JP4763111B2 - 遠心力式風力分級装置のための分級車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心力式風力分級装置のための分級車であって、分級空気によって遠心方向とは逆に外側から内側に通流される環状に配置された、回転軸線に対して平行に延びる羽根が、分級車ハブを支持する円形ディスクと環状のカバーディスクとの間に設けられていて、羽根間の流れ通路が、羽根の、互いに間隔を置いて回転軸線に向かって延びる面によって形成される形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
分級装置は、原則的には、流体中に分散した分級物を微粒群と粗粒群とに分離するために使用される。流体は、方法技術的な要求に応じて、気体又は蒸気状の分級媒体、又は液体の分級媒体であってよい。最終生成物の所望の粒群は、各粒群の粒径配分に関して予め規定された条件を常に満たさなければならない。
【０００３】
応用技術による特定の生成物に関しては、最大要求は微粒度に対して課される。更に、微粒群と粗粒群との粒径配分が、不都合に広範囲においてカバーされることは望ましくない。つまり、できるだけ明確な粒群の分離が達成されることが望ましい。
【０００４】
大抵は大量のばら荷であるので、分離に必要なエネルギ量は、製作コストに著しく大きな影響をもたらす。従って、所望の結果をなるべく僅かなエネルギ消費で廉価に得ることが、常に努力されている。
【０００５】
弾き車を備えた遠心力式風力分級装置は、比較的僅かなエネルギ消費において極めて微細な分級物を得るための有利な分級装置の内の一つである。分級物を微粒物と粗粒物とに明確に分離するためには、弾き車の全ての流れ通路内で、一様な通流が中位の同じ半径方向流体速度で行われることが必要である。
【０００６】
しかし、流体流入部が最適に形成された場合でさえも、乱流状況のために、とりわけ比較的大きな軸方向延在部を有する弾き車において、分級車羽根間の通路の一様でない通流しか生ぜしめられないということは、回避され得ない。その結果、明確な分離は行われず、一様な通流において可能な値に比べて少ない処理量しか得られない。
【０００７】
弾き車を備えた分級装置における流れ場の調査は、既にＫ．Ｌｅｓｃｈｏｎｓｋｉ及びＫ．Ｌｅｇｅｎｈａｕｓｅｎによって実施された。「ケミカル・エンジニアリング・アンド・プロセッシング（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、第３１巻（１９９２年）、第１３１頁から１３６頁に記載の論文で、分級車羽根によって仕切られた流れ通路の内部の流れ状況が説明された。
【０００８】
調査結果では、３つの異なる流れ形状が類別される。これらの流れ形状は、３つの異なる運転状況に起因する。これらの運転状況は、主として弾き車の外周に沿って流れる流体の速度（ｖ_φ）と、回転する弾き車の周速（ｖ_ｓ）との比率に基づいて生ぜしめられる。
【０００９】
【数１】

【００１０】
ほぼ同じ形状の流れは、流れが分級車羽根に対して平行に進む場合にしか形成され得ない。このような所望の均質な流れは、弾き車の外周に沿って流れる流体の速度（ｖ_φ）と、回転する弾き車の周速（ｖ_ｓ）とが等しい場合にだけ、達成され得る。
【００１１】
それぞれ異なる速度においては、分離明確度を悪化させ、且つ全体的に見て微粒度にネガティブな影響を及ぼす渦流が発生する。つまり、微粒物及び粗粒物のための分離限度は、分級車内部の流れ通路の半径方向延在部にわたって一定ではない。微粒物のための最高の、つまり最微な分離限度は、弾き車の外周に沿って位置しており、弾き車の回転軸線に向かって半径が次第に減少するにつれて悪化する。通常、粗粒物は既に分級車の外周で弾かれて、粗粒群内へと流入する。微粒物だけが更に弾き車の内部に進出することができ、且つ流体流れと一緒に微粒群内へと流出される。しかし、弾き車の流れ通路における不都合な渦流形成によって、粗い粒子が更に内部に向かって運ばれた場合は、弾き車の内径に存在するような分離限度に従ってのみ、前記の粗い粒子を弾くことができる。前記の分離限度は、弾き車の外周における分離限度よりも粗いので、粗い粒子の若干の部分は、弾かれずに微粒群内に流入する。このような場合には、分離明確度が悪いと見なされる。
【００１２】
従って、分離限度を悪化させる渦流形成を防止するためには、弾き車の一様な流れ込みを得ることが努力される。一様な通流を得るための第１の解決手段は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３２６６０４号明細書に開示されている。分級物の分散した、弾き車に流入する流体の流れは、弾き車の流れ通路の外側において均質化されて、徐々に弾き車の周速に加速される。このためには、弾き車の外周領域から半径方向外側に向かって延びる、弾き車に固定的に結合された、流体流れの加速を可能にする構成部材が使用される。
【００１３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５１３７４５号明細書に記載の別の従来技術では、流れの乱れは、弾き車のロータディスクの直径を、該ロータディスクの外縁が固形物若しくは流体供給通路に至るまで延び、これにより、この通路の側方制限部を形成するように選択することによって最低限に抑えられる。従って、弾き車の周方向での流体流れの著しい減速が防止される。この場合も、弾き車の周速に対する流体の流れ速度の十分な一様化が目標とされる。
【００１４】
但し、いくつかの場合においては、弾き車の外周領域におけるこのような速度の適合化を実現することは不可能である。前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５１３７４５号明細書、並びにＫ．Ｌｅｓｃｈｏｎｓｋｉ及びＫ．Ｌｅｇｅｎｈａｕｓｅｎ著の刊行物に記載の弾き車では、該弾き車の流れ込みが、搬送流体を接線方向で供給することにより行われる。例えばより一層微細な抽出物を得るために分離限度を引き上げる等の、弾き車の回転速度を変化させる場合には、搬送流体の接線方向の流れ速度も増大させなければならず、このことは、搬送流体の処理量の増大によってのみ可能である。但しこのことは、必然的に比較的少ない微粒物収量をもたらす。
【００１５】
従って、前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第４３２６６０４号明細書には、外周に配置された複数のリングディスクを備えた弾き車が記載されており、前記リングディスクは、その連行作用に基づき、弾き車の一様な流れ込みを、所与の接線方向の流れ込みの助力を必要とすること無しに可能にする。従って、弾き車の外周に沿って流れる流体の速度（ｖ_φ）と、回転する弾き車の周速（ｖ_ｓ）とが同じである比率が生ぜしめられ、この比率はやはり、流れ通路における一様な流れを惹起し、且つ上で述べた好結果をもたらす。
【００１６】
しかし、この解決手段の場合も、方法技術的且つ構造的な実状が、例えばリングディスクのような構成部材を、弾き車の外周に取り付けることを許容するということが必要とされる。また、弾き車に対する接線方向での流入は、常に可能であるとは限らない。
【００１７】
例えば、特別なケーシング形状を有する特定の分級水車又は風力分級装置において行われるような、弾き車の、完全に方位づけられていない流れ込みの場合においては、流れ通路における一様な流れを可能にするために、従来の技術による弾き車を使用することはできない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、弾き車の外周に沿って流れる流体の速度（ｖ_φ）と、回転する弾き車の周速（ｖ_ｓ）とが等しくない場合、つまり、弾き車の外周において方位づけられていない流れが存在する場合でも、流れ通路の内部において一様な流れが実現されるように弾き車を構成することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明では、流れ通路における不都合な渦流形成を防止する、流れ通路の内部に設けられた組込み部材を、分級車が有しているようにした。
【００２０】
【発明の効果】
遠心力式分級車では、環状に配置された羽根は、これらの羽根によって仕切られた、分級車の回転軸線からそれぞれ半径方向間隔を置かれた流れ通路の内部の流れ流体の角速度を一定にさせる。この場合に生じる固体渦流は、分級車の外周における分離限度が最小であるという特性を有している。流体が、該流体内に分散した粒子と一緒に、分級車内に更に進入すればするほど、つまり、半径が小さくなればなるほど、分離限度が大きくなる。
【００２１】
このことは、分級車の外周における理想的な分離条件を生ぜしめる。粗い粒子は分級車の外側で弾かれるので分級車を負荷せず、これにより、高い微粒物抽出量が得らえる。しかし、粗い粒子が分級車の内部に進入する恐れのある場合には、これらの粗い粒子には比較的粗い分離限度が適用され、これにより、外周における分離限度よりも本来は大きな粒子は弾かれずに、分級車の中心部へと流入することができ、微粒物と一緒に流出される。このことは、粗粒物と微粒物との間の不明確な分離を生ぜしめ、更に、分離車は、本来は外周において直ちに弾かれるべきであった粗い粒子によって負荷される。分離車のこの高い負荷は、比較的少ない微粒物収量をもたらし、且つ分級車の効率を悪化させる。
【００２２】
粗い粒子が不都合に分級車内に進入する恐れがあることの原因は、流れ通路内に形成されて、粗い粒子を吸い込んで分級車の内部に搬送する渦流である。
【００２３】
本発明は、粗い粒子が流れ通路に全く、又はごく僅かしか吸い込まれないように、流れ通路の内部における渦流形成に影響を及ぼす手段を用意している。
【００２４】
本発明の有利な構成では、流れ通路に進入する流体流れが既に流れ通路の半径方向の最初の３分の１で屈折されて、渦形成が流れ通路の前記３分の１でだけ生ぜしめられるように、流れ通路の半径方向中央域において分級車羽根の仕切り壁に、流れ屈折装置が取り付けられている。渦流は、粗い粒子の吸込みの原因なので、渦流が分級車のできるだけ外周領域に形成されると、粗い粒子は最早、流れ通路に深くは吸い込まれない。粗い粒子が分級車にあまり深く侵入する恐れがないと、該分級車も、前記の粗い粒子によってあまり激しくは負荷されず、粗い粒子が内部に進入し、延いては微粒群に流入する確率が著しく最低限に抑えられる。
【００２５】
流れの屈折は、周速（ｖ_ｓ）が弾き車の外周に沿って流れる流体の速度（ｖ_φ）よりも大きな分級車では、回転方向で見て前方に位置する分級車羽根の仕切り面において行われる。
【００２６】
これに対して、周速（ｖ_ｓ）が弾き車の外周に沿って流れる流体の速度（ｖ_φ）よりも小さな分級車では、流れの屈折は、回転方向で見て後方に位置する分級車羽根の仕切り面において行われる。
【００２７】
流れ屈折装置としては、横断面が有利には正方形、方形又は三角形の形状を有しており、軸方向で分級車羽根の全長にわたって延びる組込み部材が使用される。但し、適用ケースに応じて、あらゆる別の横断面形状を適用することもできる。
【００２８】
組込み部材の形状及び位置にとって重要なのは、流入する流体の、分級車羽根の仕切り面からの所望の剥離と、渦流形成の所望の場所である。適用ケース、分級車と分級装置とのスペース的な構造、更には分級しようとする生成物の特性にも応じて、渦流の種々異なる最適な場所と、場合によっては渦流の様々な大きさとが有利であることが実証され得る。いずれにしても、渦流の位置が、組込み部材が使用されない場合に形成される渦流の半径よりも大きな半径で生ぜしめられると、改善が得られる。
【００２９】
これに対して、渦流の大きさに関する渦流の縮小は、必然的に分級の改善を意味せざるを得ない。更に、流れ通路の外周域において規定された渦流形成が、分級物と流れ流体との、より一層良好な分散を生ぜしめるということが明らかにされた。このことは、微粒物収量にポジティブな影響を与える。つまり、より多くの微粒物を分級物から分離し、分級車を介して微粒群へと運ぶことができる。
【００３０】
組込み部材を備えた本発明による分級車は、有利には方位づけられていない流体流入を以て作動する分級装置において使用される。本発明による分級車を使用する場合は、分級流体の方位づけられた前加速は不要となる。
【００３１】
組込み部材は、分級車羽根が選択的に半径方向に対して、真っ直ぐ、斜め又は折り曲げられて延びるように配置されている分級車において使用することができる。
【００３２】
分級車の流れ通路の内部で、なるべく小さな半径方向速度を維持するためには、分級車の軸方向構造高さをできるだけ大きく選択することが望ましい。但し、大きな軸方向構造高さを有する分級車の場合は、流れ流体の半径方向速度の十分に一様な配分に注意しなければならない。半径方向速度の一様な配分は、分級車の軸方向高さにわたって異なる、半径方向の羽根の奥行きに基づき得られる。環状のカバーディスクを貫通する微粒物流出部を備えた構成では、羽根の奥行きは軸方向で見て、分級車ハブを支持する円形ディスクから環状のカバーディスクに向かって小さくなっている。
【００３３】
分級車の軸方向高さにわたって異なる羽根の奥行きは、流れ流体の一様な吸込み、延いては軸方向高さにわたる、流体の一様な半径方向速度を生ぜしめる。この新しいタイプの分級車によって、分級車高さを、分級クオリティーを低下させること無く増大させることができる。異なる羽根奥行きを有する分級車の構成は、組込み部材無しの分級車でも、半径方向速度の一様化のために使用することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００３５】
図１に示した分級車は、分級車ハブ１を支持する円形ディスク２を有している。この円形ディスク２は、半径方向で且つ環状に延びる複数のスリットを有しており、これらのスリットには分級車羽根３が挿入可能である。分級車の全周にわたって均等に配分された分級車羽根３は、それぞれ円形ディスク２と環状のカバーディスク４とによって保持される。一変化実施例においては、円形ディスク２と環状のカバーディスク４同様、分級車羽根３も、鋼から製作されている。これらの分級車羽根３は、ろう接又は溶接によって円形ディスク２とカバーディスク４とに固定的に結合される。
【００３６】
溶接又はろう接不可能な別の材料、つまり、例えばセラミックス又はプラスチックから成る分級車羽根３が選択された場合には、これらの分級車羽根３は、有利には接着によって円形ディスク２とカバーディスク４とのスリットに固定され得る。しかし、別のあらゆる結合技術も可能である。材料及び適用ケースに応じて、別の結合手段が最も合理的であることを実証することができる。特に、鋼材料を使用する場合には、分級車羽根３と円形ディスク２とカバーディスク４とを接着することも可能である。
【００３７】
各分級車羽根３の、回転方向で見て前方の仕切り面には、それぞれ組込み部材５が固定されている。これらの組込み部材５は、例えば正方形の横断面を有しており、且つ軸方向で羽根の全高にわたって延びている。組込み部材５は、それぞれ例えば溶接、ろう接又は接着によって、分級車羽根３の仕切り面に結合され得る。
【００３８】
組込み部材５は、有利にはそれぞれ共通の半径方向円形軌道上に位置しており、この円形軌道はほぼ、分級車羽根３の半径方向全幅の外側３分の１以内の領域に位置している。
【００３９】
図２に示した分級車は、図１に示した分級車とは分級車羽根３の配置形式が異なっている。これらの分級車羽根３は、厳密に半径方向で延びているのではなく、半径方向に対して所定の角度で、回転方向とは逆方向に変向されて配置されている。分級車羽根３が回転軸線の近傍にまで延びている場合は、これらの分級車羽根３の内側領域は半径方向に方位づけられたままであるが、これに対して分級車羽根３の外側領域は、半径方向に対して所定の角度で変向されて配置されている。これにより、分級車羽根３は、折り曲げられた進路を有する流れ通路を形成する。
【００４０】
分級車の内側深くにまで延びているのではなく、分級車の半径方向外側領域にわたってしか延びていない分級車羽根３を使用することもできる。このような構成は、図３に示されている。
【００４１】
組込み部材は、それぞれ適用ケースに応じて種々様々な横断面を有することができる。従って、図３に示した分級車羽根３に設けられた組込み部材は、正方形の横断面を有しているのではなく、主として階段状の段部６だけから成っており、この段部６は、有利な構成では既に分級車羽根３に組み込まれており、付加的に分級車羽根３に結合する必要はない。
【００４２】
個々の分級車羽根３の大きな傾斜位置を可能にして、十分な流れ通路を維持するためには、分級車羽根３の、内側に位置する端部７を斜めに面取りして形成することができる。これにより、肉厚を極めて大きく設定された多数の分級車羽根３を使用した場合でも、十分に大きな流れ通路が維持され続ける。
【００４３】
本発明の別の構成では、分級車羽根はそれぞれ２つの構成部材から形成されている。この場合、半径方向内側に位置する構成部材は、直線的に半径方向で延びている。半径方向外側に位置する構成部材は、図４では斜めに配置されている。斜めの羽根区分と直線の羽根区分との間の折曲げ箇所では、内側の構成部材の外側端部が当該折曲げ箇所を越えて突出しており、これにより、本発明による流れ縁部を形成している。
【図面の簡単な説明】
【図１】真っ直ぐな羽根と、正方形の横断面を有する組込み部材とを備えた本発明による分級車を示した図である。
【図２】斜めに折り曲げられた羽根と、正方形の横断面を有する組込み部材とを備えた本発明による分級車を示した図である。
【図３】斜めの羽根と、段状の流れ縁部とを備えた本発明による分級車を示した図である。
【図４】斜めの羽根端部と、真っ直ぐな羽根区分と斜めの羽根区分との間の屈曲領域における流れ縁部とを備えた本発明による分級車を示した図である。
【符号の説明】
１ 分級車ハブ、 ２ 円形ディスク、 ３ 分級車羽根、 ４ カバーディスク、 ５ 組込み部材、 ６ 段部、 ７ 端部

Claims (11)

1. 遠心力式風力分級装置のための分級車であって、分級空気によって遠心方向とは逆に外側から内側に通流される環状に配置された、回転軸線に対して平行に延びる羽根が、分級車ハブを支持する円形ディスクと環状のカバーディスクとの間に設けられていて、羽根間の流れ通路が、羽根の、互いに間隔を置いて回転軸線に向かって延びる面によって形成される形式のものにおいて、
   流れ通路に流入する分級空気内に形成される渦流が、組み込み部材が使用されない場合に形成される渦流の半径よりも大きな半径で生ずるように、前記羽根の外側３分の１以内の領域に、分級空気の流れ進路に影響を及ぼす、流れ通路内に突出する組み込み部材が設けられており、該組込み部材が、分級車の軸方向高さ全体にわたって延びていることを特徴とする、遠心力式風力分級装置のための分級車。
2. 組込み部材が、分級車羽根の、回転方向で見て前方に位置する仕切り面に取り付けられている、請求項１記載の分級車。
3. 組込み部材が、分級車羽根の、回転方向で見て後方に位置する仕切り面に取り付けられている、請求項１記載の分級車。
4. 組込み部材が正方形の横断面を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の分級車。
5. 組込み部材が方形の横断面を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の分級車。
6. 組込み部材が三角形の横断面を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の分級車。
7. 組込み部材が、分級車羽根の階段状の段部として形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の分級車。
8. 分級車羽根が、軸方向分級車高さにわたって異なる半径方向羽根奥行きを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の分級車。
9. 羽根奥行きが、軸方向で見て、分級車ハブを支持する円形ディスクから環状のカバーディスクに向かって小さくなっている、請求項８記載の分級車。
10. 羽根奥行きが、軸方向で見て、分級車ハブを支持する円形ディスクから環状のカバーディスクに向かって恒常的に小さくなっている、請求項９記載の分級車。
11. 羽根奥行きが、軸方向で見て、分級車ハブを支持する円形ディスクから環状のカバーディスクに向かって一定の勾配で恒常的に小さくなっている、請求項１０記載の分級車。

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