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Zyklonartige Vorrichtung zum Ausscheiden fester Beimengungen aus Gasen,
Dämpfen und Flüssigkeiten.
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Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausscheidung
mechanischer Beimengungen oder Bestandteile aus Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten
infolge kreisende Bewegung. Bekannt sind Apparate, bei welchen die kreisende Bewegung
durch tangentiale Einführung des Stromes erzielt wird, auch ist bei Apparaten mit
horizontaler Achse bereits ein im gleichen Bewegungssinne tangential angeordneter
Austrittssutzen bekannt geworden. Ferner sind Apparate bekannt, bei welchen die
durch Schleuderwirkung ausgeschiedenen Massenteilchen in am Umfange des Apparates
angeordnete Sammelkanäle ausgeschieden werden.
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Vorliegende Erfindung besteht nun darin, daß bei Staubabscheideapparaten
mit vertikaler Achse Ein- und Austritt in gleichem Bewegungssinne tangential angeordnet
sind, der Ausscheideraum von einem ringförmigen Sammelraum umgeben ist und schließlich
die leichten Bestandteile durch Schaffung eines zentralen Ruheraumes zentral abgeleitet
werden. Durch die gleichgerichtete tangentiale Ein- und Ausführung wird erreicht,
daß der kreisende Zustand des gesamten Apparateinhalts wegen Fortfall jeglicher
anders gerichteten Ablenkung bei denkbar geringstem Druckverlust eine große Stetigkeit
und hierdurch einen Höchstwert der ausscheidenden MTirkung aufweist. Gegenüber den
bekannten Ausführungen von gleich tangential gerichteter Anordnung des Ein- und
Austritts bei horizontaler Apparateachse weist diese gleiche Anordnung bei vertikaler
Apparateachse den wesentlichen Vorteil auf, daß hierbei die schweren Bestandteile
stetig nach außen streben und hier in vertikal angeordnete Sammelräume- vermöge
ihrer Schwere frei in einen Staubsack absinken können, während bei den Apparaten
mit horizontaler Achse das Gewicht der Massenteilchen, je nachdem sie sich über
oder unter der Achse befinden, der Schleuderwirkung entgegen oder in gleichem Sinne
wirkt, wodurch eine die Ausscheidewirkung ungünstig beeinflussende Unstetigkeit
der Wege der Massenteilchen bewirkt wird.
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Auch kann ein einfaches Absinken der ausgeschiedenen Massenteilchen
durch vertikale Sammelräume infolge der Schwere nicht erfolgen.
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Die Anordnung eines hohlzylindrischen Staubsammelraumes konzentrisch
um den zylindrischen Abscheideraum hat gegenüber den bekannt gewordenen achsial
verlaufenden Sammelkanälen am Umfang den Vorteil, daß hier die Massenteilchen nicht
gegen die radial verlaufenden Kanalwände anprallen - wodurch einer stetigen Ausscheidung
infolge Wirbelbildung entgegengewirkt wird sondern es behalten in diesem Falle die
Staubteilchen auch im Bereiche des hohlzylindrischen Sammelraumes in mehr oder minder
hohem Maße die kreisende Bewegung bei.
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Eine wirbelnde Rückwanderung der Teilchen nach dem Abscheideraum ist
also ausgeschlossen,
vielmehr sinken diese frei und ungehemmt kreisend
nach dem Staubsack ab.
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Die Energie- und mithin Druckverluste werden also in dieser Hinsicht
auf einen denkbar kleinen Wert herabgemindert. Hohlz-lindrische Sammelräume um rotierende
Staubabscheider sind zwar bekannt geworden, doch handelt es sich hierbei um naturnotwendige
Zwischenräume zwischen einer mechanisch angetriebenen rotierenden Schleudervorrichtung
und den achsial verlaufenden Ableitungskanälen. Diese Vorrichtungen haben also mit
vorliegendem, rein statisch wirkenden Apparat nichts zu tun.
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In Fig. 1 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel dieser Erfindung
in zwei Ansichten dargestellt. Es bedeuten: a den zylindrischen Scheideapparat,
b bzw. c den tangentialen Ein- bzw. Austritt; d ist ein diesen Apparat konzentrisch
umgebender Mantel; e sind Schlitze im inneren Mantel, durch welche der innere Apparateraum
mit dem durch die beiden Mäntel gebildeten Zwischenraum verbunden ist; t ist ein
in der Mitte des Apparates angeordnetes Fallrohr, welches gleichzeitig mit Schlitzen
g versehen ist; 1z ist ein Staubsack, in welchem sich der ausgeschiedene Staub absetzt.
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Die Wirkungsweise dieses Apparates ist nun folgende: Der Gas- bzw.
Flüssigkeitsstrom tritt durch b tangential in den Apparateraum ein, passiert diesen
in schraubenför-- mig kreisender, aufsteigender Richtung und verläßt ihn in der
gleichen kreisenden Richtung tangential im oberen Teil des Apparates.
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Da a die kreisende Gas- bzw. Flüssigkeitssäule in dem Apparat keinerlei
Hemmungen oder Richtungswechsel erleidet, so bleibt die kreisende Geschwindigkeit
voll erhalten; im Strom enthaltene schwere Beimengungen werden infolge der Zentrifugalkraft
hierbei gegen die Peripherie geschleudert und gelangen durch die Schlitze in den
Zwischenraum zwischen den beiden Apparatemänteln, wodurch sie jeder weiteren Einwirkung
der kreisenden aufsteigenden Säule entzogen werden. Ein wirbelndes Mitreißen dieser
Beimengungen durch den kreisenden Strom, wie bei den bekannten Ausführungen dieser
Art möglich, ist hier also ausgeschlossen. Die in den Zwischenraum gelangenden Teile
machen zunächst die kreisende Bewegung in abgeschwächter Form noch zum Teil mit
und sinken vermöge ihrer Schwere, quer zur kreisenden Bewegungsrichtung, nach dem
Staubsack h ab.
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Statt der in Fig. I dargestellten Schlitze e innen natürlich auch
andere Öffnungen, z. B. ringförmige Schlitze usw., angeordnet werden. In Fig. Ia
ist z. B. der ganze, im Bereiche der dargestellten Schlitze befindliche -M-anfelteil
fortgelassen, wodurch die Bewegungswiderstände innerhalb des Apparates infolge Fortfall
der Reibung des kreisenden Gasstromes an den inneren Mantelteilen eine weitere wesentliche
Herabminderung erfahren. Die Wirkungsweise an sich wird durch diese Maßnahme nicht
berührt, da man sich die erwähnten Verbifldungsöffnungen derart vergrößert denken
kann, daß sie eben den ganzen in Frage kommenden Mantelteil umfassen. Das gleiche
gilt auch in bezug auf das innere Fallrohr, was bedeuten würde, daß dieses ganz
oder teilweise in Fortfall kommen kann. Nach Fig. Ia wird gewissermaßen der aufsteigende
zentrale gereinigte Gasstrom durch die untere Kante des oberen Zwischenmantelteiles
aus dem Gesamtstrom herausgeschnitten, während die ausgeschiedenen Massenteilchen
abgetrennt und an einer weiterpen aufsteigenden Bewegung verhindert werden.
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Außer der durch Massenwirkung der Beimengungen bedingten Ausschleuderung
aus dem kreisenden Strom findet ein Bestreben zur Ausscheidung auch infolge der
räumlichen Ausdehnung körperlicher Beimengungen aus dem Hauptstrom nach der Mitte
zu statt, wie das bei vielen Naturerscheinungen (Staub, Laub usw. bei Wirbelwind,
Treibholz usw. bei an Meeresströmungen oder sonstigen strömenden Gewässern liegenden
Buchten) leicht zu beobachten ist. Dieses ist offenbar so zu erklären, daß bei parallel
verlaufenden, benachbarten Stromfäden ungleicher Geschwindigkeiten räumlich ausgedehnte
starre Körper mehrere solcher Stromfäden schneiden, und hierbei von denen größerer
Geschwindigkeit in Richtung nach denen geringerer abgedrängt werden. Denn da die
auf den Körper ausgeübten dynamischen Flüssigkeitsdrücke mit dem Quadrat der Geschwindigkeit
wachsen, so wird der Körper offenbar nicht nur durch die ungleichen Geschwindigkeiten
in eine drehende, sondern auch in eine in Richtung zu den Stromfäden geringerer
Geschwindigkeit fortschreitende Bewegung versetzt. In dem trommelartigen Gehäuse
wird nun, wenn ursprünglich die kreisende Bewegung eine konstante Winkelgeschwindigkeit
aufweist, diese in der Mitte infolge Reibung usw. schneller aufgezehrt, da die kinetische
Energie der einzelnen Gas-bzw. Flüssigkeitsteilchen mit dem Quadrat der Geschwindigkeit,
also auch dem Quadrat des Abstandes von der Mitte, wächst. Infolge dieser nachschleppenden
Bewegung auf Grund obiger Ausführungen findet mithin eine Abwanderung der räumlich
ausgedehnten Beimengungen nach der Mitte hin statt, sofern sie nicht durch Massenwirkung
nach außen geschleudert werden. Dieses wird bei gegebenen Bahn- und Geschwindigkeitsverhältnissen
tinterhalb
einer bestimmten Staubkorngröße stattfinden, da die Schleuderwirkung mit der Masse,
also der dritten Potenz der linearen Ausdehnung wächst, die zentripetale Wirkung
dagegen mit der Oberfläche, also nur der zweiten Potenz der linearen Ausdehnung.
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Auf diesem Umstand beruht offenbar auch die Tatsache, daß es bisher
mit den bekannten Mitteln nicht möglich war, feinere Staubteilchen durch Schleuderwirkung
aus Gas oder einem Flüssigkeitsstrom auszuscheiden. Um diese mechanischen, massearmen
Beimengungen von der Mitte abzuführen, ist in der Mitte ein Fallrohr mit Längsschlitzen
angeordnet, durch welch ietztere diese Beimengungen in das Fallrohr gelangen und
so gleichfalls der weiteren Einwirkung des kreisenden Stromes entzogen werden. Natürlich
kann auch, ähnlich der Fig. Ia in bezug auf den Zwischenmantel das Fallrohr ganz
fortfallen oder mit andersartigen Öffnungen versehen werden. Die durch Schleuderwirkung
und »Wirbelwirkung« ausgeschiedenen Beimengungen werden, wie aus der Zeichnung ersichtlich,
in dem unteren Teil h des Apparates gesammelt.
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Der beschriebene Apparat eignet sich für die verschiedensten Zwecke:
als Dampfentwässerer, Teerausscheider, Staubreiniger, Windseparator usw.
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In den Fig. x und ia sind nur zwei spezielle Ausführungsformen dieser
Erfindung dargestellt, und die Ausführung kann natürlich in den verschiedensten
Formen erfolgen, doch handelt es sich hierbei nur um eine reine Konstruktionssache,
und wird das Prinzip an sich davon nicht berührt.