DE68917990T2

DE68917990T2 - Wirbelrohr-Abscheider.

Info

Publication number: DE68917990T2
Application number: DE68917990T
Authority: DE
Inventors: Villiers Pierre De; Willem Johannes Chris Prinsloo; Dijken Marten Cornelis Van
Original assignee: Cyclofil Pty Ltd
Current assignee: Cyclofil Pty Ltd
Priority date: 1988-06-02
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: PT90736A; JPH0278455A; US4976748A; AU3595089A; NO176557B; PT90736B; IT1229433B; CA1327948C; US4985058A; NO892234D0; NO892234L; FI892668A0; BR8902558A; FI92154B; MX173429B; JP2825529B2; GB8912597D0; IL90502A; DE68917990D1; NO892236D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung, die zur Behandlung eines Partikel enthaltenden Gasstromes geeignet ist, um Partikel aus dem Gas abzutrennen oder das Gas von Partikeln zu reinigen.
Die Art von Trennvorrichtung, auf die sich die Erfindung bezieht, kann genauer beschrieben werden als Wirbelrohr- Partikelwiedergewinnungsvorrichtung oder als Wirbelrohr- Gasreinigungsvorrichtung, je nachdem, auf welchen Aspekt ihrer Funktionsweise entsprechende Betonung gelegt wird.
Die FR 1 278 711 beschreibt ein Luftfilter der vorstehend erläuterten allgemeinen Bauart, bei dem eintretende, mit Staub beladene Luft mit Hilfe eines Wirbelerzeugers in einem Ringkanal um einen stromlinienförmigen Zentralkörper herum rotiert wird. Relativ saubere Luft wird über einen zentralen parallelen Kanal abgeführt.
Bei einer Ausführungsform wird der von der Luft abgetrennte Staub an einer ringförmigen, divergierenden Trennwand entlanggeführt, die ein auf stromseitiges Ende besitzt, das mit einem auf stromseitigen Ende des zentralen parallelen Kanales zusammenfällt. Der Staub sammelt sich in einer geschlossenen zylindrischen Staubkammer an.
Bei einer anderen Ausführungsform ist ein Auslaß in der Staubkammer vorgesehen. Der Staub wird somit in einem Spülluftstrom entlang der Trennwand in die Staubkammer geführt, um über den Auslaß abgegeben zu werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft besonders die Reinigung von Gas, insbesondere die Reinigung von Luft. Der Begriff Wirbelrohrgasreinigungsvorrichtung wird somit allgemein in der nachfolgenden Beschreibung gebraucht. Die Erfindung deckt jedoch auch die Partikelwiedergewinnungsaspekte ab.
Aus Zweckmäßigkeitsgründen beziehen sich die hier verwendeten Begriffe "abstromseitig" und "auf stromseitig" auf die normale Strömungsrichtung des Gases durch die Vorrichtung.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Behandlung eines Partikel enthaltenden Gasstromes zum Reinigen des Gases von den Partikeln oder zur Wiedergewinnung der Partikel aus dem Gas in einer Vorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung umfaßt: ein äußeres rundes Rohr mit einem Einlaß an einem Ende, das im Betrieb ein auf stromseitiges Ende ist, und einem gegenüberliegenden Ende, das im Betrieb ein abstromseitiges Ende ist;
einen axial angeordneten Wirbel- oder Rotationsstromerzeuger im Rohr abstromseitig des Einlasses;
einen Trennbereich abstromseitig des Wirbelerzeugers;
ein inneres rundes Extraktionsrohr, das konzentrisch mit dem äußeren runden Rohr in Richtung auf das abstromseitige Ende des äußeren runden Rohres angeordnet ist und einen Einlaß an einer vorgegebenen axialen Stelle, die dem Ende des Trennbereiches entspricht, sowie zentrale Auslaßeinrichtungen an einem abstromseitigen Ende desselben aufweist;
einen peripheren Auslaßbereich, der ringförmig zwischen dem äußeren runden Rohr und dem inneren runden Rohr angeordnet ist;
einen zentralen Auslaßbereich, der durch das innere runde Rohr gebildet ist; und
Auslaßeinrichtungen abstromseitig des peripheren Auslaßbereiches.
Das Verfahren umfaßt hierbei die folgenden Schritte:
Einführen des Partikel enthaltenden Stromes in Axialrichtung in das äußere runde Rohr über dessen Einlaß;
Induzieren eines Rotationsstromes im Partikel enthaltenden Gasstrom, durch Führen des Gasstromes durch den Wirbelerzeuger;
Wandern und Konzentrierenlassen der Partikel in Richtung auf den Außenumfang des Stromes, während sich dieser durch den Wirbelerzeuger und den Trennbereich bewegt;
Führen eines von Partikeln befreiten Abschnittes des Gasstromes in Richtung auf die Mitte des Rohres über den zentralen Auslaßbereich durch die zentralen Auslaßeinrichtungen;
Führen eines mit Partikeln angereicherten Abschnittes des Gasstromes in Richtung auf den Außenumfang des Rohres über den peripheren Auslaßbereich durch die Auslaßeinrichtungen;
Vorsehen eines Beschleunigungs-Verzögerungs-Gebildes in der Form eines divergierenden-konvergierenden Ringes, der hintereinander einen divergierenden Abschnitt, einen Scheitel und einen konvergierenden Abschnitt aufweist, die ringförmig um das innere Extraktionsrohr angeordnet sind, um im peripheren Auslaßbereich nacheinander einen ringförmigen Beschleunigungsbereich, eine ringförmige Öffnung und einen ringförmigen Diffusorbereich auszubilden;
Kontrahieren und Beschleunigen des mit Partikeln angereicherten Abschnittes des Stromes im ringförmigen Beschleunigungsbereich im peripheren Auslaßbereich; und Umwandeln des dynamischen Drucks im mit Partikeln angereicherten Strom in statischen Druck, indem man den mit Partikeln angereicherten Strom in den ringförmigen Diffusorbereich diffundieren läßt.
Die Beschleunigung des mit Partikeln angereicherten Abschnittes des Stromes kann zwischen 50% und 300% liegen und vorzugsweise etwa 100% betragen.
Der divergierende-konvergierende Ring kann mit axialem Abstand vom Einlaß angeordnet sein, das Kontrahieren und Beschleunigen des mit Partikeln angereicherten Abschnittes des Stromes kann dann an einer Stelle beginnen, die axial abstromseitig vom Einlaß beabstandet ist, und die Umwandlung des dynamischen Drucks in statischen Druck kann an einer Stelle beendet sein, die axial auf stromseitig von einem auf stromseitigen Ende der Auslaßeinrichtungen beabstandet ist.
Die Erfindung betrifft daher eine Wirbelrohrgasreinigungsvorrichtung oder Partikelwiedergewinnungsvorrichtung mit
einem äußeren runden Rohr, das einen Einlaß an einem Ende, das im Betrieb ein auf stromseitiges Ende ist, und ein gegenüberliegendes Ende, das im Betrieb ein abstromseitiges Ende ist, aufweist;
einem axial angeordneten Wirbel- oder Rotationsstromerzeuger im Rohr abstromseitig des Einlasses;
einem Trennbereich abstromseitig des Wirbelerzeugers;
einem inneren runden Extraktionsrohr, das konzentrisch im äußeren runden Rohr in Richtung auf das abstromseitige Ende des äußeren runden Rohres angeordnet ist und einen Einlaß an einer vorgegebenen axialen Stelle, die dem Ende des Trennbereiches entspricht, sowie zentrale Auslaßeinrichtungen an einem abstromseitigen Ende desselben aufweist;
einem peripheren Auslaßbereich, der ringförmig zwischen dem äußeren runden Rohr und dem inneren runden Rohr angeordnet ist;
einem zentralen Auslaßbereich, der durch das innere runde Rohr gebildet wird;
Auslaßeinrichtungen abstromseitig des peripheren Auslaßbereiches; und
ein Beschleunigungs-Verzögerungs-Gebilde in der Form eines divergierenden-konvergierenden Ringes, der nacheinander einen divergierenden Abschnitt, einen Scheitel und einen konvergierenden Abschnitt aufweist, die ringförmig um das innere Extraktionsrohr herum angeordnet sind, um im peripheren Auslaßbereich nacheinander einen ringförmigen Beschleunigungsbereich, eine ringförmige Öffnung und einen ringförmigen Diffusorbereich zu bilden.
Der divergierende Abschnitt kann an einer Stelle beginnen, die abstromseitig vom Einlaß beabstandet ist, und der konvergierende Abschnitt kann an einer Stelle beginnen, die auf stromseitig von einem auf stromseitigen Ende der Auslaßeinrichtungen beabstandet ist.
Der vom divergierenden Abschnitt eingeschlossene Winkel kann zwischen 60º und 150º liegen und vorzugsweise etwa 90º betragen.
Der konvergierende Abschnitt kann durch eine Divergenz oder eine Ausbauchung des inneren runden Extraktionsrohres gebildet werden. Der von der Ausbauchung oder Divergenz des inneren runden Extraktionsrohres eingeschlossene Winkel kann zwischen etwa 60º und etwa 135º liegen und vorzugsweise etwa 90º betragen.
Das Verhältnis zwischen den Strömungsquerschnitten unmittelbar auf stromseitig und abstromseitig des Beschleunigungsbereiches und des Scheitels kann zwischen 1,5 : 1 und 4 : 1 liegen und vorzugsweise etwa 2 : 1 betragen.
Des weiteren kann der Einlaß des inneren runden Extraktionsrohres die Form einer Mündung mit aerodynamischer Gestalt aufweisen, die einen scharfen Vorderrand und eine vom Vorderrand einwärts gekrümmte Lippe aufweist, wobei der Krümmungsradius der Lippe größer ist als die Dicke des inneren runden Extraktionsrohres, so daß eine Tangente an die Lippe am Vorderrand, die sich nach innen und nach unten erstreckt, einen spitzen Winkel mit dem Innenumfang des inneren Rohres bildet. Vorzugsweise kann der spitze Winkel in einem Bereich von 30º bis 50º liegen.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 im Axialschnitt eine erfindungsgemäß ausgebildete Wirbelrohrpartikelwiedergewinnungsvorrichtung; und
Fig. 2 einen axialen Teilschnitt in größerem Maßstab durch einen Teil der Vorrichtung der Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Wirbelrohrgasreinigungsvorrichtung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Die Vorrichtung 10 besitzt allgemein eine symmetrische runde Form und ist aus unterschiedlichen Komponenten aus Kunststoffmaterialformteilen montiert. Bei anderen Ausführungsformen können die Vorrichtungen aus anderen Materialien bestehen, beispielsweise Materialien, die abriebfest, korrosionsfest oder nicht korrodierend sind, d. h. geeigneten Stahlarten.
Die Vorrichtung 10 umfaßt ein äußeres rundes Rohr, das allgemein mit 12 bezeichnet ist, einen Wirbelerzeuger 16, der eng in das Rohr 12 in Richtung auf ein Ende desselben eingepaßt ist, sowie einen Ausgangskern in der Form eines inneren runden Extraktionsrohres 40, das koaxial in das Rohr 12 in Richtung auf das gegenüberliegende Ende eingepaßt ist. Dasjenige Ende, das den Wirbelerzeuger aufweist, ist im Betrieb das aufstromseitige Ende, während das gegenüberliegende Ende das abstromseitige Ende ist.
Am aufstromseitigen Ende besitzt das Rohr 12 einen Einlaß 14. Vom Einlaß 14 erstreckt sich das Rohr 12 parallel über einen Abschnitt seiner Länge und bildet einen Wirbelerzeugungsbereich 18, in dem der Wirbelerzeuger 16 angeordnet ist. Am aufstromseitigen Ende besitzt das Rohr 12 eine Montageanordnung in der Form einer Ausnehmung 20.
Der Wirbelerzeuger 16 besitzt einen zentralen Kern oder eine Kimme 26 und ein Paar von schraubenförmigen Schaufeln 28, die augerförmig um den Kern 26 herum angeordnet sind. Jede Schaufel ist über einen Winkel von 180º gekrümmt. An ihrem Umfang bildet jede Schaufel einen Winkel von 57º mit der Achse.
Abstromseitig des Wirbelerzeugungsbereiches 18 divergiert die Wand des Rohres 12 über eine vorgegebene Distanz, wie bei 30 gezeigt. Der eingeschlossene Divergenzwinkel entspricht dem doppelten Winkel 32 zwischen der divergierenden Wand und der Achse der Vorrichtung 10. Der Winkel 32 beträgt 5º, so daß der eingeschlossene Winkel somit 10º beträgt.
Abstromseitig des divergierenden Abschnittes 30 divergiert das Rohr schärfer, so daß eine Diffusorwand gebildet wird, die allgemein mit dem Bezugszeichen 34 versehen ist und hiernach im einzelnen erläutert wird.
Abstromseitig der Diffusorwand 34 ist das Rohr 12 parallel, wie bei 38 dargestellt. Eine einzige Auslaßöffnung 36, die sich um einen Abschnitt des Umfanges über einen Winkel von etwa 120º erstreckt, ist im Rohr 12 im parallelen Abschnitt 38 vorgesehen. Anstelle einer einzigen Öffnung kann eine Vielzahl von mit Umfangsabstand angeordneten Öffnungen vorgesehen sein.
Das Extraktionsrohr 40 besitzt an einem auf stromseitigen Ende einen durch seinen Vorderrand gebildeten Einlaß 42, der in einen zentralen Kanal 44 führt, der in einen Diffusor übergeht und sich bis zu einem Auslaß 48 des Extraktionsrohres 40 erstreckt.
Der Einlaß 42 befindet sich an einer vorgegebenen Axialposition der Vorrichtung 10. Ein Trennbereich 19 ist zwischen dem abstromseitigen Ende des Wirbelerzeugers und dem Einlaß 42 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform divergiert der Trennbereich 19 in der vorstehend beschriebenen Weise. Bei anderen Ausführungsformen können die Trennbereiche parallel ausgebildet sein.
Abstromseitig des Trennbereiches 19 ist ein äußerer Umfangs- oder Spülbereich 22 ringförmig zwischen dem inneren Extraktionsrohr 40 und dem äußeren Rohr 12 ausgebildet, und es ist ein zentraler oder Hauptauslaßbereich 24 vorgesehen, der durch das innere Extraktionsrohr 40 begrenzt ist. Sowohl der Spülbereich 22 als auch der Hauptauslaßbereich 24 befinden sich abstromseitig des Trennbereiches 19.
Ein ringförmiger Einlaß zum Spülbereich 22 ist um den Vorderrand 42 herum ausgebildet. Abstromseitig von diesem ringförmigen Einlaß befindet sich eng beabstandet davon ein Ring 50, der einstückig mit dem inneren Extraktionsrohr 40 ausgebildet ist und in den Spülbereich 22 vorsteht. Der Ring 50 bildet eine schiefe Vorderwand 52, die im Betrieb die Strömung in einem Beschleunigungsbereich 90 im Spülbereich in Richtung auf eine ringförmige Öffnung 54, die ringförmig außerhalb des Scheitels des Ringes 50 ausgebildet ist, kontrahiert. Die schiefe Vorderwand 52 bildet eine kegelstumpfförmige Fläche, deren eingeschlossener Winkel in einem Bereich von etwa 60º bis etwa 135º liegt und normalerweise etwa 90º beträgt.
Der divergierende Wandabschnitt 35 bildet einen Diffusorbereich 92 im Spülbereich 22 abstromseitig des Beschleunigungsbereiches 90.
In Richtung auf sein abstromseitiges Ende bildet das innere Extraktionsrohr 40 einen Überwurfabschnitt 60, der geringfügig konisch ausgebildet sein kann, falls gewünscht. Dieser Bereich 60 endet in einem sich nach außen erstreckenden Flansch mit einer Schulter 62. Er ist eng in den Endabschnitt 64 des Rohres 12 eingepaßt, und das Ende 66 des Rohres 12 trifft gegen die Schulter 62. Somit ist das innere Extraktionsrohr 40 konzentrisch und axial relativ zum äußeren Rohr 12 angeordnet. Das innere Extraktionsrohr 40 erstreckt sich freikragend in auf stromseitiger Richtung, um den Spülbereich 22 ununterbrochen oder kontinuierlich auszubilden. Somit ist auch der Strömungskanal durch den Spülbereich 22 einschließlich der ringförmigen Öffnung 54 nicht unterbrochen oder kontinuierlich.
Im Betrieb wird ein Partikel enthaltender Gasstrom in das Rohr 12 über den Einlaß 14 eingeführt. Durch den Wirbelerzeuger 16 wird dem Strom eine Rotationsbewegung aufgeprägt, während sich dieser durch den Wirbelerzeugungsbereich 18 bewegt. Wenn der rotierende Strom den Trennbereich 19 erreicht, diffundiert er nach außen, was durch die Divergenz 32 ermöglicht wird.
Durch die Rotation des Stromes wirken Zentrifugalkräfte auf die Partikel ein, die schwerer sind als das Gas im Strom, so daß die Partikel zu einer Wanderung nach außen und zu einer Konzentration in Richtung auf den Außenumfang des Stromes veranlaßt wetten.
Normalerweise werden die Partikel im Umfangsabschnitt des Stromes konzentriert oder angereichert, während der zentrale Abschnitt des Stromes von Partikeln entleert wird.
Wenn der mit Partikeln angereicherte Umfangsabschnitt des Stromes in den Spülbereich 22 fließt, wird er zuerst beschleunigt, wenn er im Beschleunigungsbereich 90 entlang der schiefen Wand 52 in die Öffnung 54 kontrahiert wird, und danach im Diffusorbereich 92 entlang der Diffusorwand 34 verlangsamt. Der mit Partikeln angereicherte Abschnitt des Stromes bewegt sich in einen Raum 56, von dem er über die Auslaßöffnung 36 oder über die Vielzahl von mit Umfangsabstand angeordneten Öffnungen, wenn diese statt dessen vorgesehen sind, austritt.
Der von Partikeln befreite Abschnitt des Stromes dringt in den zentralen oder Hauptauslaßbereich über den Einlaß 42 ein, wird im Diffusor diffundiert und tritt über den Auslaß 48 aus.
Wie man Fig. 2 entnehmen kann, besitzt der Einlaß 42 eine einwärts gekrümmte Lippe 43, die von seinem Vorderrand nach innen und unten führt. Der Krümmungsradius der Lippe 43 ist größer als die Dicke des Innenrohres 40 am Einlaß 42, so daß die Lippe am Vorderrand eine Tangente besitzt, die unter einem spitzen Winkel zur Achse der Vorrichtung 10 verläuft. Bei dieser Ausführungsform beträgt der spitze Winkel etwa 40º, wie bei 45 angedeutet. Von der einwärts gekrümmten Lippe erstreckt sich der Innenumfang des Extraktionsrohres 30 über eine kurze Strecke parallel und divergiert dann, um abstromseitig des Einlasses 42 einen Diffusor auszubilden.
In Fig. 2 sind Strömungslinien des durch die Vorrichtung 12 fließenden Stromes mit durchgezogenen Linien dargestellt. Intuitiv würde man vermuten, daß es eine Strömungslinie 80 gibt, die am Vorderrand 42 endet. Partikel, die in den Strömungselementen radial außerhalb der Strömungslinie 80 mitgeführt werden, würden durch den ringförmigen peripheren Auslaßbereich strömen, um einen Teil des mit Partikeln angereicherten Stromes zu bilden, beispielsweise durch die Strömungslinien 84 und 86 angedeutet. Im Gegensatz dazu würden Strömungselemente radial innerhalb der Strömungslinie 80, die wenig oder überhaupt keine Partikel mitführen, in den mittleren Auslaßbereich strömen, um einen Teil des von Partikeln befreiten Stromes zu bilden, wie durch die Strömungslinie 88 angedeutet. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, daß eine solche Hypothese unrichtig ist.
Die Erfinder möchten nicht auf eine Theorie festgelegt werden. Sie gehen jedoch davon aus, daß durch eine theoretische Erläuterung des Strömungsverhaltens im peripheren Auslaßbereich das Verständnis der Erfindung verbessert wird.
In einem rotierenden Strömungsfeld nimmt der statische Druck mit dem radialen Abstand von der Achse des rotierenden Strömungsfeldes zu. Somit neigen statische Druckkräfte dazu, die Strömungselemente nach innen zu drücken. Auf die Elemente im Strömungsfeld einwirkende Zentrifugalkräfte wirken jedoch in entgegengesetzte Richtung und neigen dazu, die Elemente nach außen zu drücken. Bei schwereren Partikeln dominieren die Zentrifugalkräfte, und solche Partikel bewegen sich im Strömungsfeld nach außen. Bei leichteren Strömungselementen, wie beispielsweise Gaskomponenten, dominieren die Druckkräfte, die solche Elemente oder einen derartigen Strom nach innen drücken. Dies ist der Grund dafür, warum sich die schwereren Partikel in den Partikel enthaltenden Gasstrom nach außen in Richtung auf den Umfang des Stromes konzentrieren.
Wenn jedoch ein Strömungselement im Strom auf ein Hindernis trifft, wie beispielsweise eine Wand, wird die Rotation des Stromes gestoppt, so daß die Zentrifugalkräfte aufhören, auf ein solches Strömungselement einzuwirken. Der Druckgradient ist jedoch noch vorhanden, so daß ein solches Element nach innen gedrückt wird.
Die Divergenz 52 oder die dieser Divergenz 52 zugeordnete Grenzschicht wirkt als ein solches Hindernis. Somit sind Strömungselemente, die auf die Divergenz 52 oder auf ihre Grenzschicht treffen, einem Druckgradienten ausgesetzt, der dazu neigt, ein solches Element nach innen und somit auch geringfügig in auf stromseitiger Richtung, d. h. in den von Partikeln befreiten Strom, zu bewegen. Eine solche Strömungstendenz ist durch die Strömungslinie 82 und genauer bei 82.1 angedeutet. Theoretisch ist eine solche Strömungslinie vorhanden, für die die Kräfte am Aufprallpunkt ausgeglichen sind, d. h. sie bewegt sich weder nach vorne noch nach hinten. Dieser Aufprallpunkt ist als Punkt der Umkehrströmung oder Strömungsumkehr bekannt.
Im Spülbereich enthaltene Partikel werden in den Umkehrstrom mitgerissen, wodurch der Wirkungsgrad der Trennung reduziert wird.
Die Erfinder haben festgestellt, daß durch Beschleunigung des mit Partikeln angereicherten Stromes im Beschleunigungsbereich 90 der Punkt der Strömungsumkehr in auf stromseitiger Richtung und radial nach innen bewegt wird. Somit wird durch die Beschleunigung des mit Partikeln angereicherten Stromes die unerwünschte Tendenz zu der vorstehend erwähnten Strömungsumkehr verbessert.
Im Diffusorbereich 92 nimmt der statische Druck auf Kosten des dynamischen oder kinetischen Drucks zu. Eine solche Zunahme des statischen Drucks auf Kosten des kinetischen oder dynamischen Drucks reduziert den Druckabfall zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaßteil 36 und erhöht somit den Wirkungsgrad der Vorrichtung 10 im Hinblick auf den Energieverbrauch.
Durch Versuche haben die Erfinder festgestellt, daß die aerodynamische Form des Einlasses 42 ein wesentliches Absinken des Gesamtdruckabfalls bewirkt, der im Vergleich zu anderen Vorrichtungen, die nicht gemäß dieser Lösung der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, etwa 15% des Gesamtdruckabfalls beträgt. Anstatt aus dieser Verringerung des Druckabfalls Nutzen zu ziehen, kann man auch ein Extraktionsrohr mit kleinerem Innendurchmesser verwenden, das im Vergleich zu anderen Vorrichtungen, die den Erfindern bekannt sind, zu einem höheren Gesamtmassenwirkungsgrad führt, ohne daß damit ein Anstieg des Druckabfalls verbunden ist.
Die Erfinder haben ferner festgestellt, daß die Strömungseigenschaften der Vorrichtung im Vergleich zu anderen Vorrichtungen, die ihnen bekannt sind, wesentlich stabiler sind. Bei solchen anderen bekannten Vorrichtungen wurde festgestellt, daß Instabilitäten in der Form von Fluktuationen im Gesamtdruckabfall und im Volumenstrom inhärente Eigenschaften sind. In anderen Vorrichtungen führen Fluktuationen des Punktes der Strömungsumkehr zu einer größeren Verunreinigung des von Partikeln befreiten Stromes durch Partikel aus dem Spülbereich. In erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtungen wurden derartige Fluktuationen zumindest reduziert, in den meisten Fällen jedoch im wesentlichen eliminiert, und die nachteilige Verunreinigung wurde entsprechend zumindest reduziert und in den meisten Fällen im wesentlichen eliminiert.
Bei einem Prototyp der dargestellten allgemeinen Konfiguration, der einen Divergenzwinkel von 7º, einen Außenrohrinnendurchmesser von 18 mm, eine Gesamtlänge von 60 mm, eine Wirbelerzeugungsbereichslänge von 20 mm, einen Verwirbelungswinkel von 180º und einen Innendurchmesser der mittleren Öffnung von 10 mm besaß und unter einem Gesamtdruckabfall von etwa 1 kPa sowie einem Luftdurchsatz von 4,6 g/sec arbeitete, wurde ein Gesamtmassenwirkungsgrad der Staubentfernung von etwa 97% für AC-Grobstaub erzielt, wobei mit 100%, d. h. ohne Spülstrom, gearbeitet wurde.
Bei dem gleichen Prototyp mit einer Ausbeute von 90% betrug der Gesamtdruckabfall etwa 1 kPa, der Luftdurchsatz 4,6 g/sec im Hauptluftstrom und der Trennwirkungsgrad mehr als 98%.
Beide Tests wurden mit AC-Grobstaub -durchgeführt.
Die Erfinder haben eine Reihe von erfinderischen Lösungen in bezug auf eine Reihe von Aspekten von Trennvorrichtungen der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, zur Verfügung gestellt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich in erster Linie auf einen derartigen Aspekt, nämlich die Beschleunigung des Stromes im äußeren Umfangsbereich, und den subsidiären und verwandten Aspekt eines aerodynamischen zentralen Einlasses. Es versteht sich, daß die Merkmale der vorliegenden Erfindung zusammen mit den in verwandten Anmeldungen der gleichen Erfinder herausgestellten Merkmalen zu einer Reihe von Vorteilen führen. Diese Vorteile, zu denen die vorliegende Erfindung im wesentlichen beiträgt, sind vorstehend herausgestellt. Es versteht sich, daß die Merkmale der vorliegenden Erfindung einzeln gesehen nicht notwendigerweise die einzigen Faktoren sind, die zu den vorstehend erwähnten Vorteilen führen.

Claims

1. Verfahren zum Behandeln eines Partikel enthaltenden Gasstromes zur Reinigung des Gases von Partikeln oder zur Wiedergewinnung der Partikel aus dem Gas in einer Vorrichtung (10), die umfaßt

ein äußeres rundes Rohr (12) mit einem Einlaß (14) an einem Ende, das im Betrieb ein aufstromseitiges Ende ist, und einem gegenüberliegenden Ende (66), das im Betrieb ein abstromseitiges Ende ist;

einen axial angeordneten Wirbel- oder Rotationsstromerzeuger (16) im Rohr (12) abstromseitig des Einlasses (14);

einen Trennbereich (19) abstromseitig des Wirbelerzeugers (16);

ein inneres rundes Extraktionsrohr (40), das konzentrisch innerhalb des äußeren runden Rohres (12) zum abstromseitigen Ende (66) des äußeren runden Rohres (12) hin angeordnet ist und einen Einlaß (42) in einer vorgegebenen Axialposition entsprechend dem Ende des Trennbereiches (19) sowie zentrale Auslaßeinrichtungen (48) an einem abstromseitigen Ende desselben aufweist;

einen peripheren Auslaßbereich (22), der ringförmig zwischen dem äußeren runden Rohr (12) und dem inneren runden Rohr (40) angeordnet ist;

einen zentralen Auslaßbereich (24), der durch das innere runde Rohr (40) gebildet ist; und

Auslaßeinrichtungen (36) abstromseitig des peripheren Auslaßbereiches (22),

wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt Einführen des die Partikel enthaltenden Gasstromes in Axialrichtung in das äußere runde Rohr (12) über dessen Einlaß (14);

Induzieren eines Rotationsstromes im Partikel enthaltenden Gasstrom durch Führen des Stromes durch den Wirbelerzeuger (16);

Wandern- und Konzentrierenlassen der Partikel zum Außenumfang des Stromes, während dieser durch den Wirbelerzeuger (16) und den Trennbereich (19) fließt; Führen eines von Partikeln befreiten Abschnittes des Stromes in Richtung auf die Mitte des Rohres (12) über den zentralen Auslaßbereich (24) durch die zentralen Auslaßeinrichtungen (48); und

Führen eines mit Partikeln angereicherten Abschnittes des Stromes in Richtung auf den Außenumfang des Rohres (12) über den peripheren Auslaßbereich (22) durch die Auslaßeinrichtungen (36), gekennzeichnet durch

Vorsehen eines Beschleunigungs-Verzögerungs-Gebildes in der Form eines divergierenden-konvergierenden Ringes (50), der nacheinander einen divergierenden Abschnitt (52), einen Scheitel (54) und einen konvergierenden Abschnitt ringförmig um das innere Extraktionsrohr (40) herum aufweist, um im peripheren Auslaßbereich (22) nacheinander einen ringförmigen Beschleunigungsbereich (90), eine ringförmige Öffnung (54) und einen ringförmigen Diffusorbereich auszubilden, und

Kontrahieren und Beschleunigen des mit Partikeln angereicherten Abschnittes des Stromes im ringförmigen Beschleunigungsbereich (90) im peripheren Auslaßbereich (22) sowie

Umwandeln des dynamischen Drucks im mit Partikeln angereicherten Strom in statischen Druck, indem man den mit Partikeln angereicherten Strom in den ringförmigen Diffusorbereich diffundieren läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Beschleunigen des mit Partikeln angereicherten Abschnittes des Stromes um zwischen 50% und 300%.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der divergierende-konvergierende Ring (50) axial vom Einlaß (42) beabstandet ist, daß der Schritt des Kontrahierens und Beschleunigens des mit Partikeln angereicherten Abschnittes des Stromes an einer Stelle beginnt, die axial abstromseitig vom Einlaß (42) beabstandet ist, und daß der Schritt des Umwandelns des dynamischen Drucks in statischen Druck an einer Stelle beendet wird, die axial aufstromseitig eines aufstromseitigen Endes der Auslaßeinrichtungen (36) beabstandet ist.

4. Wirbelrohrgasreinigungsvorrichtung (10) oder Partikelwiedergewinnungsvorrichtung (10) mit

einem äußeren runden Rohr (12), das einen Einlaß (14) an einem Ende, das im Betrieb ein aufstromseitiges Ende ist, und ein gegenüberliegendes Ende (66), das im Betrieb ein abstromseitiges Ende ist, aufweist;

einem axial angeordneten Wirbel- oder Rotationstromerzeuger (16) im Rohr (12) abstromseitg des Einlasses (14);

einem Trennbereich (19) abstromseitig des Wirbelerzeugers (16);

einem inneren runden Extraktionsrohr (40), das konzentrisch innerhalb des äußeren runden Rohres (12) in Richtung auf das abstromseitige Ende (66) des äußeren runden Rohres (12) angeordnet ist und einen Einlaß (42) in einer vorgegebenen Axialposition entsprechend dem Ende des Trennbereiches (19) sowie zentrale Auslaßeinrichtungen (48) an einem abstromseitigen Ende desselben aufweist;

einem peripheren Auslaßbereich (22), der ringförmig zwischen dem äußeren runden Rohr (12) und dem inneren runden Rohr (40) angeordnet ist;

einem zentralen Auslaßbereich (24), der durch das innere runde Rohr (40) gebildet wird; und

Auslaßeinrichtungen (36) abstromseitig des peripheren Auslaßbereiches (22), dadurch gekennzeichnet, daß ein Beschleunigungs- Verzögerungs-Gebilde in der Form eines divergierenden-konvergierenden Ringes (50) vorgesehen ist, das nacheinander einen divergierenden Abschnitt (52), einen Scheitel (54) und einen konvergierenden Abschnitt ringförmig um das innere Extraktionsrohr (40) herum aufweist, um im peripheren Auslaßbereich (22) nacheinander einen ringförmigen Beschleunigungsbereich (90), eine ringförmige Öffnung (54) und einen ringförmigen Diffusorbereich auszubilden.

5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der divergierende Abschnitt (52) an einer Stelle beginnt, die abstromseitig vom Einlaß (42) beabstandet ist, und daß der konvergierende Abschnitt an einer Stelle endet, die aufstromseitig von einem aufstromseitigen Ende der Auslaßeinrichtungen (36) beabstandet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel des divergierenden Abschnittes (52) zwischen 60º und 135º beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den Strömungsquerschnitten unmittelbar aufstromseitig und abstromseitig des Beschleunigungsbereiches (90) und des Scheitels (54) zwischen 1,5 : 1 und 4 : 1 liegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (42) zum inneren runden Extraktionsrohr (40) die Form einer Mündung (43) aerodynamischer Gestalt besitzt, die einen scharfen Vorderrand (42) und eine Lippe (43) aufweist, die sich vom Vorderrand (42) nach innen krümmt, wobei der Krümmungsradius der Lippe (43) größer ist als die Dicke des inneren runden Extraktionsrohres (40), so daß eine Tangente an die Lippe (43) am Vorderrand (42), die sich nach innen und nach unten erstreckt, einen spitzen Winkel (45) mit dem Innenumfang des inneren Rohres (40) bildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel (45) in einem Bereich von 30º bis 50º liegt.