeordnet wird. Dadurch wird die Achse des Vortex-Generators 18 des Abscheiders 13 der ersten Stufe 11 gegenüber der Achse des Vortex-Generators 18 des Abscheiders 13 der zweiten Stufe 12 um denselben Betrag versetzt, um den der erste und der zweite Abschnitt des rohrförmigen Körpers gegeneinander axial versetzt sind.

Claims

• · A 54 336 g .:..'./ *··" g - 202 27. Januar 1998 8 ANSPRÜCHE

1. Abscheidevorrichtung, umfassend eine erste Stufe (11) mit einer Mehrzahl an Fliehkraftabscheidern (13), durch welche ein Fluid entlang einem ersten Axial-Weg (29) strömt, und eine zweite Stufe (12) abstromseitig der ersten Stufe (11) mit einer Mehrzahl an Fliehkraftabscheidern (13), durch welche ein Fluid entlang eines zweiten Axial-Wegs (30) strömt, wobei jeder der Abscheider (13) der ersten und der zweiten Stufe (11, 12) einen Durchgang (15) mit einem Durchmesser aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Axial-Wege (29) der ersten Stufe (11) gegen die Axial-Wege (30) der zweiten Stufe (12) zwischen 10 % und 90 % des Durchmessers der Durchgänge (15) versetzt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Axial-Wege (29) der ersten Stufe (11) parallel zu den Axial-Wegen (30) der zweiten Stufe (12) sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Axial-Wege (29) der ersten Stufe (11) gegenüber den Axial-Wegen (30) der zweiten Stufe (12) um 50 % des Durchmessers versetzt sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (11) eine verschiedene Anzahl an Fliehkraftabscheidern (13) aufweist, welche gegenüber der der zweiten Stufe (12) verschieden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (11) von der zweiten Stu

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fe (12) durch eine Kammer getrennt ist, in welche Fluid aus der ersten Stufe (11) eintritt und aus welcher Fluid zu der zweiten Stufe (12) austritt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Durchgang (15) eines jeden Abscheiders (13) der ersten Stufe (11) sich in einen Durchgang (15) eines Abscheiders (13) der zweiten Stufe (12) fortsetzt, wobei die Durchgänge (15) der ersten und der zweiten Stufe den genannten Versatz gegeneinander aufweisen.

7. Lufteinlaß für einen Motor, gekennzeichnet durch das Vorhandensein einer Abscheidevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.