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Gasreiniger
Die Erfindung betrifft eine Schleudereinrichtung zum Abscheiden
von Fremdkörpern aus Gasen bzw.
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Luft, z. B. von Flugasche aus Verbrennungsgasen, und insbesondere
eine Einrichtung dieser Art mit einem um eine Welle urnLaufenden Läufer sowie einem
Zulaufkanal für die Zufuhr des unreinen Gases zum Läufer und einem Ablaufkanal für
das den Läufer verlassende gereinigte Gas.
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Wenn ein Gas in einem zylindrischen Gefäß umläuft, so werden im Gas
befindliche Fremdkörper, z. B. Staubteilchen, mit einer Geschwindigkeit nach außen
geschleudert, die durch die auftretende Schleuderkraft und den Widerstand dies Gases
gegen die Bewegung der Teilchen bestimmt wird.
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Nachdem das mit den Fremdkörpern vermischte Gas eine gewisse Zeit
im Gefäß umgelaufen ist, müßten nach allgemeiner Annahme alle Teilchen sich am Umfang
gesammelt und an der Gefäßwandung abgelagert heben. Bisher bekannte Schleudern dieser
Art haben jedoch ein verhältnismäßig schlechtes Reinigungsvermögen, da eine mehr
oder weniger unvollständige Abscheidung der Teilchen infolge der durch den Geschwlindigkeitsunterschied
zwischen dem Gas und der Gefäßwandung verursachten Wirbel längs der Wandung eintritt.
Angesichts dieser Erfahrung hat die Erfindung eine verbesserte Schleudereinrichtung
zum Gegenstand, die auch Fremdkörper von sehr geringer Größenordnung wirksam abzuscheiden
vermag. Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die Schleudereinrichtung
mit Anordnungen versehen wird, die dem Gas eine derartige Alnfangsgeschwindigkeit
erteilen
und es in eine solche Richtung leiten, daß seine Geschwindigkeit in bezug auf die
Geschwindigkeit der die abgeschiedenen Fremdkörper aufnehmenden Wanddäche des Läufers
entsprechend verringert wird, um ein Einwirbeln von an der Wandfläche befindlichen
Teilchen in die Gasmasse wirksam zu verhindern.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht.
Es zeigt Fig. I einen Längsschnitt durch eine gemäß der Erfindung ausgeführte Schleudereinrichtung,
Fig. 2 einen Leitschienenring mit Umstellanordnung im Schnitt nach der Linie II-II
in Fig. I, Fig. 3 den gleichen Leitschienenring in einer Ansicht von oben, Fig.
4 einen Längsschnitt dadurch eine andere Ausführungsform der Einrichtung, Fig. 5
einenl Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine
Schleudereinrichtung, bei der die im Läufer abgteschieldenen Fremdkörper durch eine
mechanische Anordunug von ihm entfernt werden; dabei ist Fig. 6 ein Schnitt nach
der Linie X-X in Fig. 7, die ihrerseits ein Schnitt gemäß der Linie XI-XI in Fig.
6 ist, und Fig. 8 zeigt eine Einzelheit der gleichen Schleudereinrichtung in Außenansicht.
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Blei der Ausführungsform gemäß Fig. I bis 3 bezeichnet 20 einen Läufer,
der aus einer geeigneten Anzahl, im vorliegenden Fall -fünf konzentrisch angeordneter
Trommeln zusammengesetzt ist, die durch Wellen 2I, 22 in Lagern 23 bzw. 24 gelagert
sind. Die Läufer sind mit den Wellen 2I, 22 und miteinander über gleichzeitig geschlossene
Endwandungen für die innerste Trommel bildende Schelben 25, 26 sowie einen Quersteg
28 verbunden.
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Die Trommeln verlaufen bei der Ausführungsform gemäß Fig. I bis 3
schwach konisch, wobei das weitere Ende der Trommeln in Fig. I sich unten befindet.
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Der Läufer 20 wird durch einen (nicht dargestellten) Motor angetrieben,
der an eine über Kegelzahnräder 31, 32 mit der Welle 21 in Verbindung stehende Welle
30 angeschlossen ist. Die genannten Zahnräder sind in eine am Mittel, teil des Gehäuses
34 der Schleudereinrichtung angeordnete Kapsel 33 eingeschlossen.
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Das zu reinigende Gas wird mit Hilfe eines Gebläses od. dgl. in den
unteren Teil 34a des Gehäuses der Schleudereinrichtung gemäß Fig. I eingeführt.
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In diesem Gehäuse können Mundstücke 36 angeordnet sein, durch die
Wasser in feinverteilter Form in das Gas eingespritzt wird. Vor dem Läufer 20 ist
im Weg des Gasstroms ein allgemein mit 38 bezeichnetes Leitschaufelsystem angeordnet.
Dieses Leitschaufelsystem besteht aus Leitschaufeln 40, die den Gasstrom umleiten,
so daß ihm eine Umlaufbewegung erteilt wird. Die Leitschaufeln 40 sind vorzugsweise
mit biegsamen und einstellbaren Zungen 41 verbunden, um die Durchströmfiäche des
Leitschaufelsystems zu regeln. Zu diesem Zweck sind Zungen 41 an ein'System von
Hebeln 42 angeschlossen, das an einer ringförmigen Schiene 43 gelenkig befestigt
ist. Der eine Endteil der Schiene 43 kann über einen Lenker 45 mit einer Membran
44 in Verbindung stehen (Fig. z). Die Membran 44 ist in einer Dose 46 angeordnet
und teilt diese in zwei Kammern, von denen Idie, eine durch eine bei 47 angedeutete
Leitung in den Raum vor dem Leitschaufelapparat 38 mündet, während die andere Kammer
durch eine Leitung 48 mit der Ablaufseite des Leitschaufelapparates in Verbindung
steht. In der letztgenannten Kammer kann eine gegen die Membran 44 anifegende Druckfeder
50 angeordnet sein. Je nach dem Druckunterschied vor und hinter dem Leitschaufelapparat
nimmt die Membran 44 verschiedene Lagen ein und stellt gleichzeitig die Schiene
43 und damit die biegsamen Zungen 41 auf die gewünschte Durchstömfläche um.
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Die auf das Gas wirkende Schleuderkraft wächst mit dem Abstand von
der Drehachse. Da somit die Schilreuderwirkung im einem größeren Abstand von der
Drehachse größer ist als in einem geringeren Abstand, kann die Entfernung zwischen
den konzentrisch angeordneten Trommeln im Läufer 20 allmählich mit wachsendem Abstand
von der Drehachse größer gemacht werden, wie aus Fig. I hervorgeht.
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Beim Strömen eines umlaufenden Gases durch einen Raum stellen sich
die Umllaufgeschwindigkeiten nach bekannten hydraulischen Gesetzen so ein, daß sie
näher bei der Drehachse größer werden als am Strömungsumfang. Für die Läufer ist
das Verhältnis umgekehrt. Die näher bei der Drehachse gelegenen Trommeln laufen
somit langsamer um als die äußeren. Bemißt man demnach die Umlaufgeschwindigkeit
dles Gases hinter dem Leitschaufelsystem 38 derart, daß sie einem gewissen Abstand
van der Drehachse der Umalufgeschweindigkeit des Läufers gleich ist, so wird dennoch
ein Geschwindigkeitsunterschied zwischen Läufer und Gas an anderen Stellen auftreten.
Gemäß der Erfindung verden Nachteile Idiieser Art zweckmäßig durch am Gaseinlaß
des Läufers angebrachte Schaufeln 27 vermieden (s. auch Fig. 5), die bei Geschwindigkeitsverminderung
den eintretendlen Gas strom auf die glciche U*mfangsgeschwindigkeit umlenken, die
der Läufer in dem Betreffenden Abstand von der Drehachse hat. In diesem Fall' ist
die Geschwindigkeit des Gases hinter der Leitschiene nach dem äußersten Spalt zwischen
den Trommeln bemessen, der daher keine derartigen Schaufeln zu haben braucht. Die
Eintrittswinkel an den Schaufeln 27 nehmen zweckmäßig nach außen zu ab. Gegebenenfalls
kann ein Leitschaufelsyastem 38 auch an der Ablaufseite 34S der Schleudereinrichtung
zur Umlenkung des Gasstroms in ungefähr axialer Richtung im Verhältnis zum festen
Gehäuse angeordnet sein.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. I bis 3 werden die abgeschiedenen
Teilchen von den Trommeln 20 mit Hilfe einer Flüssigkeit, z B. Wasser, entfernt,
die an dem verhältnismäßig schmalen oberen Ende der Trommeln durch eine mit Mundstücken
oder Öffnungen 52 versehene Leitung 53
eingeführt wird. Diese Öffnungen
sind zweckmäßig schräg gerichtet, so daß das Wasser annähernd tangential der Umlaufrichtung
der Trommeln eingespritzt wird. Infolge der schwach konischen Form der Trommeln
bildet das Wasser über der Innenfläche jeder Trommel eine langsam abwärts wandernde
Schicht, im vorliegenden Fall in zum Gasstrom entgegengesetzter Richtung. Das Wasser
wird am unteren Teil der Läufer durch eine Offnung 55 des Gehäuses 34 in eine mit
einem unteren Ablauf 57 versehene Kammer 56 geschleudert.
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Um einen Übertritt von mit Teilchen vermischtem Gas in das gereinigte
gas zu verhindern, kann die Ablaufseite 34b der Schleudereinrichtung mittels einer
Leitung 6o mit dem Zwischenraum zwischen der äußersten Trommel und dem Gehäuse der
Schleudereinrichtung verbunden sein. Der Druck ist an der Azblaufseite infolge der
daselbst herrschenden geringeren Gasgeschwindigkeit im Vergleich zu der Gasgeschwindigkeit
hinter dem ersten Leibschaufelapparat 38 größer, weshalb ein etwaiger tJbertritt
in Richtung von ider Ahlaufseite 34b in den genannten Zwischenraum hinein stattfindet.
In gewissen Fällen kann statt dessen der Zwischenraum zum gleichen Zweck mit der
Außenluft in Verbindung stehen.
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Die beschriebene Einrichtung wirkt in folgender Weise: Das verunreinigte
Gas wird mittels des obenerwähnten Gebläses in den unteren Teil 34a der Einrichtung
eingeführt, wo es zweckmäßig mittels durch die Munldstücke 36 eingespritzten Wassers
angefeuchtet wird. Dieses Wasser nimmt etwaige dem Gasstrom mitfolgende schädliche
Gase, z. B. Schwefeldioxyd, auf. Das Wasser übt auch eine gewisse bindende Wirkung
auf die Teilchen aus und erhöht deren Gewicht, so daß die Schleuderwirkung vergrößert
wird. Das Leitschaufelsystem 38 führt sodann das Gas in eine umlaufende Bewegung
über, wobei durch die Schaufelanordnung 27 bewirkt wird, daß dem Gas eine der Drehgeschwindigkeit
der Trommeln gleiche oder annähernd gleiche Umfangsgeschwindigkeit zwischen den
einzelnen Trommeln des Läufers mitlgeteilt wird. Während das Gas sich gleichzeitig
zwischen den Trommeln nach oben bewegt, werden die Teilchen abgeschieden' und von
der Wasserschicht aufgenommen, worauf das gereinigte Gas nach oben abzieht. Die
Teilchen werden ununterbrochen mit dem Wasser aus dem Läufer fortbewegt und werden
durch die Kammer 56 bzw. den Ablauf 57 abgeführt.
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Beim Betrieb der Schleudereinrichtung unter verschiedenen Belastungen
wird durch das einstellbare Leitschaufelsystem 38 dafür gesorgt, Idaß die Umfangsgeschwindigkeit
des Gases im Läufer auch bei geringen Belastungen genügend groß ist, um eine wirksame
Reinigung des Gases zu erzielen.
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Wenn nämlich Idlie Belastung sinkt, so steigt der Druck an der Ablaufseite
des Leitschaufelsystems.
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Dies hat zur Folge, daß die Membran 44 die Schiene 43 nach links in
Fig. 2 führt, wodurch die federnden Zungen' 41 den Durchströmweg verringern, so
daß die Gasgeschwindigkeit beim Einströmen in den Läufer einen genügenden Wert hat.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 unterscheidet sich von der
vorhergehenden im wesentlichen dadurch, daß der Läufer 20 keinen besonderen Antrieb
aufweist und statt dessen mit Hilfe des zu reinigenden Gases zum Umlaufen gebracht
wird, das zu diesem Zweck in an sich bekannter Weise durch Leitschaufeln 6I und
die Schaufeln 27 geleitet wird. Die Leitschaufeln 6I sind bei dieser in erster Linie
für Fälle ohne wechselnde Belastungen gedachten Ausfübrungsform fest angeordnet.
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Eine derartige Anordnung kann aber auch angewandt werden, wenn die
Ansprüche an die Schleuderwirkung bei kleiner Belastung wenig strenger sind.
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Fig. 6 bis 8 zeigen eine Ausführungsform der Schleudereinrichtung,
bei der die Trommeln des Läniers auf mechanischem Weg von faden abgeschiedenen'
Teilchen gereinigt werden. Der Läufer 20 besteht aus z. B. vier Trommeln 80 bis
83. Die innerste Trommel 80 Sund die dritte Trommel 82 von innen sitzen mittels
Keilen 84 od. dgl. fest auf der im vorliegenden Fall durchgehenden Läuferachse 85,
während die beiden übrigen Trommeln 8I und 83 gegenüber der letzteren drehbar angeordnet
sind.
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In das zweckmäßigerweise erweiterte obere Ende der Läuferwelle 85
tritt, wie Fig. 6 zeigt, eine Welle 86 ein, die einen radial vorstehenden, zweckmäßig
mit einer Rolle 88 versehenen Zapfen 87 trägt. Letzterer wird in einer länglichen
axialen Ausnehmung 89 in der Läuferwelle 85 von ungefähr gleicher Breite wie der
Zapfendurchmesser geführt und tritt mit seiner Rolle 88 in eine Ausnehmung go in
einer auf der Läuferwelle angeordneten Hüllse 91 ein (Fig. 8). Die Ausnehmunggo
ist ebenfalls von länglicher Form, verläuft jedoch schräg zur Mittellinie der Schleudereinrichtung.
Ferner trägt die Hülse gI zwei Zapfen 92, 93, von welchem jeder mit einem Gesperre
94, 95 zusammenarbeitet.
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Das Gesperre 94 wirkt seinerseits mit Zähnen eines Ringes oder einer
Hülse 96 zusammen, die mittels der Stege 28 an die äußerste Trommel 83 angeschlossen
ist. Das Gesperre 95 wirkt mit Zähnen eines Ringes 98 zusammen, der durch Stege
28 mit der Trommel verbunden ist. Die Gesperre wirken in entgegengesetzter Richtung
derart, daß das Gesperre 94 die Trommel 83 bei Drehung der Hülse 91 nach einer Richtung
(gemäß Pfeil Io7 in Fig. 7) mitnimmt, jedoch über die Zähne der Hülse 96 bei Drehung
der Hülse in entgegengesetzter Richtung in der im folgenden näher erklärten Weise
hinweggleitet. Das Gesperre 9,5 wiederum nimmt die Trommel 8I bei Drehung der Hülse
gI in zum Pfeil I07 entgegengesetzter Richtung mit und gleitet über die Zähne der
Hülse g8 bei deren Drehung in Richtung Ides Pfeiles 107.
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Die in der Läuferwelle 85 gelagerte Welle 86 trägt an ihrem oberen
Ende eine Rolle 100 mit ringförmiger Spur 101, in die das gabelförmige Ende I02
eines im festen Gestell der Schleudereinrichtung gelagerten zweiarmigen Hebels 103
eintritt.
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Dieser ist in bekannter Weise an seinem entgegengesetzten Ende mit
einem Exzenter, einer Kurbel-
welle IO4 od. dgl. verbunden und'
wird von ihr durch einen Antrieb, z. B. einen Antriebsmotor für den Läufer, in auf
und abwärts gerichtete Bewegung versetzt, wobei die Welle 86 mitgenommen wird.
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An der Außenseite der Trommeln 80 bis 82 sind Abstreicher 106 angelenkt,
die sich längs der gesamten Trommeln in axialer Richtung zwischen den diese tragenden
Stegen 28 erstrecken können.
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Die Abstreicher 106 liegen infolge der Wirkung der Schleuderkraft
gegen die entsprechende vor ihnen liegende Innenfläche der Trommeln mit so großer
Reibung an, daß auch die Trommeln 81 und 83 bei Drehung der Welle 85 bei gleicher
Drehzahl mitgenommen werden. Der an der innersten Trommel 80 sitzende Abstreicher
erstreckt sich schräg nach außen gegen die Trommel 81 in der Drehrichtung des Läufers
(Pfeil 107), während die Abstreicher der Trommeln 8I und 82 in entgegengesetzter
Richtung verlaufen. Die Trommeln 8i und 82 sind unmittelbar an ihren Abstreichern
106 mit längs verlaufenden Schlitzen 108 versehen. Die äußerste Trommel 83 weist
ebenfalls einen oder mehrere derartiger längs verlaufender Schlitze 108 auf. Das
Gehäuse 34 der Schleudereinrichtung ist zweckmäßigerwise mit radialen Flanschen
110 versehen, die in einem geeigneten Abstand von wider äußersten Trommel 83 enden.
Die Läuferwelle 85 wird beim Betrieb der Schleudereinrichtung über die Welle 30
in Richtung Ides Pfeiles 107 angetrieben, wobei die Läuferwelle die Trommeln80 und
82 unmittelbar über die Keile 84 und die Trommeln 8i und 83 durch die Reibung, die
die Abstreicher 106 unter Wirkung der Schleuderkraft ausüben, mitnimmt.
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Gleichzeitig bewegt sich die Welle 86 auf und nieder und verursacht
durch das Eintreten der Rolle 88 in die schräg gestellte Spur go eine unterschiedliche
Bewegung der Hülse 91 und der Wellen 85, 86 in der Umfangsrichtung. Hierdurch wird
über das Gesperre 94 eine unterschiedliche Bewegung der Trommel 83 und der Trommel
82 erzwungen, wenn die Welle 86 sich nach oben bewegt. Diese unterschiedliche Bewegung
erfolgt also in Richtung des Pfeiles 107 Wenn dagegen Idie Welle 86 sich nach abwärts
bewegt, gleitet das Gesperre 94 über die Zähne der Hülse 86, während das Gesperre
95, das bei der Aufwäutsbewegung der Welle 86 unwirksam war, jetzt ldie Trommel
8I in Richtung gegen den Pfeil 107 mitnimmt. Die Trommeln 8i und 83 drehen sich
also gleichzeitig mit ihrer schnellen Drehbewegung stufenweise im Verhältnis zu
den beiden anderen Trommeln. Die Größe der unterschiedlichen Bewegung der Trommel
kann beliebig schwanken und beispielsweise eine oder mehrere Umdrehungen auf 100
Umdrehungen des Läufers betragen. Während der Relativbewegung kratzen die A. bstreicher
Io6 die aus dem in axialer Richtung zwischen den Trommeln von der unteren Kammer
aufwärts gemäß Fig. 6 strömenden Gas abgeschiedenen Teilchen ab und führen sie mit
sich. Wenn der von der Trommel 80 getragene Abstreicher Io6 bei der unterschiedlichen
Bewegung zum Schlitz Io8 der Trommel 81 gelangt, wird der aufgesammelte Staub durch
diesen Schlitz herausgeworfen und legt sich vor den von der genannten Trommel getragenen
Abstreicher usw. Vom Schlitz io8 der äußersten Trommel wird der Staub schließlich
nach dem äußeren Gehäuse 34 geschleudert und Idurch die untere Öffnung 57 abgeführt.
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Wird ein Läufer mit Schaufeln 27 benutzt, so kann dem Gas eine entsprechende
Umlaufgeschwindigkeit im Läufer ohne Hilfe von Leitschienen im festen Teil erteilt
werden. Der Läufer kann bei den Ausführungsformen mit Spülflüssigkeit angetrieben
werden.