EP0357703A1 - Rotierende desintegrationsvorrichtung. - Google Patents

Rotierende desintegrationsvorrichtung.

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Publication number
EP0357703A1
EP0357703A1 EP89901526A EP89901526A EP0357703A1 EP 0357703 A1 EP0357703 A1 EP 0357703A1 EP 89901526 A EP89901526 A EP 89901526A EP 89901526 A EP89901526 A EP 89901526A EP 0357703 A1 EP0357703 A1 EP 0357703A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ring
blade
disintegration
rings
disintegration device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP89901526A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0357703B1 (de
Inventor
Klaus-Dietrich Nickel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Citadel Investments Ltd
Original Assignee
Kasa Technoplan GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kasa Technoplan GmbH filed Critical Kasa Technoplan GmbH
Priority to AT89901526T priority Critical patent/ATE95079T1/de
Publication of EP0357703A1 publication Critical patent/EP0357703A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0357703B1 publication Critical patent/EP0357703B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C13/00—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills
    • B02C13/20—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills with two or more co-operating rotors
    • B02C13/205—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills with two or more co-operating rotors arranged concentrically

Definitions

  • the invention relates to a disintegration device rotating in a housing with a central material input and a material output that is open at the bottom, consisting of an inner rotor fastened to a shaft and an outer rotor fastened to a coaxial shaft that can be driven in opposite directions, with alternating successive blade rings, their rotating direction inclined vanes, which can be coated with a protective layer and are provided with front and rear edges made of hard, abrasion-resistant material, sit on the one hand on retaining rings and on the other hand on assembly rings, which are alternately components of circular assembly ring carriers connected to the shafts.
  • the blades of a blade ring are each fastened to two mutually parallel annular disks (retaining ring and mounting ring), which are each in a plane perpendicular to the axis with the ring disks of the other blade rings.
  • the ring disks belonging to the inner or the outer rotor are connected to one another by spokes, preferably screwed together.
  • the blades can be replaced or rotated through 180 ° in order to use the work surfaces that were not previously used - however, in addition to the relatively low working speed range, fluidic shortcomings within the disintegrator in Be purchased, which promotes the formation of spray grain. It is also unfavorable in terms of flow technology that the protruding heads of the respective screws, which hold the individual parts of the rotors together, cause undesired vortices within the disintegrator.
  • the present invention is based on the finding that the service life of a disintegration device can be increased if the blades, as the most stressed parts within the disintegration space, are largely relieved of the actual comminution work. The present invention is therefore based on the object of increasing both the size reduction and the service life of a rotating disintegration device and at the same time reducing the formation of spray particles to a minimum.
  • a preferred exemplary embodiment of the invention works with four vane rings.
  • three annular vortex zones are formed within the disintegration space up to the outer, fourth blade ring, through which the solid particles are driven from the inside to the outside.
  • the solid particles collide with one another at extremely high speeds. This releases a considerable amount of comminution energy, which practically brings the solid particles to burst without compressing the particle surfaces, as is the case, for example, with ball mills.
  • the blades, in particular the protective layers forming on their work surfaces are only used to a relatively small extent for the comminution work.
  • the disintegration space with its three vortex zones additionally includes an outer impact space which is limited inwards by the front edges of the blades of the outer blade ring and outwards by the housing end wall connecting the housing side walls. Another vortex zone is built up in this outer impact chamber in the nominal speed range.
  • the size of this impact space results from claim 3. In this relatively large impact space, not only does a considerable size reduction work take place, but above all an influencing or activation of the size-reduced material, in particular a material exchange between the gas to be determined specifically and the solid particles .
  • the formation of the disintegration space below the impact space is also of great importance in terms of flow technology.
  • the inner surfaces of the alternating successive holding and mounting rings are smooth and form the side walls of the disintegration space, which widen outwards from blade to blade, up to the impact space. This widening of the impact space means that the width of the blades in the blade rings increases from the inside to the outside.
  • This expansion of the disintegration space takes into account the increase in volume of the gas-solid mixture during the size reduction
  • each rotor essentially consists of a mounting ring carrier flanged to the associated shaft.
  • each of these mounting ring carriers carries two concentric mounting rings.
  • Each mounting ring carrier also has annular bulges into which the retaining rings of those blade rings protrude, the mounting rings of which are attached to the other mounting ring carrier.
  • One of these annular bulges in each rotor is designed as a pressure relief annulus. These pressure relief annuli have circular-ring-shaped bottoms that contain pressure relief openings.
  • pressure relief openings ensure pressure equalization within the disintegration space and between the disintegration space and the areas within the housing during operation lie between the inner surfaces of the housing side walls and the outer walls of the rotating disintegration device. It is advantageous that the pressure relief openings in the pressure relief annular spaces are covered by the retaining rings projecting into them. It is of particular importance for the disintegration device according to the invention that the side walls of the bulges and especially the pressure relief annular spaces and the retaining rings projecting into them are designed as outer or inner truncated cone shells, the larger diameter of these truncated cone shells being arranged towards the disintegration space.
  • each pressure relief annulus has as many pressure relief openings as are required to maintain the desired reduction in the gas temperature (depending on the speed).
  • the pressure relief openings are generally circular.
  • the diameter of the circular pressure relief openings extends to the edges of the bottom of the pressure relief annular spaces.
  • differently shaped pressure relief openings can also be used. It is essential that the total area of the pressure relief openings is large enough to bring about the desired pressure equalization without interference.
  • the pressure compensation annular spaces with the pressure relief openings also serve as buffer and pressure compensation chambers, through which the gas pressure built up during the comminution process can be reduced. The measures for pressure equalization according to the invention certainly prevent unwanted process heat due to excessive gas compression.
  • the new disintegration device therefore, under favorable process and flow conditions within the disinte the main crushing work is not performed by the blades of the blade rings. It follows that, depending on the circumferential speed of these blade rings, up to about 65% of the size reduction in the three vortex zones and in the impact space and the remaining size reduction is achieved by touching the solid particles with the blades.
  • Optimal shredding performance within the vortex zones is achieved in the nominal speed range.
  • the nominal speed range is not to be understood here as the nominal speed of the drive motors, but rather a speed range that is optimally suitable for the specific weight of the disintegration substance and its structure.
  • the aim is that the circumferential speed of the blade rings should not drop below 130 m per second on average (260 m per second in the opposite system). Below this speed, a significant part of the shredding work is carried out by touching the solid particles with the blades. As a result, but also due to the loads in the range of the nominal speed, the front and rear edges of the blades are particularly stressed.
  • the blades in the disintegrator according to the invention are therefore designed in a particularly advantageous manner due to the easy interchangeability of the edges without disassembly of the rotor system. Details of the blade formation and its combination with the retaining and mounting rings to form blade rings are characterized in claims 12 to 36.
  • each blade consists of a center piece connected to the mounting ring and the retaining ring of the respective blade ring and two hard, abrasion-resistant front and rear edge bars which can be detachably joined with these rings and which abut the center piece.
  • the center pieces of the blades are screwed to the retaining or mounting rings.
  • the retaining ring, mounting ring and blade center pieces of a blade ring are designed as a monolithic casting.
  • the front and rear edge bars of the blades are easy to assemble and disassemble.
  • the center piece of each blade is a flat plate with a front edge in the direction of rotation and a rear edge. Both Edges have bulges in which the edge bars lie to dissipate the process heat.
  • the dimensions of the retaining rings, the mounting rings and the blades are such that cast and screwed rotors can be interchanged.
  • Cast rotors are always used for cost reasons when the respective angles of attack of the blades within the blade rings are fixed for a specific disintegration product. These angles of attack are not only dependent on the hardness, the specific weight and the hardgrovwert of the materials to be shredded, but also on the nominal speed of the rotating disintegration device.
  • all screws used are designed as countersunk socket head screws, or are arranged in ring-shaped recesses, which can be covered in a streamlined manner by covers.
  • FIG. 1 is a partial top view along line I / I in FIG. 5 of a preferred embodiment of a rotating disintegration device
  • FIG. 2 shows the same partial top view as in FIG. 1, but without showing the swirl zones
  • Fig. 11 is a section along the line XI / XI in Figs. 8 and 9 and
  • a rotating disintegration device 1 consists of an outer rotor 18, 180 and an inner rotor 46, 460.
  • the double numbers indicate that two rotors which are the same in their installation dimensions but differently manufactured can be used.
  • Each rotor 18, 46 labeled with the lower numbers is screwed together from individual parts, whereas each rotor labeled with the higher numbers 180, 460 is a monolithic casting consisting of individual parts.
  • not all parts of the rotors are labeled with two numbers: It is important that the cast and screwed together inner and outer rotors are interchangeable.
  • the disintegration of the solid particles takes place in a disintegration space 139 including a baffle space 68 within a housing with a first housing side wall 2, a second housing side wall 3 and one. Housing end wall 5 instead, which connects the housing walls 2, 3 to one another, and which can be lined on the inside with easily replaceable wear plates 149.
  • a mixture of gas and the solid particles to be comminuted is fed to the rotating disintegration device 1 through a central material input 4.
  • the disintegrated material leaves the rotating disintegration device 1 through a material outlet, not shown, which is open at the bottom.
  • first blade ring 50, 500th is followed by the right-turning second blade ring 22, 220, which is followed by the third, again left-turning blade ring 63, 630.
  • the outer, right-turning fourth blade ring is designated 32, 320.
  • the second and fourth blade rings 22, 220; 32, 320 belong to the outer rotor 18, 180 and the first and third blade rings 50, 500, 63, 630 belong to the inner rotor 46, 460.
  • disintegration devices with three or five vane rings or another number of vane rings can also be used.
  • the outer rotor 18, 180 is connected to a first shaft 6 with a flange end 7, which merges into a shaft ring flange 8 (FIG. 5, FIG. 12) on which, by means of countersunk screws 10, an ring flange 19 (FIG. 6) of the outer rotor 18 , 180 is screwed tight.
  • the inner rotor 46, 460 is connected to a second shaft 12 with a flange end 13, which merges into a shaft ring flange 14 (FIG. 5), to which an annular flange 47 (FIG. 7) of the inner rotor 46, 460 is screwed by means of countersunk screws 15 is.
  • the screw heads of the countersunk screws 15 are accessible through holes 9 in the shaft ring flange 8 of the first shaft 6.
  • the first shaft 6 and the second shaft 12 are arranged coaxially with the disintegration axis 140 and are driven in opposite directions in a manner known per se which is not of interest in connection with the present invention.
  • the central material input 4 surrounds the bottle end 13 of the second shaft 12 in a ring shape.
  • the first and second shafts 6, 12 are shown schematically as hollow shafts which are mounted on a common fixed axis or shaft, not shown. However, the invention can also be used with coaxial shaft ends.
  • a labyrinth seal 16 is provided, which works in a manner not shown, but known per se with sealing air, to prevent solid particles from getting between the shaft ring flanges 8 and 14 and causing frictional losses or even destruction can.
  • the housing 2, 3, 5 is mounted separately and independently of the shafts 6 and 12 and is sealed off from these, as well as from the material input 4, in a manner not of interest in connection with the present invention.
  • the outer rotor 18, 180 connected to the first shaft 6 consists of a screwed as well as a cast version outer mounting ring carrier 20. (FIG. 5) with a mounting ring 21, 210 for the second blade ring 22, 220 and a concentric mounting ring 31, 310 for the fourth blade ring 32, 320.
  • the inner rotor 46, 460 connected to the second shaft 12 consists of an inner mounting ring carrier 48 and a mounting ring 49, 490 for the first blade ring 50, 500 and a mounting ring 62, 620 concentric therewith for the third blade ring 63, 630.
  • each blade 69, 690 of each blade ring 50, 500; 22, 220; 63, 630; 32, 320 are on the one hand with the mounting ring 21, 210; 31, 310; 49, 490; 62, 620 and on the other hand with a retaining ring 115, 1150; 121, 1210; 126, 1260; 131, 1310 connected.
  • Each blade 69, 690 consists of a center piece 70, 700 and two hard and abrasion-resistant front and rear edge bars 87, 98 which can be detachably joined together with the mounting or retaining rings and which rest against the center piece 70, 700.
  • the center piece is designed as a flat plate with a front edge 73 and a rear edge 75 in the direction of rotation. These edges are provided with bulges 74 and 76, against which the lateral surface of the front and rear edge bar 87, 98 abuts.
  • each center piece 70 of a blade 69 has flat mounting surfaces 71, 72 which bear against the corresponding points on the mounting or retaining ring. These mounting surfaces 71, 72, but also the corresponding points on the mounting or retaining rings can be ground to ensure a secure fit.
  • the middle pieces 70 of the blade 69 thus obtained are screwed to the mounting or retaining rings.
  • countersunk holes 110, 119 for the flat heads 83 of fastening screws 85 are arranged in the mounting rings 49, 21, 62, 31 and the holding rings 115, 121, 126, 131.
  • Corresponding screw holes 84 are provided in the middle pieces 70, which have enough space for the air which is compressed when the fastening screws 85 are tightened (FIG. 8).
  • the countersunk holes are dispensable if the flat heads 83 lie in annular indentations, which can be closed for fluid-technical reasons by annular covers, not shown.
  • the center pieces 700 of the blades 690 with the mounting and retaining rings 490, 1150; 210, 1210; 620, 1260; 310, 1310 of the respective blade rings 500, 220, 630, 320 cast (FIG. 9),
  • the outer rotor 18 and the inner rotor 46 are each screwed together from the mounting ring carriers 20, 48 with the mounting rings 21, 31 or 49th and 62, the center pieces 70 of the blades 69 and the retaining rings 115, 121, 126, 131 Formations, whereas in the second exemplary embodiment the outer rotor 180 and the inner rotor 460 each have monolithic castings from the mounting ring carriers 20 and 48 with the mounting rings 210, 310, 490, 620, the center pieces 700 of the blades 690 and the retaining rings 1150, 1210, 1260 and 1310.
  • the screwed rotors 18 and 46 and the cast rotors 180 and 460 are interchangeable.
  • each edge bar 87, 98 has an essentially circular cross section 88 or 99 with a center line 89, 100, the lateral surfaces of which point towards the respective center piece 70, 700 abut the concavities 74, 76.
  • each rod 87, 98 is designed as an insertion end 90, 101 with a reduced diameter compared to the rod and ground contact ring surfaces 91, 102. These insertion ends sit in the assembled state with a slight snug fit in insertion holes 118, 125, 130, 137 of the corresponding retaining rings 115, 121, 126, 131 or 1150, 1210, 1260, 1310 (FIGS. 8, 9).
  • each rod 87, 98 opposite the insertion end 90, 101 is designed as a fixed end 92, 103, which has the same diameter as the rod 87, 89, but is equipped with a chamfered area 93 and 104, respectively.
  • the fixed ends 92, 103 of the rods 87, 98 are in the corresponding mounting rings 21, 210; 31, 310; 49, 490; 62, 620 releasably attached.
  • each middle piece 70, 700 is provided with a roughened surface 79, in preferred exemplary embodiments in the form of sawtooth-like transverse grooves 80.
  • the generally at least surface-hardened front and rear edge bars 87, 98 also have roughened surfaces 97 and 108, respectively.
  • each front edge bar 87 is provided with a longitudinal slot 94 and a material contact surface 96 running almost radially to the disintegration axis 140.
  • This longitudinal slot 94 has a cross section 95 in the manner of a right-angled triangle.
  • Each rear edge bar 98 is also provided with a longitudinal slot 105 and a material contact surface 107 running almost parallel to the disintegration axis 142.
  • This longitudinal slot 105 also has a cross section 106 in the manner of a right-angled triangle.
  • FIG. 12 shows that the connecting lines between the center lines 89, 100 of the front and rear edge bars are slightly offset relative to the center lines of the center pieces 70, 700 towards the disintegration axis 140, not shown in FIG. 12, in order to deposit a protective layer 142 favor, as this can also be clearly seen in FIGS. 3 and 4 and 10 and 11.
  • the working surfaces 78 of the blades 69, 690 have an angle between 20 ° and 30 ° with respect to the direction of rotation, opposite the tangent to the edge r of the associated mounting or retaining ring at the point closest to the front or rear edge bar 87, 98 each size depends on the hardness of the material to be disintegrated or on the peripheral speed of the respective blade ring. It is particularly important that there is a front distance v between the front edge bars 87 of the blades 69, 690 and the edge r of the respective mounting or holding ring and a rear distance between the rear edge bars 97 and the corresponding edge r of the mounting or holding ring Distance h is maintained.
  • the heads of all screws do not protrude above the surfaces of the assembly or Retaining rings.
  • the flat heads 83 of the fastening screws 85 lie completely in the countersunk holes 110.
  • Countersunk screws 114 are used to fasten the clamping pieces 109. All of these screws 85, 114 are socket head screws.
  • the screw heads or screw holes can also be covered by covers for the annular indentations, so that the screw heads do not cause any disturbing vortices in the nominal speed range.
  • the center pieces 70, 700 of the blade 69, 690 of the fourth blade ring have fan lugs 77, 770 arranged at the front in the direction of rotation, which on the one hand optimally remove the disintegrated solid particles cause particles in the impact chamber 68, but on the other hand also ensure that the desired pressure conditions can be maintained within the nominal speed range within the disintegration space 139, 68 and also form the fourth swirl zone 150, which also prevents crushed material from falling back onto the fourth blade ring in the nominal speed range.
  • FIG. 2 shows that in the preferred exemplary embodiment the blade lengths 81 of all blades 69, 690 are the same in all blade rings.
  • the distances 82 between the blades 69, 690 are - regardless of the blade ring - the same.
  • the blades 69, 690 have blade widths 143 1 , 143 2 , 143 3 , 143 4 which increase outwardly from blade ring to blade ring, by means of which the volume increase of the gas-solid mixture in the Disintegration in the disintegration space 139 below the impact space 68 is taken into account.
  • 31, 310 and 49, 490; 121, 1210; 62, 620; 131, 1310 are smooth and form the from vane ring to vane ring 50, 500; 22, 220; 63, 630;
  • the outer mounting ring carrier 20 flanged to the first shaft 6 additionally has an annular bulge 25 for the holding ring 115, 1150 of the first blade ring and an outer pressure relief ring 35 for receiving the retaining ring 126, 1260 of the third blade ring.
  • the inner mounting ring carrier 48 driven by the second shaft 12 has, in addition to the two concentric mounting rings 49, 490; 63, 630 additionally an inner one for the first and third blade ring, respectively Pressure relief ring 57 for receiving the retaining ring 121, 1210 of the second blade ring.
  • the retaining ring 131, 1310 for the fourth blade ring runs freely above the mounting ring 62, 620 for the third blade ring.
  • the radial gaps between the mutually facing inner and outer edges r of the mounting and retaining rings which follow one another from the inside out are kept as small as possible. They are just large enough for trouble-free assembly or disassembly of the integration device 1.
  • the outer side wall of the holding ring 115, 1150 of the first blade ring as an outer truncated cone 116 and the side walls of the holding rings 121, 1210; 126, 1260 of the second and third blade rings and the outer side wall of the retaining ring 131, 1310 for the fourth blade ring as inner and outer truncated cone shells 122, 123; 127, 128; 134 formed, the large diameter of which lies towards the disintegration space 139.
  • Corresponding annular indentations result from these annular bulges in the outer mounting ring carrier 20 and in the inner mounting ring carrier 48.
  • annular indentation 27 with a bottom 28 and an inner truncated cone shell 29 and an outer truncated cone shell 30 is provided in the outer mounting ring carrier 20.
  • annular indentation 40 with a bottom 41 and an inner truncated cone shell 44.
  • the mounting ring 31, 310 and the retaining ring 131, 1310 for the fourth blade ring 32, 320 each terminate with an axially parallel outer jacket 135.
  • a ring extension 138 is additionally provided on the retaining ring 131, 1310.
  • annular indentation 52 is provided with a bottom 53 and an outer truncated cone jacket 54 as a side wall, which is opposite an inner, axially parallel side wall 55.
  • annular indentation 65 is provided with a bottom 66.
  • the mounting ring 62, 620 ends in a truncated cone-shaped end ring area 67.
  • a further special feature of the rotating disintegration device 1 according to the invention is that 35 pressure relief openings 38 are provided in the bottom 37 of the outer pressure relief annular space 35 and 57 pressure relief openings 60 are provided in the base 59 of the inner pressure relief annular space.
  • the latter are also shown in Fig. 1, the former in Fig. 12 as circular openings.
  • the pressure relief openings can also have another suitable configuration. Its edges are beveled on both sides to ensure a streamlined flow.
  • the pressure relief openings 28 and 60 to the disintegration space 139 are covered by the retaining rings 121, 1210 and 126, 1260. This prevents that with a pressure equalization between the disintegration space 139 and the areas between the outside of the outer mounting ring carrier 20 and the first housing set wall 2 and the outside of the inner mounting ring carrier 48 and the second housing side wall 3 solid particles are entrained. A pressure equalization between the disintegration space 139 and the mentioned outer areas of the rotating disintegration device 1 is necessary for proper disintegration of the solid particles.
  • each pressure relief space 35, 57 has as many CFig. 1) Pressure relief opening 38, 60 than are required to maintain the desired reduction in gas temperature (depending on the speed).
  • the diameters of circular pressure relief openings are slightly smaller than the width of the bottoms of the pressure relief annular spaces 35, 57.
  • the contours of the pressure relief openings can be any. For manufacturing reasons, however, the circular shape is preferred.
  • the mode of operation of the rotating disintegration device is explained below in connection with FIG. 1.
  • the disintegrator can therefore be understood as a radial fan designed in four stages in the radial direction.
  • the outer rotor in each case conveys more gas radially inwards than the radially following inner rotor can further convey.
  • annular spaces III., II., I. in which ring vortices (comparable to the rollers of a rolling bearing) are created due to the frictional influences of the adjacent rotors.
  • the pressure in the ring zones is at least one bar higher than in the adjacent areas of the blade rings.
  • the annular gaps between the mounting or retaining rings are used, which are dimensioned so that the absolute pressure in the ring zones does not exceed 3 bar.
  • the particles are conveyed radially from the inside to the outside as a result of the centrifugal force, entraining significant parts of the air flow conveyed from the outside inwards, so that an air / solid mixture (carrier air flow) forms which is radial is directed from the inside to the outside and thereby overcomes the external force of the bucket which is directed from the outside.
  • This gas / solid mixture passes through the vortex zones I, II and III.
  • the outwardly widening side walls are provided and the pressure relief annular spaces are designed according to claims 7 and 8, so that penetration of solid particles into the annular gaps is largely avoided.
  • the permeability of the individual blade rings is coordinated with one another in that the spacings 82 of the individual blades are the same in all rotor rings.
  • annular spaces I., II. And III. According to the invention, not only create spaces for the gas / solid vortices that form, but they also delimit those areas in the disintegration space in which the static overpressures are set which are higher than the dynamic pressures within the vane channels and which are an essential prerequisite for the Formation of the vortex zones shown in Fig. 1 are.
  • the solid particles migrate on a path, which is indicated at 148, into the impact space 68, in which the swirling particles settle and are guided either along the wear plates 149 or along the casing shell 5.
  • a further, fourth vortex zone 150 is formed in the impact chamber 68, in which a further comminution of the solid particles takes place. The rest of the reduction work takes place together with the comminution by the impact of the solid particles on the blades 69, 690 or their protective layers 142.
  • the solid particles are not only subjected to comminution, but their crystal structure is subject to a more or less large change.
  • a gas exchange between the solid particles and the gas of the gas-solid mixture can also take place in the impact chamber. Either oxygen can be attached to the comminuted particles and activate them, or oxygen can be extracted from the solid particles.
  • the comminution takes place in an inert gas atmosphere, it can be achieved that the comminuted solid particles become inert.
  • the material properties imparted primarily in the impact chamber 68 remain attached to the solid particles for a considerable time.
  • the optimal design of the vortex zones 145, 146, 147 and 150 and thus the optimal comminution result in the nominal speed range, in which 32, 320 circumferential speeds on the outer blade ring, over 130 m / sec. (260 m / s in the opposite system).
  • the solid particles obtain a porous or amorphous surface, which contributes significantly to the so-called activation of the particles.
  • a decision must therefore be made in which gas atmosphere is to be comminuted.
  • the nominal speed range does not mean the nominal speed of the drive motors, but also the speed range below, which results from an input of material into the disintegration device.
  • the disintegration device is monitored by a process computer, which causes the reduced rotational speeds of the rotors to recover quickly with each input of material. If the speed drops below the nominal speed range, this has the consequence, among other things, that the main comminution work is then performed primarily by the impact of the solid particles on the blades.
  • the nominal speed and the nominal speed range are essentially dependent on the specific weight and hardness of the material.
  • outer rotor 36 inner truncated cone 180 outer rotor 37 bottom
  • Blade ring 1260 retaining ring (for the third blade ring)

Landscapes

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  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crushing And Pulverization Processes (AREA)

Description

Rotierende Desintegrationsvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine in einem Gehäuse mit einer zentralen Materialeingabe und einer nach unten offenen Materialausgabe rotierende Desintegrationsvorrichtung, bestehend aus einem an einer Welle befestigten inneren Rotor und einem an einer gegensinnig antreibbaren gleichachsigen Welle befestigten äußeren Rotor mit alternierend aufeinanderfolgenden Schaufelkränzen, deren in Drehrichtung geneigte, mit einer Schutzschicht beschichtbare und mit vorderen und hinteren Kanten aus hartem, abriebfestem Material versehene Schaufeln einerseits an Halteringen und andererseits an Montageringen sitzen, welche abwechselnd Bestandteile von mit den Wellen verbundenen kreisriήgförmigen Montageringträgern sind.
In einer solchen Desintegrationsvorrichtung (DE-AS 1 269943) zum Zerkleinern von hartem, zum Anbacken neigenden Material, insbesondere Sand, Eisenerz und Gemischen, die diese Materialien enthalten, wird das Material durch den fortwährenden Aufprall auf die Schaufeln von innen nach außen getrieben. Die Schaufeln haben eine bestimmte Neigung in Drehrichtung nach vorn und nach außen. Der bevorzugte Neigungswinkel zwischen der Umfangsrichtung und der Schaufelebene, gemessen an der vorderen Schaufelkante, liegt zwischen 20° und 30°. Mit dieser Schaufelneigung tritt eine optimale Schrägabmessung ein, wenn zugleich die vorderen und hinteren Kanten der Schaufeln auf den Umrißlinien ihrer Halte- bzw. Montageringe liegen. Diese Besonderheiten der bekannten Desintegrationsvorrichtung werden nicht nur als Voraussetzung für eine gute Zerkleinerungsarbeit, sondern auch dafür angesehen, daß sich an den Arbeitsflächen der Schaufeln feste und haltbare Schutzschichten aus dem zu zerkleinernden Material bilden, die die Schaufeln vor rascher Abnutzung schützen sollen. Durch die Bildung dieser Schutzschichten ent stehen die Prallwirkungen hauptsächlich auf der Oberfläche dieser Schutzschichten.
Werden Schaufeln mit einer geringeren Schrägabmessung als es der Breite der Halte- bzw. Montageringe in Richtung des Anstellwinkels der Schaufel entspricht verwendet, verschlechtert sich die Zerkleinerungsarbeit so weit, daß selbst mit der doppelten Anzahl von Schaufeln nicht die Vorteile erreicht werden, wie mit den wenigen breiteren Schaufeln. Die Ansammlung von Schutzschichten ist bei den breiteren Schaufeln und den bevorzugten Anstellwinkeln wesentlich besser.
Obzwar diese Schutzschichten auf den Schaufeln von besonders guter Qualität sind und diese vor zu rascher Abnutzung schützen, hat die bekannte rotierende Desintegrationsvorrichtung Nachteile.
Infolge der für die Bildung von Schutzschichten bevorzugten großen Abmessungen der Schaufeln ergeben sich zwischen den alternierend aufeinanderfolgenden Schaufelkränzen nur sehr schmale Umlenkzonen für das zu zerkleinernde Material, was zur Folge hat, daß der Nenndrehzahlbereich der bekannten rotierenden Desintegrationsvorrichtung relativ niedrig ist. Die Zerkleinerungsleistung ist dadurch begrenzt. Hinzu kommt der besondere konstruktive Aufbau der bekannten Desintegrationsvorrichtung. Die Schaufeln eines Schaufelkranzes sind jeweils an zwei zueinander parallelen ringförmigen Scheiben (Haltering und Montagering) befestigt, die mit den Ringscheiben der übrigen Schaufelkränze jeweils in einer achssenkrechten Ebene liegen. Die zu dem inneren bzw. dem äußeren Rotor gehörenden Ringscheiben sind durch Speichen miteinander verbunden, vorzugsweise verschraubt. Zwar soll hierdurch der Service am Desintegrator erleichtert werden - die Schaufeln können beispielsweise ausgewechselt bzw. um 180° gedreht werden, um die bisher nicht benutzten Arbeitsflächen zum Einsatz zu bringen -, jedoch müssen zu dem relativ niedrigen Arbeitsdrehzahlbereich vor allem strömungstechnische Unzulänglichkeiten innerhalb des Desintegrators in Kauf genommen werden, durch die die Bildung von Spritzkorn gefördert wird. Strömungstechnisch ungünstig ist es auch, daß die vorstehenden Köpfe der jeweiligen Schrauben, die die Einzelteile der Rotoren zusammenhalten, unerwünschte Wirbel innerhalb des Desintegrators verursachen. Dem gegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Standzeit einer Desintegrationsvorrichtung dann erhöhen läßt, wenn es gelingt, die Schaufeln, als die am meisten beanspruchten Teile innerhalb des Desintegrationsraumes, weitgehend von der eigentlichen Zerkleinerungsarbeit zu entlasten. Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, sowohl die Zerkleinerungsleistung als auch die Standzeit einer rotierenden Desintegrationsvorrichtung zu erhöhen und zugleich die Bildung von Spritzkorn auf ein Minimum herabzusetzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaufeln derart im Abstand von den Rändern der Montage- und Halteringe ihrer Schaufelkränze angeordnet sind, daß die vorderen Kanten der Schaufeln des einen Schaufelkranzes und die hinteren Kanten der Schaufeln des gegensinnig rotierenden folgenden Schaufelkranzes innerhalb des Desintegrationsraumes Ringräume eingrenzen, in denen sich im Nenndrehzahlbereich der Rotoren Wirbelzonen aus dem Gas-Feststoffgemisch ausbilden.
Obwohl die Anzahl der alternierend von innen nach außen aufeinanderfolgenden Schaufelkränze durch die Erfindung nicht vorgegeben oder beschränkt ist, arbeitet ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit vier Schaufelkränzen. Hierbei bilden sich innerhalb des Desintegrationsraumes bis hin zum äußeren, vierten Schaufelkranz drei ringförmige Wirbelzonen aus, durch welche die Feststoffpartikelchen von innen nach außen getrieben werden. Innnerhalb dieser Wirbelzonen prallen die Feststoffpartikel mit außerordentlich großen Geschwindigkeiten aufeinander. Hierbei wird eine beträchtliche Zerkleinerungsenergie frei, die die Feststoffpartikel praktisch zum Zerplatzen bringt, ohne daß dabei die Partikeloberflächen komprimiert werden, wie dieses beispielsweise bei Kugelmühlen der Fall ist. Die Schaufeln, insbesondere die sich auf ihren Arbeitsflächen ausbildenden Schutzschichten werden nur zu einem relativ geringen Teil für die Zerkleinerungsarbeit herangezogen. Die hauptsächlichste Belastung dieser Schutzschichten ergibt sich lediglich aus der Berührung mit den Feststoffpartikeln während ihrer Radialwanderung von Schaufelkranz zu Schaufelkranz, wobei die Partikel von den Schaufeln eine mehr oder weniger quer zur Zentrifugalrichtung ausgerichtete Bewegungskomponente erhalten. Der Desintegrationsraum mit seinen drei Wirbelzonen schließt erfindungsgemäß zusätzlich aber noch einen äußeren, nach innen von den vorderen Kanten der Schaufeln des äußeren Schaufelkranzes und nach außen von der die Gehäuseseitenwände verbindenden Gehäusestimwand begrenzten Prallräum ein. In diesem äußeren Prallraum baut sich im Nenndrehzahlbereich eine weitere Wirbelzone auf. Die Größe dieses Prallraumes ergibt sich aus dem Anspruch 3. In diesem relativ großen Prallraum findet nicht nur eine beträchtliche Zerkleinerungsarbeit statt, sondern vor allem auch eine Beeinflussung bzw. Aktivierung des zerkleinerten Materials, in Sonderheit ein Stoffaustaαsch zwischen dem spezifisch zu bestimmenden Gas und den Feststoffpartikeln.
Strömungstechnisch von großer Bedeutung ist auch die Ausbildung des Desintegrationsraumes unterhalb des Prallraumes. Die Innenflächen der alternierend aufeinanderfolgenden Halte- und Montageringe sind glatt und bilden die von Schaufelkranz zu Schaufelkranz nach außen sich erweiternden Seitenwände des Desintegrationsraumes bis hin zum Prallraum. Diese Verbreiterung des Prallraumes bedingt, daß die Breite der Schaufeln in den Schaufelkränzen von innen nach außen größer wird.
Durch diese Erweiterung des Desintegrationsraumes wird der Volumensvergrößerung des Gas-Feststoffgemisches während der Zerkleinerung Rechnung getragens
Die konstruktive Ausbildung der Rotoren ist in den Ansprüchen 5 bis 11 gekennzeichnet. Im wesentlichen bestehtjeder Rotor aus einem an die zugehörige Welle angeflanschten Montageringträger. Jeder dieser Montageringträger trägt im bevorzugten Ausführungsbeispiel zwei konzentrische Montageringe. Jeder Montageringträger weist zugleich kreisringförmige Ausbuchtungen auf, in die die Halteringe derjenigen Schaufelkränze hineinragen, deren Montageringe am jeweils anderen Montageringträger befestigt sind. Jeweils eine dieser kreisringförmigen Ausbuchtungen in jedem Rotor ist als Druckentlastungsringraum ausgebildet. Diese Druckentlastungsringräume weisen kreisringföπnige Böden auf, die Druckentlastungsöffnungen enthalten. Diese Druckentlastungsöffnungen sorgen während des Betriebes für einen Druckausgleich innerhalb des Desintegrationsraumes und zwischen dem Desintegrationsraum und den Bereichen innerhalb des Gehäuses, die zwischen den Innenflächen der Gehäuseseitenwände und den Außenwänden der rotierenden Desintegrationsvorrichtung liegen. Von Vorteil ist, daß die Druckentlastungsöffnungen in den Druckentlastungsringräumen von den in diese hineinragenden Halteringen verdeckt werden. Von besonderer Bedeutung für die erfindungsgemäße DesintegrationsVorrichtung ist es zur dem, daß die Seitenwände der Ausbuchtungen und vor allem der Druckentlastungsringräume sowie der in sie hineinragenden Halteringe als äußere bzw. innere Kegelstumpfmäntel ausgebildet sind, wobei der jeweils größere Durchmesser dieser Kegelstumpfmäntel zum Desintegrationsraum hin angeordnet ist. Hierdurch entstehen zwischen den Böden der Druckentlastungsringräume und dem Desintegrationsraum schmale ringförmige Kanäle, durch die eventuell in sie hineingelangte Feststoffpartikel sicher wieder in den Desintegrationsraum zurückbefördert werden. Hierin wird ein wesentlicher Vorteil der Erfindung gesehen, da durch diese Maßnahmen mit großer Sicherheit die Bildung von Spritzkorn verhindert wird. Irgendwelche aus dem Desintegrationsraum herausgelangten und dem Zerkleinerungsprozeß entzogenen Partikel werden praktisch automatisch wieder in den Desintegrationsräum zurückbefördert und der weiteren Zerkleinerungsarbeit zugeführt.
Um einen ordnungsgemäßen Druckausgleich zu ermöglichen, sind zudem die Ränder der Druckentlastungsöffnungen beidseitig angefast. Jeder Druckentlastungsringraum weist im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung soviele Druckentlastungsöffnungen auf, als für die Einhaltung der angestrebten Reduzierung der Gastemperatur erforderlich sind (drehzahlabhängig). Aus fertigungstechnischen Gründen sind die Druckentlastungsöffnungen in der Regel kreisförmig ausgebildet. Der Durchmesser der kreisförmigen Druckentlastungsöffnungen reicht bis an die Ränder des Bodens der Druckentlastungsringräume heran. Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, können auch anders geformte Druckentlastungsöffnungen zum Einsatz kommen. Wesentlich ist, daß die Gesamtfläche der Druckentlastungsöffnungen groß genug ist, um störungsfrei den gewünschten Druckausgleich zu bewerkstelligen. Die Druckausgleichsringräume mit den Druckentlastungsöffnungen dienen auch als Pufferund Druckausgleichskammern, durch die der während des Zerkleinerungsprozesses aufgebaute Gasdruck abgebaut werden kann. Mit Sicherheit verhindern die erfinungsgemäßen Maßnahmen zum Druckausgleich eine nichtgewollte Prozeßwärme durch zu starke Gaskomprimierung.
Durch die neue Desintegrationsvorrichtung nach der Erfindung wird demnach unter günstigen Prozeß- und Strömungsbedingungen innerhalb des Desinte grationsraumes die Hauptzerkleinerungsarbeit nicht von den Schaufeln der Schaufelkränze geleistet. Es ergibt sich, daß je nach Umfangsgeschwindigkeit dieser Schaufelkränze bis ca.65% der Zerkleinerungsleistung in den drei Wirbelzonen und im Prallraum und die restliche Zerkleinerung durch Berührung der Feststoffpartikel mit den Schaufeln geleistet wird. Eine optimale Zerkleinerungsleistung innerhalb der Wirbelzonen wird im Nenndrehzahlbereich erzielt. Unter Nenndrehzahlbereich wird hier nicht die Nenndrehzahl der Antriebsmotoren verstanden, sondern ein Drehzahlbereich, der sich für das spezifische Gewicht des Desintegrationsstoffes und dessen Struktur optimal eignet. Angestrebt wird, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufelkränze im Mittel nicht unter 130 m pro Sekunde absinkt (260 m pro Sekunde im gegenläufigen System). Unterhalb dieser Geschwindigkeit wird ein wesentlicher Teil der Zerkleinerungsarbeit durch Berührung der Feststoffpartikel mit den Schaufeln erbracht. Dadurch, aber auch durch die Belastungen im Bereich der Nenndrehzahl, sind die vorderen und hinteren Kanten der Schaufeln besonders stark beansprucht. Die Schaufeln sind daher bei dem erfindungsgemäßen Desintegrator durch die leichte Auswechselbarkeit der Kanten, ohne Demontage des Rotorsystems, in besonders vorteilhafter Weise ausgebildet. Einzelheiten der Schaufelausbildung und ihrer Kombination mit den Halte- und Montageringen zu Schaufelkränzen sind in den Ansprüchen 12 bis 36 gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß besteht jede Schaufel aus einem mit dem Montagering und dem Haltering des jeweiligen Schaufelkranzes verbundenen Mittelstück und zwei mit diesen Ringen lösbar zusammenfügbaren harten, abriebfesten vorderen und hinteren Kantenstäben, die am Mittelstück anliegen.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Mittelstücke der Schaufeln mit den Halte- bzw. Montageringen verschraubt. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind Haltering, Montagering und Schaufelmittelstücke eines Schaufelkranzes als monolithisches Gußstück ausgebildet. In beiden Ausführungsbeispielen jedoch sind die vorderen und hinteren Kantenstäbe der Schaufeln leicht zu montieren und zu demontieren. Das Mittelstück jeder Schaufel ist in beiden Ausführungsbeispielen eine ebene Platte mit einer vorderen Kante in Rotationsrichtung und einer hinteren Kante. Beide Kanten haben Auswölbungen, in denen die Kantenstäbe zur Abführung der Prozeßwärme anliegen. Die Abmessungen der Halteringe, der Montageringe und der Schaufeln sind so, daß gegossene und verschraubte Rotoren untereinander ausgetauscht werden können. Gegossene Rotoren werden schon aus Kostengründen immer dann eingesetzt, wenn die jeweiligen Anstellwinkel der Schaufeln innerhalb der Schaufelkränze für ein spezifisches Desintegrationsgut festliegen. Diese Anstellwinkel sind nicht nur abhängig von der Härte, dem spezifischen Gewicht und dem Hardgrovewert der zu zerkleinernden Materialien, sondern auch von der Nenndrehzahl der rotierenden Desintegrationsvorrichtung.
Alle verwendeten Schrauben sind aus strömungstechnischen Gründen als versenkte Imbußschrauben ausgebildet, oder in ringförmigen Vertiefungen angeordnet, die durch Deckel strömungsgünstig abzudecken sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Teildraufsieht entlang der Linie I/I in Fig. 5 auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer rotierenden Desintegrationsvorrichtung,
Fig. 2 die gleiche Teildraufsicht wie in Fig. 1, jedoch ohne Darstellung der Wirbelzonen,
Fig. 3 ein Konstruktionsdetail,
Fig. 4 ein Konstruktionsdetail,
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V/V in Fig.2,
Fig. 6 einen Teilschnitt durch den äußeren Rotor,
Fig. 7 einen Teilschnitt durch den inneren Rotor,
Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII/VIII in Fig. 2,
Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX/IX in Fig. 2,
Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X/X in den Fig. 8 und 9,
Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie XI/XI in den Fig. 8 und 9 und
Fig. 12 eine schematische Ansicht entlang der Linie XII/XII in den Fig.8 und 9. Eine rotierende Desintegrationsvorrichtung 1 nach der Erfindung besteht aus einem äußeren Rotor 18, 180 und einem inneren Rotor 46, 460. Die Doppelbezifferungen weisen darauf hin, daß jeweils zwei in ihren Einbaumaßen gleiche, jedoch unterschiedlich hergestellte Rotoren eingesetzt werden können. Jeder mit den niedrigeren Zahlen bezeichnete Rotor 18, 46 ist aus Einzelteilen zusammengeschraubt, wohingegen jeder mit den höheren Zahlen 180, 460 bezeichnete Rotor ein aus Einzelteilen bestehendes monolithisches Gußstück ist. Der Übersicht wegen sind nicht alle Teile der Rotoren mit zwei Zahlen bezeichnet: Wichtig ist, daß die gegossenen und aus Einzelteilen zusammengeschraubten inneren und äußeren Rotoren untereinander austauschbar sind.
Die Desintegration der Feststoffpartikel findet in einem einen Prallraum 68 einschließenden Desintegrationsraum 139 innerhalb eines Gehäuses mit einer ersten Gehäuseseitenwand 2, einer zweiten Gehäuseseitenwand 3 und einer. Gehäusestimwand 5 statt, die die Gehäusewände 2, 3 miteinander verbindet, und die innen mit leicht auswechselbaren Verschleißblechen 149 ausgekleidet sein kann. Ein Gemisch aus Gas und den zu zerkleinernden Feststoffpartikeln wird der rotierenden DesintegrationsVorrichtung 1 durch eine zentrale Materialeingabe 4 zugeführt. Das desintegrierte Material verläßt die rotierende Desintegrationsvorrichtung 1 durch eine nicht dargestellte, nach unten offene Materialausgabe.
Im Desintegrationsraum 139 eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung arbeiten vier alternierend ineinandergreifende, abwechselnd gegensinnig rotierende Schaufelkränze. Auf den inneren, linksdrehenden (Fig.1 und 2) ersten Schaufelkranz 50, 500. folgt der rechtsdrehende zweite Schaufelkranz 22, 220, an den sich der dritte, wieder linksdrehende Schaufelkranz 63, 630 anschließt. Der äußere, rechtsdrehende vierte Schaufelkranz ist mit 32, 320 bezeichnet. Der zweite und vierte Schaufelkranz 22, 220; 32, 320 gehören zum äußeren Rotor 18, 180 und der erste und der dritten Schaufelkranz 50, 500, 63, 630 gehören zum inneren Rotor 46, 460.
Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, können auch Desintegrations- Vorrichtungen mit drei bzw. -fünf Schaufelkränzen oder einer anderen Anzahl Schaufelkränze zum Einsatz kommen. Der äußere Rotor 18, 180 ist an eine erste Welle 6 mit einem Flanschende 7 angeschlossen, welches in einem Wellenringflansch 8 übergeht (Fig.5, Fig. 12) an welchen mittels Senkkopfschrauben 10 ein Ringflansch 19 (Fig. 6) des äußeren Rotors 18, 180 festgeschraubt ist.
Der innere Rotor 46, 460 ist an eine zweite Welle 12 mit einem Flanschende 13 angeschlossen, welches in einem Wellenringflansch 14 übergeht (Fig. 5) , an welchem mittels Senkkopfschrauben 15 ein Ringflansch 47 (Fig. 7) des inneren Rotors 46 , 460 festgeschraubt ist. Die Schraubköpfe der Senkkopfschrauben 15 sind durch Bohrungen 9 im Wellenringflansch 8 der ersten Welle 6 zugänglich.
Die erste Welle 6 und die zweite Welle 12 sind gleichachsig zur Desintegrationsachse 140 angeordnet und werden gegensinnig auf an sich bekannte, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht interessierende Weise angetrieben. Rechts in Fig. 5 ist erkennbar, daß die zentrale Materialeingabe 4 das Flaschende 13 der zweiten Welle 12 kreisringförmig umgibt. Die erste und zweite Welle 6, 12 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel schematisch als Hohlwellen dargestellt, die auf einer nicht gezeigten gemeinsamen festen Achse bzw. Welle gelagert sind. Die Erfindung kann aber auch mit gleichachsigen fliegenden Wellenenden zum Einsatz kommen.
Zwischen den einander dicht gegenüberliegenden Wellenringflanschen 8 und 14 ist eine Labyrinthdichtung 16 vorgesehen, die auf eine nicht dargestellte, jedoch an sich bekannte Weise mit Sperrluft arbeitet, um zu verhindern, daß Feststoffpartikel zwischen die Wellenringflansche 8 und 14 gelangen und dort Reibungsverluste oder gar Zerstörungen hervorrufen können.
Das Gehäuse 2, 3, 5 ist gesondert und unabhängig von den Wellen 6 und 12 gelagert und gegenüber diesen, wie auch gegenüber der Materialeingabe 4 auf im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht interessierenden Weise abgedichtet.
Der mit der ersten Welle 6 verbundene äußere Rotor 18, 180 besteht sowohl bei der verschraubten wie auch bei der gegossenen Ausführung aus einem äußeren Montageringträger 20.(Fig. 5) mit einem Montagering 21, 210 für den zweiten Schaufelkranz 22, 220 und einem dazu konzentrischen Montagering 31, 310 für den vierten Schaufelkranz 32, 320.
Entsprechend besteht der mit der zweiten Welle 12 verbundene innere Rotor 46, 460 aus einem inneren Montageringträger 48 und einem Montagering 49, 490 für den ersten Schaufelkranz 50, 500 und einen dazu konzentrischen Montagring 62, 620 für den dritten Schaufelkranz 63, 630.
Die Schaufeln 69, 690 jedes Schaufelkranzes 50, 500; 22, 220; 63, 630; 32, 320 sind einerseits mit dem Montagering 21, 210; 31, 310; 49, 490; 62, 620 und andererseits mit einem Haltering 115, 1150; 121, 1210; 126, 1260; 131, 1310 verbunden. Jede Schaufel 69, 690 besteht aus einem Mittelstück 70, 700 und zwei mit den Montage- bzw. Halteringen lösbar zusammenfügbaren harten und abriebfesten vorderen und hinteren Kantenstäben 87, 98, die am Mittelstück 70, 700 anliegen.
Das Mittelstück ist als ebene Platte mit einer in Drehrichtung vorderen Kante 73 und einer hinteren Kante 75 ausgebildet. Diese Kanten sind mit Einwölbungen 74 und 76 versehen, an denen die Mantelfläche des vorderen bzw. hinteren Kantenstabes 87, 98 anliegt.
In einem ersten Ausführungsbeispiel weist jedes Mittelstück 70 einer Schaufel 69 ebene Montageflachen 71, 72 auf, die an den entsprechenden Stellen des Montage- bzw. Halteringes anliegen. Diese Montageflächen 71, 72, aber auch die entsprechenden Stellen der Montage- bzw. Halteringe können geschliffen sein, um einen sicheren Sitz zu gewährleisten. Die so beschaffenen Mittelstücke 70 der Schaufel 69 sind mit den Montage- bzw. Halteringen verschraubt. Hierzu sind in den Montageringen 49, 21, 62, 31 und den Halteringen 115, 121, 126, 131 Senklöcher 110, 119 für die Flachkδpfe 83 von Befestigungsschrauben 85 angeordnet. In den Mittelstücken 70 sind entsprechende Schraublöcher 84 vorgesehen, die genügend Raum für die beim Anziehen der Befestigungsschrauben 85 sich kompimierende Luft aufweisen (Fig. 8) . Die Senklöcher sind entbehrl ich, wenn die Flachköpfe 83 in kreisringförmigen Einbuchtungen liegen, die aus strömungstechnisehen Gründen durch nicht dargestellte kreisringförmige Deckel verschließbar sind.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Mittelstücke 700 der Schaufeln 690 mit den Montage- und Halteringen 490, 1150; 210, 1210; 620, 1260; 310, 1310 der jeweiligen Schaufelkränze 500, 220, 630, 320 vergossen (Fig.9),
Beim ersten Ausführungsbeispiel sind der äußere Rotor 18 und der innere Rotor 46 jeweils aus den Montageringträgern 20, 48 mit den Montageringen 21, 31 bzw. 49. und 62, den Mittelstücken 70 der Schaufeln 69 sowie den Halteringen 115, 121, 126, 131 zusammengeschraubte Gebilde, wohingegen beim, zweiten Ausführungsbeispiel der äußere Rotor 180 und der innere Rotor 460 jeweils monolithische Gußstücke aus den Montageringträgern 20 und 48 mit den Montageringen 210, 310, 490, 620, den Mittelstücken 700 der Schaufeln 690 und den Halteringen 1150, 1210, 1260 und 1310. Die geschraubten Rotoren 18 bzw. 46 und die gegossenen Rotoren 180 bzw. 460 sind untereinander austauschbar.
In beiden Ausführungsbeispielen werden die gleichen vorderen und hinteren, in jedem Fall lösbar befestigten Kantenstäbe 87 und 98 verwendet. Jeder Kantenstab 87, 98 weist einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt 88 bzw. 99 mit einer Mittellinie 89, 100 auf, deren zum jeweiligen Mittelstück 70, 700 hinweisende Mantelflächen an den Einwölbungen 74, 76 anliegen.
Ein Ende jedes Stabes 87, 98 ist als Einsteckende 90, 101 mit gegenüber dem Stab verringerten Durchmesser und geschliffenen Anlageringflächen 91, 102 ausgebildet. Diese Einsteckenden sitzen im montierten Zustand mit leichtem Paßsitz in Einstecklöchern 118, 125, 130, 137 der entsprechenden Halteringe 115, 121, 126, 131 bzw. 1150, 1210, 1260, 1310 (Fig. 8, 9).
Das dem Einsteckende 90, 101 gegenüberliegende Ende jedes Stabes 87, 98 ist als Festspannende 92, 103 ausgebildet, welches den gleichen Durchmesser wie der Stab 87, 89 hat, jedoch mit einem abgeschrägten Bereich 93 bzw. 104 ausgerüstet ist. Die Festspannenden 92, 103 der Stäbe 87, 98 sind in den entsprechenden Montageringen 21, 210; 31, 310; 49, 490; 62, 620 lösbar befestigt. Hierzu sind in diesen Montageringen Bohrungen 111 (Fig. 8, 9, 12) und daneben Bohrungen 112 zum Aufnehmen je eines Klemmstückes 109 mit einer Abschrägung 113 für den abgeschrägten Bereich 93 bzw.104 an den Festspannenden 92, bzw. 103 des zugehörigen Kantenstabes 87, 98 vorgesehen. Zur Befestigung der Klemmstücke 109 in den Montageringen 21, 210; 31, 310; 49, 490; 62, 620 sind Senkkopfschrauben 114 vorgesehen.
Die Einzelteile der Schaufeln 69, 690 sind so ausgebildet, daß das Ansetzen von Schutzschichten 142 (Fig. 10, 11) aus dem zu desintegrierenden Material erleichtert wird. Im einzelnen ist wenigstens die Arbeitsfläche 78 jedes Mittelstückes 70, 700 mit einer aufgerauhten Oberfläche 79, in bevorzugten Ausführungsbeispielen in Form von sägezahnähnlichen Querrillen 80 versehen. Auch die in der Regel zumindest oberflächengehärteten vorderen und hinteren Kantenstäbe 87, 98 weisen aufgerauhte Oberflächen 97 bzw. 108 auf.
Um das Ansetzen der Schutzschichten 142 zu erleichtern, ist jeder vordere Kantenstab 87 mit einem Längsschlitz 94 und einer nahezu radial zur Desintegrationsachse 140 verlaufenden Materialanlagefläche 96 versehen. Dieser Längsschlitz 94 weist einen Querschnitt 95 nach Art eines rechtwinkligen Dreiecks auf. Auch jeder hintere Kantenstab 98 ist mit einem Längsschlitz 105 und einer nahezu parallel zur Desintegrationsachse 142 verlaufenden Materialanlagefläche 107 versehen. Auch dieser Längsschlitz 105 weist einen Querschnitt 106 nach Art eines rechtwinkligen Dreiecks auf.
Die Anordnung der Längsschlitze 94, 105 in den Kanten≤täben 87, 98, die Lage der abgeschrägten Bereiche 93 und 104 in ihren Festspannenden 92, 103 sowie die Abschrägung 113 an den Klemmstücken 109 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Materialanlageflächen 96, 107 neuer Stäbe nach einem Auswechseln stets in die richtige Lage zur Drehrichtung kommen, wie dieses die Fig.8 bis 12 erkennen lassen. Nach dem Entfernen eines verbrauchten vorderen bzw. hinteren Kantenstabes 87, 98 wird der neue Kantenstab durch die Bohrung 111 im Montagering 21, 210; 31, 310; 49, 490; 62, 620 gesteckt, bis das Einsteckende 90, 101 im Einsteckloch 118, 125, 130, 137 sitzt. Dann wird der Stab 87, 98 so lange um seine Mittellinie 89, 100 verdreht, bis der jeweils abgeschrägte Bereich 93, 104 am Festspannende 92, 103 gleichlaufend zur Abschrägung 113 am zugehörigen Klemmstück 109 liegt. Dann wird das Klemmstück 109 festgeschraubt. Diese endgültigen Lagen der Festspannenden 92, 103 der vorderen und hinteren Kantenstäbe 87, 98 sind deutlich in Fig. 12 an den Montageringen 210. und 31 erkennbar. In Verbindung mit dem Montagering 21 ist ein vergossenes Mittelstück 700 einer Schaufel 690 und in Verbindung mit dem Montagering 31 ist ein verschraubtes Mittelstück 70 einer Schaufel 69 des vierten Schaufelkranzes 32 dargestellt. Die Demontage abgenutzter und die Montage neuer Kantenstäbe kann bei eingeschraubten Rotoren erfolgen, wenn in die Gehäusewände 2 und 3 entsprechende nicht dargestellte Montageöffnungen vorgesehen werden.
Weiterhin läßt Fig. 12 erkennen, daß die Verbindungslinien zwischen den Mittellinien 89, 100 der vorderen und hinteren Kantenstäbe gegenüber den Mittellinien der Mittelstücke 70, 700 geringfügig zur in Fig. 12 nicht dargestellten Desintegrationsachse 140 hin versetzt sind, um das Absetzen einer Schutzschicht 142 zu begünstigen, wie dieses deutlich auch den Fig. 3 und 4 sowie 10 und 11 zu entnehmen ist.
Die Arbeitsflächen 78 der Schaufeln 69, 690 weisen zur Drehrichtung, gegenüber zur Tangente an den Rand r des zugehörigen Montage- bzw. Halteringes an der dem vorderen bzw. hinteren Kantenstab 87, 98 nächstliegenden Stelle eine Winkel zwischen 20° und 30° auf, dessen jeweilige Größe von der Härte des zu desintegrierenden Materials bzw. von der Umfangsgeschwindigkeit des jeweiligen Schaufelkranzes abhängt. Von besonderer Bedeutung ist, daß zwischen den vorderen Kantenstäben 87 der Schaufeln 69, 690 und dem Rand r des jeweiligen Montage- bzw. Halteringes ein vorderer Abstand v und zwischen den hinteren Kantenstäben 97 und dem entsprechenden Rand r des Montage- bzw. Halteringes ein hinterer Abstand h eingehalten wird.
Die Köpfe aller Schrauben ragen nicht über die Oberflächen der Montagebzw. Halteringe hervor. So liegen die Flachköpfe 83 der Befestigungsschrauben 85 vollkommen in den Senklöchern 110. Zur Befestigung der Klemmstücke 109 werden Senkkopfschrauben 114 verwendet. Alle diese Schrauben 85, 114 sind Imbußschrauben. In bevorzugten Ausführungsbeispielen, der Erfindung können die Schraubköpfe bzw. Schraublöcher auch durch Deckel für die kreisringförmigen Einbuchtungen abgedeckt werden, damit die Schraubköpfe im Nenndrehzahlbereich keine störenden Wirbel verursachen.
Die Mittelstücke 70, 700 der Schaufel 69, 690 des vierten Schaufelkranzes weisen in Drehrichtung vorn angeordnete Ventilatoransätze 77, 770 auf, die einerseits ein optimales Abführen der desintegrierten Feststoffpar tikel in den Prallräum 68 bewirken, andererseits aber auch dafür sorgen, daß sich im Nenndrehzahlbereich innerhalb des Desintegrationsraumes 139, 68 die gewünschten Druckverhältnisse aufrechterhalten lassen sowie die vierte Wirbelzone 150 ausbildet, die im Nenndrehzahlbereich auch verhindert, daß zerkleinertes Material auf den vierten Schaufelkranz zurückfällt.
Fig. 2 läßt erkennen, daß im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Schaufellängen 81 aller Schaufeln 69, 690 in allen Schaufelkränzen gleich ist. Auch die Abstände 82 zwischen den Schaufeln 69, 690 sind - unabhängig vom Schaufelkranz - gleich. Die Schaufeln 69, 690 weisen jedoch, wie dieses die Fig. 6 und 7 erkennen lassen, von Schaufelkranz zu Schaufelkranz nach außen ansteigende Schaufelbreiten 1431, 1432, 1433, 1434 auf, durch welche άer Volumensvergrößerung des Gas-Feststoffgemisches bei der Desintegration im Desintegrationsraum 139 unterhalb des Prallraumes 68 Rechnung getragen wird.
Auf die Ausbildung dieses Teils der rotierenden Desintegrationsvorrichtung 1 ist erfindungsgemäß besonderer Wert gelegt worden.
Die Innenflächen 117, 23, 129, 33, 51, 124, 64, 136 der alternierend aufeinanderfolgenden Halte- und Montageringe 115, 1150; 21, 210; 126, 1260;
31, 310 bzw.49, 490; 121, 1210; 62, 620; 131, 1310 sind glatt und bilden die von Schaufelkränz' zu Schaufelkranz 50, 500; 22, 220; 63, 630;
32, 320 nach außen sich erweiternden Seitenwände des Desintegrationsraumes 139 unterhalb des Prallraumes 68. Diese ist vor allem deshalb möglich, weil der äußere Montageringträger 20 und der innere Montageringträger 48 außer den Montageringen auch noch kreisringförmige Ausbuchtungen zur Aufnahme der Halteringe des jeweils anderen Rotors aufnehmen.
Im einzelnen: Der an die erste Welle 6 angeflanschte äußere Montageringträger 20 weist außer den beiden konzentrischen Montageringen 21, 210 und 31 310 für den zweiten und vierten Schaufelkranz 22, 220 bzw. 32, 320 zusätzlich eine kreisringförmige Ausbuchtung 25 für den Haltering 115, 1150 des ersten Schaufelkranzes sowie einen äußeren Druckentlastungsring 35 zur Aufnahme des Halteringes 126, 1260 des dritten Schaufelkranzes auf.
Entsprechend weist der von der zweiten Welle 12 angetriebene innere Montageringträger 48 außer den beiden konzentrischen Montageringen 49, 490; 63, 630 für den ersten bzw. dritten Schaufelkranz zusätzlich einen inneren Druckentlastungsring 57 zur Aufnahme des Halteringes 121, 1210 des zweiten Schaufelkranzes auf. Der Haltering 131, 1310 für den vierten Schaufelkranz läuft frei oberhalb des Montageringes 62, 620 für den dritten Schaufelkranz.
Die radiale Spalte zwischen den jeweils einander zugekehrten inneren und äußeren Rändern r der von innen nach außen aufeinanderfolgenden Montageund Halteringe sind so gering wie möglich gehalten. Sie sind gerade so groß, daß eine störungsfreie Montage bzw. Demontage der Integrationsvorrichtung 1 möglich ist.
Sollten durch diese schmalen Ringspalte gleichwohl Feststoffpartikel aus dem Desintegrationsraum 139 herausgeraten, ist durch besondere Ausbildung der Randbereiche der kreisringförmigen Spalte Vorsorge dafür getroffen, daß die Feststoffpartikel wieder in den Desintegrationsprozeß zurückgeführt werden. Zu diesem Zweck sind die Seitenwände der kreisringförmigen Ausbuchtungen für den Haltering 115, 1150 des ersten Schaufelkranzes und der äußeren und inneren Druckentlastungsringräume 35, 57 zur Aufnahme der Halteringe 126, 1260; 121, 1210 des dritten und zweiten Schaufelkranzes als äußere bzw. innere Kegelstumpfmantel 26, 36, 39, 58, 61 ausgebildet, deren jeweils größerer Durchmesser zum Desintegrationsraum 139 hin liegt. Entsprechend ist die äußere Seitenwand des Halteringes 115, 1150 des ersten Schaufelkranzes als äußerer Kegelstumpfmantel 116 und die Seitenwände der Halteringe 121, 1210; 126, 1260 der zweiten und dritten Schaufelkränze und die äußere Seitenwand des Halteringes 131, 1310 für den vierten Schaufelkranz als innere bzw. äußere Kegelstumpfmäntel 122, 123; 127, 128; 134 ausgebildet, deren jeweils großer Durchmesser zum Desintegrationsraum 139 hin liegt. Durch diese kreisringförmigen Ausbuchtungen im äußeren Montageringträger 20 und im inneren Montageringträger 48 ergeben sich entsprechende kreisringförmige Einbuchtungen. Im äußeren Montageringträger 20 ist neben dem zweiten Schaufelkranz 22, 220 eine kreisringförmige Einbuchtung 27 mit einem Boden 28 und einem inneren Kegelstumpfmantel 29 und einem äußeren Kegelstumpfmantel 30 vorgesehen. Neben dem vierten Schaufelkranz 32, 320 liegt eine kreisringförmige Einbuchtung 40 mit einem Boden 41 und einem inneren Kegelstumpfmäntel 44. Der Montagering 31, 310 und der Haltering 131, 1310 für den vierten Schaufelkranz 32, 320 schließen je mit einem achsparallelen Außenmantel 135 ab. Am Haltering 131, 1310 ist zusätzlich ein Ringansatz 138 vorgesehen.
Im inneren Montageringträger 48 ist neben dem ersten Schaufelkranz 50, 500 eine kreisringförmige Einbuchtung 52 mit einem Boden 53 und einem äußeren Kegelstumpfmantel 54 als Seitenwand vorgesehen, der eine innere achsparallele Seitenwand 55 gegenüberliegt. Neben dem dritten Schaufelkranz 63, 630 liegt eine kreisringförmige Einbuchtung 65 mit einem Boden 66. Der Montagering 62, 620 endet in einer kegelstumpfmantelförmigen Endringfläcke 67.
Eine weitere Besonderheit der erfindungsgemäßen rotierenden Desintegrationsvorrichtung 1 besteht darin, daß im Boden 37 des äußeren Druckentlastungsringraumes 35 Druckentlastungsöffnungen 38 und im Boden 59 des inneren Druckentlastungsringraumes 57 Druckentlastungsöffnungen 60 vorgesehen sind. Letztere sind auch in Fig. 1, erstere in Fig. 12 als kreisförmige Öffnungen dargestellt. Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, können die Druckentlastungsöffnungen auch eine andere zweckmäßige Konfiguration aufweisen. Ihre Ränder sind beidseitig strömungsgünstig angefast.
Von besonderem Vorteil ist, daß die Druckentlastungsöffnungen 28 bzw.60 zum Desintegrationsraum 139 hin durch die Halteringe 121, 1210 bzw. 126, 1260 verdeckt sind. Hierdurch wird verhindert, daß bei einem Druckausgleich zwischendem Desintegrationsraum 139 und den Bereichen zwischen der Außenseite des äußeren Montageringträgers 20 und der ersten Gehäusesettenwand 2 sowie der Außenseite des inneren Montageringträgers 48 und der zweiten Gehäuseseitenwand 3 Feststoffpartikel mitgerissen werden. Ein Druckausgleich zwischen dem Desintegrationsraum 139 und den genannten Außenbereichen der rotierenden Desintegrationsvorrichtung 1 ist für eine ordnungsgemäße Desintegration der Feststoffpartikel notwendig. An den inneren Druckentlastungsringraum 57 mit den Druckentlastungsöffnungen 60 sind der erste und der zweite Schaufelkranz 50, 500 bzw.22, 220 und an den äußeren Druekentlastungsringraum 35 mit den Druckentlastungsσffnungen 38 sind der dritte und der vierte Schaufelkranz 63, 630 bzw. 32, 320 angeschlossen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jeder Druckentlastungsraum 35, 57 soviele CFig. 1) Druckentlastungsöff nungen 38, 60 auf, als für die Einhaltung der angestrebten Reduzierung der Gastemperatur erforderlich sind (drehzahlabhängig). Die Durchmesser kreisförmiger Druckentlastungsöffnungen sind geringfügig kleiner als die Breite der Böden der Druckentlastungsringräume 35, 57. Die Konturen der Druckentlastungsöffnungen können beliebig sein. Aus fertigungstechnischen Gründen wird jedoch die Kreisfoπn bevorzugt.
Die Arbeitsweise der rotierenden Desintegrationsvσrrichtung wird nachfolgend in Verbindung mit der Fig. 1 erläutert. Die Schaufeln in den einzelnen Schaufelkränzen und die Drehrichtung dieser Schaufelkränze sind so, daß der Desintegrator im Leerlauf bei Nenndrehzahl, d.h. bei einer Umfangsgeschwindigkeit des äußeren Kranzes = 130 m/sec., der nach innen folgende Rotor mit gleicher Drehzahl gegenläufig, das Gas von außen nach innen fördert. In erster Annäherung kann daher der Desintegrator als ein in radialer Richtung vierstufig ausgebildetes Radialgebläse verstanden werden. Hierbei fördert der jeweils äußere Rotor mehr Gas radial nach innen als der radial darauf folgende innere Rotor weiterfördern kann. Dadurch baut sich in den Ringräumen III., II., I. jeweils eine Überdruckzone auf, in der durch Reibungseinflüsse der benachbarten Rotoren Ringwirbel (vergleichbar mit den Rollen eines Wälzlagers) entstehen. Eine andere Erklärung für die Überdrücke in den Ringräumen III., II. und I. ergibt sich daraus, daß sich in den Schaufelkanälen der einzelnen Schaufelkränze 32, 320; 63, 630; 22, 220; und 50, 500; ein dynamischer Druck einstellt, der sich in den Ringräumen III., II., I., die von Schaufeln frei sind, in statischen Druck umwandelt, der -'beispielsweise wie in Radialgebläsen - größer ist als in den Kanälen zwischen den Schaufeln 69, 690. Die vor allem in Fig. 1 dargestellte Ausbildung der Wirbelzonen entsprechend dem Bild eines Wälzlagers kann durch einen einfachen Versuch in einem durchsichtigen Funktionsmodell mit einseitig offenem Rotor sichtbar gemacht werden.
Der Druck in den Ringzonen ist mindestens ein bar höher als in den benachbarten Bereichen der Schaufelkränze. Zur Stabilisierung der Wirbel in den Ringzonen werden die ringförmigen Spalte zwischen den Montage- bzw. Halteringen verwendet, die so dimensioniert werden, daß der absolute Druck in den Ringzonen 3 bar nicht übersteigt. Erkennbar ist aus den Figuren, daß der auf den vierten Schaufelkranz 32, 320 folgende Prallraum 68 nach außen von der Gehäusestirnwand 5 bzw. den Verschleißblechen 149 begrenzt wird. Die radiale Länge R.des Prallraumes 68 vom äußeren Schaufelkranz 32, .320 bis zur Gehäusestirnwand 5 ist wenigstens so lang wie die Summe der radialen Wände aufeinanderfolgenden äußeren Montage- bzw. Halteringen.
Bei Beladung des Desintegrators mit Feststoff durch die Materialeingabe 4 werden die Partikel infolge der Zentrifugalkraft radial von innen nach außen gefördert, wobei sie wesentliche Teile des von außen nach innen geförderten Luftstromes mitreißen, so daß sich ein Luft/Feststoffgemisch (Trägerluftstrom) ausbildet, der radial von innen nach außen gerichtet ist und dabei die von außen nach innen gerichtete Förderkraft der Schaufel überwindet. Dieses Gas/Feststoffgemisch durchläuft die Wirbelzonen I., II. und III. Um die Ausbildung der Wirbelzonen nicht zu behindern, sind die sich nach außen erweiternden Seitenwände (vgl. auch A 4) vorgesehen und die Druckentlastungsringräume sind gemäß der Ansprüche 7 und 8 ausgebildet, so daß ein Eindringen von Feststoffpartikeln in die Ringspalte weitgehend vermieden wird. Die Durchlässigkeit der einzelnen Schaufelkränze wird dadurch aufeinander abgestimmt, daß die Abstände 82 der einzelnen Schaufeln in allen Rotorkränzen gleich sind.
Durch besondere Ausbildung der Innenflächen der Montage- bzw. Halteringe der aufeinanderfolgenden Schaufelkränze wird - getrennt durch den jeweiligen Ringspalt - eine stufenweise Erweiterung des Desintegrationsraumes herbeigeführt, wodurch der Materialfluß von innen nach außen störungsfrei gefördert wird. Die Ringräume I., II. und III. schaffen erfindungsgemäß nicht nur Räume für die sich ausbildenden Gas/Feststoffwirbel, sondern sie grenzen auch diejenigen Bereiche im Desintegrationsraum ein, in denen sich die statischen Überdrücke einstellen, die höher sind, als die dynamischen Drücke innerhalb der Schaufelkanäle, und welche eine wesentliche Voraussetzung für die Ausbildung der in Fig. 1 dargestellten Wirbelzonen sind.
Es ist einleuchtend, daß die Hauptzerkleinerungsarbeit innerhalb der Ringräume I., II. und III. erfolgt. Diese Zerkleinerungsarbeit wird noch dadurch unterstützt, daß die Schaufeln aufgrund ihrer Neigung weiterhin eine Förderkraft in radialer Richtung von außen nach innen ausüben, so daß sich innerhalb der Ringräume Störeffekte bezüglich der Trägerluftströme ausbilden, die die Zerkleinerungsarbeit unterstützen.
Versuche haben ergeben, daß bis zu 65% der gesamten Zerkleinerungsarbeit in den Wirbelzonen 145, 146 und 147 geleistet werden. An den Schaufeln 69 und 690 der einzelnen Schaufelkränze wird dem gegenüber nur eine geringfügige Zerkleinerungsarbeit verrichtet. Die Schaufeln erteilen den Feststoffpartikeln im wesentlichen tangentiale Beschleunigungen. Da die Partikel zugleich einer Beeinflussung durch die Zentrifugalkraft unterliegen, wandern sie von Wirbelzone zu Wirbelzone nach außen. Die einzelnen Wirbelzonen 145, 146 und 147 vollführen dabei innerhalb ihrer Ringräume jeweils eine Wanderung, die durch Pfeil in Umfangsrichtung angedeutet ist und die verursacht wird durch die - wenn auch geringfügig - höhere Umfangsgeschwindwigkeit des jeweils nach außen folgenden Schaufelkranzes.
Jenseits des vierten, äußeren Schaufelkranzes, 32, 320 wandern die Feststoffpartikel auf einem Weg, der mit 148 angedeutet ist, in den Prallräum 68, in welchem sich die wirbelnden Partikel beruhigen und entweder an den Verschleißblechen 149 oder am Gehäusemantel 5 entlanggeführt werden. Im Prallraum 68 bildet sich eine weitere, vierte Wirbelzone 150 aus, in welcher eine weitere Zerkleinerung der Feststoffpartikel stattfindet. Zusammen mit der Zerkleinerung durch den Aufprall der Feststoffpartikel auf den Schaufeln 69, 690 bzw. deren Schutzschichten 142 findet die restliche Verkleinerungsarbeit statt.
Im Prallraum 68 werden die Feststoffpartikel nicht nur einer Zerkleinerung unterworfen, sondern ihr Kristallgefüge unterliegt einer mehr oder weniger großen Veränderung. Darüber hinaus kann im Prallraum auch ein Gasaustausch zwischen den Feststoffpartikeln und dem Gas des Gas-Feststoffgemisches stattfinden. Entweder kann Sauerstoff den zerkleinderten Partikeln angelagert werden und diese aktivieren, oder Sauerstoff den Feststoffpartikeln entzogen werden. Findet die Zerkleinerung hingegen in einer Inertgasatmosphäre statt, kann erreicht werden, daß die zerkleinerten Feststoffpartikel reaktionsträge werden. Die vor allem im Prallraum 68 vermittelten Materialeigenschaften bleiben erfahrungsgemäß eine geraume Zeit an den Feststoffpartikeln haften. Die optimale Ausbildung der Wirbelzonen 145, 146, 147 und 150 und damit die optimale Zerkleinerung ergeben sich im Nenndrehzahlbereich, in welchem am äußeren Schaufelkranz 32, 320 Umfangsgeschwindigkeiten, über 130 m/Sek. (260 m/Sek. im gegenläufigen System) erreicht werden. Bei der Zerkleinerung in der erfindungsgemäßen Desintegrationsvorrichtung erhalten die Feststoffpartikel eine poröse bzw. amorphe Oberfläche, die wesentlich zur sog. Aktivierung der Partikel beiträgt. Vor Beginn einer Desintegration bzw. einer Aufbereitung von Feststoffpartikeln muß daher entschieden werden, in welcher Gasatmosphäre zerkleinert werden soll.
Unter Nenndrehzahlbereich wird nicht die Nenndrehzahl der Antrϊebsmotoren verstanden, sondern auch der Drehzahlbereich darunter, der sich durch eine Materialeingabe in die Desintegrationsvorrichtung ergibt. Die Desintegrationsvorrichtung wird von einem Prozeßrechner überwacht, der bei jeder Materialeingabe bewirkt, daß sich die abgesunkenen Drehzahlen der Rotoren rasch wieder erholen. Sinkt die Drehzahl unter den Nenndrehzahlbereich ab, hat das u.a. zur Folge, daß die Hauptzerkleinerungsarbeit dann vorwiegend durch den Aufprall der Festpartikel auf den Schaufeln geleistet wird. Nenndrehzahl und Nenndrehzahlbereich sind im wesentlichen bedingt vom spezifischen Gewicht und der Härte des Materials.
Liste der verwendeten Bezeichnungen
1 rotierende Desintegrations23 Innenfläche vorrichtung 24
2 erste Gehäuseseitenwand 25 kreisringförmige Ausbuchtung
3 zweite Gehäuseseitenwand für den inneren Rotor
4 Materialeingabe 26 äußerer Kegelstumpfmantel
5 Gehäusestirnwand 27 kreisringförmige Einbuchtung
6 erste Welle 28 Boden
7 Flanschende 29 innerer Kegelstumpfmantel
8 Wellenringflansch 30 äußerer Kegelstumpfmantel
9 Bohrung 31 Montagering (für den vierten
10 Senkkopfschraube Schaufelkränz) 11 310 Montagering (für den vierten
12 zweite Welle Schaufelkranz)
13 Flanschende 32 vierter Schaufelkranz
14 Wellenringflansch 320 vierter Schaufelkranz
15 Senkkopfschraube 33 Innenfläche
16 Labyrinthdichtung 34 17 35 äußerer Druckentlastungsringraum
18 äußerer Rotor 36 innerer Kegelstumpfmantel180 äußerer Rotor 37 Boden
19 Ringflansch 38 Druckentlastungsöffnung 20 äußerer Montageringträger 39 äußerer Kegel stumpf mantel
21 Montagering (für den 40 kreisringförmige Einbuchtung zweiten Schaufelkranz) 41 Boden 210 Montagering (für den 42 zweiten Schaufelkranz) 43
22 zweiter Schaufelkranz 44 innerer Kegelstumpfmantel220 zweiter Schaufelkranz 45 46 innerer Rotor 71 Montageflache 460 innerer Rotor 72 Montagefläche 47 Ringflansch 73 vordere Kante 48 innerer Montageringträger 74 Einwölbung 49 Montagering (für den ersten 75 hintere Kante Schaufelkranz) 76 Einwölbung 490 Montagering (für den ersten 77 Ventilatoransatz Schaufelkranz) 770 Ventilatoransatz 50 erster Schaufelkranz 78 Arbeitsfläche 500 erster Schaufelkranz 79 aufgerauhte Oberfläche 51 Innenfläche 80 Querrille 52 kreisringförmige Einbuchtung 81 Schaufellänge 53 Boden 82 Abstand 54 äußerer Kegelstumpfmantel 83 Flachkopf 55 innere achsparallele Seitenwand 84 Schraubloch 56 85 Befestigungsschraube 57 innerer Druckentlastungsraum 86 Mittellinie 58 innerer Kegelstumpfmäntel 87 vorderer Kantenstab 59 Boden 88 Querschnitt 60 Druckentlastungsöffnung 89 Mittellinie 61 äußerer Kegelstumpfmantel 90 Einsteckende 62 Montagering (für den dritten 91 geschliffene Anlageringfläche Schaufelkranz) 92 Festspannende 620 Montagering (für den dritten 93 abgeschrägter Bereich Schaufelkranz) 94 Längsschlitz 63 dritter Schaufelkranz 95 Querschnitt 630 dritter Schaufelkranz 96 Materialanlagefläche 64 Innenfläche 97 aufgerauhte Oberfläche 65 kreisringförmige Einbuchtung 98 hinterer Kantenstab 66 Boden 99 Querschnitt 67 kegelstumpfförmige Endringflache 100 Mittellinie 68 Prallräum 101 Einsteckende 69 Schaufel 102 geschliffene Anlageringfläche 690 Schaufel 103 Festspannende 70 Mittelstück verschraubt 104 abgeschrägter Bereich 700 Mittelstück vergossen 105 Längsschlitz 106 Querschnitt 132
107 Materialanlagefläche 133
108 aufgerauhte Oberfläche 134 innerer Kegelstumpfmantel
109 Klemmstück 135 achsparalleler Außenmantel
110 Senkloch (im Montagering) 136 Innenfläche
111 Bohrung für Festspannende 137 Einsteckloch
112 Bohrung für Klemmstücke 138 Ringansatz
113 Abschrägung 139 Desintegrationsraum
114 Senkkopfschraube 140 Desintegrationsachse
115 Haltering (für den ersten 141 Schnittlinie Schaufelkranz) 142 Schutzschicht
1150 Haltering (für den ersten 1431 Schaufelbreite Schaufelkranz) 1432 Schaufelbreite
116 äußerer Kegelstumpfmantel 1433 Schaufelbreite
117 Innenfläche 1434 Schaufelbreite
118 Einsteckloch 144
119 Senkloch I. Ringraum 120 II. Ringraum 121 Haltering (für den zweiten III. Ringraum
Schaufelkranz) 145 erste Wirbelzone 1210 Haltering (für den zweiten 146 zweite Wirbelzone Schaufelkranz) 147 dritte Wirbelzone
122 innerer Kegelstumpfmantel R radiale Länge
123 äußerer Kegelstumpfmantel 148 Weg eines Partikels im Prallraum 68
124 Innenfläche 149 Verschleißblech
125 Einsteckloch 150 vierte Wirbelzone
126 Haltering (für den dritten
Schaufelkranz) 1260 Haltering (für den dritten Schaufelkranz)
127 innerer Kegelstumpfmantel
128 äußerer Kegelstumpfmantel
129 Innenfläche
130 Einsteckloch
131 Haitering (für den vierten Schaufelkranz)
1310 Haltering (für den vierten Schaufelkranz)

Claims

Patentansprüche
1. In einem Gehäuse mit einer zentralen Materialeingabe und einer nach unten offenen Materialausgabe rotierende Desintegrationsvorrichtung bestehend aus einem an einer Welle befestigten inneren Rotor und einem an einer gegensinnig antreibbaren gleichachsigen Welle befestigten äußeren Rotor mit alternierend aufeinanderfolgenden Schaufelkränzen, deren in Drehrichtung geneigte, mit einer Schutzschicht beschichtbare und mit vorderen und hinteren Kanten aus hartem, abriebfesten Material versehenen Schaufeln einerseits an Halteringen und andererseits an Montageringen sitzen, welche abwechselnd Bestandteile von mit den Wellen verbundenen kreisringförmigen Montageringträgern sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (69, 690) derart im Abstand (v, h) von den Rändern (r) der Montage- und Halteringe (21, 210; 31, 310; 49, 490; 62, 620; 115, 1150; 121, 1210; 126, 1260; 131, 1310) ihrer Schaufelkränze (50, 500; 22, 220; 63, 630; 32, 320) angeordnet sind, daß die vorderen Kanten (87) der Schaufeln eines Schaufelkranzes und die hinteren Kanten (98) der Schaufeln des gegensinnig rotierenden folgenden Schaufelkranzes innerhalb des Desintegrationsraumes (139) Ringräume (I., II., III.) eingrenzen, in denen sich im Nenndrehzahlbereich der Rotoren (18, 180; 46, 460) Wirbelzonen (145, 146, 147) aus dem Gas-Feststoffgemiseh ausbilden.
2. Desintegrationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Desintegrationsraum (139) einen äußeren, nach innen von den vorderen Kanten (87) der Schaufeln (69, 690) des äußeren Schaufelkranzes (32, 320) und nach außen von der die Gehäuseseitenwände (2, 3) verbin denden Gehäusestimwand (5) begrenzten Prallraum (68) zum Aufbau einer weiteren Wirbelzone (150) im Nenndrehzahlbereich einschließt.
3. Desintegrationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Länge (R) zwischen der inneren und der äußeren Grenze des Prallraumes (68) wenigstens der radialen Länge der beiden äußeren Montage- bzw. Halteringe (62, 620; 131, 1310; bzw. 126, 1260; 31, 310) entspricht.
4. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen (117, 23, 129, 33; 51, 124, 64, 136) der alternierend aufeinanderfolgenden Halte- und Montageringe (115, 1150; 21, 210; 126, 1260; 31, 310 bzw. 49, 490; 121, 1210; 62, 620; 131, 1310) glatt sind und die von Schaufelkranz zu Schaufelkranz (50, 500; 22, 220; 63, 630; 32, 320) nach außen sich erweiterenden Seitenwände des Desintegrationsraumes (139) unterhalb des Prallraumes (68) bilden.
5. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rotor (18, 180) einen an die erste Welle (6) angeflanschten äußeren Montageringträger (20) mit zwei konzentrischen Montageringen (21, 31) für den zweiten und vierten Schaufelkranz (22, 32) sowie eine kreisringförmige Ausbuchtung (25) für den Haltering (115) des ersten Schaufelkranzes (50, 500) und einen äußeren Druckentlastungsringraum (35) zur Aufnahme des Halteringes (126, 1260) des dritten Schaufelkranzes (63) aufweist.
6. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rotor (46, 460) einen an die zweite Welle (12) angeflanschten Ringflansch (47) und einen mittels des ersten Schaufelkranzes (50, 500) daran befestigten inneren Montageringträger (48) mit zwei konzentrischen Montageringen (49, 62) für den ersten und den dritten Schaufelkranz (50, 500; 63, 630) sowie einen inneren Druckentlastungsringraum (57) zur Aufnahme des Halteringes (121, 1210) für den zweiten Schaufelkranz (22, 220) aufweist.
7. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände der kreisringförmigen Ausbuchtung (25) für den Haltering (115) des ersten Schaufelkranzes (50, 500) und der äußeren und inneren Druckentlastungsringräume (35, 57) zur Aufnahme der Halteringe (126, 1260; 121, 1210) des dritten und zweiten Schaufelkranzes (63, 630; 22, 220) als äußere bzw. innere Kegelstumpfmäntel (26, 36, 39, 58, 61) ausgebildet sind, deren jeweils großer Durchmesser zum Desintegrationsraum (139) hin liegt.
8. Desintegrationsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Seitenwand des Halteringes (115) des ersten Schaufelkranzes (50, 500) als äußerer Kegelstumpfmantel (116) die Seitenwände der Halteringe (121, 1210; 126, 1260) des zweiten und dritten Schaufelkranzes (22, 220; 63, 630) und die äußere Seitenwand des Halteringes (131, 1310) für den vierten Schaufelkranz (32, 320) als innere bzw. äußere Kegelstumpfmäntel (122, 123; 127, 128; 134) ausgebildet sind, deren jeweils großer Durchmesser zum Desintegrationsraum (139) hin liegt.
9. DesintegrationsVorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Böden (37, 59) der Druckentlastungsräume (35, 57) von den Halteringen (126, 1260; 121, 1210) der Schaufelkränze (63, 630; 22, 220) verdeckte Druckentlastungsöffnungen (28, 60) vorgesehen sind.
10. DesintegrationsVorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Druckentlastungsöffnungen (28, 60) beidseitig angefast sind.
11. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Druckentlastungsringraum (35, 57) soviele Druckentlastungsöffnungen (28, 60) aufweist, als für die Einhaltung der angestrebten Reduzierung der Gastemperatur erforderlich sind (drehzahlabhängig).
12. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (69, 690) aus einem mit dem Montagering (21, 210; 31, 310; 49, 490; 62, 620) und dem Haltering (115, 1150; 121, 1210; 126, 1260; 131, 1310) des jeweiligen Schaufelkranzes (50, 500;
22, 220; 63, 630; 32, 320) verbundenen Mittelstück (70, 700) und zwei mit diesen Ringen (21, 210; 31, 310; 49, 490; 62, 620; 115, 1150; 121, 1210; 126, 1260; 131, 1310) lösbar zusammenfügbaren harten, abriebfesten vorderen und hinteren Kantenstäben (87, 98) kombiniert ist, die am Mittelstück (70, 700) anliegen.
13. Desintegrationsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelstück (70, 700) jeder Schaufel (69, 690) eine ebene Platte mit einer vorderen Kante (73) und einer hinteren Kante (75) ist.
14. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelstücke (700) der Schaufeln (690) mit den zugehörigen Montage- und Haltringen (490, 1150, 1210, 210, 620, 1260, 1310, 310) der jeweiligen Schaufelkränze (500, 220, 630, 320) vergossen sind, so daß der äußere Rotor (180) und der innere Rotor (460) jeweils monolithische Gußstücke sind.
15. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelstücke (70) der Schaufeln (69) ebene Montageflächen (71, 72) aufweisen und mit den zugehörigen Montage- und Halteringen (49, 115; 121, 21; 62, 126; 131, 31) des jeweiligen Schaufelkranzes (50, 22, 65, 32) verschraubt sind.
16. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gegossenen Rotoren (180, 460) und die geschraubten Rotoren (18, 46) untereinander austauschbar sind.
17. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Arbeitsflächen (78) der Mittelstücke (70, 700) der Schaufeln (69, 690) eine aufgerauhte Oberfläche (79) aufweisen.
18. Desintegrationsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgerauhte Oberfläche (79) jedes Mittelstückes (7.0, 700) aus Sägezahn ähnlichen Querrillen (80) besteht.
19. Desintegrationsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß beide Montageflächen (71, 72) an dem Mittelstück (70) jeder verschraubten Schaufel (69) paßgerecht geschliffen sind.
20. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß jeder vordere Kantenstab (87) und jeder hintere Kantenstab (98) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt (88, 89) hat und daß die vorderen und hinteren Kanten (73, 75) der Mittelstücke (70, 700) passende Einwölbungen (74, 76) zum Anliegen des zugehörigen Kantenstabes (87, 98) aufweisen.
21. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Oberfläche der vorderen und hinteren Kantenstäbe (87, 98), teilweise aufgerauht (97, 108), gehärtet und an den Rundungen geschliffen ist.
22. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeder vordere Kantenstab (87) einen Längsschlitz )94) zur Aufnahme einer Schutzschicht (142) mit einer nahezu radial zur Desintegrationsachse (140) verlaufenden Materialanlagefläche (96) aufweist.
23. Desintegrationsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschlitz (94) jedes vorderen Kantenstabes (87) einen Querschnitt (95) nach Art eines rechtwinkligen Dreieckes aufweist.
24. Desintegrationsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß jeder hintere Kantenstab (98) einen Längsschlitz (105) zur Aufnahme einer Schutzschicht (142) mit einer nahezu parallel zur Desintegratorachse (140) verlaufenden Material-Anlagefläche (107) aufweist.
25. DesintegrationsVorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschlitz (105) jedes hinteren Kantenstabes (98) einen Querschnitt (106) nach Art eines rechtwinkligen Dreieckes aufweist.
26. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen und hinteren Kantenstäbe (87, 98) einerseits Einsteckenden (90, 101) mit verringertem Durchmesser und einer geschliffenen Anlageringfläche (81, 102) aufweisen.
27. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen und hinteren Kantenstäbe (87, 98) andererseits Festspannenden (92, 103) mit gleichen Durchmessern wie die Stäbe, jedoch mit einem abgeschrägten Bereich (93, 104) aufweisen.
28. Desintegrationsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß in den Montageringen (49, 21, 62, 31) und den Halteringen (115, 121, 126, 131) zur Befestigung der Montageflächen (71, 72) der verschraubten Schaufeln (69) Senklöcher (110, 119) für die Flachköpfe (83) von Befestigungsschrauben (85) angeordnet sind.
29. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 28, gekennzeichnet durch Bohrungen (111) in den Montageringen (49, 21, 62, 31) für die Festspannenden (92, 103) der vorderen und hinteren Kantenstäbe (87, 98) und jeweils daneben Bohrungen (112) zur Aufnahme je eines Klemmstückes (109) mit Abschrägung (113) für die abgeschrägten Bereiche (93, 104) der vorderen und hinteren Kantenstäbe (87, 98).
30. Desintegrationsvorrichtung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch Senkkopfschrauben (114) zur Befestigung der Klemmstücke (109) im Montageriήg (49, 21, 62, 31).
31. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß in den Halteringen (115, 121, 126, 131) Einstecklöcher (118, 125, 130, 137) für die Einsteckenden (90, 101) der vorderen und hinteren Kantenstäbe (87, 98) angeordnet sind.
32. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen f bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schrauben (85, 114) Imbußschrauben sind.
33. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinien zwischen den Mittellinien (89, 110) der vorderen und hinteren Kantenstäbe (87, 98) gegenüber den Mittellinien der Mittelstücke (70, 700) geringfügig zur Desintegrationsachse (140) hin versetzt sind.
34. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelstücke (70, 700) der Schaufeln (69, 690) des äußeren Schaufelkranzes (32, 320) einen in Drehrichtung vorn angeordne ten Ventilatoransatz (77, 770) aufweisen.
35. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Mittelstücke (70, 700) aller Schaufeln (69, 690) gleich sind, bis auf die Schaufelbreiten (1431, 1432, 1433, 1434), die vom inneren zum äußeren Schaufelkranz (50, 500; 22, 220; 63, 630; 32, 320) ansteigen.
36. Desintegrationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (82) zwischen den Schaufeln (69, 690) in allen Schaufelkränzen (50, 500; 22, 220; 63, 630; 32, 320) gleich sind.
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