DE3901859A1 - Stabilisierte drallstroemung - Google Patents
Stabilisierte drallstroemungInfo
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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.
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Family
ID=6372602
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Owner name: KESSLER + LUCH GMBH & CO. KG, 35394 GIESSEN, DE |
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