DE3936078C2

DE3936078C2 - Drallerzeuger für Zyklonabscheider

Info

Publication number: DE3936078C2
Application number: DE19893936078
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Ing Slowik; Juergen Dr Sc Techn Kohlmann; Karin Kruse
Original assignee: Kohlmann Juergen Drsctechn O-4070 Halle De
Current assignee: SLOWIK, GUENTER, DR.-ING., O-4200 MERSEBURG, DE KO
Priority date: 1989-10-30
Filing date: 1989-10-30
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2009-10-31
Also published as: DE3936078A1

Description

Die Erfindung betrifft einen tangentialen Drallerzeuger für Zyklonabscheider, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die zur Trennung der Phasen eines Stoffstromes oder zur Anreicherung von Phasen in unterschiedlichen Teilströmen eingesetzt werden. Die Zyklonabscheider sind entweder Aerozyklone oder auch Hydrozyklone, wobei deren Bauart für die Anwendung der Erfindung nicht von wesentlicher Bedeutung ist. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Dralls und damit der gewünschten Trennleistung des Abscheiders unabhängig von der Größe des aufgegebenen Stoffstromes.

Einen Überblick über die Gestaltung von Zyklonabscheidern findet man bei W. Krambrock: "Die Berechnung des Zyklonabscheiders und praktische Gesichtspunkte zur Auslegung" (Aufbereitungstechnik, 1971, Nr. 7 Seiten 391 bis 394). Die am meisten verbreitete Form der Drallerzeugung ist die tangentiale Einleitung des Fluidstromes direkt am Abscheideraum des Zyklonabscheiders. Form und Abmessungen des Zuführungskanals richten sich nach den konkreten Zyklonabscheiderabmessungen und dem Fluiddurchsatz. Diese Form ist auch für neuere Zyklonentwicklungen verwendet worden (DE 26 22 880). Sie wird nicht nur für Zyklonabscheider mit Umkehr der axialen Strömungsrichtung (meist bei Aerozyklonen), sondern auch für Fliehkraftabscheider mit Beibehaltung der axialen Strömungsrichtung verwendet (DE 35 25 485). Daneben ist sie auch bei komplizierteren Geometrien von Zyklonabscheidern anzutreffen (SU 9 15 969). Dieser Typ der tangentialen Drallerzeugung ist konstruktiv einfach und erzeugt eine ausgeprägte Wirbelfadenstruktur der Strömung, die mitunter eine Instabilität des Wirbelkerns mit sich bringt. Eine weitere verbreitete Form der tangentialen Drallerzeugung wird durch eine tangentiale Zuführung des Fluidstromes bei größerem Durchmesser mit anschließender spiralförmiger Einziehung des Zuführungskanals realisiert. Derartige Drall erzeuger sind bereits sehr lange bekannt (DD 1 34 360). Die Kanalform ist dabei sehr unterschiedlich ausgebildet (US 40 11 068, US 42 44 708). Der spiralförmigen Einziehung des Kanals in einer Ebene, die senkrecht zur Zyklonachse liegt, ist oft noch eine spiralförmige Weiterführung des Kanals in axialer Richtung überlagert. Auch für mehrere Kanäle ist eine solche Gestaltung bekannt (DE 26 47 486). Die Stabilität der Wirbelströmung kann damit zwar verbessert werden, jedoch sind komplizierte geometrische Gestaltungen ein auffälliger Nachteil dieser Ausführungen.

Weiterhin ist den bisher aufgeführten Drallerzeugern gemeinsam, daß der Durchsatz bei festgelegter Geometrie des Drallerzeugers nicht mehr verändert werden kann, ohne daß erhebliche Auswirkungen auf das Abscheideergebnis entstehen. Eine Möglichkeit den Drall bei gleichbleibendem Durchsatz zu ändern, besteht beispielsweise in dem zusätzlichen Einbau von Leitblechen, die im Drallerzeuger verstellbar angebracht werden. Daraus ergibt sich aber der Nachteil zusätzlicher Flächen, an denen durch Reibungswirkung Energie verbraucht wird. Desweiteren ist eine Verstellung der Leitflächen bei verschiedenen Prozessen, z. B. solchen, die unter hohem Druck oder bei hohen Temperaturen ablaufen, nicht ohne weitere Aufwendungen möglich.

Zur Beeinflussung der Störung und damit zur Regulierung der Abscheideleistung ist aus DE 15 03 601 eine Einrichtung bekannt, die so gestaltet ist, daß bei sinkender Abscheideleistung infolge erhöhten Fremdstoffanteils ein zusätzlicher sauberer Stoffstrom über Hilfskanäle in die Stirnseite der Strömungskammer geführt wird, um in diesen Fällen eine einwandfrei wirkende Drehströmung zu erhalten. Der Nachteil dieser Lösung liegt in der Notwendigkeit, einen zusätzlichen sauberen Stoffstrom in jedem Fall bereitstellen zu müssen, der natürlilch auch einen erhöhten Energieaufwand verlangt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbesserung der Drallerzeugung und dadurch eine hohe Trennwirkung in Zyklonabscheidern zu erreichen, wobei gleichzeitig ein stabiler Betrieb gewährleistet sein muß. Weiterhin soll bei gleichbleibendem Durchsatz und gleicher Zusammensetzung des Aufgabestromes der Abscheidegrad des Zyklonabscheiders verändert bzw. bei schwankendem Durchsatz der Abscheidegrad aufrechterhalten werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Drallerzeuger für Zyklonabscheider
mit einer rotationssymmetrischen Drallkammer (1) mit oberer (2) und äußerer Begrenzung (4), an der sich eine oder mehrere Eintrittsöffnungen (5) befinden,
einer Achse der Drallkammer (1), die mit der Symmetrieachse des Zyklonabscheiders zusammmenfällt,
einem an jeder Eintrittsöffnung (5) der Drallkammer (1) angeordneten tangentialen Zuführungskanal (8),
so gestaltet wird, daß

a) die Drallkammer (1) neben der oberen (2) und der äußeren Begrenzung (4) eine untere Begrenzung (3) hat,
b) die Drallkammer (1) zum Abscheideraum (6) des Zyklonabscheiders eine rotationssymmmetrische Austrittsöffnung (7) hat,
c) die Querschnittsfläche eines Zuführungskanals (8) und die Einströmquerschnittsfläche der Drallkammer (1) jeweils an der Stelle der tangentialen Einmündung dieses Zuführungskanals (8) einen Unterschied von maximal 50% aufweisen,
d) der Außendurchmesser der Drallkammer (1) mindestens um den doppelten Wert der Breite des Zuführungskanals (8) an dessen Einmündung in die Drallkammer (1) größer als der Durchmesser der Austrittsöffnung (7) der Drallkammer (1) ist,
e) die radial durchströmte Querschnittsfläche der Drallkammer (1) mindestens ab einer Entfernung von der äußeren Begrenzung (4), die höchstens der Breite des Zuführungskanals (8) entspricht, bis zur Austrittsöffnung (7) zur Symmetrieachse hin abnimmt,
f) die Linie, die, betrachtet bei einem Längsschnitt durch die Drallkammer (1), den gleichen Abstand zu oberer (2) und unterer Begrenzung (3) der Drallkammer (1) hat, auf mindestens zwei Dritteln ihres Verlaufs von der äußeren Begrenzung (4) bis zur Austrittsöffnung (7) hin einen Winkel von 70 bis 90 Grad zur Symmetrieachse aufweist.

Unter einem Längsschnitt durch die Drallkammer wird ein Schnitt entlang der Symmetrieachse der Drallkammer verstanden. Die radial durchströmte Querschnittsfläche der Drallkammer wird gebildet aus dem jeweiligen Durchmesser der Drallkammer und der Höhe der Drallkammer. Als Höhe der Drallkammer gilt der Abstand von der oberen zur unteren Begrenzung der Drallkammer, gemessen parallel zur Symmetrieachse. Die Breite des Zuführungskanals ist definiert als Abstand zwischen zwei zur Symmetrieachse der Drallkammer parallelen Geraden, die die Umfangsbegrenzung der Querschnittsfläche des Zuführungskanals an beiden Seiten berühren.

Die Austrittsöffnung ist die radial durchströmte Quer schnittsfläche bei einem Radius, für den gilt, daß bei weiter abnehmendem Radius diese Fläche nicht mehr abnimmt.

Die Einströmquerschnittsfläche der Drallkammer an der Stelle der tangentialen Einmündung eines Zuführungskanals wird, betrachtet bei einem Längsschnitt durch die Drallkammer, von deren oberer, unterer und äußerer Begrenzung sowie einer Parallelen zur Symmetrieachse, die die Umfangsbegrenzung der Querschnittsfläche des Zuführungskanals an der zur Symmetrie achse liegenden Seite des Zuführungskanals berührt, gebildet. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Drallkammer läßt ver schiedene konstruktive Möglichkeiten zu. Dabei sollte die Höhe der Drallkammer auf mindestens zwei Dritteln der Strecke von der äußeren Begrenzung bis zur Austrittsöffnung in Richtung Symmetrieachse nicht zunehmen, d. h. die Höhe der Drallkammer sollte nicht größer als die Höhe eines Zuführungskanals sein. Eine zweckmäßige Ausführung ist die, bei der die Höhe auf der gesamten Strecke konstant bleibt. Günstig sind solche Ausführungen, bei denen die Kontur der Drallkammer zur Aus trittsöffnung hin eingezogen wird, d. h. die Höhe der Drall kammer auf einem Teil der Strecke abnimmt, da damit eine noch größere Beschleunigung der Strömung und somit ihre Ver gleichmäßigung erreicht wird. Diese Höhenabnahme sollte vorzugsweise linear sein. Besonders bevorzugt sind solche Ausführungen, bei denen die Höhe der Drallkammer auf die Hälfte abnimmt. Dieses Einziehen der Kontur der Drallkammer sollte jedoch erst in einer Entfernung von der äußeren Begren zung, die gleich der Breite der Zuführungskanäle ist, erfolgen.

Weiterhin wird der Drallerzeuger vorzugsweise so ausgestaltet, daß er mit mehreren, insbesondere mit einer geradzahligen Anzahl von Zuführungskanälen versehen ist, die gleichmäßig über den Umfang der Drallkammer verteilt sind, wobei alle eine gleiche Querschnittsfläche besitzen sollten. Die Querschnittsfläche kann unterschiedlich sein, bevorzugt ist jedoch eine rechteckige Querschnittsfläche. Aus fertigungs technischer Sicht ist in manchen Fällen eine kreisförmige Querschnittsfläche günstig. Bei der Wahl des Querschnitts ist aber zu beachten, daß sich die Querschnittsfläche des jeweiligen tangentialen Zuführungskanals von der Einströmquerschnittsfläche der Drallkammer an der Stelle der tangentialen Zuführung nicht mehr als 50% unterscheidet. Bevorzugt ist eine identische Ausführungsform von Drallkammer einströmquerschnitt und Querschnitt des Zuführungskanals. Bei einer solchen Gestaltung erfährt die Strömung keine über flüssige Verzögerung oder Beschleunigung beim Eintritt in die Drallkammer, sondern kann sich ungestört zur Drallströmung umbilden.

In Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform des rechteckigen Querschnitts der Zuführungskanäle ist die äußere Begrenzung der Drallkammer vorzugsweise ein Zylindermantel. Für die Zuführungskanäle wird bevorzugt eine solche Gestaltung gewählt, bei der diese - unabhängig von ihrem Querschnitt eine gerade Länge von mindestens dem dreifachen Wert des gleichwertigen hydraulischen Durchmessers der Kanalquer schnittsfläche besitzen und sich die Querschnittsfläche des durchströmten Kanals nicht ändert.

Der Außendurchmesser der Drallkammer sollte vorzugsweise mindestens doppelt so groß sein wie der Durchmesser der Austrittsöffnung der Drallkammer. Je größer das Verhältnis von Außendurchmesser der Drallkammer zum Durchmesser der Austrittsöffnung ist und je mehr Zuführungskanäle bei gleicher Gesamtquerschnittsfläche aller Zuführungskanäle verwendet werden, desto gleichmäßiger sind die Strömungsgrößen beim Eintritt in den Abscheideraum des Zyklonabscheiders über den Umfang verteilt und desto geringer ist der Energieverlust für die Ausbildung der Drallströmung. Die Anzahl der tangentialen Zuführungskanäle darf jedoch nicht zu groß gewählt werden, da in diesem Fall - bei vorgegebenem Durchsatz - der Eintritts impuls niedriger ist und somit nicht so ein großer Umfangs impuls am Austritt aus der Drallkammer erreicht werden kann. Es kommt demzufolge darauf an, bei der Festlegung der Anzahl der Zuführungskanäle einen Kompromiß zwischen dem erzielbaren Grad der Vergleichmäßigung des Geschwindigkeitsprofils und der Höhe des möglichen Umfangsimpulses zu finden.

Der Wirbel in der Drallkammer soll im wesentlichen als ebener Wirbel entstehen. Das erfordert, daß die Linie, die bei einem Längsschnitt durch die Drallkammer den gleichen Abstand zu oberer und unterer Begrenzung der Drallkammer hat, auf mindestens zwei Dritteln ihres Verlaufs von der äußeren Begrenzung bis zur Austrittsöffnung hin einen Winkel von 70 bis 90 Grad zur Symmetrieachse des Drallerzeugers aufweist. Erst danach kann eine Richtungsänderung erfolgen, um die Strömung gegebenenfalls zusätzlich in eine axiale Richtung zu lenken, wenn dies für die besondere Konstruktion des Zyklon abscheiders zweckmäßig erscheint. Bevorzugt ist jedoch, daß diese Linie nicht nur auf zwei Dritteln der Strecke, sondern auf ihrem gesamten Verlauf einen Winkel von 90 Grad zur Symmetrieachse hat.

Mit diesem Aufbau des Drallerzeugers wird erreicht, daß die Umfangskomponente der Strömungsgeschwindigkeit bei einem verhältnismäßig großen Umfang erzeugt wird. Der Wirbel setzt sich zur Achse hin vergleichbar einem Potentialwirbel fort und erreicht damit höhere Umfangsgeschwindigkeiten als bei tangentialer Einleitung unmittelbar am Umfang des Abscheide raumes. Wichtig ist, die Tangente an die äußere Begrenzung der Drallkammer anzulegen.

Die Aufteilung des gesamten Stromes auf mehrere Zuführungs kanäle führt zu einer - entsprechend der Anzahl der Kanäle - sich verringernden Eintrittsgeschwindigkeit. Bei der Umlenkung des Stoffstromes auf die Umlaufbahn in der Drallkammer sind die Energieverluste wegen der niedrigen Geschwindigkeit deutlich geringer. Eine spiralförmige Kontur der Drallkammer in der Ebene des erzeugten Wirbels wird nicht verwendet. Die Strömung bewegt sich auch ohne diese Kontur in Form eines Wirbels. Durch die rotationssymmetrische Gestaltung der Drallkammer ist daher eine wesentlich einfachere Form, die für die Fertigung günstiger ist, möglich. Auf zusätzliche Leitflächen wird völlig verzichtet. Damit werden Reibungs verluste minimiert. Die Strömung muß von der Stelle des Eintritts in die Drallkammer bis zum Eintritt in den Abschei deraum, d.h. bis zur Austrittsöffnung der Drallkammer, einen Weg zurücklegen, auf dem sie eine Beschleunigung erfährt.

Vergleichbar mit der Vergleichmäßigung des Geschwindig keitsprofils einer Rohrströmung nach einer runden Düse, in der die Strömung beschleunigt wurde, kommt es dabei zu einer Vergleichmäßigung der Geschwindigkeit über den Umfang.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Drallkammer können die Querschnittsflächen der Zuführungskanäle größer als im Stand der Technik ausgeführt werden. Das hat in der Praxis den wichtigen Vorteil, die Verstopfungsgefahr, insbesondere bei kleinen Hydrozyklonen, erheblich zu senken oder zu beseitigen und trotzdem hohe Umfangsgeschwindigkeiten im Abscheideraum zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Steuerung der Trennleistung des Ab scheiders erfolgt in der Weise, daß der gesamte Stoffstrom, der dem Zyklonabscheider zugeführt wird, in mehrere Teilströme zerlegt und damit jeweils die Zuführungskanäle des Drall erzeugers beaufschlagt werden. Mindestens einer der Teilströme muß dabei in seiner Größe veränderbar sein. Es ist zweckmäßig, die Zuführungskanäle gleichmäßig über den Umfang des Drall erzeugers zu verteilen, wobei erfindungsgemäß der gesamte dem Drallerzeuger zugeführte Stoffstrom vor dem Drallerzeuger durch eine erste Teilung auf zwei oder mehrere Teilströme aufgeteilt wird, oder mindestens zwei Eingangsstoffströme verwendet werden, von denen mindestens einer über eine Einrichtung zum Variieren der Teilströme geleitet wird, wobei die Variierung der Teilströme zu gleichen oder ungleichen Teilen erfolgt, und anschließend gegebenenfalls eine zweite Aufteilung der Teilströme auf wiederum zwei oder mehrere Teilströme erfolgt, und die resultierenden Teilströme über je einen Zuführungskanal in den Drallerzeuger geleitet werden.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es grundsätzlich für alle Ausführungsmöglichkeiten vorteilhaft, den Stoffstrom auf eine geradzahlige Anzahl der dem Draller zeuger zuzuführenden Teilströme aufzuteilen, weil damit bei Variierung der Teilströme gesichert ist, daß der Drallerzeuger durch gleichmäßig über den Umfang verteilte Zuführungskanäle beaufschlagt wird und dadurch die Rotationssymmetrie im Drallerzeuger erhalten bleibt.

Es ist daher zweckmäßig, den Stoffstrom bereits durch die erste Teilung auf eine geradzahlige Anzahl von Teilströmen aufzuteilen, wobei bevorzugt eine Aufteilung auf zwei Teilströme erfolgt. Vorteilhaft ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Weise, daß der Stoffstrom durch die erste Teilung auf eine geradzahlige Anzahl von Teilströmen und durch die zweite Teilung auf vier oder eine solche Anzahl von Teilströmen aufgeteilt wird, die ein natür liches Vielfaches der Anzahl der Teilströme der ersten Teilung ist. Dabei werden jeweils die nach der zweiten Teilung erhal tenen Teilströme, die aus jeweils einem Teilstrom der ersten Teilung resultieren, in gleichmäßig über den Umfang des Drallerzeugers angeordnete Zuführungskanäle geleitet.

Besonders vorteilhaft kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß der Stoffstrom durch die erste Teilung in zwei oder mehrere Teilströme aufgeteilt wird, von denen jeder in seiner Größe variiert werden kann.

Bei bestimmten Betriebsbedingungen kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft in der Weise durchgeführt werden, daß ein Teil des aus dem Zyklonabscheider austretenden gereinigten Fluids in Art einer by-pass-Schaltung dem Stoffstrom vor der ersten Teilung wieder zugeführt wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß einerseits bei konstantem anstehenden Stoffstrom ein Vari ieren der Drallbewegung im Abscheider möglich ist und damit die Trennwirkung des Zyklonabscheiders beeinflußt werden kann und daß andererseits bei veränderlicher Größe des Stoffstroms durch Variieren der Teilströme die Drallbewegung verändert werden kann und damit eine gleichbleibende Trennwirkung des Zyklonabscheiders erreicht wird.

Bei konstantem Durchsatz wird der niedrigste Drall im Zyklon abscheider erreicht, wenn der gesamte Stoffstrom gleichmäßig auf alle Zuführungskanäle verteilt wird. Ohne Durchsatzver änderung läßt sich der Gesamtstrom jedoch auch auf eine geringere Anzahl von Zuführungskanälen aufteilen, indem ein oder mehrere Teilströme reduziert werden. Die Eintritts geschwindigkeit der dadurch größer werdenden Teilströme in die Drallkammer nimmt dabei zu und damit auch der Drall im Zyklonabscheider. Die Verringerung der durchströmten Querschnittsfläche in der Drallkammer in Richtung Symmetrie achse sorgt dabei für die Vergleichmäßigung des Geschwindig keitsprofils bis zum Austritt aus der Drallkammer. Die Rotationssymmetrie der Strömung im Zyklonabscheider wird damit nur unwesentlich gestört. Bei konstantem Durchsatz und verändertem Drall resultiert bei konstanter Qualität des Aufgabestromes ein anderer Trenngrad.

Dieses Prinzip der Aufteilung der Teilströme läßt sich für die Lösung unterschiedlicher Aufgaben anwenden. Der Trenngrad kann aufrecht erhalten werden, wenn sich der Durchsatz oder die Konzentration des Aufgabegutes ändern. Es ist aber, je nach technologischer Aufgabenstellung, auch eine Änderung des Trenngrades möglich. Diese Effekte werden stets durch die Dralländerung bewirkt. Für eine Zusammenschaltung von Zyklon abscheidern oder die Rückführung von Teilströmen aus der gleichen oder einer nachgeschalteten Trennstufe ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten. Zum Variieren der Stoffströme können dem Fachmann geläufige Einrichtungen, z. B. Ventile, Schieber und Hähne sowie andere Bauteile, verwendet werden. Die Stoffströme können aber auch über Förderorgane geleitet werden, deren Fördercharakteristik verändert wird, wie dies bei drehzahlgeregelten Kreiselpumpen möglich ist.

Es gibt vielfältige Möglichkeiten den erfindungsgemäßen Drallerzeuger mit Zyklonabscheidern zu kombinieren. Unter schiedliche konstruktive Varianten, die bei Verzicht auf die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Aufteilung des gesamten Stoffstromes auf die Zuführungskanäle realisieren, z. B. Verteilerräume, werden in den Ausführungsbeispielen nicht behandelt. Die hohen Umfangsgeschwindigkeiten, die im Zyklon abscheider durch den erfindungsgemäßen Drallerzeuger hervorge rufen werden, lassen es zweckmäßig erscheinen, Maßnahmen zur Rückgewinnung der Rotationsenergie sowie zur Vermeidung von Druckverlusten im Zyklonabscheider zu treffen. Auf derartige Mittel, wie z. B. Einbauten im Tauchrohr u. ä., wird in den Ausführungsbeispielen ebenfalls nicht eingegangen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungs beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Das erste Ausführungsbeispiel betrifft einen Aerozyklon. Fig. 1 zeigt den Zyklon mit Drallerzeuger als Draufsicht und Fig. 2 einen Längsschnitt A-A von Zyklon mit Drallerzeuger.

Die rotationssymmetrische Drallkammer 1 ist am Kopf des Zyklons angeordnet. Die obere Begrenzung 2 und die untere Begrenzung 3 der Drallkammer 1 sind parallel zueinander und in einem Winkel von 90 Grad zur Symmetrieachse des Drallerzeugers angeordnet. Die äußere Begrenzung 4 ist ein zylindrischer Mantel und erscheint in Fig. 2 als Gerade. Zur Symmetrieachse des Zyklons hin besitzt die Drallkammer 1 die rotations symmetrische Austrittsöffnung 7. Aus Fig. 1 erkennt man, daß die Drallkammer 1 mit einem Zuführungskanal 8 ausgerüstet ist, der tangential in die Drallkammer mündet. Der Strömungs querschnitt des Zuführungskanals 8 ist quadratisch und stimmt mit der Querschnittsfläche der Drallkammer an der Ein trittsstelle des Zuführungskanals 8 in die Drallkammer 1 überein. Dies wird in Fig. 2 deutlich. Dadurch erscheint die Eintrittsöffnung 5 in dieser Figur als Quadrat. Der Mantel des Abscheideraumes 6 ist ein Zylinder mit einem sich anschließen den Konus. Der Zyklon ist in diesem Fall ein Aerozyklon mit Umkehr der axialen Strömungsrichtung.

Beispiel 2

Das zweite Ausführungsbeispiel betrifft einen Hydrozyklon. Fig. 3 zeigt den Hydrozyklon mit Drallerzeuger in der Draufsicht. In Fig. 4 ist ein Längsschnitt A-A von Hydrozyklon und Drallerzeuger dargestellt.

Die Drallkammer 1, die in gleicher Weise wie im ersten Ausfüh rungsbeispiel als zylindrische Drallkammer 1 ausgeführt ist, befindet sich am Kopf eines zylindrischen Hydrozyklons. Der äußere Durchmesser der Drallkammer 1 ist mehr als doppelt so groß wie der Durchmesser des Abscheideraumes 6. Die Drall kammer 1 ist mit zwei Zuführungskanälen 8 ausgestattet, die tangential in die Drallkammer 1 münden und wie im ersten Ausführungsbeispiel sind die Strömungsquerschnitte der Zufüh rungskanäle 8 quadratisch. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der gesamte Stoffstrom 9, der dem Zyklon zuge führt wird, entweder auf beide Zuführungskanäle 8 aufgeteilt oder nur einem Zuführungskanal 8 zugeführt werden. Bei der Aufteilung des Stromes 9 auf zwei Zuführungskanäle 8 kommt die Strömung am Austritt aus der Drallkammer 1 der Rotations symmetrie näher. Benutzt man nur einen Zuführungskanal 8, so sind die Abweichungen von der Rotationssymmmetrie größer, jedoch steigt die Umfangsgeschwindigkeit beim Einströmen in den Abscheideraum 6 auf nahezu den doppelten Wert an. Zwischen diesen beiden Grenzen ist jede Aufteilung mit entsprechender Wirkung auf den Drall einstellbar. Das Verfahren zur Auftei lung des Stoffstromes ist in den Beispielen 7 und 8 beschrieben.

Beispiel 3

Das dritte Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 (Draufsicht) und in Fig. 6 (Längsschnitt A-A) dargestellt.

Bei diesem Beispiel handelt es sich um einen Hydrozyklon mit langgestrecktem Konus. Der Drallerzeuger ist wie in den beiden ersten Ausführungsbeispielen mit einer zylindrischen Drall kammer 1 ausgeführt. Die Drallkammer 1 ist mit vier tangentia len Zuführungskanälen 8 ausgerüstet. Die Aufteilung des Stoffstromes 9 erfolgt in zwei Teilströme 10 , die ihrerseits wieder halbiert werden und anschließend den Zuführungskanälen 8 zugeleitet werden, die sich achssymmetrisch gegenüber liegen. Wird der gesamte Stoffstrom 9 auf nur zwei Zuführungskanäle 8 aufgeteilt, entsteht der gleiche Zustand wie bei Beispiel 2. Eine nahezu ideale Rotationssymmetrie wird bei Aufteilung des Stoffstromes 9 auf vier Zuführungskanäle 8 erreicht.

Beispiel 4

Beim vierten Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Kombination eines Hydrozyklons ohne Umkehr der axialen Strömungsrichtung mit dem erfindungsgemäßen Drallerzeuger. Die Draufsicht ist in Fig. 7 und der Längsschnitt A-A ist in Fig. 8 dargestellt.

Die Drallkammer 1 ist mit zwei Zuführungskanälen 8 ausgerüstet. Die Höhe der Drallkammer 1 ist im Gegensatz zu den vorherigen Beispielen nicht konstant. Zur Symmetrieachse des Drallerzeugers hin nimmt die Höhe der Drallkammer 1 nach einem Abstand von der äußeren Begrenzung 4, der der Breite des Zuführungskanals 8 entspricht, linear ab. Der Abstand von oberer 2 und unterer Begrenzung 3 ist an der Stelle der Austrittsöffnung 7 nur noch halb so groß wie die Eintrittshöhe des Zuführungskanals 8 und damit auch der Drallkammer 1 in ihrem Außenbereich. Es wird somit wieder eine der Rotations symmetrie nahekommende Strömung erreicht.

Beispiel 5

Das fünfte Ausführungsbeispiel betrifft einen Hydrozyklon, der aus einem zylindrischen Teil mit sich anschließendem Konus und dem erfindungsgemäßen Drallerzeuger besteht. Die Draufsicht zeigt Fig. 9 und den Längsschnitt A-A Fig. 10.

Die Drallkammer 1 besitzt einen Zuführungskanal 8. Gegenüber den ersten drei Ausführungsbeispielen weist die Drallkammer 1 Abweichungen auf. Nach einer Entfernung von der äußeren Begrenzung 4 , die größer als zwei Drittel des Abstandes von der äußeren Begrenzung 4 bis zur Austrittsöffnung 7 ist, verlaufen obere 2 und untere Begrenzung 3 der Drallkammer 1 nicht mehr in einem Winkel von 90 Grad zur Symmetrieachse des Drallerzeugers. Die durchströmte Querschnittsfläche wird an dieser Stelle durch diese Kontur verringert und gleichzeitig eine Umlenkung des Stromes in die axiale Richtung unterstützt. Die Querschnittsfläche des Zuführungskanals 8 ist nicht wie bei den anderen Ausführungsbeispielen quadratisch, sondern kreisförmig. Daher erscheint die Eintrittsöffnung 5 im Längsschnitt als Kreis. Bei der Fertigung des Drallerzeugers kann ein kreisförmiger Zuführungskanal 8 gegebenenfalls zweckmäßiger sein als ein rechteckiger. Der Durchmesser des Zuführungskanals 8 ist genauso groß wie die Höhe der Drall kammer 1 an der Eintrittsstelle des Zuführungskanals 8 in die Drallkammer 1. Selbstverständlich kann dieser Drallerzeuger auch mit mehreren Zuführungskanälen 8 ausgestattet und damit auch das Verfahren zur Steuerung angewandt werden.

Beispiel 6

Das sechste Ausführungsbeispiel stellt die Kombination eines Doppelkegelzyklonabscheiders mit dem Drallerzeuger dar. Fig. 11 zeigt den Längsschnitt B-B und Fig. 12 zeigt den Querschnitt A-A durch den Apparat.

Die Drallkammer 1 besitzt zwei tangentiale Zuführungskanäle 8. Die Höhe der Drallkammer 1 nimmt in Richtung Austrittsöffnung 7 der Drallkammer 1 ab. Durch die Gestaltung des Drall erzeugers wird eine der Rotationssymmetrie nahekommende Strömung erreicht. Nach Passieren der Austrittsöffnung 7 entfaltet sich die Strömung sowohl radial als auch axial unter Beibehaltung ihrer Tangentialkomponente.

Beispiel 7

In Fig. 13 ist die einfachste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Der anstehende gesamte Stoffstrom 9 wird durch eine erste Teilung in zwei Teilströme 10 aufgeteilt. Der eine Teilstrom 10 wird über ein Ventil 11 geleitet und kann damit je nach Anforderung variiert werden. Beide Teilströme 10 münden in je einen Zuführungskanal 8 des Drallerzeugers, wobei die Zuführungskanäle 8 in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.

Unter der Voraussetzung, daß

a) die Leitungen, durch die die Teilströme 10 bis zu den Zuführungskanälen 8 geführt werden, so ausgelegt sind, daß die Druckverluste gleich sind und
b) die Querschnitte der Zuführungskanäle 8 gleich groß sind, wird der Drallerzeuger bei geöffnetem Ventil 11 gleichmäßig aus beiden Zuführungskanälen 8 beaufschlagt.

Ist bei konstantem Stoffstrom 9 eine Erhöhung der Drallbewe gung notwendig, wird das Ventil 11 in dem dafür erforderlichen Maße geschlossen. lst das Ventil 11 völlig geschlossen, wird eine Erhöhung der Drallbewegung auf den maximal möglichen Wert erreicht.

Beispiel 8

In Fig. 14 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Der anstehende gesamte Stoffstrom 9 wird durch eine erste Teilung in zwei Teilströme 10 aufgeteilt und über je ein Ventil 11 geführt, wodurch eine Variierung beider Teilströme 10 möglich ist. Danach werden beide Teilströme 10 durch eine zweite Teilung in jeweils zwei weitere Teilströme 12 aufgeteilt, die in vier gleichmäßig über den Umfang des Drallerzeugers verteilte Zuführungskanäle 8 geleitet werden, wobei jeweils die zwei der zu einem Teilstrom 10 gehörenden Teilströme 12 in die einander gegenüberliegenden Zuführungs kanäle 8 geführt werden.

Unter der Voraussetzung, daß

a) die Druckverluste für alle Leitungen, durch die die Teilströme 10 und 12 bis zu den Zuführungskanälen 8 geführt werden, gleich groß sind und
b) die Querschnitte der Zuführungskanäle 8 ebenfalls gleich groß sind,

wird der Drallerzeuger bei geöffneten Ventilen 11 gleichmäßig über alle vier Zuführungskanäle 8 beaufschlagt. Ist bei kon stantem Stoffstrom 9 eine Erhöhung der Drallbewegung erwünscht, wird beispielsweise das Ventil 11, über das einer der Teilströme 10 geleitet wird, völlig geschlossen und der gesamte Stoffstrom 9 zwei einander gegenüberliegenden Zuführungskanälen 8 zugeführt und damit die bei dieser Variante maximal mögliche Erhöhung der Drallbewegung einge stellt.

Durch wahlweises Schließen der Ventile 11 im erforderlichen Maße ist bei konstantem Stoffstrom 9 eine Variierung der Drallbewegung in weiten Bereichen möglich. Bei veränderlichem Stoffstrom 9 kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gleichbleibende Trennleistung eingestellt werden.

Claims

1. Drallerzeuger für Zyklonabscheider
mit einer rotationssymmetrischen Drallkammer (1) mit oberer (2) und äußerer Begrenzung (4), an der sich eine oder mehrere Eintrittsöffnungen (5) befinden,
einer Achse der Drallkammer (1), die mit der Symmetrieachse des Zyklonabscheiders zusammmenfällt,
einem an jeder Eintrittsöffnung (5) der Drallkammer (1) angeordneten tangentialen Zuführungskanal (8),
dadurch gekennzeichnet, daß

2. Drallerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkammer (1) eine Höhe hat, die auf mindestens zwei Dritteln der Strecke von der äußeren Begrenzung (4) bis zur Austrittsöffnung (7) in Richtung Symmetrieachse nicht zunimmt.

3. Drallerzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Drallkammer (1) mehrere tangentiale Zuführungskanäle (8) besitzt.

4. Drallerzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zuführungskanäle (8) geradzahlig ist.

5. Drallerzeuger nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zuführungskanäle (8) gleichmäßig über den Umfang der Drallkammer (1) verteilt sind.

6. Drallerzeuger nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zuführungskanäle (8) die gleiche Querschnittsfläche haben.

7. Drallerzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche rechteckig ist.

8. Drallerzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche kreisförmig ist.

9. Drallerzeuger nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zuführungskanäle (8) eine gerade Länge von mindestens dem dreifachen Wert des gleichwertigen hydraulischen Durchmessers der Querschnittsfläche eines Zuführungskanals (8) besitzen und sich die Querschnitts fläche des durchströmten Zuführungskanals (8) nicht ändert.

10. Drallerzeuger nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Drallkammer (1) einen Außendurchmesser besitzt, der mindestens doppelt so groß ist wie der Durchmesser der Austrittsöffnung (7) der Drallkammer (1).

11. Drallerzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Drallkammer (1) auf der gesamten Strecke von der äußeren Begrenzung (4) bis zur Austrittsöffnung (7) konstant ist.

12. Drallerzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Drallkammer (1) auf einem Teil der Strecke von der äußeren Begrenzung (4) bis zur Austrittsöffnung (7) abnimmt.

13. Drallerzeuger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Drallkammer (1) linear abnimmt.

14. Drallerzeuger nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Drallkammer (1) auf die Hälfte abnimmt.

15. Drallerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie gemäß g) auf ihrem gesamten Verlauf einen Winkel von 90 Grad zur Symmetrieachse hat.

16. Drallerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Begrenzung (4) der Drallkammer (1) ein Zylindermantel ist.

17. Verfahren zur Steuerung des Grades der Trennung eines fluiden Mehrphasengemisches, unabhängig von der Größe des zugeführten Stoffstromes (9), in einem Zyklonabscheider mit dem Drallerzeuger gemäß den Anspüchen 3 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der gesamte Stoffstrom (9) durch eine erste Teilung auf mindestens zwei Teilströme (10) aufgeteilt oder mindestens zwei Eingangsstoffströme (10) für den Zyklonabscheider verwendet werden,
b) mindestens einer der Teilströme (10) in seiner Größe veränderbar gemacht wird,
c) die Teilströme (10) gegebenenfalls weiter aufgeteilt werden und
d) anschließend den Zuführungskanälen (8) des Drallerzeugers zugeleitet werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine geradzahlige Anzahl von Teilströmen (10) dem Drall erzeuger zugeleitet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drallerzeuger zwei Teilströme (10) zugeleitet werden.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drallerzeuger vier Teilströme (10) zugeleitet werden.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drallerzeuger eine Anzahl von Teilströmen (12) zuge leitet wird, die ein natürliches Vielfaches der Anzahl der nach der ersten Teilung entstandenen Teilströme (10) ist.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Drallerzeuger zugeführten Teilströme (10) oder (12) jeweils auf gleichmäßig über den Umfang des Drallerzeugers verteilte Zuführungskanäle (8) aufgegeben werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der zweiten Teilung resul tierenden Teilströme (12) eines Teilstromes (10) auf gleichmäßig über den Umfang des Drallerzeugers angeordnete Zuführungskanäle (8) aufgegeben werden.

24. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des aus dem Zyklonabscheider austretenden Stromes als Teil des Eingangsstoffstromes (9) eingesetzt wird.