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Filtervorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Abtrennen von festem,
sartikelförmigem Material von Gasen, bei der Gruppen der Filterelemente selektiv
reinigbar sind, während andere Gruppen im Filterbetrieb verbleiben.
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Positiv wirkende Filterreinigungsvorrichtungen sind in der Patentliteratur
bereits beschrieben worden. Dabei wird ein Innenbeutelkollektor als Staubkol#ektor
mit einer Reingaskammer bezeichnet, die mit einer Ablaßeinrichtung in Verbindung
steht.
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Weiterhin ist eine Schmutzgaskammer vorgesehen, die so angeordnet
ist, daß ein Strom von Schmutzgas, welches suspendierte Festkörperpartikel enthält,
aufgenommen werden kann. Weiterhin ist eine Anzahl von Filterbeuteln vorgesehen,
die so angeordnet sind, daß ihre inneren Flächen mit der Schmutzgaskammer kommuniziert.
Im normalen Filterbetrieb mittels derartiger Systeme strömen die Schmutzgase in
die unten gelegene Schmutzgaskammer, steigen nach oben in den Beutel, dessen Mündung
stets offen steht, und laden beim Hindurchgehen durch den Filtern das partikelförmige
Material an den inneren Flächen des Filterbeutels ab. Üblicherweise sind Innenbeutelkollektoren
als Rückluft-und Schüttelkollektoren bekannt, wobei als Beispiel auf die US-PS 34
30 419 und die US-PS 39 64 883 zu verweisen ist. Während derartige Kollektoren versuchen,
die abgetrennten Festpartikel von der Oberfläche der Filterbeutel abzulösen, arbeiten
sie diesbezüglich nicht hinreichend effizient. Dies beruht darauf, daß derartige
Filterreinigungseinrichtungen auf Schwerkraftbasis arbeiten, um auf diese Weise
die abgelösten Festpartikel von den Filterbeuteln zu einem Stutzen- oder Sammelbereich
zu bringen.
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Nach dem Stokes'schen Gesetz wird die Beschleunigung eines Teilchens,
wenn die auf ein kleines Festkörperteilchen beim Hindurchgehen durch ein fluides
Medium einwirkenden Reibungskräfte gleich der Schwerkraftbeschleunjgung werden,
zu Null, so daß also das Teilchen mit gleichi-~irmiger-Gerichwindiy keit sinkt.
Bei herkömmljchen Filt#rreinigun#jseinrichtungen der vorstehend beschriebenen Art,
die also
mit Umkehrluft und/oder auf Schüttlerbasis arbeiten, werden
die Festkörperpartikel in einem Reinigungszyklus von kurzer Dauer von der Innenfläche
der Filterbeutel abgelöst, jedoch steht leider keine Zeit zur Verfügung, die ausreichte,
daß die Partikel aus den unteren, offenen Enden der Beutel herausfallen könnten.
Dies ist insbesondere bei kleineren Partikeln geringerer Dichte der Fall, aber auch
bei denjenigen Partikeln allgemein, die sich im oberen Abschnitt eines bestimmten
Filterbeutels befinden.
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Um dieses Problem zu lösen, sind bei den Rückluft-und/oder Schüttlerreinigern
Abteile oder Kammern vorgesehen worden, in denen Filterbeutel von der filternden
Luftströmung für eine Zeit abgenommen werden können, die ausreicht, um ein Absetzen
der abgelösten Partikel innerhalb des Beutels während des Reinigungszyklus zu ermöglichen.
Hierdurch sind zusätzliche Kammern erforderlich, welche die Größe und die Kosten
derartiger Vorrichtungen stark steigern. Zusätzlich zu diesem Problem müssen bei
derartigen Innenbeutelkollektoren Filtermaterialien verwendet. werden, die sich
für Luftgeschwindigkeiten, die im wesentlichen weniger als vier Fuß pro Minute betragen,
eignen, wodurch die Größe und die Kosten der Vorrichtung weiter gesteigert werden.
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Andererseits sind auch Außenbeutelkollektoren bekannt, bei denen es
sich um Staubkollektoren handelt, welche eine Schmutzgaskammer zum Aufnehmen eines
Schmutzgasstromes, welcher suspendierte Festkörperpartikel enthält, aufweisen, weiterhin
eine Reingaskammer, die mit einer Ausblaseinrichtung, kommuniziert, und schließlich
eine Vielzahl von Filterbeuteln, die so angeordnet sind, daß ihre inneren
Flächen
mit der Reingaskammer kommunizieren, wobei die Beutel im wesentlichen vertikal angeordnet
sind. Die äußere Fläche der Außenbeutelkollektoren befindet sich in der Schmutzgaskammer
und ist dieser ausgesetzt, so daß also beim nor.
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malen Filterbetrieb die Schmutzgase in die Schmutzgaskammer hineinströmen,
die Filterbeutel durchsetzen und das partikelförmige Material an den Außenflächen
der Beutel ablagern, woraufhin dann die gefilterte Luft innerhalb der Filterbeutel
in die Reingaskammer und zum Auslaß aufsteigt. Herkömmlicherweise handelt es sich
bei derartigen Vorrichtungen um Strahlimpulskollektoren, wie sie beispielsweise
in der US-PS 38 64 108 sowie in der US-PS 2 25 059 beschrieben sind. Bei derartigen
Vorrichtungen versucht man die Filterreinigung ohne Abtrennen der Beutel, die gereinigt
werden sollen, von der kontinuierlichen Strömung und Zirkulation der Schmutzgase
zu bewerkstelligen, indem kurze Reinigungsstöße von unter hoher Energie stehendem
Druckgas verwendet werden. Diese Kombination eines Reinigungszyklus kurzer Dauer
mit der kontinuierlichen Zirkulation von Schmutzgas gibt die Möglichkeit, daß die
Partikel, die von der äußeren Fläche der Filterbeutel abgetrennt worden sind, an
einem tieferen Punkt am selben Filterbeutel an an benachbarten Beuteln wieder abgelagert
werden. Auf diese Weise wandern die Festkörperpartikel nach zahlreichen Reinigungsvorgängen
zur Schmutzgaskammer und/oder zum Sammelbereich und können aus der Reinigungsvorrichtung
herausgenommen werden. Ist allerdings die Anzahl von Partikeln in dem zu filternden
Medium größer als die Anzahl derjenigen Partikel, die während eines Reinigungszyklus
zum Sammler wandern, so haben
die Partikel offensichtlich die Tendenz,
sich auf den Filterbeuteln zu einer dicken Schicht aufzubauen, so daß die Vorrichtung
dann irgendwann nicht mehr arbeitet. Um dieses Problem zu lösen, wird die Belastung
des Reinigers herabgesetzt, wodurch allerrings auch der Wirkungsgrad, verglichen
mit dem Nennwirkungsgrad, leidet.
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Es liegt weiterhin auf der Hand, daß diese Abwärtswanderung von Partikeln
an der Außenseite der Filterbeutel sehr viel Energie verschwendet, daß jedesmal,
wenn ein Partikel bewegt wird, Arbeit aufgewendet werden muß. Während es wünschenswert
wäre, beim Reinigen alles partikelförmige Material durch einen einzigen Reinigungsstrahl
von unter Druck stehendem Gas zum unten liegenden Sammler hin zu entfernen, bewegen
die Partikel sich tatsächlich bei jedem Reinigungsvorgang nur um eine geringe Distanz
den Beutel herunter. Anerkanntermaßen beträgt ein vernünftiges Maß für die Energie,
die bei derartigen Strahlimpulsreinigern verbraucht wird, etwa 0,7 Standard-Kubik-Fuß
komprimierter Luft pro Beutelreinigung beträgt. Typischerweise wird ein Beutel 30
x pro Stunde gereinigt, so daß also der Verbrauch an Druckluft pro Beutel 6 Standard-Kubik-Fuß
pro Stunde beträgt.
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Weiterhin gehört ein Innenbeutelkollektor zum Stand der Technik, bei
dem der Beutel durch einen kurzen Strahl von unter Druck stehendem Gas hoher Energie
gereinigt wird. Diese Versuche gehen auf 1958 zurück und sind beispielsweise in
der US-PS 37 65 152, der US-PS 2 25 059 und der US-PS 39 99 968 beschrieben. Nichtsdestoweniger
haben
sich derartige Vorrichtungen nicht erfolgreich in kommerziellem Maßstab einsetzen
lassen. Die Gründe hierfür liegen in einer Vielzahl von Problemen, wie beispielsweise
den folgenden: Nicht-Kollabieren des Filterbeutels und Nicht-Reinigen desselben
inder erwarteten Weise, wobei vielmehr eine Tendenz besteht, daß eine vertikale
Auf- und Abwärtsbewegung eintritt, wobei der Beutel rund bleibt; das Gesamtvolumen
der Reinigungsgase muß groß sein und muß sich unter sehr hohen Geschwindigkeiten
nach unten in die Schmutzgaskammer hineinbewegen, damit das normale Strömunqsmuster
aufgelöst wird und die Gasströme in andere Filterbeutel eintreten, um so das Wiedereinfangen
auf ein Maximum zu bringen.
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Demgegenüber beschäftigt sich die Erfindung mit dem Problem, Innenbeutelkollektorsysteme
zu entwickeln, bei denen der Beutel als solcher durch kurze Strahlen unter hoher
Energie stehenden Druckgases gereinigt wird. Dabei sollte erreicht werden, daß für
einen Innenbeutelkollektor etwa 1,0 Standard-Kubik-Fuß Druckluft pro Stunden und
pro zu reinigendem Beutel verwendet werden, verglichen mit den 6,0 Standard-Kubik-Fuß
Druckluft, die bislang notwendig sind.
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Auch soll die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Filtermaterial verwenden,
welches auch bei höheren Gasströmungsgeschwindigkeiten funktioniert, nämlich etwa
oberhalb 4,0 Fuß pro Minute. Auf diese Weise sollen sowohl die Größe als auch die
Betriebskosten um wenigstens 30% gegenüber dem Stand der Technik gesenkt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
eine
Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welche die vorstehenden Probleme
löst und einen effizienten Betrieb von Innenbeutelkollektoren bzw.
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Filterreinigern ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen
Art gelöst durch ein Gehäuse mit darin angeordneter horizontaler Trennwand zum Bilden
einer oberen und einer unteren Kammer für Rein- bzw. Schmutzgase; eine Vielzahl
von in der Trennwand angeordneten, diese durchsetzenden VenturilZ#ordnung(n, welche
<#Ie obere und untere Kammer verbinden; eine gleiche Anzahl von porösen Filtertçeuteln,
die vertikal innerhalb der oberen Kammer abgestützt sind, wobei das untere, offene
Ende jedes Beutels dicht um das obere Ende einer der Venturianordnungen geschlossen
ist; einen in die untere Kammer führenden Einlaß zum Zuführen von mit partikelförmigem
Material beladenen Gasen, die gereinigt werden sollen; einen am oberen Ende der
oberen Kammer angeordneten Auslaß für gereinigte Gase; einen am unteren Ende der
unteren Kammer angeordneten Auslaß zum Entfernen partikelförmigen Materials; eine
Vielzahl von Strahldüsen, von denen jeweils eine in jeder der Venturianordnungen
nach unten gerichtet ist; Einrichtungen zum selektiven Beaufschlagen von Gruppen
der Düsen mit unter hohem Druck stehenden Gasstrahlen, so daß eine Rückwärtsströmung
von Reingas, welches unter hoher Geschwindigkeit steht, von der Reinkammer nach
innen durch die zugeordneten Filterbeutel induziert wird, wodurch das Filtrat von
den Innenflächen der Filterbeutel entfernt und zum Boden der Schmutzkammer
gelenkt
wird, während die anderen Venturianordnungen im Filterbetrieb verbleiben; und eine
Vielzahl von in der unteren Kammer angeordneten feststehenden Leitblechen, die unterhalb
des Niveaus des Einlasses liegen und dazu dienen, gereinigtes Filtrat von den Filterbeuteln
von dem unteren Ende aller Venturianordnungen und vom Einlaßgasstrom weg zu lenken
und in Richtung auf den Auslaß für das partikelförmige Material zu richten, um so
einwiedereintreten des Filtrates in diejenigen Venturianordnungen zu vermeiden,
die während des Reinigungsprozesses im Filterbetrieb verbleiben.
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Bei der Erfindung wird also unter hoher Energie stehendes Druckgas
zum selektiven Abgeben durch Düsenöffnungen verwendet, die in der stets offenen
Mündung der Filterbeutel angeordnet sind, wobei also das Druckgas nach unten und
von dem Filterbeutel weg durch stets offene Venturianordnungen hindurchschlägt.
Die Venturianordnungen sind, wie dies wesentlich ist, dicht mit der stets offenen
Mündung der Filterbeutel verbunden. Das Innere der Filterbeutel steht hierdurch
mit der Schmutzgaskammer in Verbindung.
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Bei der Erfindung sind also fünf synergistisch wirkende Verbesserungen
vorgesehen, die zusammen die Erfindung bilden. Dabei handelt es sich um die folgenden
Merkmale: a) Es sind Einrichtungen zum vielfachen Hindurchpulsieren von Druckgas
durch jeden Filterbeutel bei jeder Beutelreinigung vorgesehen; b) es ist eine Strahleinrichtung
vorgesehen, welche ausgeglichene, ideale Kombinationen
von öffnungsbereich,
Öffnungslänge und Anzahl der Öffnungen aufweist, um so die Auswertung der Energie
des Druckgases zu optimieren; c) für jeden Filterbeutel ist eine Leitung für induzierte
Luft vorgesehen, wodurch sichergestellt ist, daß der Beutel kontrolliert und effektiv
teilweise kollabiert, sobald die Vielfach-Impulsstrahlanordnung "feuert"; d) ein
großes Volumen von induziertem, einströmendem Gas ist hochkonzentriert mit partikelförmigem
Material beladen, welches auf diese Weise kraftvoll durch die Vielfachimoulse von
der Innenfläche des jeweiligen Filterbeutels weggeschleudert wird, und zwar während
jedes Reinigungszyklus, wobei dies bei hohen Geschwindigkeiten in der Größenordnung
von 8000 FuP pro Minute erfolgt. Diese dispensierten Gase werden nicht mit dem ankommenden
Schmutzgasstrom gemischt, sondern werden daran gehindert, in andere Filterbeutel
einzutreten, wodurch sich die Geschwindicrkeit auf nahe Null reduziert, so daß sich
das partikelförmige Material am Boden der Schmutzgaskammer zwecks Entfernung absetzen
kann; und e) es sind Leit- oder Lenkeinrichtungen als integraler Teil der jeweiligen
Strahleinrichtungen voraesehen, welche das Eintreten von partikelförmigem Material
in die Strahlöffnungen verhindern, die sich ansonsten in den Perioden, in denen
kein Druckgas fließt, zusetzen könnten.
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Durch die Erfindung werden in vorteilhafterweise Vielfachimpulse aus
einer Druckgasquelle benutzt, die über eine Leitung zugeführt werden, welche eine
durch einen Taktgeber gesteuerte Ventileinrichtung aufweist, so daß also Impulse
von Druckgas, welche
die gewünschte Frequenz, Dauer und Quantität
aufweisen, aufgegeben werden können. Dies ist ein bedeutender Unterschied gegenüber
dem Stand der Technik, bei dem nur ein Einzelimpuls pro zu reinigendem Beutel verwendet
wird.
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Indem auf die erfindungsgemäß vorgeschlagene Weise also zwei oder
mehr kurze Impulse unter hoher Energie stehenden Druckgases verwendet werden, wird,
wie sich herausgestellt hat, eine Rückströmung von gefilterten Gas durch das Filtermaterial
induziert, die bei jeder Reinigung Vielfachstöße ausführt, so daß also auf jedes
Partikel, welches an der Innenfläche des Filtermediums sitzt, kraftvoll eingewirkt
wird. Hierdurch wird eine maximale Länge von partikelförmigem Material von den Filterflächen
entfernt, so daß also jeder Beutel in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung optimal
gereinigt wird.
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Die Dauer jedes Impulses und der hierdurch hervorgerufene induzierte
Luftstrom, der nach unten gerichtet ist, fördert in einem bestimmten Filterbeutel
die abgelösten Partikel durch die stets offene Mündung des Beutels nach unten, wobei
die Partikel dann weiter durch die Venturianordnungen in die unten angeordnete Schmutzgaskammer
gelangen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Impulse von Druckgas
für jeden Beutel pro Reinigungsvorgang verwendet worden, wobei jeder Impuls eine
Dauer von 0,3 Sekunden hat. Die zum Reinigen eines Filterbeutels erforderliche Zeit
beträgt dann also 1,0 Sekunden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Volumen
der induzierten Luftströmung für
jede Strömungsvolumenbedingung
des unter Druck stehenden Gases maximalisiert wird. In quantitativen Untersuchungen
konnte gezeigt werden, daß das Verhältnis der Volumina von induzierter Luft zu komprimierter
Luft umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche der Strahlöffnung ist, durch
welche das unter Druck stehende Gas sich entspannt.
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Der ideale Bereich von öffnungsflächen liegt von 0,003 Quadratzoll
bis 0,035 Quadratzoll, wobei innerhalb dieses Bereiches die bestmögliche Energieverwertung
für ein vorgegebenes Druckgas, welches verbraucht wird, resultierte. Innerhalb dieses
Bereiches treten die höchsten Verhältnisse an induzierter Luft auf. Auch der Mündung
der Strahlöffnung muß Aufmerksamkeit geschenkt werden, damit Austrittsgeschwindigkeiten
mit maximalem Mündungskoeffizienten erhalten werden. Während jedwede Mündung Verluste
in der Austrittsgeschwindigkeit des Druckgases herbeiführt, lassen sich diese Verluste
minimalisieren, wenn die Länge der Strahldüse nicht kleiner als zwei und nicht mehr
als fünfmal so groß ist wie der Durchmesser der Düsenöffnung.
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Bei einem Innenbeutelkollektor besteht ein Bedarf an Druckgas, um
drei verschiedene Arbeiten auszuführen. Zunächst einmal handelt es sich dabei darum,
daß die Kraft des aufwärtsströmenden Schmutzgasstromes, welcher durch cie stets
offene Venturianordnung fließt, normalisiert und durch den Abwärts strom des Druckgases
und des induzierten Gases zusammen überschritten wird. Weiterhin muß erreicht werden,
daß die induzierten Gase durch das Filterma1frial zurückströmen. Schließlich
ist
noch zu gewährleisten, daß das partikelförmige Material aus dem Inneren des Beutels
über die Venturianordnungen in die darunter befindliche Schmutzgaskammer befördert
wird, Da diese Arbeitsleistungen im Filterbetrieb variieren, muß es also möglich
sein, die bei jedem Reinigungsvorgang aufgebrachte Energie einzustellen, da eine
unzureichende Energiezufuhr zu einer unzureichenden Reinigung des Filtermaterials
führt, während eine übermäßige Energiezufuhr die Verschwendung von Energie bedeutet.
Dieses Problem wird in erster Linie dadurch gelöst, daß die Anzahl von Düsenöffnungen
in kritischer Weise variiert wird, um dem betreffenden Anwendungsfall gerecht zu
werden, wobei jeder derartige Düsenöffnungsbereich innerhalb des vorher beschriebenen
Idealbereiches limitiert wird. Zum zweiten wird das Problem dadurch gelöst, daß
der Druck des Gases im allgemeinen von 65 bis 100 psig variiert wird.
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Ein dritter Vorteil der Erfindung liegt darin, daß keine Filterbeutelreinigung
stattfindet, wenn nicht und bis der untere Filterbeutelabschnitt an der stets offenen
Mündung des Filterbeutels daran gehindert worden ist, allzusehr zusammenzufallen.
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Die erste Quelle zum Induzieren von Luft liegt in dem Bereich, welcher
einer feststehenden Strahldüse unmittelbar benachbart ist, wobei dies also der Entspannungspunkt
für das Druckgas ist, so daß demzufolge ein Zusammenfallen des Filterbeutels zunächst
an diesem unteren Abschnitt des Filterbeutels auftritt.
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Als Lösung für dieses Problem könnte man natürlich einen inneren Drahtkäfig
vorsehen, wie er Fig. 4
der US-PS 37 65 152 entspricht, um so also
eine Filterabstützung zu gewährleisten und ein übermäßiges Kollabieren des Filterbeutels
zu verhindern.
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Die Verwendung eines derartigen inneren Drahtkäfigs bringt jedoch
mannigfache Nachteile mit sich, weil nämlich der Draht mit akkumuliertem partikelförmigem
Material in Kontakt kommt, so daß die Kollabierbewegung des iiltermaieriais zusammen
mit dem abstützenden Drahtkäfig und den abrasiven Eigenschaften des partikelförmigen
Materials einen extrem schnellen Verschleiß des Filtermediums bewi#rken.
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Bei Hochtemperaturanwendungen, bei denen Filterbeutel aus Glasfasern
erforderlich sind, ist dies besonders nachteilig, weil Glasfasern brechen, wenn
sie gegen irgendeine Kante gedrückt werden, wie dies bei einem Draht eines Beutelkäfigs
der Fall ist.
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Demgegenüber findet bei der Erfindung eine vertikale Abstützung des
unteren Abschnittes des Filterbeutels wischen seiner stets offenen Mündung und dem
ersten Metallring statt, der außen an den Filterbeutel'angebracht ist. Diese Abstützung
hat vorzugsweise die Form einer Vielzahl von Metallstäben oder Metallrohren, die
außen an dem Filterbeutel befestigt sind und sich parallel zur Längsmittellinie
des Filterbeutels erstrecken, wobei diese Stäbe das Ausmaß des Kollabierens oder
Zusammenfallens des unteren Abschnittes begrenzen. Hierdurch wird ein übermäßiges
Spannen des obenliegenden Teiles des Filterbeutels vermieden, so daß die gesamte
Beuteloberfläche teilweise kollabieren kann, wodurch also die induzierte Rückströmung
der Gase
alle Flächenbereiche des Filterbeutels erreicht.
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Eine andere Form der Absttzungckann darin bestehen, daß die genannten
Stäbe beim Abstützen des textilen Filterbeutels so ausgebildet sind, daß die Stablänge
im wesentlichen gleich der Länge des Filterbeutels ist, wobei die Stäbe natürlich
wiederum außen an dem textilen Filterbeutel angebracht sind Bei dieser Ausführungsform
sind keine Metallringe erforderlich.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die nachstehend noch beschrieben
wird, weist der Filterbeutel eine Vielzahl von Metallringen auf, die außen an dem
Beutel in vertikalen Abständen angebracht sind. Innen und konzentrisch zum Filterbeutel
befindet sich ein starres Rohr, welches an beiden Enden stets offen ist, wobei dieses
Rohr sich über die Distanz von der stets offenen Mündung des Filterbeutels zum ersten
Metallring erstreckt, benachbart einem Abschnitt, der vorstehend als unterer Abschnitt
des Filterbeutels bezeichnet wurde. Der Durchmesser des Rohres ist fein genug, damit
ein teilweises kollabieren des unteren Abschnittes des Filterbeutels möglich ist,
jedoch weit genug, um ein übermäßiges Kollabieren zu verhindern. Im Zusammenwirken
mit den Filterimpulsen von Druckgas und dem resultierenden unterbrochenen Strom
induzierter Gase wird der untere Filterbeutelabschnitt von partikelförmigem Material
freigespühlt, obwohl die Rohreoberfläche als solche keine Öffnungen aufweist. Das
Rohr wird als Leitung für induzierte Luft bezeichnet, da es bewirkt, daß die induzierte
Kraft, die von dem sich entspannenden Druckgas resultiert, in einer Richtung
wirkt,
die entlang der Zentrallinie des Filterbeutels liegt. Bei einer anderen Ausführungsform
kann die Leitung für induzierte Luft mit einer Vielzahl von Öffnungen in Abschnitten
oder über ihre gesamte Oberfläche versehen sein.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß Einrichtungen
vorgesehen sind, welche das Handhaben der mit Partikel beladenen Gase ermöglichen,
welche als Resultat des Entspannens des Druckgases in die Schmutzgaskammer strömen,
woraus wiederum große Mengen an Rückströmgas resultieren. Das Volumen dieser Gasmenge
beträgt typischerweise 6 bis 10 Kubikfuß pro gereinigtem Beutel, bei Geschwindigkeiten
von annähernd 8000 Fuß pro Minute. Dies ist natürlich eine übermäßige Last für ein
Filtersystem und dient dazu, Strömungsmuster innerhalb der Schmutzluftkammer zu
zerreißen und andere Beutel erneut zu beladen, wodurch natürlich kein Reinigungszyklus
mehr wirksam wäre.
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Dieses Problem wird durch die Erfindung auf verschiedene Arten gelöst.
In einem kleinen Filtersystem, dessen Größe begrenzt ist#, sollte der Sammler kein
kleineres Volumen haben, als das Materialvolumen eines einzigen Reinigungszyklus.
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Das Materialvolumen wird durch Leitfläche in den Sammler geleitet,
so daß die Strömung also die Gase, die vorher in dem Sammler vorhanden waren, verdrängt.
Unten sind an dem Sammler Metalltrennwände in der Weise vorgesehen, daß das Material,
welches
nach unten mit hoher Geschwindigkeit in die Trennwände strömt, teilweise gefangen
und komprimiert wird, wodurch die Geschwindigkeitsenergie dissipiert wird. Dementsprechend
werden bei dieser Ausführungsform die Gase innerhalb des Sammlers, aus denen das
partikelförmige Material abgesetzt worden ist, und zwar durch Schwerkrafteinfluß,
in die Filterbeutel verdrängt, welche zum Aufnehmen der Schmutzgasströmung dienen.
Das Material von den Reinigungsbeuteln hingegen besorgt den Verdrängungsvorgang
und verliert seine Bewegungsenergie. Bei einer anderen Ausführungsform wird das
Material durch Metalldeflektoren aus dem Sammler herausgeleitet und gelangt in eine
nach oben führende Leitkammer mit Leitflächen, welche die Bewegungsenergie dissipieren.
Dabei sind umgehungsmöglichkeiten vorgesehen, über die Gase, die vorhin innerhalb
des Sammlers und der Leitkammer vorhanden waren, verdrängt und zum Sammler und in
die Filterbeutel zurückgeleitet werden können, welche zum Aufnehmen der Schmutzgasströmung
dienen.
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Bei den vorstehend beschriebenen Sammlerstrukturen und deren Abwandlungen
ist es wichtig, daß das Material aus den gereinigten Filterbeuteln daran gehindert
wird, sich mit dem ankommenden Schmutzgasstrom zu mischen. Um also die Trennung
dieser Gase weiter zu fördern, ist der Einlaß für den Schmutzgasstrom so hoch wie
möglich innerhalb des Sammlers angeordnet. Der Schmutzgasstrom ist im wesentlichen
auf die Venturianordnungen gerichtet, was erfordert, daß der Schmutzgasstrom sich
um 900 oder mehr dreht, um in die stets offenen Mündungen der Venturianordnungen
einzutreten. Ein zusätzl#icher
Vorteil dieser hochgelegenen Position
des Einlasses besteht darin, daß das Einlaßgas sich um 900 oder mehr dreht, so daß
schwerere Partikel in den Sammlerauslaß fallen.
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Bei einer anderen Ausführungsform, insbesondere bei Großfiltersystemen,
in denen das Reinigungsmaterial weniger ist als das Sammlervolumen, kann ein umgekehrt
V-förmiges Leitblech zentral innerhalb des Sammlers über dessen gesamte Länge ausgerichtet
mit dem Eingangsstrom der Gase vorgesehen sein. Die umgekehrte V-Form mit einem
eingeschlossenen Winkel von annähernd 600 liegt gerade unterhalb des Schmutzgaseinlasses,
wodurch der Sammler in einen oberen und einen unteren Abschnitt getrennt wird. Eine
Verbindung zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt existiert in dem in Längsrichtung
verlaufenden Zwischenraum, der zwischen den Seitenwandungen des Sammlers und den
unteren Kanten des umgekehrt V-förmigen Leitbleches gebildet ist. Der normale Schmutzgasstrom
in einem negativen System wird im oberen Sammlerabschnitt vom Einlaß zu den stets
offenen Venturianordnungen aufrechterhalten. Das Material, welches hohe Geschwindigkeit
hat und den normalen Schmutzgasstrom durchschneidet, wird auf seiner Abwärtsbewegung
durch das umgekehrt V-förmige Leitblech aufgeteilt und zusammen mit den Sammler-Seitenwandungen
zurückgeleitet, so daß es mit sich selbst kollidiert und dabei seine Geschwindigkeit
dissipiert. Das umgekehrt V-förmige Leitblech trägt weiterhin zu einer Energiedissipation
dadurch bei, daß eine Expansion über seine gesamte Länge möglich
ist,
wobei das Material aber eingefangen wird, so daß es nicht aufsteigen und erneut
in die Filterbeutel gelangen kann, welche das ankommende Schmutzgas bearbeiten.Wie
bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen werden Gase, die vorher im Sammler
vorhanden sind, durch das ankommende Material verdrängt und steigen auf, so daß
sie sich mit den ankommenden Schmutzgasen mischen.
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Bei einer anderen Ausführungsform, die ebenfalls noch beschrieben
werden wird, wird das Material direkt durch Leitbleche über ein Einweg-Rückschlaqventil
aus dem Sammler in eine kleine Kammer herausgeführt, deren oberes Ende einen halbkollabierten
Sammlerfilterbeutel aufweist. Auch kann am oberen Ende eine Filterabdeckung vorgesehen
sein. Am unteren Ende befindet sich eine Auslaßeinrichtung, wie ein Drehventil,
zum Entfernen von angesammeltem partikelförmigen Material. Die Einsatzströmung von
Material in diese Kammer bläht den Sammierfilterbeutel oder den Filterdeckel sofort
auf, wodurch Gase durch das Filter in die Atmosphäre gelangen, also das System verlassen.
Wenn die Materialströmung beendet ist, kollabiert der Sammlerfilter teilweise, wodurch
das partikelförmige Material infolge der Schwerkraft in die untere Kammer fällt
und durch geeignete Auslaßeinrichtungen entfernt werden kann. Bei diesen bevorzugten
Ausführungsbeispielen werden zwei nütliche Ergebnisse erzielt: (a) Es tritt praktisch
kein erneutes Einfangen von Partikeln ein, weil das gesamte Material aus dem gereinigten
Beutel vollständig aus dem Hauptfiltersystem entfernt wird, wenn das Material
das
Rückschlagventil oder damit zusammenhängende Einrichtungen passiert; b) wenn das
Material durch den Filterbeutel oder den Filterdeckel gefiltert wird, gelangt es
eher in Atmosphäre, als daß es durch die Filterbeutel hindurch normal rückgeleitet
würde. Dieses Rückleiten von gefiltertem Gas, welches für alle anderen Filterreinigungssysteme
so charakteristisch ist, steigert die Belastung des Auslaßgebläses und bewirkt Schwingungen
im Gasströmungssystem.
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Bei einer Abwandung dieser Aus führungs form der Erfindung können
die gefilterten Gase direkt zum System-Absauggebläse anstatt zur Atmosphäre gelangen,
indem der Sammlerfilterbeutel oder der Sammlerfilterdeckel innerhalb der Kammer
angeordnet werden, welcnerden normalen Filterbeutel enthält. Alternativ hierzu können
die Sammlerfilter in eine Kammer benachbart zu der Filterbeutelkammer angeordnet
werden, welche hiervon durch eine Trennwand abgeteilt ist, wobei aber eine Verbindung
über ein Rückschlagventil oder eine Klappe besteht, die auf eine Druckdifferenz
ansprechen oder simultan mit dem Entspannen des Druckgases beim Reinigen angetrieben
werden, wobei aber auch andere geeignete Klappen Betätigungseinrichtungen verwendet
werden können.
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Weiterhin kann erfindungsgemäß auch eine Leiteinrichtung vorgesehen
sein, um zu verhindern, daß sich partikelförmiges Material innerhalb der Strahldüsen
ansammelt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Metallstift vorgesehen, der zentral
innerhalb
jeder Druckgaseintrittsöffnung sitzt, wobei der Stift über die Öffnungsfläche hinaus
vorsteht, wobei die Bohrung vergrößert ist, so daß die Bohrung oder Öffnung mit
dem Stift die geeignete offene Fläche gewährleistet. Das freiliegende Ende des Stiftes
kann quadratisch oder aber auch vorteilhafterweise aerodynamisch gestaltet sein,
um partikelförmiges Material abzulenken, wobei die Strömung von entspanntem Druckgas
aber nicht wesentlich beeinflußt werden soll. Zusätzlich kann der offene Bereich
der öffnung als kreisring ausgebildet sein, sehr eng als Ziel für eine mögliche
Durchdringung des partikelförmigen Materials. Die Düse besteht bei einer bevorzugten
Ausführungsform aus einem Rohr von 1/8 Zoll mit einer Wanddicke von 0,068 ZOll.
Ein 1/4 Zoll dicker Metallstab erstreckt sich entlang dieses Rohres und ist daran
angebracht, in der Weise, daß hierin befindliche Bohrungen annähernd eine Tiefe
von 0,218 Zoll haben.
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Der radiale Abstand zwischen der Öffnung (7/32" Durchmesser) und dem
Ablenkstift (3/16" Durchmesser), der zentral hierin liegt, beträgt 0,016 Zoll, woraus
sich ein Länge-über-Öffnungs-Verhältnis von 0,218/0,016 = 13,6 ergibt.
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Wie nachstehend noch beschrieben wird, bewirken der verlängerte Kopf
des Leitstiftes zusammen mit der Öffnungsbohrung bei einem derart großen Längenzu-Breiten-Verhältnis
einen Schutz der Leitung gegenüber dem Ansammeln von partikelförmigem Material.
Material, welches dennoch die Öffnung erreicht und innerhalb der Bohrung abgelagert
wird, läßt sich entfernen, wenn sich das unter hoher Geschwindigkeit,
etwa
mit 40.000 Fuß pro Minute, einströmende Druckgas entspannt.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist eine runde oder in anderer Weise
aerodynamische Form außen an der Düsenöffnung und mit dieser ausgerichtet vorgesehen,
so daß also das Gas, welches mit partikelförmigem Material beladen ist, von der
Düsenöffnung weggeleitet wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform wiederum ist ein Schutzschild als
Abdeckung über den Düsenöffnungen angeordnet, während Schmutzgase in den Filterbeutel
aufsteigen. Wenn hingegen das unter Druck stehende Gas entspannt wird, bewegt es
sich an der Seite des Schutzschildes vorbei, wobei der Schutzschild beiseite und
unwirksam bleibt, bis die Strömung unter Druck stehenden Gases abnimmt, worauf der
Schutzschild durch Federwirkung oder infolge der Schwerkraft und/oder infolge der
Gasströmungsbedingungen in eine Position zurückkehrt, in der die Düsenöffnungen
abgedeckt sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung
im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Innenbeutel-Sammelvorrichtung
nach der Erfindung mit einer Geschwindigkeits-Kompressionskammer in vertikaler Schnittdarstellung;
Fig.
2 in vertikaler, geschnittener Enddarstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Beutelsammelvorrichtung, bei dem in Abwandlung des Ausführungsbeispieles von Fig.
1 als Verlängerung ein vertikaler Rutschenstutzen vorgesehen ist; Fig. 3 in vertikaler,
geschnittener Enddarstellung# ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei der, wiederum in Abwandlung der vorstehend gezeigten Ausführungsbeispiele, ein
langgestreckter Ablenkseparator in Form eines umgekehrten V vorgesehen ist; Fig.
4 ein wiederum abgewandeltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
ebenfalls in vertikaler, geschnittener Enddarstellung, bei dem eine Druckventileinrichtung
sowie ein Abgabebeutel sowie eine Ausgabeeinrichtung für vollständige Materialabgabe
vorgesehen sind; Fig. 5 in Seitenansicht einen Filterbeutel nach der Erfindung mit
horizontalen stützringen und vertikalen Stützstäben, an einer Venturieinrichtung
angebracht; Fig. 6 in vergrößerter, fragmentarischer Schnittdarstellung entlang
der Linie 6-6 von Fig. 5 die vertikalen Stützstäbe von Fig. 5; Fig. 7 in Seitenansicht
einen erfindungsgemaßen Filterbeutel mit vertikalen Stützstäben, angebracht an einer
Venturieinrichtung; Fig. 8 in teilweiser Schnittdarstellung einen erfindungsgemäßen
Filterbeutel mit wenigstens einem horizontalen Stützring und einem vertikalverlaufenden
Innenrohr; Fig. 9 eine fragmentarische Schnittdarstellung entlang der Linie 9-9
von Fig. 8;
Fig. 10 eine teilweise geschnittene Seitendarstellung
einer erfindungsgemäßen Venturistrahldüse mit einem Lenkstift; Fig. 11 eine vergrößerte
fragmentarische Schnittdarstellung entlang der Linie 11-11 von Fig. 10; Fig. 12
eine vergrößerte Seitenansicht eines Teiles von Fig. 10, wobei der Lenkstift wiedergegeben
ist; Fig. 13 eine Endansicht des Lenkstiftes von Fig. 12; Fig. 14 in vertikaler
Querschnittsdarstellung einen Teil von Fig. 10, wobei ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel
einer Strahldüse nach der Erfindung mit einer beweglichen Platte wiedergegeben ist,
die alternierend die Düsenöffnungen abdeckt und freilegt; Fig. 15 eine Diagrammdarstellung,
welche die Beziehung der theoretischen Austrittsgeschwindigkeit von unter Druck
stehendem Gas in Abhängigkeit vom Druck mit Öffnungskoeffi zienten in Abhängigkeit
vom Druck wiedergibt; und Fig. 16 ein Diagramm, welches das induzierte Luftvolumen
mit dem Düsenöffnungsquerschnitt in Übereinstimmung mit den Zielen der Erfindung
vergleicht.
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Wie Fig. 1 zeigt, weist ein vertikal angeordnetes, einheitliches Gehäuse
100 eine horizontale Trennwand 110 auf, welche das Gehäuse in eine obere und eine
untere Kammer unterteilt. Die untere Kammer des Gehäuses hat Seitenwände 114. Ein
horizontaler Einlaß 112 durchsetzt die Wand 114, wobei durch den Einlaß eine zu
filternde Mischung aus einem partikelförmigen und einem gasförmigen Medium über
eine Zuführleitung 112t eingeleitet werden kann. Am Boden
der unteren
Kammer befindet sich ein Festkörperauslaß 178 zum Entfernen abgetrennter Festpartikel
aus der Kammer. Am äußersten oberen Ende der oberen Kammer befindet sich ein zweiter
Auslaß 116 zum Entfernen des gefilterten gasförmigen Mediums aus dem Gehäuse. Mit
dem zweiten Auslaß 116 ist eine geeignete Unterdruckeinrichtung, welche nicht gezeigt
ist, verbunden, die sich dazu eignet, das gefilterte gasförmige Medium von der oberen
Kammer des Gehäuses abzuziehen. Die horizontale Trennwand 110 weist eine Vielzahl
von Öffnungen 118 auf, in denen im wesentlichen zylindrische, vertikal angeordnete
Venturianordnungen 120 sitzen. Diese Venturianordnungen sind so ausgelegt, daß sie
eine Funktion bei hoher Energie sicherstellen. Innerhalb der oberen Kammer des Gehäuses
100 befindet sich eine Vielzahl vertikal angeordneter, umgekehrter poröser Filterbeutel
130. Das obere, geschlossene Ende jedes Beutels ist oben innerhalb der oberen Kammer
durch Beutel-Spann- und Stützeinrichtungen 132 befestigt.
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Das untere Ende jedes Filterbeutels steht ständig offen, wobei jedes
Beutelende konzentrisch den oberen Zylinderstutzen jeder entsprechenden, stets offenstehenden
Venturianordnung umgreift.
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Innerhalb jeder Venturianordnung 120 befindet sich eine Strahldüse
152, die mit einer Druckgasquelle (nicht gezeigt) über eine Leitung 150 und ein
solenoidgesteuertes Membranventil 162 in Verbindung steht, welches durch einen Taktgeber
164 gesteuert wird.
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In programmierbarer Steuerung durch den Taktgeber 164 läßt das Membranventil
162 ein Volumen von unter Druck stehendem Gas entlang der Leitung 150
zu
so vielen Strahldüsen hindurch, wie daran anschließbar sind, wobei auf Fig. 10 zu
verweisen ist. Jede Strahldüse 152 weist wenigstens eine nach unten gerichtete Öffnung
auf, so daß unter Druck stehendes Gas, welches hindurchströmt, zentral auf das untere,
stets offenstehende Mündungsende der Venturianordnung 120 gerichtet wird. Auf diese
Weise wird das Gas über den gesamten Querschnittsbereich der stets offenstehenden
Mündung verteilt.
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Beim Filtern treten Schmutzgase in den Einlaß 112 ein und werden dazu
gebracht, sich um wenigstens 900 umzudrehen, damit sie in die untere, stets offenstehende
Mündung einer Vielzahl von Venturianordnungen 120 eintreten und dann innerhalb der
entsprechenden Filterbeutel 130 aufsteigen. Das Gas, welches das Filtermedium durchsetzt,
lagert an der Innenfläche des Filters partikelförmiges Material ab, woraufhin das
Gas dann über die obere Reingaskammer zum Auslaß 116 aufsteigt.
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Fig. 14 zeigt in Abwandlung eine angelenkte Lenk-oder Wir}zelplatte
159, die sich beim Entspannen des unter Druck stehenden Gases nach unten fort verschwenkt.
Die Unterbrechung des Stromes unter Druck stehenden Gases gibt die Möglichkeit,
daß die Aufwärtsströmung des Schmutzgases wieder herstellt, wobei dann das aufsteigende
Gas eine Deflektorverlängerung 159' der Wirbelplatte 159 trifft, wodurch die Wirbelplatte
159 so angeordnet wird, daß eine Düsenöffnung 154 abgedeckt wird. Hierdurch wird
positiv ein Einströmen von partikelhaltigem Material in den inneren Zentralbereich
der Strahldüse 152 verhindert. Die Anzahl der Öffnungen pro
Strahldüse
kann variieren, je nach der erforderlichen Energie, wie vorstehend beschrieben wurde.
Es ist zu bemerken, daß eine Stange 154' dazu dient, der F)üsenöffnung 154 ein kurzes
Mündungsrohr zu geben, wobei das Mündungsrohr nicht lang genug ist, als daß die
Austrittsgeschwindigkeit des entspannten, unter Druck stehenden Gases durch Rohrströmungswiderstand
reduziert würde. In Fig. 15 ist der Zusammenhang der Austrittsgeschwindigkeit mit
den Kurzrohr- und Dünnplatten-Mündungskoeffizienten für verschiedene Gasdrücke wiedergegeben.
Der Vorteil der Kurzrohrmündung besteht darin, Geschwindigkeitsverlustfaktoren zu
minimalisieren, wobei auf "Machinery's Handbook", 20. Auflage, Seite 2315, zu vereise
ist.
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In Fig. 16 sind Testdaten wiedergegeben, wobei der induzierte Luftstrom
gegen den Düsenöffnuncrsbereich aufgetragen ist, unter Konstanthaltung des Gasdruckes.
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Da der Düsenöffnungsbereich exakt zum Verbrauch an unter Druck stehender
Luft proportional ist, erkennt man, daß kleine Öffnungsdurchmesser hoch effizient
sind, unter der vorstehenden Konstantbedingung und zwar innerhalb eines engen Bereiches,wobei
reduzierende Rückströmungen deutlich werden, sobald die Düsenöffnungsquerschnitte
0,035 Quadratzoll überschreiten.
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Wie Fig. 1 zeigt, wie durch Pfeile wiedergegebenes Schmutzgas die
untere Schmutzgaskammer an ihrem oberen Ende erreicht, und zwar unmittelbar unterhalb
der horizontalen Trennwand 110. Das Schmutzgas zirkuliert dann nach unten, wie gezeigt
ist, zu den ständig offenstehenden Mündungen der Venturianordnungen 120 und steigt
dann in die Filterbeutel 130 auf. Im sollen Auf3enblick hat der Taktgeber
164
das Membranventil 162 aktiviert, wodurch unter Druck stehendes Gas in die Leitung
150 eingegeben wurde, so daß dieses von den entsprechenden Strahldüsen 152, die
den jeweiligen Filterbeuteln 130 zugeordnet sind, aus nach unten vorstößt.
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Das Druckgas schlägt durch die zugeordneten Venturianordnungen 120
durch, verschließt deren Venturiöffnungen total gegen aufsteigendes Schmutzgas und
erzeugt in einem benachbarten oberen Bereich 140 der Venturianordnungen eine Zone
reduzierten Druckes.
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Wie bereits beschrieben wurde, muß der Filterbeutel 130 in geeigneter
Weise abgestützt sein, damit dieser reduzierte Druck in gleicher Weise den vollen
Filterbereich beeinflußt. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß die unteren 25%,
angenähert, des Filterbeutels radial und axial abgestützt sein müssen.
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Der Rest der Beutellänge muß radial abgestützt sein, wobei schließlich
der Filterbeutel auch so angebracht sein muß, daß er unter Spannung steht. Aus diesem
Grunde muß also der untere Abschnitt des Filterbeutels in vorteilhafter Weise geeignet
abgestützt werden, da anderenfalls die Filterbeutel nicht mit der gewünschten effektiven
Reinigungswirkung arbeiten können.
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In den Fig. 5 bis 9 sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele einer
kritischen Abstützung für die unteren Filterbeutelabschnitte beschrieben. In Fig.
5 und 6 sind herkömmliche Stützringe 132 gezeigt, die außen an dem Filterbeutel
130 angebracht sind. Eine Ringklemme 134 verbindet das untere, stets offenstehende
Mündungsende des Filterbeutels mit dem oberen Abschnitt der Venturianordnung 120
dicht, wobei die Venturianordnung die
horizontale Trennwand 110
durchsetzt und an dieser angebracht ist. Vertikale Taschen 136 sind außen an dem
unteren Abschnitt des Filterbeutels befestigt und weisen starre Stäbe 136' auf,
wobei der obere Abschnitt jedes Stabes radial durch den untersten Beutelring 132
zurückgehalten wird, während der untere Abschnitt jeder Stange radial durch den
oberen Abschnitt der Venturianordnung 120 gehalten wird. In Fig. 6 ist im einzelnen
die Befestigung der Stäbe 136' innerhalb der Taschen 136, die am F#ilterbeutel 130
befestigt ist, gezeigt. Diese vertikalen Stäbe geben die Möglichkeit, daß das Filtermaterial
sich unter dem Einfluß des reduzierten Druckes nach innen bewegt, wodurch der Filterbeutel
sich entspannen und durch das hierdurch rückströmende Gas saubergespühlt werden
kann. Weiterhin verhindern die Stäbe einen vertikalen Spannungsanstieg im Filter
über seinen unteren Abschnitt hinaus durch die Einwärtsbewegung des unteren Abschnittes.
Diese Einwärtsbewegung des unteren Bereiches des Filtermaterials ist gleichförmig
über das gesamte Filter, beschränkt sich also nicht auf ein segmentförmiges Einwölben,
wie dies ohne vertikale Stäbe der Fall wäre. Außerdem begrenzen die Stäbe 136' die
Einwärtsbewegung des Filters, so daß also nur teilweise dem reduzierten Druck nachgegeben
wird, wodurch eine Gasströmung von oben nach unten bewirkt wird, unter Maximalisierung
der vertikalen Komponente der Kräfte, welche durch den Unterdruck erzeugt werden.
Dies resultiert in einem Reinigen der Filteroberflächen des gesamten Filterbeutels.
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Das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 entspricht demjenigen
von
Fig. 5 sowohl vom Aufbau als auch von der Wirkungsweise her, mit der Ausnahme, daß
sich die Stäbe 236" und die Taschen 236' über die gesamte Länge der Filterbeutel
erstrecken, wodurch das gesamte Filter vertikal und horizontal abgestützt wird.
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Bei dem in den Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine
Filterreihe 330 gezeigt. Hier erstreckt sich eine Leitung 336 über die gesamte Länge
des unteren Abschnittes des Filterbeutels 330 und ist an Halterungen 338 angebracht,
die am oberen Ende der Venturianordnung 320, zentral angeordnet im Verhältnis zum
Textilfilter 330, befestigt sind. Der übrige Teil des Filterbeutels, nicht gezeigt,
trägt Außenring mit gegenseitigem Abstand. Die Zone reduzierten Druckes am oberen
Ende der Venturianordnung wird, wie klar zu ersehen ist, durch die Leitung 336 beeinflußt,
wodurch die Zone reduzierten Druckes Gase anzieht, die sich primär innerhalb der
Leitung 336 befindet. Lediglich teilweise wirkt die Zone reduzierten Druckes auf
Gase außerhalb der Leitung 336, jedoch innerhalb des untersten Abschnittes des Filterbeutels
330, wodurch die Vertikalkomponente der Kräfte, die durch den reduzierten Druck
erzeugt werden, maximalisiert wird, wodurch sichergestellt wird, daß durch die resultierende
Rückströmung im Betrieb ein gleichförmiges Zusammenfallen sowohl des unteren als
auch des oberen Bereiches des Filtermediums 330, begrenzt durch die Stützringe,
erfolgt. Hierdurch wird das Filtermaterial durch Vielfachimpulse pneumatisch geschüttelt.
Das Auftreffen jedes Impulses bewirkt ein teilweises Zusammenfallen des
Filters,
wodurch die gesammelten Partikel entfernt werden, während für die Dauer jedes Impulses
die Partikel den Filterbeutel hinunter befördert werden.
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Im Betrieb strömen 6 bis 10 Kubikfuß Gas rückwärts und innerhalb jedes
einen Durchmesser von 6 Zoll aufweisenden Beutels nach unten, bei jedem Beutelreinigungsvorgang,
so daß sich also eine starke, nach unten gerichtete Reinigungsströmung ergibt.
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Mittels des pneumatischen Schüttelns wird erreicht, daß das Filtermaterial,
welches unmitteibar die Leitung 336 umgibt, sich infolge der stark negativen Druck
zone der Venturianordnung rasch vor- und rückwärts bewegt, wodurch ohne überstarke
Reinigung eine adäquate Reinigungswirkung erzielt wird, vorausgesetzt, daß der Durchmesser
der Leitung oder des Abzuges in geeigneter Weise gewählt wird.
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Infolge der vorstehend beschriebenen Verbesserungen ergeben sich hohe
induzierte Luftverhältnisse, welche eine wirkungsvolle Ausnutzung der verwandten
Energie gestatten, wobei außerdem im Reinigungszyklus beträchtliche Volumina gereinigt
werden können. Wie Fig. 15 zeigt, ergibt sich bei 90 p.s.i.g.
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und einer Austrittsgeschwindigkeit von 1240 Fuß pro Sekunde, modifiziert
durch einen Kurzrohrkoeffizienten von 0,52, eine tatsächliche Austrittsgeschwindigkeit
von 645 Fuß pro Sekunde aus einer Düsenöffnung in die obere Venturizone hinein.
Ein Strahlquerschnitt von 0,0123 Quadratzoll mit einer Austrittsgeschwindigkeit
von 645 Fuß pro Sekunde ergibt eine Strömung von unter Druck stehendem Gas von 0,055
Kubikfuß pro Sekunde.
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Die in Fig. 16 wiedergegebenen Daten zeigen eine
erfindungsgemäß
induzierte Luftströmung von 6,6 Kubikfuß pro Sekunde, wodurch sich ein induziertes
Luftverhältnis von 6,6/0,0555 = 120:1 ergibt, ein ausgezeichnetes und herausragendes
Ergebnis der praktischen Energieverwendung. Während 6,6 Kubikfuß pro Sekunde die
Rückströmung einer einzigen Düsenöffnung wiedergeben, ist die zweite Öffnung innerhalb
derselben Strahldüse zu etwa 75% effektiv, entsprechend 5 Kubikfuß worauf sich ein
Gesamtwert von 11,6 Kubikfuß pro Sekunde ergibt. Die Abwärtsströmung muß jedoch
eine normal aufwärts gerichtete Schmutzgasströmung überwinden, die typischerweise
etwa 2,5 Kubikfuß pro Se: kunde beträgt, wodurch die 11,6 Kubikfuß pro Sekunde auf
etwa 9 Kubikfuß Rückströmung pro Sekunde oder, genauer gesagt, 9 Kubikfuß pro Beutelreinigungsvorgang,
reduziert werden. Dieses Beispiel zeigt, daß es vernünftig ist, 6 bis 10 Kubikfuß
Rückströmung anzunehmen, wie dies vorstehend angenommen wurde.
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Wie Fig. 1 weiterhin zeigt, sind innerhalb des Stutzens 170 konvergierende
Leitbleche 172 in einer derartigen Position angebracht, daß die Abwärtsströmung
von Reinigungsgasen, nachfolgend als Material bezeichnet, von jeder Venturianordnungsreihe,
die zum Reinigen programmiert ist, auf den Boden des Stutzens gerichtet ist. Hierzu
ist insbesondere die linke Materialreihe, die auf diese Weise umgeleitet wird, zu
beachten. Am Boden befindet sich eine Kompressionskammer 174, die durch eine oder
mehrere vertikale Trennwände 176 gebildet ist, die, zusammen mit den unteren Wandungen
des
Beutelgehäuses, vertikale Kammern bilden.
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Die Trennwände bilden in der gezeigten Form vier Kammern. Mit dem
Festkörperauslaß 178, unmittelbar stromab hiervon, ist eine Einrichtung in Form
eines Drehventiles verbunden, die niemals einen Durchlaß, der vollständig hindurchginge,
hat. Die Leitbleche 172 sind oberhalb der Trennwände 176 mit solchem Abstand angeordnet,
daß das Material nach unten zwischen den Leitblechen 172 oder aber zwischen dem
Leitblech 172 und der Wandung 114 hindurchtreten kann, so daß die mit Feststoffen
beladenen Gase, die dort bereits vorliegen, vor dem Material umgeleitet werden,
so daß sie die Kompressionskammer 174 umgehen, nach oben aufsteigen und sich mit
den ankommenden Schmutzgasen mischen.
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Das Material hoher Geschwindigkeit, etwa 8000 Fuß pro Minute, gelangt
nach unten in die Kompressionskammer 174 und verliert seine Geschwindikgeitsenergie,
indem es dort einen Druck aufbaut. Das Material.
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expandiert sich dann auf die System-Druck- und Volumenbedingungen,
wodurch jedwedes vorher bereits dort vorhandene, mit Partikel beladene Gas nach
oben verschoben wird und sich mit den ankommenden Druckgasen mischt. Das Material
kommt daraufhin in der unteren Kammer zur Ruhe, so daß darin enthaltenes partikelförmiges
Material sich unter Schwerkrafteinfluß ablagert und aus dem Auslaß 178 kontinuierlich
abgezogen werden kann.
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In Fig. 2 ist eine spezifische Zuführstutzenkonstruktion gezeigt,
bei der der Stutzen selbst zu klein ist, als daß er das volle Volumen an Material
aufnehmen könnte. Durch eine vertikale
Kammer ist hier weiterer
Zuführraum für das Material gebildet. Die am weitesten links liegende Filterbeutelreihe
wird gereinigt, ohne daß die normale Aufwärtsströmung von Schmutzgasen zu den benachbarten
Beutelreihen unterbrochen würde. Bei allen in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen
erfolgt das Reinigen eines bestimmten Filterbeutels unter Fortsetzung der Aufwärtsströmung
von Schmutzgas zu allen Filterbeuteln, die gerade nicht gereinigt werden. Gekrümmte
Leitbleche 172', 172" sowie ein unterer Abschnitt 182 einer Trennwand 180 bewirken
in Kombination ein Führen und Ablenken des Reinigungsmaterials nach unten und außen
aus dem unteren Stutzenbereich heraus und nach oben in eine Kammer 184, wodurch
das vorher darin enthaltene mit Partikeln beladene Gas nach oben in die Kammer 184
und nachfolgend durch einen Auslaß 186 nach unten zum Einführstutzen geleitet wird,
wo es sich mit den ankommenden Schmutzgasen mischt. Das Hochgeschwindigkeitsmaterial
wird oben in der Kammer 184, weiterhin durch ein Leitblech 188 und schließlich durch
das obere lande der Trennwand 180 gefangen und bewirkt eine KomI>ression, wodurch
es seine Geschwindigkeitsenergie verliert. Ehe programmgemäß die nächste Filterbeutelreinigung
erfolgt, kann die hoch partikelhaltige Materialkonzentration, welche sich jetzt
in der Kammer 184 befindet, sich infolge der Schwerkraft zum Auslaß 178 hin ablagern.
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Fig. 3 zeigt eine andere Form der Zuführung. Allgemein ist diese Form
bei großen Behältern anwendbar, bei denen quer verlaufende Reihen von Filtern
gereinigt
werden, und zwar simultan, während andere Filterbeutel, die in Längsreihen stehen,
offen bleiben und weiterhin Schmutzgase aufnehmen und filtern können. Leitbleche
190 in umgekehrter V-Form erstrecken sich in Längsrichtung des Behälters und teilen
den Behälter in einen oberen und einen unteren Abschnitt, wobei die Schmutzgase
den oberen Abschnitt über den Einlaß 112 erreichen, der oberhalb des Leitbleches
190, jedoch ausgerichtet mit diesem angeordnet ist, wodurch im oberen Abschnitt
eine normale Schmutzgasströmung erzielt wird. Demgegenüber nimmt der untere Abschnitt
das Reinigungsmaterial auf und dient als Absetzkammer für das Material, woraufhin
das partikelförmige Material auf einem Schrauben förderer zum Auslaß 178 geleitet
wird. Das aus allen Venturianordnungen durchschlagende Material, in der Querreihe,
strömt nach unten und wird durch das Leitblech 190 separiert. Da das Leitblech 190
umgekehrt V-förmig ausgebildet ist, im Verhältnis zu den konvergierenden Wänden
der Schmutzgaskammer, erfolgt ein Konvergieren des Materials auf die unteren Behälterwände,
wodurch die Geschwindigkeitsenergie des Materials zusammenbricht und dissipiert
wird. Wie gezeigt ist, dient die untere Fläche des Leitbleches 190 zum weiteren
Unterdrücken der Geschwindigkeitsenergie des Materials sowie auch zum Einfangen
desselben, wodurch ein rückwärtiges Eintreten von Material hoher Dichte in den oberen
Behälterabschnitt vor dem Absetzen der Festkörper verhindert wird. Während also
das nach unten gerichtete Material Zusammenstöße erleidet und unterhalb des Leitbleches
190 eingefangen
wird, erstreckt sich das Material in Längsrichtung,
wodurch die vorher vorhandenen, partikelabgesetzten Gase ersetzt werden, die von
dem unteren in den oberen Abschnitt verdrängt werden, wo sie sich mit den einkommenden
Gasen mischen.
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In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel mit einer anderen Behälterform
gezeigt. Hier ist die Auslegung so getroffen, daß das hohe Geschwindigkeit aufweisende
Reinigungsmaterial hohen Volumens aufgenommen werden kann, wobei diese Ausführungsform
ideal für alle Formen von Innenbeutelkollektoren ist. Leitbleche 172', 172" dienen
in typischerweise dazu, das Material nach unten und aus dem Behälter-herauszubringen,
und zwar hinter ein Ventil 174', welches durch die Kraft des Hochgeschwindigmaterials
geöffnet wird und sich bei einem Nachlassen dieser Kraft rasch schließt. Das Ventil
174' kann typischerweise ein Rückschlagventil sein, jedoch kann es in seiner Funktion
variieren, je nach dem, ob das Kollektorsystem negativ oder positiv ist. Nachdem
die Gase einmal durch das Ventil 174' hindurchgegangen sind, gelangen sie letztendlich
durch ein Staubsammelsystem, wobei die umgebende Kammer sich auf einem unterschiedlichen
Druck befindet, vorzugsweise auf Atmosphärendruck.
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Ein Deckel 176' gewihrleistet eine Abdichtung für einen Behälterbeuteldeckel
176", hieran mit geeigneten Klemmvorrichtungen gehalten. Ein Rahmen 178' stützt
den Behälterbeutel 176" in Perioden ab, in denen kein Reinigungsmaterial in die
untere Kammer einschlägt. Beim Ankommen des Materials bläht sich der Behälterbeutel
176 n auf.,: und zwar unter dem
Druck des Hochgeschwindigkeitsmaterials,
und bleibt aufgebläht, bis die Geschwindigkeit sich dadurch verflüchtigt hat, daß
das Material durch den Behälter- oder Sammelbeutel in die Atmosphäre ausgetreten
ist, wobei sich das partikelförmige Material gegen die Innenfläche #des Auslaßbeutels
abgelagert hat. Ein Zusammenfallen des Beutels durch Schwerkrafteinfluß wird durch
den Rahmen 178' verhindert, während das partikelförmige Material sich zusammenballt
und durch die untere Kammer an dem Ventil 174' vorbei zum Auslaß 178 fällt.
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Bei einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispieles kann der obere Abschnitt
von Fig. 4 verlängert werden, wodurch dann also ein Auslaßbeutel 176 innerhalb des
verlängerten oberen Abschnittes angeordnet ist. In wiederum abgewandelter #Ausführungsform
kann der Auslaßbeutel 176" in einem verlängerten oberen Abschnitt eingeschlossen
sein, wobei jedoch der Beutel durch eine Trennwand von sämtlichen Filterbeuteln
abgetrennt sein kann, jedoch so angeordnet, daß er mit den Filterbeuteln über eine
Klappe in Verbindung steht, die beim Reinigen geöffnet ist.
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Selbstverständlich sind für den Fachmann mannigfache Abwandlungen
der beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich. Während beispielsweise die Fig.
3 oder 4 Filterbeutel oder Filterbeutelreihen zeigen, können natürlich auch verschiedenartige
Anzahlen von Filterbeuteln oder Filterbeutelreihen vorgesehen sein. Die Venturianordnungen
haben in der beschriebenen Form eine Auslegung, bei der
jeweils
eine Venturianordnung für jeden Filterbeutel vorgesehen ist, während natürlich auch
andere Venturianordnungen möglich sind, beispielsweise in der Form, daß nur eine
einzige Venturi.
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anordnung vorgesehen ist, die für mehr als einen Filterbeutel verwendet
wird. Der Sammelbeutel der Austraganordnung von Fig. 4 kann auch aus einem oder
mehreren Beuteln bestehen, wobei die Beutel auch andere Form haben können, beispielsweise
in Form von Umschlagen, Rundungen, Abdeckungen und dergleichen. Positive und negative
Systeme wurden jeweils teilweise diskutiert, jedoch können die verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung natürlich auch miteinander in beliebiger Weise kombiniert werden.
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Während also vorstehend bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben
wurden, sind für den Fachmann mannigfache Abwandlungen der beschriebenen Formen
der Erfindung möglich, die natürlich innerhalb des breiten Erfindungsgedankens nur
wenige konkrete Ausführungsformen betreffen. Auch wenn die relative Größe der verschiedenen
Komponenten kritisch sein kann, lassen sich doch der Durchmesser und die Länge der
Beutel in beträchtlicher Weise variieren.
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BEZUGSZEICHENLISTE (LIST OF REFERENCE NUMERALS) 100 Gehäuse 110 Trennwand
112 Einlaß 112' Zuführleitung 114 Seitenwand 116 Auslaß 118 Öffnung 120 Venturianordnung
130 Filterbeutel 132 Spann- und Stützeinrichtung 134 Ringklemme 136 Tasche 136'
Stab 140 Bereich 150 Leitung 152 Strahldüse 154 Düsenöffnung 154' Stange
159
Wirbeiplatte 159' Deflektorverlängerung 162 Membranventil 164 Taktgeber 170 Stütze
172 Leitblech 172' Leitblech 172" Leitblech 174 74 Kompressionskamtner 174' Ventil
176 Trennwand 176' Deckel 176" Sammelbeuteltfeckel 178 Festkörperauslaß 178' Rahmen
180 Trennwand 182 Abschnitt 184 Kammer 186 Auslaß 188 Leitblech 190 Leitblech 236'
Tasche 236" Stab 320 Venturianordung 336 Leitung 338 Halterung