EP1313566A1 - Dynamische drallscheibe für zyklonabscheider zur erzeugung einer wirbelsenkströmung - Google Patents
Dynamische drallscheibe für zyklonabscheider zur erzeugung einer wirbelsenkströmungInfo
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- EP1313566A1 EP1313566A1 EP01971802A EP01971802A EP1313566A1 EP 1313566 A1 EP1313566 A1 EP 1313566A1 EP 01971802 A EP01971802 A EP 01971802A EP 01971802 A EP01971802 A EP 01971802A EP 1313566 A1 EP1313566 A1 EP 1313566A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
- B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
- B04C5/08—Vortex chamber constructions
- B04C5/103—Bodies or members, e.g. bulkheads, guides, in the vortex chamber
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- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
- B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
- B04C5/02—Construction of inlets by which the vortex flow is generated, e.g. tangential admission, the fluid flow being forced to follow a downward path by spirally wound bulkheads, or with slightly downwardly-directed tangential admission
Definitions
- the invention relates to a swirl disk for a cyclone separator, which is used for separating liquid particles and solid particles from compressed gases, and claims the priority of German utility model 200 13 046, to which reference is made in terms of content.
- the compressed gases are introduced into a closed, cylindrical housing, the vortex chamber, and set in a vortex sinking flow.
- Different mechanisms of action occur between the liquid particles contained in the compressed gas and the solid particles.
- the " test particles move outwards within the developing vortex sinking and sink to the bottom, in particular due to their gravity, whereas the liquid particles hitting the cylindrical housing wall wet them and produce a liquid film, which is then drained downwards by appropriate design measures.
- Cyclone separators are simple in their construction, require little maintenance and are insensitive to contamination.
- Such guide means are always designed for a certain flow of compressed air. The best efficiency is achieved at the nominal flow for which the separator is designed.
- a cyclone separator is known in which the guide means are designed as interchangeable inserts, so that the characteristics can be largely adapted to the operating conditions in order to achieve the highest possible separation performance.
- the invention has for its object to provide a swirl disk for a cyclone separator, with which a dynamic adaptation to the respective operating conditions is possible, so that an adaptation takes place even with rapid changes in the operating conditions.
- the object is achieved in a generic cyclone separator with a swirl disk as a guide for generating a swirl sinking flow within a swirl chamber in that the swirl disk has a cutout with a tongue which is resilient against a compressed gas flow and which has the cutout as a function of the flowing amount of compressed gas opens more or less at a certain opening angle to the swirl chamber.
- the spring force of the tongue is dimensioned such that with a changing flow rate through the released opening, the compressed gas entering the swirl chamber always has a predetermined speed at which the best efficiency of excretion is achieved at least approximately.
- the required entry speed into the vertebral space is already known and is in the range between 14 and 18 m / s.
- the swirl disk consists of a resilient material with a spiral free cut, through which a segment-shaped resilient tongue is formed, which in turn opens an opening to the swirl chamber in the swirl disk, depending on the compressed air flowing through.
- Fig. 1 shows a section of a cyclone separator with a dynamic swirl disk
- Fig. 2 is a plan view of the swirl disk Fig. 3 shows the swirl disc with the tongue open.
- the cyclone separator I shown in Fig. 1 in its essential parts consists of a filter head 1 with an inlet of the pressurized gas A and an outlet B, a filter housing 2 which is sealingly connected to the filter head 1, a line protection 4, an outlet 5 and one Swirl disk 6, which is held in the filter head 1 by a screw thread 3.
- the compressed gas introduced into the inlet A into the filter head 1 flows through an opening 9, FIG. 3, through the dynamically acting swirl disk 6 and reaches a swirl chamber 10, which is formed by the filter housing 2 sealed against the filter head 1.
- the swirl disk 6 consists of a resilient material with a spiral free cut 7, as shown in FIG. 2, through which a segment-shaped resilient tongue 8 is formed.
- the force acting on the swirl disk 6 by the pressurized gas opens the tongue 8 depending on the flow rate of the pressurized gas at a predetermined opening angle ⁇ , FIG. 3, which is dependent on the spring constant of the swirl disk material and the length of the free cut.
- the parameters must be selected so that when the pressure gas flows through, a swirl speed of between 14 and 18 m / sec is set at a pressure of 7 bar.
- a cyclone separator I with a passage cross section of 1/2 "and a carbon swirl disk 6 with a material thickness of 0.3 mm requires a force of 0.009 bar to generate the required swirl speed.
- a force of 0.003 bar is exerted on the swirl disk 6.
- the opening 9 is closed by the tongue 8 so far that the swirl speed is maintained.
- the compressed gas flowing into the vortex chamber 10 is set into a vortex sinking flow.
- Liquid and solid particles are separated using centrifugal forces.
- the liquid particles from the compressed gas that hit the cylindrical inner wall of the filter housing 2 wet the latter and produce a liquid film that is drained downwards to the outlet 5.
- the solid particles also move outwards within the developing vortex sinking and sink to the ground mainly due to their gravity.
- the guide guard 4 prevents the cleaned compressed gas which flows further to the outlet B from entraining the water which is separated out.
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Abstract
Eine Drallscheibe (6) für Zyklonabscheider erzeugt in einem Wirbelraum (10) eine Wirbelsenkströmung und besitzt einen Ausschnitt mit einer entgegen der Druckgasströmung federelastischen Zunge (8), die den Ausschnitt in Abhängigkeit von der hindurchströmenden Druckgasmenge mehr oder weniger zu dem Wirbelraum hin in einem bestimmten Öffnungswinkel öffnet.
Description
"Dynamische Drallscheibe für Zyklonabscheider zur Erzeugung einer
Wirbelsenkströmunα"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drallscheibe für einen Zyklonabscheider, der zur Abscheidung von Flüssigkeitsteilchen und Festpartikeln aus Druckgasen Verwendung findet und nimmt die Priorität des deutschen Gebrauchsmusters 200 13 046 in Anspruch, auf das inhaltlich Bezug genommen wird.
Bei den gattungsgemäßen Zyklonabscheidern erfolgt durch Verwirbelung und die Ausnutzung von Zentrifugalkräften eine Abscheidung von flüssigen und festen Teilchen aus den eingeleiteten Druckgasen.
Hierbei werden die Druckgase in ein geschlossenes, zylindrisches Gehäuse, dem Wirbelraum, eingeführt und in eine Wirbelsenkströmung versetzt. Zwischen den in dem Druckgas enthaltenen Flüssigkeitsteilchen und den Festpartikeln treten dabei unterschiedliche Wirkmechanismen auf. Die" testen Teilchen bewegen sich innerhalb der sich ausbildenden Wirbelsenkströmung nach außen und sinken insbesondere aufgrund ihrer Schwerkraft zum Boden, wogegen die auf die zylindrische Gehäusewand auftreffenden Flüssigkeitsteilchen diese benetzen und einen Flüssigkeitsfilm erzeugen, der durch entsprechende konstruktive Maßnahmen dann nach unten abgeleitet wird.
Zyklonabscheider sind einfach in ihrem Aufbau, wartungsarm sowie unempfindlich gegenüber Verschmutzungen.
Zur Erzielung der Wirbelsenkströmung ist es bekannt, das Druckgas entweder tangential in den Wirbelraum des Abscheiders einzuführen oder bei einer radialen Zuführung das Druckgas mittels spezieller Leitmittel, sogenannter Drallgeber oder Drallscheiben, die die Gasströmung ablenken und in Rotation versetzen, in den Wirbelraum einzuleiten (DE PS 1 107 367 und 1 236 121 ).
Derartige Leitmittel sind stets für einen bestimmten Druckluftdurchfluß ausgelegt. Der beste Wirkungsgrad wird bei dem Nenndurchfluß, für den der Abscheider bemessen ist, erzielt.
Die Auslegungsparameter sind hinreichend bekannt. Wie der Literatur zu entnehmen ist, wird bei Zyklonabscheidern der beste Wirkungsgrad, unter Berücksichtigung aller übrigen Parameter, bei einer Eintrittsgeschwindigkeit des Druckgases in den Wirbelraum von 14 bis 18 m/s erzielt.
Bei größeren Belastungsschwankungen, wie sie häufig in Druckluftanlagen der Industrie auftreten, in denen sich die Betriebsbedingungen unvorhergesehen schnell ändern können, kann sich der Wirkungsgrad der Abscheider infolge geringer Belastung bis zur völligen Wirkungslosigkeit verschlechtern. Andererseits treten bei zu großen Belastungen unzulässig hohe Druckverluste auf, so daß die Nennbelastung nicht überschritten werden sollte.
In der Praxis ist es üblich, daß der bei frequenzgeregelten Verdichtern nachgeschaltete Zyklonabscheider mit einer Absenkung der Durchfluß- menge von 100% bis auf 20% befahren wird.
Bei ansauggeregelten Verdichtern liegen die üblichen Belastungsschwankungen bei 100% bis zu 60%.
Aus der DE PS 1 107 367 ist ein Zyklonabscheider bekannt, bei dem die Leitmittel als austauschbare Einsätze ausgebildet sind, so daß die Charakteristik zur Erzielung einer möglichst hohen Abscheideleistung weitgehend den Betriebsverhältnissen angepaßt werden kann.
Die aufgezeigten Nachteile werden mit dieser Lösung jedoch nur bedingt gelöst, da eine Anpassung nur bei vorher erfaßbaren Änderungen der Betriebsverhältnisse möglich ist.
Treten unvorhergesehen schnelle Änderungen der Betriebsverhältnisse auf, ist eine Anpassung mit einer solchen Lösung nicht möglich.
Weiterhin wurde erkannt, daß es weit verbreitet ist, in vorhandene Druckluftanlagen mit Leitungen eines bestimmten Querschnittes Zyklonabscheider mit dem gleichen vorgefundenen Querschnitt zu installieren, ohne daß die genauen Durchflußmengen und somit die erforderliche Größe des Abschei- ders bekannt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drallscheibe für einen Zyklonabscheider zu schaffen, mit der eine dynamische Anpassung an die jeweiligen Betriebsverhältnisse möglich ist, so daß auch bei schnellen Ände- rungen der Betriebsverhältnisse eine Anpassung erfolgt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Zyklonabscheider mit einer Drallscheibe als Leitmittel zur Erzeugung einer Wirbelsenkströmung innerhalb eines Wirbelraumes dadurch gelöst, daß die Drall- scheibe einen Ausschnitt mit einer entgegen einer Druckgasströmung federelastischen Zunge besitzt, die den Ausschnitt in Abhängigkeit der hin-
durchströmenden Druckgasmenge mehr oder weniger in einem bestimmten Öffnungswinkel zu dem Wirbelraum hin öffnet.
Die Federkraft der Zunge ist so bemessen, daß bei wechselnder Durchfluß- menge durch die freigegebene Öffnung, das in den Wirbelraum eintretende Druckgas stets eine vorgegebene Geschwindigkeit besitzt, bei der zumindest annähernd der beste Wirkungsgrad der Ausscheidung erzielt wird.
Die erforderliche Eintrittsgeschwindigkeit in den Wirbelraum ist bereits bekannt und liegt im Bereich zwischen 14 bis 18 m/s.
In einer weiteren Ausgestaltung besteht die Drallscheibe aus einem federelastischen Material mit einem spiralförmigen Freischnitt, durch den eine segmentförmige federnde Zunge gebildet wird, die in der Drallscheibe, in Abhängigkeit der durchströmenden Druckluft, wiederum eine Öffnung zu dem Wirbelraum freigibt.
Damit wurde erfindungsgemäß eine dynamische Drallscheibe geschaffen, die sich weitgehendst der jeweiligen Durchflußmenge anpaßt.
Bei Absenkung der Durchflußmenge bleibt eine ausreichende Zyklonwirkung über einen großen Bereich der abgesenkten Durchflußmenge erhalten.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläu- tert werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt eines Zyklonabscheiders mit einer dynamischen Drallscheibe
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Drallscheibe
Fig. 3 die Drallscheibe mit geöffneter Zunge.
Der in Fig. 1 in seinen wesentlichen Teilen dargestellte Zyklonabscheider I besteht aus einem Filterkopf 1 mit einem Einlaß des Druckgases A und einem Auslaß B, einem Filtergehäuse 2, das mit den Filterkopf 1 dichtend verbunden ist, einem Leitschutz 4, einem Ablaß 5 und einer Drallscheibe 6, die durch ein Schraubgewinde 3 im Filterkopf 1 gehalten wird.
Das in den Einlaß A in den Filterkopf 1 eingeleitete Druckgas durchströmt durch eine Öffnung 9, Fig. 3, die dynamisch wirkende Drallscheibe 6 und gelangt in einen Wirbelraum 10, der durch das gegen den Filterkopf 1 abgedichtete Filtergehäuse 2 gebildet wird.
Die Drallscheibe 6 besteht aus einem federelastischen Material mit einem, wie in Fig. 2 dargestellt ist, spiralförmigen Freischnitt 7, durch den eine segmentförmige federnde Zunge 8 gebildet wird.
Die durch das Druckgas auf die Drallscheibe 6 wirkende Kraft öffnet die Zunge 8 in Abhängigkeit von der Durchflußmenge des Druckgases in einem vorbestimmten Öffnungswinkel α, Fig. 3, der von der Federkonstanten des Drallscheibenmaterials und der Länge des Freischnitts abhängig ist.
Die Parameter sind so zu wählen, daß bei Durchfluß des Druckgases sich bei einem Druck von 7 bar eine Drallgeschwindigkeit zwischen 14 und 18 m/sec einstellt.
Zur Erzeugung der notwendigen Drallgeschwindigkeit ist bei einem Zyklonabscheider I mit einem Durchlaßquerschnitt von 1/2" und einer Drall- scheibe 6 aus Carbon mit einer Materialstärke von 0,3 mm eine Kraft von 0,009 bar erforderlich.
Bei einer Absenkung der Durchflußmenge auf 75 % wird nur noch eine Kraft von 0,003 bar auf die Drallscheibe 6 ausgeübt. Die Öffnung 9 wird durch die Zunge 8 soweit geschlossen, daß die Drallgeschwindigkeit erhalten bleibt.
Durch das öffnen der Zunge 8 wird das in den Wirbelraum 10 einströmende Druckgas in eine Wirbelsenkströmung versetzt. Unter Ausnutzung von Zentrifugalkräften erfolgt eine Abscheidung von flüssigen und festen Teilchen. Die dabei auf die zylindrische Innenwand des Filtergehäuses 2 aufteffenden Flüssigkeitsteilchen aus dem Druckgas benetzen diese und erzeugen einen Flüssigkeitsfilm, der nach unten, zu dem Ablaß 5 abgeleitet wird. Die festen Teilchen bewegen sich innerhalb der sich ausbildenden Wirbelsenkströmung ebenfalls nach außen und sinken vorwiegend aufgrund ihrer Schwerkraft zum Boden.
Der Leitschutz 4 verhindert, daß das weiter zum Auslaß B strömende, gereinigte Druckgas ausgeschiedenes Wasser mitreißt.
Mit der erfindungsgemäßen Drallscheibe 6 wird eine dynamische Anpassung über einen großen Bereich an die jeweiligen Betriebsverhältnisse, bei einem günstigen Wirkungsgrad, erreicht. Die Zyklonwirkung bleibt auch bei einer schnellen Absenkung der Durchflußmenge erhalten.
Claims
1. Drallscheibe für Zyklonabscheider, die als Leitmittel und zur Erzeugung einer Wirbelsenkströmung innerhalb eines Wirbelraumes dient, in welchem eine Abscheidung von Flüssigkeitsteilchen und Festpartikeln aus Druckgasen erfolgt, gekennzeichnet durch einen Ausschnitt mit einer entgegen der Druckgasströmung federelastischen Zunge (8), die den Ausschnitt in Abhängigkeit der hindurchströmenden Druckgasmenge zu dem Wirbelraum (10) hin in einem bestimmten Öffnungswinkel (α) öffnet.
2. Drallscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (8) segmentförmig, durch einen spiralförmigen Freischnitt (7) in der aus einem federelastischem Material bestehenden Drallscheibe
(6), gestaltet ist.
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