DE3110871C2 - Mehrstufiger Impaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Impaktor zur Untersuchung von Stäuben im Komgrößenbereich von weniger als 100 μπι, der im wesentlichen aus einem geschlossenen hintereinander angeordnete Stufen aus Düsenkränzen und den Düsenkränzen nachgeschalteten Abscheideflächen, sowie eine Einström- und Abströmöffnung aufweisenden Behälter besteht

Die zur Zeit bekannten Staubmeßgeräte, die als Impaktoren bezeichnet werden, beruhen auf dem Prinzip der plötzlichen Ablenkung: eines mit Staub beladenen Luftstrahles. Die staubbeladene Luft wird infolge eines Drucks oder Unterdrucks durch Düsen geführt Hinter der oder den Düsen sind Prallflächen vorgesehen, an welchen der Luftstrahl zwangsläufig abgelenkt wird. Die im Luftstrahl vorhandenen Staubpartikel werden aufgrund ihrer Masse und Geschwindigkeit auf der Prallfläche niedergeschlagen bzw. wenn die Masse zu klein ist, verbleiben sie im Luftstrahl und werden der nachgsschalteten lmpaktorstufe zugeführt Die Düsen werden in den nachfolgenden Impaktorstufen immer kleiner, wodurch infolge des konstanten Volumenstroms eine höhere Geschwindigkeit entsteht und eine stärkere Abscheidewirkung erfolgt Die bekannten Staubmeßgeräte weisen je nach ihrer Verwendung eine beliebige Anzahl derartiger Stufen auf.

Die eingangs genannten Staubmeßgeräte bestehen aus einer in einem länglichen behälter senkrecht übereinander angeordneten Vielzahl von Stufen, wobei der Behälter mit einer entsprechenden Anströmöffnung beispielsweise zur Messung des Staubgehalts unter Tage in den Wetterstrom gehalten wird.

Derartige Staubmeßgeräte weisen jedoch schwerwiegende Nachteile auf, die eine exakte Messung und Klassierung der einzelnen Staubfraktionen nicht zulassen. Es hat sich herausgestellt, daß sich der Staub nicht zwangsläufig an den Prallflächen absetzt, auch wenn diese mit einer Haftschicht versehen sind. Teilweise setzt sich der Staub auf Flächenteilen ab, beispielsweise auf Düsenkränzen, die bei der nachfolgenden Wägung nicht berücksichtigt wurden. Auf diese Weise können in der Korngrößenanalyse entscheidende Fehler entstehen. Des weiteren ist es aufgrund dieser Fehler nicht möglich, ein derartiges Staubmeßgerät auch zur Bestimmung der Staubkonzentration heranzuziehen.

Ein weiterer Nachteil besteht in der räumlichen Anordnung der einzelnen Stufen und dem daraus resultierenden großen Platzbedarf. Ebenso ist es als nachteilig anzusehen, daß die einzelnen Stufen, die bis auf die unterschiedlichen Düsenquerschnitte alle gleich ausgeführt, leicht in ihrer Reihenfolge verwechselt werden können, wodurch die gesamte Messung irregulär ist. Darüber hinaus bestehen bei den derzeit zu Staubmessungen verwendeten Geräten Probleme in der strömungsgerechten Ansaugung der staubbeladenen Luft.

Demgegenüber hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen mehrstufigen Impaktor zur Untersuchung von Stäuben in einer Korngröße insbesondere von weniger als 100 μιη zu schaffen, welches aufgrund einer geringen räumlichen Größe sehr gut handhabbar ist, welches die genannten Nachteile vermeidet und welches darüber hinaus ein vollständiges Erfassen der in das Meßgerät gelangten Staubpartikel gewährleistet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Düsenkiänze rohrstumpfartig und mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet, koaxial zur Einström- und Abströmöffnung im Behälter ineinandersteckbar angeordnet und ein Teil der von außen nach innen mit kleiner werdenden Düsen versehenen Düsenkränzen als Abscheideflächen ausgebildet sind. ]

Im Rahmen der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft daß der Behälter aus einem die rohrstumpfartigen Düsenkränze aufnehmden Boden und einem haubenartig, die Düsenkränze abdeckenden und mit dem Boden verschraubbaren Deckel besteht

Weiterhin erweist es sich als besonders vorteilhaft daß die ineinandersteckbaren rohrstumpfarligen Düsenkränze mit ringartigen Flanschen verseilen sind, wobei die oben und/oder unten vorgesehenen mit den benachbarten Düsenkränzen korrespondierenden Flansehe mit den Abscheideflächen geschlossene Räume bilden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher beschrieben.

Der technische Fortschritt der Erfindung ist im wesentlichen darin begründet daß durch die vollständige Erfassung der Staubmassen Fehler in der Korngrößenanalyse vermieden werden können und darüber hinaus das Staubmeßgerät auch zur Bestimmung der Staubkonzentration herangezogen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch den mehrstufigen Impaktor,

F i g. 2 eine Vergrößerung der in F i g. 1 eingekreisten Detaildarstellung,

F i g. 3 einen Schnitt durch das auf den Behälter zu setzende Einströmgehäuse und

F i g. 4 eine Vorderansicht des Einströmgehäuses mit den in einem Rohrbündel zusammengefaßten öffnungen.

Wie aus der in Fig. 1 im Schnitt dargestellten Seitenansicht zu entnehmer, ist, besteht der mehrstafige Impaktor im wesentlichen aus einem Behälter 1, der aus einem flachen Boden I und einem haubenartig ausgebildeten Deckel 3 gebildet wird. Der Deckel 3 ist über ein Schraubgewinde 6 staubdicht mit dem Boden 2 zu verbinden.

Auf die im Behälterdeckel 3 mittig angeordnete Einströmöffnung 4 wird das in den F i g. 3 und 4 dargestellte Einströmgehäuse 8 mit den rechtwinklig abgebogenen Rohrbündel 9 aufgesetzt und auf die im Boden 2 angeordnete Abströmöffnung 5 wird eine entsprechende, jedoch nicht in den Zeichnungen berücksichtigte Absaugeinrichtung angeschlossen.

Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des Impaktors besteht aus mehreren quer zur Einströmöffnung 4 angeordneten Stufen. Die staubbeladene Luft wird im Behälter 1 durch die Ablenkeinrichlung 16 einer Giobabscheidung zugeführt, die im wesentlichen aus einer rohrstumpfartig ausgebildeten und mit Düsen 14 besetzen Düsenkränzen 13 besteht.

Die gröbsten Staubpartikel werden vor dem Durchgang durch die Dösen 14 in einem der Düsenkränze vorgelagerten Nutring 17 abgelagert Die durch die Düsen 14 mit dem Luftstrom hindurchgeführten Staubpartikel treffen auf die Abscheidefläche 15, die an ihrem unteren Ende ebenfalls mit einem flanschartig nach innen gerichteten Nutring 18 versehen ist An der Abscheidefläche 15 scheidet sich zunächst wiederum der gröbere Staub ab. Der weitere Weg der staubbeladenen Luft ist durch die gestrichelte und mit Pfeilspitzen dargestellte Linie angedeutet Durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in den im Querschnitt immer kleiner werdenden Düsen schlägt sich der Staub an den Abscheideflächen nieder. Die Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich stufenweise.

Die staubbeladene Luft wird durch die Düsen 20 in der rohrstumpfartigen Düsenkränzen 19 geführt und schlägt sich an der nachfolgenden Abscheidefläche nieder. Der Luftstrahl wird abgelenkt und durch die in den Düsenk^anz 22 vorgesehenen Düsen 24 weitergeführt Der Düsenkranz 19 weist am u^-iren Ende einen nach innen gerichteten Flansch 21 und de·· Düsenkranz 22 am oberen Ende einen l-FIansch 23 auf.

Die weiter zum Inneren des Behälters 1 gerichteten Düsenkränze 26, 30 und 34 sind jeweils auch als Abscheideflächen ausgebildet und weisen abwechselnd im unteren oder oberen Bereich einen I-Flansch auf, wodurch nach dem Ineinanderstecken der einzelnen Stufen abgeschlossene nur durch Düsen zugängliche Räume entstehen.

Die letzte Abscheidefläche 37 weist am oberen Ende einen nach innen gerichteten ringartigen Flansch 38 und im unteren Bereich Austrittsöffnungen 39 auf, durch weiche die im wesentlichen von Staubpartikeln befreite Luft durch die Grenzwertdüse 7 herausströmt.

Die einzelnen Stufen, die in zusammengesetzter Form ein mehrstufiges Meßgerät ergeben, sind größenmäßig so aufeinander abgestimmt, daß sich beim Zusammensetzen zwangsläufig die richtige Reihenfolge ergeben muß. Für die Ausführung eines derartigen vielstufigen Staubmeßgerätes ist es besonders wichtig, eine strömur^sgerechte Ansaugung der staubbeladenen Luft zu gewährleisten. Aus diesem Grund wird auf die Einströmöffnung 4 im Deckel 3 des Behälters 1 ein rohrförmiges Einströmgehäuse 8 aufgesetzt, welches in ein rechtwinklig abgeknicktes Rohrbündel 9 übergeht.

Wie aus der Vorderansicht in Fig.4 besonders deutlich zu entnehmen ist, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel sieben Rohre zu einem Bündel 9 vereinigt Die Öffnungen 10 liegen nicht in einer gemeinsamen senkrechten Ebene. Das mittlere Rohr steht am weitesten vor, während die oberen beiden Rohre gleichmäßig weit zurückversetzt angeordnet sind. 7.VT Durchführung einer Staubmessung ist es erforderlich, die Öffnungen 10 des Rohrbündels 9 strömungsgerecht #egen die ankommende Luft bzw. Gasströmung zu richten. Für die Erfüllung einer geschwindigkeitsgerechten Absaugung werden bei hohen Anströmgeschwindigkeiten eine entsprechende Anzahl von Rohrei. verschlossen. Da der Volumenstrom durch das Meßgerät stets konstant ist, erhöht sich dann die Ansauggeschwindigkeit in den noch offenen Rohren derart, daß die Ansauggeschwindigkeit gleich der Anströmgeschwindigkeit ist. Unterhalb der Rohrausgänge 11 im Einströmgehäuse 8 ist in dem dargestellten Ai.isführurigsbeispiel eine Vergleichmäßigungseinrichtung 12 für die Strömung in Form einer Kugel vorgesehen. Eine derartige VergleichmäBigungseinrich-

lung 12 ist vorteilhafter Weise dann einzusetzen, wenn die noch offenen Rohre nicht in einer besonderen symmetrischen Anordnung zueinander liegen. Die gestaffelte Anordnung der Öffnungen 10 vergleichmäßigt die Rohrlängen.

1	Behälter
2	Boden
3	Deckel
4	Einströmöffnung
5	Abstfömöffnung
6	Schraubgewinde
7	Grenzwertdüse
8	Einströmgehäuse
9	Rohrbündel
10	öffnungen
11	Rohrausgänge
12	Vergleichmäßigungseinrichtung
13	r^iicpniiran7
14	Düse
15	Abscheideflärhe
16	Ablenkeinrichtung
17	Nutring

18	Nutring
19	Düsenkranz
20	Düse
21	Flansch
22	Düsenkranz
23	I-Flansch
24	Düse
25	Abscheidefläche
26	Düsenkranz
in 27	Düse
28	I-Flansch
29	Abscheideflii' He
30	Düsenkran/.
31	Düse
32	!■Flansch
33	Abscheideflächc
34	Düsenkran/
35	Düse
36	pjancrh
37	Abscheidefläche
38	Flansch
39	Austrittsöffnung

Hierzu 2 Bl.itl Zeichnungen

Claims (9)

1. Patentansprüche;

   t. Mehrstufiger Impaktor zur Untersuchung von Stäuben in einer Korngröße von weniger als 100 μπι, der im wesentlichen aus einem geschlossenen s hintereinander angeordnete Stufen aus Düsenkränzen und den Düsenkränzen nachgeschalteten Abscheideflächen, sowie eine Einström- und Abströmöffnung aufweisenden Behälter besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkrän- ze (19, 22, 26, 30, 34) rohrstumpfartig und mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet, koaxial zur Einström- und Abströmöffnung (4, 5) im Behälter (1) ineinandersteckbar angeordnet und ein Teil der von Außen nach Innen mit kleiner werdenden Düsenkränzen (19, 24, 27, 31, 35) versehenen Düsenkränzen (22, 26, 30, 34) als Abscheideflächen (25,29,33,37) ausgebildet sind
2. 2. Mehrstufiger Impaktor zur Untersuchung von Stäuben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) aus einem die rohrstumpfartigen Düsenkränze (19, 22, 26, 30,34) aufnehmenden Boden (2) und einem haubenartig die Düsenkränze (19,22,26,30,34) abdeckenden und mit dem Boden (2) verschraubbaren Deckel (3) besteht
3. 3. Mehrstufiger Impaktor zur Untersuchung von Stäuben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der ineinandersteckbaren Düsenkränze (19, 22, 26, 30, 34) eine ringförmig ausgebildete, weitere mit einem vorgelagerten Nutring (17) und einer nachgeschalteten Abscheidefläche (15) ausgerüstete Düscikranz (13) vorgesehen ist
4. 4. Mehrstufiger Impaktor rur Untersuchung von Stäuben nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur seitlichen Ablenkung des staubbeladenen Luftstrahls unterhalb der Einströmöffnung (4) im Behälter (1) eine kegelartige Ablenkeinrichtung (16) vorgesehen ist
5. 5. Mehrstufiger Impaktor zur Untersuchung von ^s Stäuben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Abscheidefläche (15) ein weiterer Nutzring (18) vorgesehen ist.
6. 6. Mehrstufiger Impaktor zur Untersuchung von Stäuben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandersteckbaren rohrstumpfartigen Düsenkränze (19, 22, 26, 30, 34) mit ringartigen Flanschen (21,23,28,32,36) versehen sind, wobei die oben und/oder unten vorgesehenen mit den benachbarten Düsenkränzen (19, 22, 26, 30, 34) korrespondierenden Flanschen (21, 23, 28, 32, 36) so mit den Abscheideflächen (25,29,33,37) geschlossene Räume bilden.
7. 7. Mehrstufiger Impaktor zur Untersuchung von Stäuben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bodenmitte des Behälters (1) der ss Abscheidefläche (37) des letzten Düsenkranzes (34) nachgeschaltet als Abströmöffnung (5) im Boden (2) eine Grenzwertdüse (7) vorgesehen ist.
8. 8. Mehrstufiger Impaktor zur Untersuchung von Stäuben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der im haubenartigen Deckel (3) des Behälters (1) vorgesehenen Einströmöffnung (4) ein senkrecht verlaufendes rohrartiges Einströmgehäuse (8) mit in ein Rohbündel (9) übergehenden öffnung (10) angeordnet ist.
9. 9. Mehrstufiger Impaktor zur Untersuchung von Stäuben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel (9) rechtwinklig abgebogen ausgebildet ist, wobei die öffnung (10) nicht in einer gemeinsamen senkrechten Ebene liegen.

   10, Mehrstufiger Impaktor zur Untersuchung von Stäuben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Einströmgehäuse (8) unterhalb der Rohrausgänge (11) eine Vergleichmäßigungseinrichtung (12) für die anströmende staubbeladene Luft in Form einer Kugel vorgesehen ist