DE3901859A1 - Stabilisierte drallstroemung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine vorzugsweise über einer ebenen Zu­ strömfläche verlaufende Absaugeströmung zum Erfassen von Ver­ unreinigungen, insbesondere von Rauchen oder Nebeln erzeugen­ de Vorrichtung, wobei die Absaugeströmung zumindest im Bereich der Zuströmfläche parallel zu dieser verläuft.

Zum Absaugen von, im gewerblichen oder industriellen Bereich, anfallenden Luftverunreinigungen wird zum Schutz der Beschäf­ tigten am Arbeitsplatz die beim Arbeitsprozeß verunreinigte Luft abgesaugt. Diese Absaugung ist dabei auf den Arbeitspro­ zeß auszurichten, so daß die zur Absaugung eingesetzten Absau­ gehauben die freigesetzten Luftverunreinigungen möglichst voll­ ständig erfassen. Im allgemeinen strömt die Luft mit der not­ wendigen Erfassungsgeschwindigkeit in die Haube ein, was bei großflächigen Absaugestationen zu erheblichen Luftströmen führt. Diese Luftströme müssen, um den Auflagen zur Reinhal­ tung der Luft nachzukommen, in nachgeschalteten Abscheidern gereinigt werden. Investitionskosten und Betrieb derartiger Abscheider steigen mit der Größe der Luftströme, so daß ins­ besondere großflächige Absaugehauben wegen der nachgeschalte­ ten Abscheider erheblichen Folgekosten bedingen. Haubenausbil­ dungen, bei denen zur Verringerung des abgesaugten Luftstromes lediglich im Randbereich abgesaugt wird, können zwar mit einem geringeren Luftstrom betrieben werden, ihre Erfassung leidet jedoch insbesondere dann, wenn die Luftverunreinigungen stoß­ weise anfallen oder wenn sie mit hoher kinetischer Anfangs­ energie freigesetzt werden.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Absaugehaube sowie ein Verfahren zu ihrem Betrieb anzu­ geben, bei der eine großflächige Eintrittsöffnung das sichere Erfassen der freigesetzten Verunreinigungen gewährleistet, der abgesaugte Luftstrom jedoch verringert werden kann. Darüber hinaus soll die Haube einfach und wirtschaftlich herstellbar, leicht zu warten und betriebssicher aufgebaut sein.

Die Lösung dieser Aufgabe beschreibt das Kennzeichen des Haupt­ anspruchs; vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausfüh­ rungsformen beschreiben die Unteransprüche 2 bis 6. Ein für den Betrieb der Haube wesentliches Verfahren wird im Kenn­ zeichen des Unteranspruchs 7 beschrieben, dessen vorteilhafte Weiterbildungen in den Ansprüchen 8 bis 10 angegeben werden.

Durch die zwischen beiden Endflächen sich erstreckende Haube wird ein Absaugebereich gegeben, dessen Breite von der Entfer­ nung beider Endflächen gegeben ist. Die Einströmöffnung, die sich ebenfalls über die gesamte Breite der Haube erstreckt, kann in ihrer Höhe beliebig gestaltet werden. Wesentlich da­ bei ist, das beide Endflächen durch einen, das Gehäuse der Hau­ be vervollständigenden Teilmantel verbunden sind, wobei die Einströmöffnung in ihrer Höhe kleiner ist als der Durchmesser dieses Mantels. Die Querschnittsform des vom Teilmantel um­ schlossenen Volumens entspricht vorzugsweise einer zylindri­ schen Grundform, jedoch sind von mehreckigen Säulen abgeleitete andere Querschnittsformen ebenfalls möglich. Durch die in min­ destens einer der Endflächen der Haube gelegene Strömungssenke bildet sich infolge geringer Unsymmetrie der Zuströmung eine Drallströmung aus, die den Gesetzen der Potentialströmung ge­ horchend, eine gegenüber der Eintrittsgeschwindigkeit der ange­ saugten Luft relativ hohe Umfangsgeschwindigkeit aufweist. Der mit der hohen Umfangsgeschwindigkeit unmittelbar verbundene dy­ namische Druck läßt wegen der Konstanz des Gesamtdruckes den statischen Druck im Bereich der Einströmöffnung absinken, so daß der gewünschte Effekt des Absaugens und Erfassens der im Bereich der Einströmöffnung freigesetzten Verunreinigungen ge­ währleistet ist. Bei der einseitigen Anordnung der Strömungs­ senke in einer der Endflächen wirkt die gegenüberliegende End­ fläche als "Spiegel", an dem im Sinne der Potentialtheorie die Strömungssenke "gespiegelt" wird, so daß - zumindest für kleine­ re Hauben-Breiten der Effekt auch dann erreicht wird, wenn nur eine Strömungssenke in einer der Endflächen vorgesehen ist. Durch eine Einengung der Drallströmung im Bereich ihres Austrit­ tes in die Einströmöffnung wird die Unsymmetrie der Zuströmung vergrößert und die Ausbildung der Drallströmung begünstigt. Als vorteilhaft hat sich eine Verkleinerung des der Drallströmung zur Verfügung stehenden Radius um etwa 25% erwiesen. Dies kann durch eine einfache, in Richtung der Einströmöffnung ver­ laufende Blende geschehen. Eine andere Möglichkeit ergibt sich dadurch, daß anstelle dieser Blende der die Einströmöffnung be­ grenzende Rand des Teilmantels mit vermehrten und/oder verstärk­ ten Kantungen oder mit zunehmender Krümmung in den Drallströ­ mungsbereich hineingeführt ist und so die Strömungseinengung bewirkt.

Die Strömungssenke ist zweckmäßigerweise als übliche, mit Run­ dungen versehene Einlaufdüsen ausgebildet, deren Anschlußstut­ zen mit den Absaugleitungen oder Absaugrohren verbunden sind. Es versteht sich dabei von selbst, daß es für die Funktion der Absaugehaube unwesentlich ist, ob diese an starre Absaugerohre oder an flexible Absaugeleitungen angeschlossen sind. Die sich in der Haube ausbildende Drallströmung entspricht in ihrem We­ sen der Drallströmung in einem Zyklon. Dabei werden, genau wie im Zyklon, massereiche Luftverunreinigungen, die von der Ab­ saugeströmung erfaßt und in die Haube transportiert werden, nach außen in wandnahe Strömungsbereiche gedrängt. Entsprechend angeordnete Staubbunker gestatten eine Abscheidung zumindest grober Verunreinigungen. Diese Abscheidung kann verbessert wer­ den, wenn die Staubbunker selbst unter Unterdruck gesetzt wer­ den, wozu im allgemeinen ein Anschluß der Staubbunker an die Absaugeleitungen ausreicht. Vorteilhaft kann es auch sein, die angeströmte Kante der Staubbunker mit einer Art "Schälblech" zu versehen, um eine Trennung der Strömungsbereiche herbeizu­ führen.

Zur Erzeugung einer wirksamen Absaugeströmung sind die einander gegen­ überliegend angeordneten, zueinander koaxialen Strömungssen­ ken bedeutsam. Dabei kommt es vornehmlich auf die Einströmge­ schwindigkeit der Luft in die Strömungssenken an, wobei der in die Strömungssenken übertretende Luftstrom aus Kontinuitäts­ gründen dem Luftstrom entsprechen muß, der durch die Einström­ öffnung in die Haube eintritt. Da die Eintrittsgeschwindigkeit in die Haube wegen der überlagerten hohen Drallgeschwindig­ keit (relativ) klein gehalten werden kann und da weiter die Eintrittsgeschwindigkeit der Luft in die Senken wesentlich größer gehalten werden kann, ergibt sich, daß die Summe der Querschnitte der Strömungssenken multipliziert mit einem Fak­ tor, der sich aus der Überhöhung der Geschwindigkeit der Luft ergibt, der Fläche der Einströmöffnung entspricht. Bei einer Eintrittsgeschwindigkeit der Luft in die Einströmöffnung von 2 m/s und einer Absaugefläche von 1 Quadratmeter ergibt sich so ein Volumenstrom von 2 m³/s. Wird von gleichgroßen Senken- Querschnitten entsprechend einem Durchmesser von 0,17 Meter ausgegangen, ergibt sich eine "Geschwindigkeitsüberhöhung" von etwa 10, die Eintrittsgeschwindigkeit in die Strömungssen­ ken beträgt dann 20 m/s. Die Drallströmung bildet sich störungs­ frei und sicher aus, wenn die teil-zylinderförmige Gehäusewand der Absaugehaube die Strömung mindestens über 270° führt. Wird darüber hinaus die Strömung im Bereich der der Zuströmfläche gegenüberliegenden Kante eingeengt (d.h. ihre Geschwindigkeit vergrößert), erhöht sich die Stabilität weiter. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Einengung durch eine gerade oder eine strömungsgerecht gerundete Blende derart erfolgt, daß der Ra­ dius der Strömung um etwa 25% verringert wird. Durch diese Blende wird auch eine "Vorausrichtung" der der Eintrittsöff­ nung, von der der Einströmfläche abgewandten Seite zuströmen­ den Luft erreicht, so daß auch von dieser Seite die Ausbil­ dung und die Stabilität der Drallströmung begünstigt wird.

Um einen Luftstau in dem/den angeschlossenen Staubbunker/-n zu vermeiden, ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn zusätz­ lich zur Entnahme von Luft aus der Drallströmung über die Strö­ mungssenken, Luft aus der Drallströmung über die Staubbunker abgeführt wird. Diese aus den wandnahmen Strömungsbereichen ab­ geführte Luft liegt vorteilhaft bei 10% des Absauge-Luftstro­ mes bzw. des von den Strömungssenken abgeführten Luftstromes.

Das Wesen der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 näher beschrieben. Dabei zeigen

- Fig. 1 einen Schnitt durch eine Absauge-Anlage (mit auf der Zuströmfläche angeordneten Schleiftisch mit Schleifmaschine)

- Fig. 2 eine Frontansicht der Absaugevorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung zur Er­ zeugung einer Absaugströmung entsprechend der Schnittlinie I-I Fig. 2, wobei die Zuströmfläche 1 von einer Arbeitsplatt­ form gebildet ist, deren hinteres Ende in die Vorrichtung 10 übergeht. Es versteht sich von selbst, daß die Arbeitsbühne auch ein Boden sein kann, wobei für eventuell vorhandene Staub­ bunker 17 entsprechende Gruben vorgesehen sind. Auf der als Zuströmfläche 1 ausgebildeten Arbeitsbühne steht ein Werkstück 2, das mit einem Werkzeug - hier als Winkelschleifer 3 darge­ stellt, bearbeitet wird. Die beim Bearbeiten freigesetzten Ver­ unreinigungen 4 werden - bei dem dargestellten Beispiel des Putzens mit einem Winkelschleifer mit hoher kinetischer Ener­ gie - von der Absaugströmung erfaßt und durch die Einströmöff­ nung 11 in die Vorrichtung 10 eingesaugt. Dabei kommt es nicht auf die dargestellte Lage der Absaugöffnung an, wäre beispiels­ weise ein Bad Quelle der Verunreinigungen und würde darüber hinaus thermischer Auftrieb eine Rolle spielen, müßte die Geo­ metrie der Anordnung dem angepaßt werden, etwa dadurch, daß die Vorrichtung 10 oberhalb des Bades angeordnet ist mit einer Vertikalwand zwischen der Rückseite des Bades und der Eintritts­ kante in die Vorrichtung 10 als Strömungsleitfläche. Eine an­ dere, ebenfalls aus der Absaugetechnik bekannte Möglichkeit wäre das Einbringen zusätzlicher kinetischer Energie in die von Bad freigesetzten Rauche oder Nebel, durch einen der Ein­ strömöffnung 11 gegenüber angeordneten Blasstrahl mit einem über die gesamte Breite L der Einströmöffnung 11 reichenden ebenen Strahl, bei dem die Größe des ausgeblasenen Luftstromes ein Bruchteil (1/10 . . .1/4) des mit Hilfe der Vorrichtung 10 abgesaugten Luftstromes ist.

Die Vorrichtung 10 selbst besteht aus zwei einander gegenüber­ liegenden Endflächen 12 mit im wesentlichen kreisförmiger Form, wobei im Mittelpunkt des Kreises die Strömungssenken in Form von Einlaufdüsen 15 mit daran angeschlossenen Absaugerohren bzw. Absaugeleitungen 16 ausgebildet sind. Zwischen diesen bei­ den Endflächen 12 erstreckt sich eine das Haubenvolumen be­ grenzende Mantelfläche 13 mit einer im wesentlichen zylindri­ schen Grundform, wobei die Mittelachse des Zylinders mit den Achsen der Strömungssenken zusammenfallen. Stirnflächen 12 und Gehäusemantel 13 bilden somit eine Haube in Form eines Teil-Zy­ linders, deren offene Vorderfläche die Einströmöffnung 11 bil­ det. Durch diese Form ist bereits die Anregung zu einer Drall­ strömung gegeben, da die mit den Strömungssenken achsial abge­ saugte Luft im wesentlichen über die Zuströmfläche 1 nachströmt und so mit einer in oder parallel zur Tangente eines von der Haube teilweise umschlossenen Innenzylinders in die Haube ein­ tritt; diese Vorzugsrichtung führt zur Ausbildung der gewünsch­ ten Drallströmung im Strömungsbereich dieses Innenzylinders.

Die Stabilität der Drallströmung kann verbessert werden, wenn die der Zuströmfläche 1 gegenüber liegende Kante 13.1 des teil­ zylindrischen Mantels 13 mit einer Blende 14 versehen ist, die den der Drallströmung zur Verfügung stehenden Radius einengt. Diese Blende kann in einfacher Weise als gerade, der Schnitt­ sehne folgende Blende ausgebildet sein, deren Unterkante 14.1 eine Entfernung von der Mittelachse des Zylinders aufweist, die etwa 25% geringer ist als der Zylinderradius selbst. Die Blende kann aber auch die Krümmung des Zylindermantels mit sich verkleinerndem Krümmungsradius fortsetzen, an das freie Ende des Zylindermantels 13 des Gehäuses der Vorrichtung 10 angeformt sein.

Da die Drallströmung einer Zyklonströmung ähnlich ist, konzen­ trieren sich die aufgefangenen Verunreinigungen im wandnahen Bereich. Beim Absaugen grober Stäube mit hoher Sinkgeschwin­ digkeit (wie im dargestellten Beispiel des Putzens von Werk­ stücken 2 mit einem Winkelschleifer 3) ist es vorteilhaft, die Haube als Vorabscheider auszubilden und sie mit einem Staub­ bunker 17 zu versehen, in den die groben Staubteilchen durch Schwerkraft oder durch Strömung gelangen. Der abgeschiedene Staub kann über eine übliche Schleuse 18 abgezogen werden. Die­ ses Vorabscheiden kann begünstigt werden durch eine (nicht nä­ her dargestellte) Bunkerabsaugung und/oder durch ein "Schäl­ blech", das vom angeströmten Bunkerrand gegen die Strömungs­ richtung weisend den wandnahen Strömungsbereich "abschält" und so die in diesem Strömungsbereich konzentrierten Verunreini­ gungen in den Bunker leitet. Dabei ist die Kombination von Bunker-Absaugung und Schälblech besonders vorteilhaft. Die Fig. 2 zeigt die in der Fig. 1 dargestellte Absaugevor­ richtung 10 in der Frontansicht. Beidseits ist die Vorrichtung durch die Stirnflächen 12 begrenzt, in denen sich die mit Hil­ fe der Einlaufdüsen 15 realisierten Strömungssenken befinden, die über die Absaugeleitungen bzw. Absaugerohre 16 mit dem Ab­ saugesystem verbunden sind. Die beiden stirnseitigen Endflä­ chen 12 sind miteinander durch den das Haubenvolumen umgeben­ den teilzylindrischen Mantel 13 umgeben, der zum einen durch die Einströmöffnung 11 mit seiner Innenseite und im Bereich des oberen Scheitels mit seiner Außenseite erkennbar ist. Der zylindrische Mantel schließt an die Einströmfläche 1 direkt an und er endet gegenüber der Einströmfläche 1 in einer Kante 13.1, an die sich die die Drallströmung einengende Blende 14 an­ schließt.

Entsprechend der Breite L der Vorrichtung 10 zur Erzeugung ei­ ner Absaugeströmung sind zwei Staubbunker 17 angeordnet, je­ der mit einer Abzugsschleuse 18 für den vorabgeschiedenen Grob­ staub. Sind - z. B. bei der Absaugung von Nebeln - Kondensati­ onseffekte im Haubenbereich zu erwarten, versteht es sich von selbst, daß die Bunker als Flüssigkeitsbehälter ausgebildet sind, die - z. B. über Siphon-Verschlüsse - entleert werden können. Die Ausbildung der Staubbunker 17 hängt darüber hinaus von der Rieselfähigkeit des Staubes ab, wobei die Winkel der Bunkerwände von den Schüttwinkel-Gegebenheiten des vorabge­ schiedenen Grobstaubes bestimmt werden.

Es versteht sich von selbst, daß die - im dargestellten Aus­ führungsbeispiel gleichgroß gezeichneten - Querschnitte der Strömungssenken durchaus unterschiedlich sein können. Wesent­ lich jedoch ist, daß die Einströmgeschwindigkeit in die Sen­ ken auf beiden Seiten etwa gleichgroß ist. Das Verhältnis der abgesaugten Volumenströme entspricht dann dem Verhältnis der Flächen der Strömungssenken.

Claims (10)

1. Eine vorzugsweise über einer ebenen Zuströmfläche verlaufen­ de Absaugeströmung zum Erfassen von Verunreinigungen, ins­ besondere von Rauchen oder Nebeln erzeugende Vorrichtung, wobei die Absaugeströmung zumindest im Bereich der Zuström­ fläche parallel zu dieser verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß eine sich über die gesamte Absaugebreite (L) erstrecken­ de Haube (10) vorgesehen ist mit parallel zur Zuströmrich­ tung und zueinander ausgerichteten Endflächen (12), von de­ nen vorzugsweise beide eine an eine Absaugeleitung (16) an­ schließbare, mit ihren Achsen in gleicher Höhe über der Zu­ strömfläche (1) liegende Strömungssenken aufweisen und de­ ren sich zwischen den Endflächen (12) erstreckende Gehäuse­ wand (13) einen Teil eines vorzugsweise zylinderförmigen Mantels bildet, dessen anderer Teil die offene Zuströmöff­ nung (11) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Zuströmfläche (1) abgewandte Rand (13.1) der Gehäu­ sewand (13) mit einer die Zuströmöffnung (11) einengenden Blende (14) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungssenken von üblichen Einlaufdüsen (15) ge­ bildet sind, deren Anschlußstutzen mit den Absaugerohren (16) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gehäusewand (13) an ihrer tiefsten Stelle mindestens einen Staubbunker (17) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubbunker (17) mit einer Abzugsvorrichtung für den abgeschiedenen Staub versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfs-Absaugeleitung an den/die Staubbunker (17) angeschlossen ist, die vorzugsweise über eine Abscheidevor­ richtung geführt mit der Absaugeleitung (16) verbunden ist.

7. Verfahren zum Erzeugen einer Absaugeströmung zum Erfassen von Verunreinigungen, insbesondere von Rauchen oder Nebeln mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die abzusaugende Luft durch eine Zuströmöffnung (11) in die Haube (10) mit einer Geschwin­ digkeit eintritt, die gleich oder größer der Erfassungsge­ schwindigkeit der abzusaugenden Verunreinigungen ist, daß die Eintrittsgeschwindigkeit der abgesaugten Luft in die Strömungssenken auf beiden Seiten der Haube (10) einander im wesentlichen gleichen und daß die Summe der Querschnitte der Strömungssenken mindestens gleich dem Einströmquerschnitt der Einströmöffnung (11), multipliziert mit der Geschwin­ digkeitsüberhöhung (Eintrittsgeschwindigkeit in die Strö­ mungssenke × Eintrittsgeschwindigkeit in die Absaugeöffnung) ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung in der Absaugehaube (10) eine Drallströmung ist, die zumindest über 270° durch eine, einen Teilzylinder bil­ dende Wand (13) geführt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung im Bereich der der Zuströmfläche (1) gegenüber liegenden Kante (13.1) der Wand (13) der Haube (10) derart eingeengt wird, daß der der Strömung zur Verfügung stehen­ de Radius der Drallströmung um mindestens 25% verringert ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Teilluftstrom im Bereich von 10% des Ab­ sauge-Luftstromes dem/den Staubbunker/-n (17) entnommen und vorzugsweise nach Abscheidung der Verunreinigungen dem Ab­ luftstrom wieder zugefügt wird.