DE4326604A1 - Klassiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Klassieren eines feinkörnig in einem Fluid dispergierten Feststoffes mit einem entgegen seiner Schleuderwirkung von außen nach innen durchströmten Abweiserad, zwischen dessen mit axialem Abstand miteinander verbundene Begrenzungsscheiben parallel zu seiner Drehachse verlaufende und Strömungskanäle bildende Schaufeln angeordnet sind und bei dem zumindest eine Begrenzungsscheibe eine zentrale Austrittsöffnung aufweist. Sie betrifft die Ausbildung des Abweiserades.

Die Trennwirkung eines Abweiserades der vorausgesetzten Art beruht bekanntlich darauf, daß die Schleppkraft des Fluids und die Fliehkraft in den Strömungskanälen zwischen den Schaufeln des Abweiserades in einander entgegengesetzten Richtungen auf die einzelnen Partikel des Feststoffes einwirken. Bei kleinen Partikeln überwiegt die Schleppkraft, so daß sie vom Fluid mitgenommen und als Feingut ausgetragen werden. Bei großen Partikeln und Agglomeraten aus kleinen Partikeln überwiegt die Fliehkraft, so daß sie entgegen der Fluidströmung aus dem Abweiserad geschleudert werden. Agglomerate werden dabei in die einzelnen Partikel aufgelöst, die wiederum dem Trennvorgang unterzogen werden, kompakte Partikel werden als Grobgut ausgetragen. Die Partikelgröße, für die Fliehkraft und Schleppkraft im Gleichgewicht sind, die also mit gleicher Wahrscheinlichkeit in das Feingut oder das Grobgut gelangt, wird als Trennkorngröße oder Trenngrenze bezeichnet.

Für eine scharfe Trennung des Feststoffes in Feingut und Grobgut, d. h. mit eindeutiger Trenngrenze, ist es erforderlich, daß in allen Strömungskanälen des Abweiserades eine gleichmäßige Durchströmung mit gleicher mittlerer Radialgeschwindigkeit erfolgt. Dazu muß das Fluid längs der Außenkanten der Schaufeln des Abweiserades auf dessen Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt werden. Selbst bei optimaler Ausbildung des Fluidzulaufes ist es jedoch nicht zu vermeiden, daß sich wegen turbulenter Strömungsverhältnisse vor allem bei einem Abweiserad mit relativ großer axialer Erstreckung nur eine ungleichmäßige Durchströmung der Kanäle zwischen den Schaufeln einstellt. Die Folge ist eine unscharfe Trennung des Feststoffes in Feingut und Grobgut (d. h. die Korngrößenverteilungen von Feingut und Grobgut überdecken sich in einem unerwünscht breiten Bereich) und ein geringerer Durchsatz gegenüber dem bei gleichmäßiger Durchströmung möglichen Wert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Strömung des dem Abweiserad zufließenden Fluids mit dem darin dispergierten Feststoff bereits außerhalb der Strömungskanäle des Abweiserades zu vergleichmäßigen und dabei allmählich auf die Umfangsgeschwindigkeit des Abweiserades zu beschleunigen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch fest mit dem Abweiserad verbundene und daher mitrotierende Bauelemente erreicht, die sich vom Umfangsbereich des Abweiserades radial nach außen erstrecken. Als solche Bauelemente werden bevorzugt koaxial angeordnete Ringscheiben verwendet, deren Mittelebene senkrecht zur Drehachse des Abweiserades verläuft und deren Außendurchmesser in dieser Mittelebene größer ist als der entsprechende Durchmesser der Umfangsfläche, in der die Außenkanten der Schaufeln des Abweiserades liegen.

Die allmähliche Beschleunigung des Fluids auf die Umfangsgeschwindigkeit des Abweiserades wird dabei durch den Mitnahmeeffekt der an den Oberflächen der ringförmigen Bauelemente bzw. Ringscheiben haftenden Grenzschicht des Fluids erreicht, wobei durch Wahl von Anzahl, sowie Abstand und Durchmesser der ringförmigen Bauelemente die Größe des Mitnahmeeffekts beeinflußt werden kann. Im einfachsten Fall sind die Abstände und Durchmesser der ringförmigen Bauelemente über die gesamte axiale Erstreckung des Abweiserades gleich. Bei einem Abweiserad mit verhältnismäßig großer axialer Erstreckung kann es jedoch von Vorteil sein, wenn die Außendurchmesser der ringförmigen Bauelemente - ausgehend von einem kleinsten Wert - axial fortschreitend größer gemacht werden, wodurch die durch die einseitige Absaugung bedingte ungleichmäßige Durchströmung des Abweiserades vergleichsmäßigt werden kann.

Die axiale Weite zwischen zwei benachbarten Ringscheiben in radialer Richtung wird vorzugsweise gleichbleibend gehalten, da dies konstruktiv die einfachste Lösung darstellt. Bei hoher Gutbeladung des Fluids kann es jedoch von Vorteil sein, die axiale Weite mit zunehmendem Radius zu vergrößern, damit die Grenzschicht des Fluids an den Oberflächen nicht durch das abgewiesene Grobgut zerstört wird. Für den Fall hingegen, daß eine möglichst gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit in radialer Richtung erwünscht ist, können Ringscheiben verwendet werden, zwischen denen die axiale Weite mit abnehmendem Radius größer wird.

Ein weiterer Vorteil der zur Vorbeschleunigung verwendeten Bauelemente ist ihr günstiges Verschleißverhalten, da die Vorbeschleunigung mit relativ geringen Geschwindigkeitsgradienten im gesamten Bereich ihrer Oberflächen erfolgt und nicht mehr konzentriert an den Schaufelkanten des Abweiserades. Das bedeutet, daß insgesamt erheblich weniger Verschleiß mit gleichmäßiger Verteilung auf einer im Vergleich zu den Schaufelkanten großen Fläche auftritt.

Die Form des Abweiserades bzw. die durch die Außenkanten der Schaufeln bestimmte Umfangsfläche kann zylindrisch oder konisch gewählt werden und auch die Ausbildung und radiale Erstreckung kann in bekannter Weise variiert werden, um eine möglichst gleichmäßige Durchströmung vor allem in der Nähe der Drehachse zu erreichen.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Abweiserad ist zur Klassierung sowohl eines in einem gasförmigen als auch eines in einem tropfbaren Fluid dispergierten Feststoffes geeignet.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Klassieren eines feinkörnig in einem Fluid dispergierten Feststoffes mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Abweiserad ist in Fig. 1 dargestellt. Das den Betriebsraum mit dem Abweiserad umschließende Gehäuse der Vorrichtung 1 besteht aus dem konischen Unterteil 2, dem zylindrischen Oberteil 3 und dem am Oberteil 3 angeflanschten Lagergehäuse 4. Das Abweiserad 5 mit vertikaler Drehachse 6 sitzt auf einer Hohlwelle 7, die über Wälzlager 8 drehbar im Lagergehäuse 4 gehalten und über den Riementrieb 9 von einem (hier nicht dargestellten) Motor angetrieben wird. Zur Abdichtung des Raumes mit den Wälzlagern 8 gegen den Betriebsraum der Vorrichtung 1 dient die Wellendichtung 10. Das Abweiserad 5 besteht aus der oberen Begrenzungsscheibe 11 mit einer zentralen, in die Hohlwelle 7 mündenden Durchtrittsöffnung für Fluid und Feingut, der unteren Begrenzungsscheibe 12 und den dazwischen angeordneten, parallel zur Drehachse 6 verlaufenden Schaufeln 13. Mit dem Abweiserad 5 fest verbunden sind die koaxial angeordneten Ringscheiben 14; sie haben alle den gleichen Außendurchmesser, gleiche Dicke und zueinander gleichen Abstand in Achsrichtung und erstrecken sich von der Umfangsfläche der Außenkanten der Schaufeln 13 radial nach außen, wobei die axiale Weite zwischen jeweils zwei benachbarten Ringscheiben 14 in radialer Richtung gleichbleibend ist. Das Fluid mit den darin dispergierten Feststoffpartikeln wird durch das Zulaufrohr 15 in den Betriebsraum der Vorrichtung 1 eingeleitet, wo es zwischen den Ringscheiben 14 durch deren Schleppwirkung bis auf die Umfangsgeschwindigkeit der Außenkanten der Schaufeln 13 beschleunigt wird, um dann in das Innere des Abweiserades 5 einzutreten. Hier werden die Feststoffpartikel in bekannter Weise durch das Zusammenwirken von Pralleffekten, Zentrifugalkraft und Schleppkraft des Fluids in feine und grobe Partikel getrennt. Die feinen Partikel werden zusammen mit nahezu dem gesamten Fluid aus dem Innenraum des Abweiserades 5 durch die Hohlwelle 7 abgesaugt und über das Austragsrohr 16 einer Trenneinrichtung (nicht dargestellt) für Fluid und Feststoff zugeleitet. Die groben Partikel erhalten eine so große, der Fluidströmung entgegengerichtete Bewegungskomponente, daß sie sich nach außen gegen die Wand von Oberteil 3 bewegen, von der sie in eine kreisende, nach unten gerichtete Bewegung entlang Oberteil 3 und Unterteil 2 umgelenkt werden. Durch das Austrittsrohr 17 werden die groben Partikel zusammen mit einer kleinen Menge Fluid aus dem Betriebsraum der Vorrichtung 1 zur weiteren Verwendung abgezogen.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausbildung der Austragsvorrichtungen 16, 17 ist insbesondere für tropfbare Fluide geeignet. Mit entsprechend modifizierten Austragsvorrichtungen kann die beschriebene Vorrichtung 1 selbstverständlich auch mit gasförmigen Fluiden betrieben werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Abweiserades 5′, bei dem alle Ringscheiben 14′ unterschiedliche Außendurchmesser haben. Die Anordnung der Ringscheiben 14′ ist so getroffen, daß von unten nach oben axial fortschreitend der Außendurchmesser von Ringscheibe zu Ringscheibe größer wird und somit die Ringscheibe 14′ mit dem größten Außendurchmesser an der Seite der zentralen Absaugung durch die Hohlwelle 7 angeordnet ist. Das Abweiserad 5′ selbst hat eine konische Form, wobei die untere Begrenzungsscheibe 12′ einen kleineren Durchmesser hat als die obere Begrenzungsscheibe 11. Die Ringscheiben 14′ haben alle die gleiche Dicke und erstrecken sich von der Umfangsfläche der Außenkanten der Schaufeln 13′ radial nach außen, wobei die axialen Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten Ringscheiben 14′ untereinander gleich sind, ebenso wie die Breite aller Ringscheiben 14′, d. h. die radiale Erstreckung zwischen Außen- und Innendurchmesser einer Ringscheibe 14′.

Diese Ausführung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine gleichmäßige Durchströmung des Abweiserades vor allem in der Nähe der Drehachse 6 erreicht werden soll.

Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungen des Abweiserades 5, bei denen bei gleichem axialen Abstand der Mittelebenen zweier benachbarter Ringscheiben 14′′, 14′′′ in Richtung der Drehachse 6 sich die axiale Weite zwischen zwei benachbarten Ringscheiben 14′′, 14′′′ in radialer Richtung von außen nach innen ändert. Die Ausführung nach Fig. 3 wird eingesetzt, um den Druckverlust der Ringscheiben 14′′ über die axiale Erstreckung des Abweiserades 5 zu vergleichmäßigen. Die Ausführung nach Fig. 4 dient dazu, die Geschwindigkeit des in das Abweiserad 5 einströmenden Fluid-Feststoff-Gemisches über die axiale Erstreckung des Abweiserades 5 zu vergleichmäßigen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Klassieren eines feinkörnig in einem Fluid dispergierten Feststoffes mit einem entgegen seiner Schleuderwirkung von außen nach innen durchströmten Abweiserad, zwischen dessen mit axialem Abstand miteinander verbundenen Begrenzungsscheiben parallel zu seiner Drehachse verlaufende und Strömungskanäle bildende Schaufeln angeordnet sind und bei dem zumindest eine Begrenzungsscheibe eine zentrale Austrittsöffnung aufweist, gekennzeichnet durch fest mit dem Abweise­ rad (5) verbundene, eine Beschleunigung der Fluidströmung ermöglichende Bauelemente (14, 14′, 14′′, 14′′′), die sich vom Umfangsbereich des Abweiserades (5, 5′) radial nach außen erstrecken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Beschleunigung der Fluidströmung ermöglichenden Bauelemente als koaxial angeordnete Ringscheiben (14, 14′, 14′′, 14′′′) ausgebildet sind, deren Mittelebene senkrecht zur Drehachse (6) des Abweiserades (5, 5′) verläuft und deren Außendurchmesser in dieser Mittelebene größer ist als der entsprechende Durchmesser der Umfangsfläche, in der die Außenkanten der Schaufeln (13, 13′) des Abweiserades (5, 5′) liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei mit axialem Abstand zueinander angeordnete Ringscheiben (14, 14′, 14′′, 14′′′) vorhanden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Ringscheiben (14, 14′, 14′′, 14′′′) den gleichen Außendurchmesser aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß axial fortschreitend der Außendurchmesser der Ringscheiben (14′) größer wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (14′) mit dem größten Außendurchmesser an der Seite der zentralen Absaugung des Abweiserades (5′) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Weite zwischen zwei benachbarten Ringscheiben (14, 14′) in radialer Richtung gleich bleibt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die axiale Weite zwischen zwei benachbarten Ringscheiben (14′′, 14′′′) in radialer Richtung von außen nach innen ändert.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der axiale Abstand der Mittelebenen zwei benachbarter Ringscheiben (14, 14′, 14′′, 14′′′) in Richtung der Drehachse (6) ändert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei allen Ringscheiben (14, 14′, 14′′, 14′′′) die radiale Erstreckung zwischen ihren Innen- und Außendurchmessern gleich groß ist.