DE3604450C1 - Co-current air classifier - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mitstrom-Windsichter zur trockenen Auftrennung von staubförmigen Stoffen mit Partikeln unterschiedlicher Korngrößen, mit einem zen­ tral in einem zylindrischen Sichtergehäuse angeordneten Rotor mit vertikaler Rotationsachse zur Erzeugung einer Rotation der Luft im Sichter, wobei der Rotor an seinem unteren Ende gelagert und angetrieben ist und wenigstens zwei axial verlaufende, von seiner Welle radial abstehende Flügel mit nach oben hin abnehmender Radialerstreckung aufweist, ferner mit einer Eingabe­ vorrichtung für das aufzutrennende Stoffgut, welches hiermit in einen von einem Gebläse erzeugten Prozeßluft­ strom eingegeben wird, mit einer zentralen Einlaßöffnung im oberen Teil des Sichtergehäuses für den Luft-Stoff- Strom, mit mehreren Auffangebereichen für Stoffpartikel der verschiedenen Korngrößen und mit Auslaßöffnungen für die aufgefangenen Stoffpartikel.

Ein Mitstrom-Windsichter der genannten Art ist aus einem früheren Vorschlag des einen der beiden Anmelder (Pa­ tentanmeldung P 35 27 179.5) bekannt. Bei dem dort als Teil einer Vorrichtung be­ schriebenen Windsichter hat sich als Nachteil heraus­ gestellt, daß die Fertigung des Windsichters sehr auf­ wendig ist. Dies beruht darauf, daß die Geometrie des Windsichters relativ kompliziert ist, da diese etwa die Grundform eines taillierten Hohlzylinders hat, auf des­ sen Innenseite zusätzlich konkav nach außen ausgeformte, umlaufende ringförmige Auffangbereiche für die abge­ trennten Stoffpartikel angeordnet sind. Um die aufge­ fangenen Partikel aus dem Windsichter, genauer von den Auffangbereichen abzutransportieren, sind zudem noch mechanisch aufwendige und verschleißanfällige Kratz­ förderer erforderlich.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Mitstrom-Wind­ sichter der eingangs genannten Art zu schaffen, der die aufgeführten Nachteile vermeidet und der insbesondere eine einfachere Geometrie aufweist und damit mit weniger Aufwand fertigbar ist und der einen einfacheren, stö­ rungsunanfälligen Abtransport der aufgefangenen Partikel gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch einen Mitstrom-Windsichter der eingangs genannten Art, bei welchem die Auffangbereiche die Form von konzen­ trisch um den Rotor verlaufenden, oben offenen Ringspal­ ten haben, aus deren Auslaßöffnungen die aufgefangenen Stoffpartikel zusammen mit Prozeßluft-Teilströmen aus dem Sichter abgezogen werden.

Vorteilhaft sind die Ringspalten durch konzentrisch um den Rotor angeordnete Hohlzylinder unterschiedlichen Durchmessers gebildet, die entweder auf dem Sichterboden angeordnet sind oder über Stützringe abgestützt sind, wobei die Stützringe kreisringförmig oder kegelstumpf­ mantelförmig ausgebildet und jeweils an der Innenseite der umlaufenden Seitenwandung des Sichtergehäuses be­ festigt sind.

Die Ausgestaltung der Auffangbereiche als Ringspalte stellt eine geometrisch sehr einfache Form dar, die ohne großen Aufwand, insbesondere in den erwähnten bevorzug­ ten Ausführungen mit im Inneren des Sichtergehäuses angeordneten Hohlzylindern, herstellbar ist. Gleichzei­ tig wird mit dem erfindungsgemäßen Windsichter trotz des überraschend einfachen Aufbaues eine wirkungsvolle und durchsatzstarke Auftrennung von staubförmigen Stoffen in mehrere Korngrößen-Fraktionen erreicht, was darauf be­ ruht, daß die jeweiligen Auffangbereiche, d. h. die Ringspalte, relativ großflächig bzw. großvolumig ausge­ führt werden können. Die Auftrennung der Partikel er­ folgt in dem durch den Rotor in Rotation versetzten Luftstrom im oberen Teil des Windsichters dadurch, daß infolge der Rotation der Partikel nach ihrem Eintreten in das Innere des Windsichter auf unterschiedliche Spi­ ralbahnen gelenkt werden. Diese Spiralbahnen weisen unterschiedliche Radien auf, wobei sich die feineren Partikel in der Nähe der Rotationsachse des Luftstromes bewegen, während die gröberen Partikel weiter nach außen getragen werden. Dementsprechend werden die feinsten Partikel im rotornächsten Ringspalt und die zunehmend gröberen Partikel in den nach außen folgenden Ringspal­ ten aufgefangen.

In einer bevorzugten Ausführung des Windsichters ist vorgesehen, daß die Höhe der konzentrischen Hohlzylinder von außen nach innen abgestuft abnimmt. Hierdurch werden mehrere Vorteile erreicht: Zunächst können die die Ring­ spalte bildenden Hohlzylinder äquidistant angeordnet sein, so daß sich für alle Fraktionen etwa gleichweite Ringspalte ergeben. Der in einem Ringspalt sich einfin­ dende Korngrößenbereich kann dann z. B. durch die Wahl der Höhe der beiden den Ringspalt begrenzenden Hohl­ zylinder eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil ist der, daß insbesondere die feineren Partikel über einen längeren Zeitraum in dem rotierenden Luftstrom verblei­ ben, was zu einer gründlichen Auftrennung beiträgt. Ein dritter Vorteil ist schließlich, daß die bereits in den Spalträumen befindlichen Partikel noch in Bewegung ge­ halten werden, was für deren später noch zu beschrei­ benden Abtransport aus den Spalträumen vorteilhaft ist.

Der Abtransport der aufgetrennten Partikel erfolgt vor­ teilhaft durch Auslaßöffnungen, die je nach Ausführung des Sichters zwischen den konzentrischen Hohlzylindern im Sichterboden oder zwischen den Stützringen in der umlaufenden Seitenwandung des Sichtergehäuses angeordnet und jeweils von einem Prozeßluft-Teilstrom durchströmt sind. Eine mechanische Fördervorrichtung mit ihrem hohen technischen Aufwand und ihrer Verschleißanfälligkeit erübrigt sich damit, denn der Abtransport erfolgt durch das Zusammenwirken der in den Ringspalten noch vorhande­ nen rotierenden Luftbewegungen und der Bewegung der durch die Auslaßöffnungen strömenden Prozeßluft-Teil­ ströme. Die Zahl, der Durchmesser sowie der Verlauf der Auslaßöffnungen ist variabel und richtet sich u. a. nach dem Durchsatz, nach den zu transportierenden Korngrößen und nach der Strömungsgeschwindigkeit der Luft in den Ringspalten und den Auslaßöffnungen.

Zur Anpassung des Windsichters an unterschiedlich zusam­ mengesetzte aufzutrennende staubförmige Stoffe und zur Einstellung gewünschter Korngrößenbereiche als Tren­ nungsergebnis sind vorteilhaft mehrere Parameter ver­ änderbar, wobei aber ein grundlegender oder aufwendiger Umbau des Sichters zu vermeiden ist. Ein erster Parame­ ter ist eine veränderbare Form des Rotors, vorzugsweise durch Veränderung der radialen Erstreckung der Rotor­ flügel. Dies ist durch Austausch des gesamten Rotors oder der Flügel oder auch durch die Verwendung von mit der Rotorwelle gelenkig und damit in ihrer radialen Erstreckung variabel verbundenen Flügeln realisierbar. Ein weiterer Parameter ist die Drehzahl des Rotors, welche zu dem oben genannten Zweck vorteilhaft variabel gehalten ist. Hierzu ist/sind zweckmäßig der/die An­ triebsmotor(en) des Rotors in seiner/ihrer Leistung veränderbar, was z. B. bei Elektromotoren über eine Veränderung der zugeführten Spannung oder andere be­ kannte Regelvorrichtungen erfolgen kann.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung wer­ den im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt im einzelnen

Fig. 1 einen Windsichter gemäß Erfindung mit Neben­ aggregaten in einer ersten Ausführungsform im Vertikalschnitt,

Fig. 2 den Windsichter im Horizontalschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Windsichter in einer zweiten Ausführungs­ form.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, besteht das darge­ stellte Ausführungsbeispiel des Windsichters 1 im we­ sentlichen aus drei Baugruppen, nämlich einem Aufgabe- und Mischteil 2, einem Sichterteil 4 und einem darin angeordneten Rotor 3. Diesen ist eine Gruppe 6 von Staubabscheidern und ein Luftgebläse 7 zugeordnet.

Der Aufgabe- und Mischteil 2 setzt sich zusammen aus einem Behälter 21 für das Aufgabegut, einer Auslaß- und Zuteilungsvorrichtung 22, z. B. eine Zellenradschleuse, und einem Mischrohr 23, in welchem das Aufgabegut mit einem über eine Druckleitung 78 von dem Gebläse 7 kom­ menden Prozeßluftstrom vermischt wird.

Der Sichterteil 4 besitzt ein zylinderförmiges geschlos­ senes Gehäuse, das sich aus einer umlaufenden Seitenwan­ dung 12, einem Sichterboden 5 und einem Sichterdeckel 13 zusammensetzt und einen Innenraum 10 umschließt. Zentral im Innenraum 10 ist der Rotor 3 um eine vertikale Rota­ tionsachse drehbar angeordnet. Konzentrisch um den Rotor 3 herum sind mehrere nach oben offene Hohlzylinder 31 bis 34 mit von außen nach innen abnehmender Höhe auf dem Sichterboden 5 angeordnet. Diese Hohlzylinder 31 bis 34 bilden zusammen mit der umlaufenden Seitenwandung 12 Ringspalte 41 bis 45, die konzentrisch um den Rotor herum verlaufen. Der Rotor selbst besteht aus einer Welle 35, die mit zwei Flügeln 36 versehen ist, welche in Längsrichtung der Welle 35 verlaufen und sich radial nach außen erstrecken. Die radiale Erstreckung nimmt von unten nach oben ab, so daß sich eine nach oben spitz zulaufende Form des Rotors 3 ergibt. Der Antrieb des Rotors 3 erfolgt über einen Motor 30 am unteren Ende der Welle 35.

Der in dem Mischrohr 23 erzeugte Stoff-Luft-Strom ge­ langt durch einen Sichtereinlaß 11 in der Mitte des Sichterdeckels unmittelbar über dem Ende des Rotors 3 in den Innenraum 10 des Sichterteils 4. Dort wird der Stoff-Luft-Strom durch den Rotor 3 in eine rotierende Bewegung versetzt, wodurch es zu einer Auftrennung der aufgegebenen Teilchen nach Korngrößen kommt. Hierbei werden die gröberen Partikel am weitesten nach außen getragen, während die feinsten Partikel sich in Rotor­ nähe mit dem rotierenden Luftstrom nach unten bewegen. Hierdurch kommt es zu einem Auffangen unterschiedlicher Korngrößenfraktionen in den einzelnen Ringspalten 41 bis 45. Zum Abtransport der aufgefangenen Partikel weist der Sichterboden 5 eine Anzahl von den Ringspalten 41 bis 45 zugeordneten Öffnungen 51 bis 55 auf.

An die Auslaßöffnungen 51 bis 55 schließen sich Auslaß­ rohre 51′ bis 55′ an, von denen in der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nur einige dargestellt sind. Durch diese Auslaßrohre 51′ bis 55′ gelangen die Parti­ kel einer Korngrößenfraktion zusammen mit einem Pro­ zeßluft-Teilstrom zu je einem Staubabscheider 61 bis 65 der Staubabscheidergruppe 6. In den Staubabscheidern 61 bis 65, die in der Figur nur schematisch angedeutet sind, werden die Partikel von dem sie bis dorthin be­ fördernden Prozeßluft-Teilstrom getrennt und abgelagert. Von dort können die Partikel z. B. mittels geeigneter Fördermittel in getrennte Silos oder andere geeignete Behälter eingeführt werden.

Die aus den Staubscheidern 61 bis 65 austretende, nun weitgehend staubfreie Luft der Prozeßluft-Teilströme wird über jeweils eine Luftauslaßleitung 71 bis 75 zu einer Luftsammelleitung 76 geführt, von wo aus die nun wiederum zu einem gemeinsamen Prozeßluftstrom vereinig­ ten Prozeßluft-Teilströme über eine Luftrückführleitung 77 dem Gebläse 7 zugeführt werden. Von dort gelangt die Luft, wie bereits eingangs beschrieben, über die Druck­ leitung 78 wieder zum Mischrohr 23. Die gesamte Prozeß­ luft durchströmt damit den Windsichter 1 in einem völlig geschlossenen Kreislauf.

Anstelle eines einzelnen Gebläses 7 können je nach er­ forderlicher Durchsatzmenge und nach Leistungsfähigkeit eines Einzelgebläses auch mehrere solcher Gebläse vor­ handen sein. Ebenso ist die Zahl der Ringspalte und damit die Zahl der auftrennbaren Korngrößenfraktionen nicht auf fünf, wie im Beispiel dargelegt, beschränkt, sondern kann ebensogut größer oder kleiner sein. Ent­ spechendes gilt für die Staubabscheider. Hier können je nach Stoffdurchsatz des Windsichters auch mehrere Staub­ abscheider pro Korngrößenfraktion Verwendung finden.

Aus dem in Fig. 2 dargestellten Querschnitt durch den Sichterteil 4 entlang der Linie II-II in Fig. 1 wird die Anordnung der Ringspalte 41 bis 45 besonders deut­ lich. Die Ringspalte 41 bis 45 werden durch die umlau­ fende Seitenwandung 12 sowie durch die Hohlzylinder 31 bis 34, die sämtlich konzentrisch um die Rotationsachse des Rotors 3 angeordnet sind, gebildet. Auch der Aufbau des Rotors mit seiner Welle 35 und den daran angesetz­ ten, sich radial nach außen erstreckenden Flügeln 36 wird im Querschnitt besonders deutlich. Schließlich ist aus dem Querschnitt des Windsichters 1 in Fig. 2 noch die Anordnung der Auslaßöffnungen 51 bis 55 in den Ringspalten 41 bis 45 ersichtlich. Außer der beispiel­ haft dargestellten Anordnung der Auslaßöffnungen 51 bis 55 sind natürlich auch andere Anordnungen denkbar.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist bei der zweiten Ausführungsform des Windsichters 1 zur Vereinfachung der Darstellung lediglich der Sichterteil 4 dargestellt. Der übrige Teil des Windsichters, nämlich der Aufgabe- und Mischteil 2 sowie die Staubabscheidergruppe 6 und das Gebläse 7 mit den zugehörigen Leitungen 76 und 78 ent­ sprechen denen der ersten Ausführung und sind daher für das Verständnis der Fig. 3 nicht erforderlich.

Der Unterschied der zweiten Ausführungsform des Windsichters 1 gegenüber der ersten Ausführung besteht in der Abstüt­ zung der Hohlzylinder 31 bis 34 im Innenraum 10 des Sichterteils 4. In der dargestellten zweiten Ausführung sind die Hohlzylinder 31 bis 34 nicht auf dem Sichterbo­ den 5 abgestützt, sondern jeweils über kegelstumpfman­ telförmige Stützringe 31′-34′ jeweils an der Innen­ seite der umlaufenden Seitenwandung 12 des Sichterge­ häuses abgestützt. Die Stützringe 31′ bis 34′ sind dabei in einem ausreichend großen Abstand übereinander an der Wandung 12 angeordnet, so daß ausreichend Raum für die Anordnung der Auslaßöffnungen 51 bis 55 in der umlaufen­ den Seitenwandung 12 zwischen diesen Stützringen 31′ bis 34′ verbleibt. Dabei können die Stützringe 31′ bis 34′ soweit voneinander entfernt angeordnet sein, daß die Auslaßöffnungen einen großen Querschnitt aufweisen können, was für eine störungsfreie und verschleißarme Entnahme der aufgefangenen Partikel besonders vorteil­ haft ist. Die äußeren Ränder der Stützringe 31′-34′ können dabei auf unterschiedliche Art und Weise mit der Seitenwandung 12 verbunden sein, wie z. B. durch Ver­ schraubung oder Verschweißung. Auch besteht die Mög­ lichkeit, die Innenseite der Wandung 12 mit je einem nach innen vorspringenden Auflagerrand oder -ring 38 für jeden Stützring zu versehen.

Die Auftrennung und Ablagerung der aufgegebenen Partikel erfolgt in der gleichen Art und Weise wie bei dem Wind­ sichter gemäß der ersten Ausführungsform. Der Abtrans­ port der Partikel erfolgt allerdings nicht durch den Sichterboden 5, sondern über die Stützringe 31′ bis 34′ seitwärts durch die umlaufende Seitenwandung 12 nach außen. Von dort gelangen die Partikel nach Kornfraktio­ nen getrennt wie bereits beschrieben durch Auslaßrohre 51′ bis 55′ zu den nachfolgenden, in der Fig. 3 nicht dargestellten, Staubabscheidern.

Claims (9)

1. Mitstrom-Windsichter zur trockenen Auftrennung von staubförmigen Stoffen mit Partikeln unterschiedlicher Korngrößen, mit einem zentral in einem zylindrischen Sichtergehäuse angeordneten Rotor mit vertikaler Rotationsachse zur Erzeugung einer Rotation der Luft im Sichter, wobei der Rotor an seinem unteren Ende gelagert und angetrieben ist und wenig­ stens zwei axial verlaufende, von seiner Welle radial abstehende Flügel mit nach oben hin abnehmender Ra­ dialerstreckung aufweist, ferner mit einer Eingabe­ vorrichtung für das aufzutrennende Stoffgut, welches hiermit in einen von einem Gebläse erzeugten Prozeßluftstrom eingegeben wird, mit einer zentralen Einlaßöffnung im oberen Teil des Sichtergehäuses für den Luft-Stoff-Strom, mit mehreren Auffangbereichen für Stoffpartikel der verschiedenen Korngrößen und mit Auslaßöffnungen für die aufgefangenen Stoffparti­ kel, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangbereiche die Form von konzentrisch um den Rotor (3) verlaufenden, oben offenen Ringspalten (41-45) haben, aus deren Auslaßöffnungen (51-55) die aufgefangenen Stoffpar­ tikel zusammen mit Prozeßluft-Teilströmen aus dem Sichter abgezogen werden.

2. Windsichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspalten (41-45) durch konzentrisch um den Rotor (3) auf dem Sichterboden (5) angeordnete Hohlzylinder (12, 31-34) unterschiedlichen Durch­ messers gebildet sind.

3. Windsichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspalten (41-45) durch konzentrisch um den Rotor (3) angeordnete, über Stützringe (31′- 34′) abgestützte Hohlzylinder (31-34) gebildet sind, welche Stützringe kreisringförmig oder kegel­ stumpfmantelförmig ausgebildet und jeweils an der Innenseite der umlaufenden Seitenwandung (12) des Sichtergehäuses befestigt sind.

4. Windsichter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der konzentrischen Hohl­ zylinder (12, 31-34) von außen nach innen abgestuft abnimmt.

5. Windsichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auslaßöffnungen (51-55) zwischen den konzentrischen Hohlzylindern (12, 31-34) im Sichterboden (5) angeordnet und jeweils von einem Prozeßluft-Teilstrom durchströmt sind.

6. Windsichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (51-55) zwischen den Stütz­ ringen (31′-34′) in der umlaufenden Seitenwandung (12) des Sichtergehäuses angeordnet und jeweils von einem Prozeßluft-Teilstrom durchströmt sind.

7. Windsichter nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung der Rotorflügel ( 36) veränderbar ist.

8. Windsichter nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) austauschbar ist.

9. Windsichter nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Rotors (3) variabel ist.