DE926647C

DE926647C - Method and device for recovering the swirl energy from cyclone separators

Info

Publication number: DE926647C
Application number: DED8751A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr-Ing Barth
Original assignee: Dinglerwerke AG
Current assignee: Dinglerwerke AG
Priority date: 1951-04-22
Filing date: 1951-04-22
Publication date: 1955-04-21
Also published as: BE510616A; LU31402A1; FR1054540A

Description

Zur Entstaubung von Gasen werden in der Technik vielfach sogenannte Zyklonabscheider oder Wirbler verwendet. Diese Zyklonabscheider bestehen in der Regel aus einem rotationssymmetrischen Behälter, in den das staubführende Gas tangential eingeführt wird. In dem Abscheider bildet sich eine Rotationsströmung aus, die bewirkt, daß die Staubteilchen infolge der Zentrifugalkräfte nach außen und nach unten wandern, wo sie abgezogen werden können. Das gereinigte Gas verläßt den Abscheider durch ein in der Zylinderachse angebrachtes Tauchrohr.For the dedusting of gases, so-called cyclone separators or are often used in technology Swirler used. These cyclone separators usually consist of a rotationally symmetrical one Container into which the dust-carrying gas is introduced tangentially. In the separator a rotational flow forms, which causes the dust particles as a result of centrifugal forces migrate outward and downward where they can be peeled off. The purified gas leaves the separator through a dip tube attached to the cylinder axis.

Diese bekannten Zyklonabscheider haben den Nachteil, daß sehr feine Teilchen nur mangelhaft abgeschieden werden. Man hat nun versucht, durch Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit die Zentrifugalkräfte zu steigern, um damit auch die Abscheidung feiner Teilchen zu ermöglichen. Dieser Arbeitsweise sind jedoch gewisse Grenzen gesetzt, da eine Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit gleichzeitig auch eine Steigerung der Druckverluste' und damit des Leistungsbedarfs bedeutet.These known cyclone separators have the disadvantage that very fine particles are poor to be deposited. Attempts have now been made to reduce the centrifugal forces by increasing the peripheral speed in order to enable the separation of fine particles. This However, there are certain limits to how it works, as the peripheral speed increases at the same time also means an increase in the pressure loss and thus the power requirement.

Um diese Druckverluste zu verringern, ist versucht worden, durch Anordnung von Diffusoren mit und ohne Einbauten einen Teil der Geschwindigkeitsenergie wiederzugewinnen und in Druck umzusetzen. Diese Versuche führten jedoch zu keinem Erfolg, was vor allem darauf zurückzuführen war, daß es bis heute nicht gelungen ist, einen nennenswerten Teil der Geschwindigkeitsenergie der Umfangskomponente in Druck umzusetzen.In order to reduce this pressure loss, attempts have been made by arranging diffusers with and to recover part of the velocity energy and convert it into pressure without any internals. However, these attempts did not lead to success, which was mainly due to that until today it has not been possible to use a significant part of the velocity energy of the circumferential component to put into print.

Die Erfindung bezieht sich nun zunächst auf ein Verfahren, das es ermöglicht, den größten Teil der Energie der Rotationsströmung, insbesondere auchThe invention now relates first of all to a method that enables most of the Energy of the rotational flow, in particular, too

der Umfangskomponente, wiederzugewinnen und als Drucksteigerung nutzbar zu machen. Das ist nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Wiedergewinnung der Drallenergie in zwei aufeinanderfolgenden, jedoch voneinander unabhängigen Transformationen durchgeführt wird, und zwar in der Weise, daß durch eine radial nach außen gerichtete Führung des abgesaugten, gereinigten Gases zunächst die Umfangskomponente der Geschwindigkeit unter gleichzeitiger Erhöhung der Meridianbzw. Axialkomponente der Geschwindigkeit verkleinert und anschließend hieran die Geschwindigkeitsenergie der Meridian- oder Axialkomponente der Geschwindigkeit in einem Diffusor in Druck umgesetzt wird. Damit wird erreicht, daß die kinetische Energie der Umfangskomponente gewissermaßen verlustlos in kinetische Energie der Meridian- oder Axialkomponente umgewandelt und die kinetische Energie in bekannter Weise in Druck umgesetzt wird.the circumferential component, to be recovered and made usable as a pressure increase. That is achieved according to the invention in that the recovery of the twist energy in two successive, however, mutually independent transformations are carried out, namely in the Way that by a radially outward guidance of the extracted, purified gas initially the circumferential component of the speed with a simultaneous increase in the meridian or The axial component of the speed is reduced and then the speed energy the meridian or axial component of the velocity in a diffuser in pressure is implemented. This ensures that the kinetic energy of the circumferential component to a certain extent and converted without loss into kinetic energy of the meridian or axial component the kinetic energy is converted into pressure in a known manner.

Das beschriebene Verfahren beruht auf derThe procedure described is based on the

Erkenntnis, daß in einem Diffusor wohl die Energie der Axialkomponente, aber nicht die Energie derUmfangsikomponente gewonnen werden kann.Realization that in a diffuser it is the energy of the axial component, but not the Energy of the peripheral component can be obtained.

Die Erfindung bezieht sich sodann auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Eine dafür geeignete Vorrichtung ist nach der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß zur Führung des abgesaugten Gases radial nach außen ein sich allmählich verengender Ringraum dient, an den sich ein schwach konischer Diffusor anschließt. Auf diese Weise wird die Umfangskomponente der Geschwindigkeit erniedrigt und gleichzeitig die Radialkomponente der Geschwindigkeit erhöht'. Diese Umwandlung kann fast verlustlos erfolgen, da es sich hierbei, im Gegensatz zu den bisher bekannten Vorrichtungen zur Wiedergewinnung der Drallenergie, nicht um eine Umsetzung von Geschwindigkeitsenergie in Druck, sondern nur um eine Richtungsänderung der Strömung handelt, wobei die kinetische Energie des Gases praktisch nicht verändert wird. Die auf diese Weise erzeugte kinetische Energie der Axial- oder Meridiankomponente wird dann in dem sich an den rotationssymmetrischen Ringraum anschließenden Diffussor in Druck umgesetzt und damit wiedergewonnen. Da die erste Umwandlung bei beschleunigter Strömung durchgeführt wird, treten praktisch keine Strömungsverluste auf. Auch die zweite Umwandlung kann nahezu verlustlos durchgeführt werden.The invention then also relates to a device for carrying out this method. A device suitable for this is designed according to the invention in such a way that for guidance of the extracted gas radially outwards a gradually narrowing annular space is used to which a slightly conical diffuser connects. In this way the circumferential component of speed becomes decreased and at the same time the radial component of the speed increased '. This conversion can take place almost without loss, because it is here, in contrast to the previously known devices for the recovery of the Swirl energy, not about converting speed energy into pressure, but only about a change of direction of the flow acts, whereby the kinetic energy of the gas is practically is not changed. The kinetic energy of the axial or meridional component generated in this way is then in the diffuser adjoining the rotationally symmetrical annular space converted into pressure and thus recovered. Because the first transformation in accelerated flow is carried out, practically no flow losses occur. The second transformation too can be carried out with almost no loss.

Diese günstige Wirkung kann gemäß der Erfindung noch dadurch wesentlich gesteigert werden, daß in den sich verengenden Ringraum Leitschaufein eingebaut sind. Die Leitschaufeln werden dabei zweckmäßig so ausgebildet, daß das Gas ohne Drall in den Diffusor eintritt. Weiter wird den Leitschaufeln zweckmäßigerweise eine solche Form gegeben, daß überall an den Wandungen eine beschleunigte Strömung herrscht. Da in beschleunigter Strömung wesentlich geringere Strömungsverluste als in verzögerter Strömung auftreten, können auf diese Weise StrömungsVerluste fast vollkommen vermieden werden, während die gesamte kinetische Energie der Umfangskomponente in Druck umgesetzt werden kann.According to the invention, this beneficial effect can be significantly increased by that guide vanes are built into the narrowing annulus. The guide vanes are doing this expediently designed so that the gas enters the diffuser without swirl. Next is the guide vanes expediently given such a shape that everywhere on the walls one accelerated flow prevails. Since there are significantly lower flow losses in an accelerated flow than in a decelerated flow, In this way, flow losses can be almost completely avoided during the entire kinetic energy of the peripheral component can be converted into pressure.

In manchen Fällen kann es auch aus baulichen Gründen zweckmäßig sein, die Leitschaufeln im Diffusor anzuordnen, um gegebenenfalls den Restdrall zu beseitigen bzw. zurückzugewinnen. In diesem Fall kann die Strömung im Diffusor radial nach innen geführt werden, ohne daß durch den Restdrall größere Strömungsverluste eintreten.In some cases, for structural reasons, it can also be useful to place the guide vanes in the Arrange diffuser in order to eliminate or regain the residual twist if necessary. In In this case, the flow in the diffuser can be guided radially inward without passing through the Residual twist larger flow losses occur.

Eine weitere Verbesserung ist durch die Erfindung dadurch erreicht, daß die Kanten am Tauchrohreinlauf abgerundet sind. Die Strahleinschnürung am Eintritt wird dadurch verringert. Ferner wird das Auftreten hoher Geschwindigkeiten im Einlauf in das Tauchrohr vermieden. Schließlich läßt sich die Forderung nach beschleunigter Strömung leichter erfüllen.A further improvement is achieved by the invention in that the edges on the dip tube inlet are rounded. This reduces the constriction of the beam at the entrance. Further the occurrence of high speeds in the inlet into the immersion tube is avoided. In the end the requirement for accelerated flow can be met more easily.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn man in der Zyklonachse einen rotationssymmetrischen Kern anordnet. Dieser Kern verhindert das Auftreten hoher Geschwindigkeiten in der Zyklonachse und vermeidet daher eine Trombenbildung. Eine solche Trombenbildung ist für die Abscheidung unerwünscht, da sie einmal den bereits abgeschiedenen Staub wieder aufwirbelt und zum anderen auch stets mit größeren Strömungsverlusten verbunden ist. Andererseits ergeben sich für den Einbau der Leitschaufeln ganz wesentlich günstigere Voraussetzungen, da auf diese Weise die hohen Geschwindigkeiten in der Umgebung der Zyklonachse vermieden werden und sich infolgedessen die Geschwindigkeitstransformation leichter verlustlos durchführen läßt.A further improvement is obtained if the cyclone axis is rotationally symmetrical Core arranges. This core prevents high speeds from occurring in the cyclone axis and therefore avoids turbulence. Such turbulence is essential for the separation undesirable, as it whirls up the dust that has already been separated out and to the other is always associated with greater flow losses. On the other hand result for the installation of the guide vanes very much more favorable conditions, as in this way the high speeds in the vicinity of the cyclone axis are avoided and as a result the speed transformation can be carried out more easily without loss.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen als Beispiele der Erfindung dargestellt. In the drawing, several embodiments are shown as examples of the invention.

Fig. ι zeigt schematisch eine Ausführungsform des Zyklonabscheiders im Schnitt;Fig. Ι shows schematically an embodiment of the cyclone separator in section;

Fig. 2 veranschaulicht das Tauchrohr einer anderen Ausführungsform mit Leitschaufeln ebenfalls im Axialschnitt;Fig. 2 also illustrates the dip tube of another embodiment with guide vanes in axial section;

Fig. 3 zeigt im größeren Maßstab die bei der Ausführungsform nach Fig. 2 verwendeten Leitschaufeln- in abgewickelter Lage;Fig. 3 shows on a larger scale the guide vanes used in the embodiment of FIG. in the unwound position;

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Darstellung nach Fig. 1;Figure 4 is a top plan view of the illustration of Figure 1;

Fig. 5 ist gleichfalls im Axialschnitt eine weitere Ausführungsform eines Tauchrohres;Fig. 5 is also in axial section a further embodiment of a dip tube;

Fig. 6 zeigt ebenfalls im Schnitt eine weitere Ausführungsform eines Zyklonabscheiders nach der Erfindung.Fig. 6 also shows in section a further embodiment of a cyclone separator according to the invention.

Bei dem Abscheider nach Fig. 1 besteht das Tauchrohr aus einem sich nach außen verengenden Ringraum a, an den sich ein Diffusor b arischließt. In dem Ringraum α wird die Umfangsgeschwindigkeit des Gases verringert und die Meridiangeschwindigkeit erhöht. In dem Diffusor b wird die Geschwindigkeitsenergie in Druck umgesetzt. Hinter dem Diffusor strömt das Gas durch eine Kammer c in die Rohrleitung d. Damit sich in der Kammer c keine Trombe ausbilden kann, ist die Kammer c mit Gleichrichterblechen q versehen (vgl. insbesondere Fig. 4).In the separator according to Fig. 1, the dip tube is composed of a tapering outwardly annular space a, a diffuser severally reads b's. In the annulus α , the circumferential speed of the gas is reduced and the meridian speed is increased. The velocity energy is converted into pressure in the diffuser b. After the diffuser, the gas flows through a chamber c into the pipeline d. So that no turbulence can form in the chamber c , the chamber c is provided with rectifier plates q (cf. in particular FIG. 4).

In Fig. 2 ist- ein Tauchrohr mit Leitschaufeln dargestellt. In den sich verengenden Ringraum e sind Schaufeln / eingebaut, deren Abwicklung in Fig. 3 dargestellt ist. Die Schaufeln / sind so ausgebildet, daß das Gas ohne Stoßverluste oder Umlenkungsverluste in den Leitapparat strömen kann. In dem Leitapparat selbst wird die Strömung umgelenkt und beschleunigt, so daß sie ohne Drall in den Diffusor b gelangt. In dem Diffusor b wird dieIn Fig. 2 a dip tube with guide vanes is shown. Blades / are installed in the narrowing annular space e , the development of which is shown in FIG. 3. The blades / are designed so that the gas can flow into the diffuser without impact losses or deflection losses. In the diffuser itself, the flow is deflected and accelerated so that it reaches the diffuser b without a swirl. In the diffuser b is the

ίο Strömung radial nach innen geführt, was ohne Nachteil möglich ist, da der gesamte Drall durch den Leitapparat entfernt worden ist. Die Tauchrohreintrittskante ist bei dieser Ausführungsform abgerundet.ίο flow radially inwards, what without Disadvantage is possible because the entire swirl has been removed by the diffuser. The dip tube leading edge is rounded in this embodiment.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die Leitschaufeln f im Diffusor b angeordnet. Auf diese Weise kann der Restdrall beseitigt bzw. zurückgewonnen werden. In diesem Fall kann die Strömung im Diffusor radial nach innen geführt werden.In the embodiment according to FIG. 5, the guide vanes f are arranged in the diffuser b. In this way, the residual twist can be eliminated or regained. In this case, the flow in the diffuser can be directed radially inwards.

Fig. 6 zeigt einen Abscheider, bei dem in die Zyklonachse ein Kegelstumpf k eingebaut ist. Der Kegelstumpf k schirmt einmal den Staubsammelraum / von dem Abscheideraum m ab und verhindert daher eine Wiederaufwirbelung des bereits abgeschiedenen Staubes. Andererseits ermöglicht der Kegelstumpf auch eine gute und verlustlose Einführung des gereinigten Gases in das Tauchrohr, das aus dem verengten Ringraum η mit den Leitschaufeln 0 und dem Diffusor b besteht. Infolge der Konizität der Wände herrscht überall im Abscheider, mit Ausnahme des Diffusor» b, beschleunigte Strömung, so daß Strömungsverluste praktisch ganz vermieden werden. Mit einem Abscheider gemäß Fig. 6 kann daher die gesamte Geschwindigkeitsenergie wieder in Druck umgesetzt werden.6 shows a separator in which a truncated cone k is built into the cyclone axis. The truncated cone k once shields the dust collection space / from the separation space m and therefore prevents the dust that has already been separated from being swirled up again. On the other hand, the truncated cone also enables a good and lossless introduction of the cleaned gas into the immersion tube, which consists of the narrowed annular space η with the guide vanes 0 and the diffuser b . As a result of the conicity of the walls, accelerated flow prevails everywhere in the separator, with the exception of the diffuser b, so that flow losses are practically completely avoided. With a separator according to FIG. 6, the entire velocity energy can therefore be converted back into pressure.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. A method for recovering the swirl energy of cyclone separators, characterized in that by means of a radially outwardly directed guide (a, e, n) of the extracted, purified gas, the circumferential component of the speed is first reduced while at the same time the meridional or axial component of the speed is increased and then on this the velocity energy of the meridian or axial component of the velocity is converted into pressure in a diffuser (b).

2. Apparatus for carrying out the method according to claim i, characterized in that a gradually narrowing annular space (a, e, n) is used to guide the extracted gas radially outward, to which a slightly conical diffuser (b) is connected.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that guide vanes (f, f) are installed in the narrowing annular space (e, n).

4. Device according to claims 2 and 3, characterized in that the guide vanes {f, f, 0) are designed so that the gas enters the diffuser (b) without a peripheral component.

5. Device according to claims 2 to 4, characterized in that the guide vanes (f>f> 0) are designed so that the absolute speed of the flow remains the same or becomes greater.

6. Device according to claims 2 to 5, characterized in that the guide vanes (/ ') are built into the diffuser (&) (Fig. S).

7. Device according to claims 2 to 6, characterized in that the edges on Dip tube inlet are rounded (Fig. 2).

8. Device according to claims 2 to 7, characterized in that a rotationally symmetrical insert (k) is built into the separator.

9. Device according to claims 2 to 8, characterized in that the diameter of the rotationally symmetrical insert (k) decreases towards the top.

10. Device according to claims 2 to 9, characterized in that the diameter of the outer jacket (m) decreases towards the bottom.

Referred publications: German Patent Nos. 134360, 679138; British Patent Specification No. 20,932 of 1890, 439740 = 582972, 646087; U.S. Patent No. 2,010,231.

1 sheet of drawings