DE10042443A1 - Mechanisches Abscheidegitter - Google Patents
Mechanisches AbscheidegitterInfo
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Abstract
Ein mechanisches Abscheidegitter mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Einström- und Abscheideprofilen, wobei zwei benachbarte Profile jeweils einen Strömungsspalt für ein gasförmiges Medium bilden und sich einer ersten Profilebene, die aus geschlossenen, im wesentlichen abgerundeten Einströmprofilen gebildet sind, wenigstens zwei weitere in Strömungsrichtung dahinter liegende Profilebenen anschließen, die aus zur Strömungsrichtung hin offenen, im wesentlichen abgerundeten Abscheideprofilen gebildet sind und jedes Abscheideprofil hinter einem Strömungsspalt der davor liegenden Profilebene positioniert ist, soll dahingehend verbessert werden, daß ein solches mechanisches Abscheidegitter, das vorzugsweise als Staub- und Wasserabsorptionsmodul ausgebildet ist, neben einer optimierten aerodynamischen Gitterprofilgeometrie eine Ausführung mit größeren Profillängen erlaubt, ohne das Schwingungsprobleme auftreten. Dieses wird dadurch erreicht, daß die Einströmprofile mit den in Strömungsrichtung dahinter liegenden Abscheideprofilen der dritten Profilebene mit einem Steg miteinander verbunden sind.
Description
Die Erfindung betrifft ein mechanisches Abscheidegitter
mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Einström- und
Abscheideprofilen, wobei zwei benachbarte Profile jeweils
einen Strömungsspalt für ein gasförmiges Medium bilden und
sich einer ersten Profilebene, die aus geschlossenen, im
wesentlichen abgerundeten Einströmprofilen gebildet ist,
wenigstens zwei weitere in Strömungsrichtung dahinterliegende
Profilebenen anschließen, die aus zur Strömungsrichtung hin
offenen, im wesentlichen abgerundeten Abscheideprofilen
gebildet sind, und jedes Abscheideprofil hinter einem
Strömungsspalt der davor liegenden Profilebene positioniert
ist.
Es sind verschiedene Profilformen für mechanische
Abscheidegitter bekannt, wobei eine sehr einfache
Profilgeometrie winkelförmig ausgebildet ist. Sowohl die
Einströmprofile wie auch die Abscheideprofile weisen eine
winkelförmige Profilgeometrie auf, wobei die Eintrittsprofile
mit dem Winkelknie zur Strömungsrichtung zeigen, und die
Abscheideprofile entgegengesetzt zur Strömungsrichtung jeweils
hinter einem Strömungsspalt der davor liegenden Ein
strömprofile angeordnet sind.
Das mechanische Abscheidegitter, das vorzugsweise als
Staub- und Wasserabsorptionsmodul ausgebildet ist, reinigt
Luftströme von Staubpartikeln, Flüssigkeitströpfchen, Insekten
und Schnee. Die Nutzung von Ergebnissen der
Grundlagenforschung und die computergestützte Strömungs
optimierung der Gitterkontur führten zur Entwicklung
neuartiger Abscheidegitter. Durch eine starke Beschleunigung
und die Stauumlenkung vor einem strömungstoten Raum wirken
starke Fliehkräfte auf im Luftstrom geförderte Partikel, die
zu hohen Abscheidegraden für Staub und Flüssigkeit führen. Die
ablösefreie Gestaltung der Gitterkontur gewährleistet niedrige
Gesamtdruckverlustbeiwerte und eine geringe aerodynamische
Geräuschentwicklung. Modelluntersuchungen zu Abscheidegraden,
Gesamtdruckverlusten und Schalldruckpegeln bei Gerad- und
Schräganströmung wurden zum Vergleich an konventionellen
Abscheidegittern durchgeführt. Untersuchungen an
Originalansaugkästen von Triebfahrzeugen im Großwindkanal und
umfassende Betriebserprobungen führten schließlich zu immer
aerodynamischeren Gitterprofilgeometrien. Ein Ausführungs
beispiel zeigt die WO 99/28011.
Die Baulängen dieser aerodynamischen Gitterprofile sind
aufgrund von Steifigkeitsproblemen begrenzt. Wenn die Profile
zu lang ausgeführt sind, treten aufgrund der geringeren
Steifigkeit Schwingungsprobleme auf, die geringere
Abscheidegrade und eine geringere Lebensdauer des
Abscheidegitters nach sich ziehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
mechanisches Abscheidegitter der eingangs genannten Gattung
aufzuzeigen, das neben einer optimierten aerodynamischen
Gitterprofilgeometrie eine Ausführung mit größeren
Profillängen erlaubt, ohne das Schwingungsprobleme auftreten.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit
einem mechanischen Abscheidegitter mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nach dem Grundgedanken der Erfindung sind die Einström
profile mit den in Strömungsrichtung dahinter liegenden Ab
scheideprofilen der dritten Profilebene mit einem Steg mitein
ander verbunden. Die Vorteile dieser Ausbildung liegen darin,
daß durch das Verbinden hintereinander liegender Profile eine
höhere Steifigkeit des Profilgitters erreicht wird, ohne daß
nennenswerte Abscheidegradverluste entstehen. Teilweise werden
sogar bessere Werte ermittelt.
Der Profilverlauf jedes Einströmprofils ist an seiner
Eintrittsseite konvex ausgebildet, weist in den Schnittpunkten
mit der Ebene der engsten Einströmspaltquerschnitte eine
Profilkante mit einem Winkel von etwa 80° auf und wird von
dort durch zwei konkav verlaufende Profilflanken gebildet, die
sich im Punkt tangentialer Berührung in dem senkrecht zu den
Profilebenen verlaufenden Steg fortsetzen. Die
Abscheideprofile der zweiten Ebene, wie auch der dritten Ebene
sind bezüglich ihrer in Strömungsrichtung liegenden Achsen
symmetrisch und bilden jeweils zwei Schenkel, deren freie
Schenkelenden einen Abscheidespalt bilden. Die Stege führen
durch die Abscheidespalten der Abscheideprofile der dritten
Profilebene hindurch und verbinden sich mit diesen in ihren
Scheitellinien. Durch eine derartige Ausgestaltung werden die
aerodynamischen Druckverluste durch den in Strömungsrichtung
liegenden Steg nur wenig beeinflußt.
Die Abscheideprofile der dritten Profilebene entsprechen
im wesentlichen Kreissegmenten, die einen Winkel von etwa 135°
aufweisen. Die Schenkelenden der Abscheideprofile der dritten
Profilebene knicken in einem Winkel von 80° nach innen ab und
bilden so einen Winkel von etwa 45° zur Strömungsrichtung.
Außerdem weisen die abgeknickten Schenkelenden der Abscheide
profile der dritten Profilebene einen parallelen Verlauf zu
den gegenüberliegenden Schenkeln der Abscheideprofile der
zweiten Profilebene auf, die auch aus Kreissegmenten gebildet
sind und einen Winkel von etwa 290° aufweisen. Die Schenkel
enden der zweiten Profilebene sind nach innen hin verdickt,
was den Abscheidegrad weiter verbessert. Eine weitere Ausge
staltung der Erfindung, die auch der Abscheidegradverbesserung
dient, ist ein Vorsprung, der sich in der zweiten Profilebene
innenseitig und entlang der Scheitellinie jeweils in Richtung
der Profilöffnung erstreckt.
Die Außenkonturen der Schenkel der Abscheideprofile der
zweiten Profilebene sind im wesentlichen kreisförmig und
entsprechen zu ihren Scheitellinien hin tangentialen Geraden,
so daß die Außenkontur jeweils eines Abscheideprofils auf der
strömungsabgewandten Seite einen Winkel von etwa 120° bildet.
Vorzugsweise ist die Winkelspitze leicht abgerundet. Durch
eine derartige tropfenförmige Ausgestaltung verkleinert sich
der Strömungsablösebereich, auch Totwasserbereich genannt, mit
seinen Verwirbelungen, wodurch die Druckverluste verringert
werden.
Die den Einströmspalt bildende Abstandsweite zwischen den
Einströmprofilen ist kleiner als die den Abscheidespalt
bildende Öffnungsweite der dahinterliegenden Abscheideprofile.
Dadurch sollen Partikelteilchen deren Eintrittswinkel in das
Profilgitter von der senkrechten Eintrittsrichtung geringfügig
abweichen trotzdem noch von den Abscheideprofilen der zweiten
Profilebene erfaßt werden. Vorzugsweise beträgt die
Abstandsweite zwischen den Einströmprofilen etwa 2/3 der
Öffnungsweite der dahinterliegenden Abscheideprofile. Die
Weite der Abscheideprofile der dritten Profilebene weist
vorzugsweise ebenso 2/3 der Weite der Einströmprofile auf.
Denkbar sind jedoch auch andere Größenverhältnisse der
Abscheideprofile zu den Einströmprofilen und der
Strömungsspalten zu den Profilöffnungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in der
Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform weiter
erläutert. Die Darstellung zeigt in:
Fig. 1 einen Profilschnitt des erfindungsgemäßen
mechanischen Abscheidegitters.
Der in Fig. 1 dargestellte Profilschnitt eines
Abscheidegitters setzt sich aus drei Profilebenen zusammen.
Die erste Profilebene besteht aus geschlossenen, im
wesentlichen abgerundeten Einströmprofilen 1, die zweite,
dahinter liegende Profilebene besteht aus zur
Strömungsrichtung hin offenen, im wesentlichen abgerundeten
Abscheideprofilen 2 und die dritte, hinter der zweiten
Profilebene liegende Profilebene besteht ebenfalls aus zur
Strömungsrichtung hin offenen, im wesentlichen abgerundeten
Abscheideprofilen 3. Die Abscheideprofile 2 der zweiten
Profilebene sind jeweils mittig hinter einem Strömungsspalt 24
der davor liegenden Ebene positioniert. Die Abscheideprofile 3
der dritten Profilebene sind in Strömungsrichtung 30 hinter
den Einströmprofilen 1 angeordnet. Die Einströmprofile 1 sind
über Stege 8 mit den Abscheideprofilen 3 der dritten
Profilebene miteinander verbunden. Der Profilverlauf jedes
Einströmprofils 1 ist an seiner Eintrittsseite 4 konvex
ausgebildet, weist in den Schnittpunkten mit der Ebene der
engsten Einströmquerschnitte eine Profilkante 5 mit einem
Winkel von etwa 80° auf und wird von dort durch zwei konkav
verlaufende Profilflanken 6 gebildet, die sich im Punkt 7
tangentialer Berührung in dem senkrecht zu den Profilebenen
verlaufenden Steg 8 fortsetzen.
Die Abscheideprofile 2 und 3 bilden jeweils zwei
Schenkel 11 bzw. 17, deren freie Schenkelenden 14 und 18 die
Abscheidespalten 25, 26 bilden.
Die Stege 8 führen durch den Abscheidespalt 26 der
Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene und sind in den
Scheitellinien im Punkt 9 mit diesen verbunden. Dabei weisen
die Verbindungen jeweils zwei Radien 10 auf, deren Maß in etwa
dem der Stegdicke entspricht. Die ein Paar bildenden Schenkel
11 der Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene ergeben
Kreissegmente, die einen Winkel von etwa 135° aufweisen. Die
zwei Schenkel 11 der Abscheideprofile 3 der dritten
Profilebene weisen jeweils eine Profilkante 12 auf, die einen
Winkel von etwa 80° bildet und dem sich ein Schenkelende 14
anschließt, welches in einem Winkel von etwa 45° zur
Strömungsrichtung 30 liegt. Die ein Paar bildenden Schenkel 17
der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene ergeben
Kreissegmente, die einen Winkel von etwa 290° aufweisen. Die
Schenkel 17 der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene
weisen an ihren Schenkelenden 18 nach innen gerichtete
Verdickungen auf, die etwa in einer Ebene mit den Punkten 7
tangentialer Berührung liegen. Außerdem weisen die
Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene innenseitig und
entlang ihrer Scheitellinien jeweils einen sich in Richtung
der Profilöffnung 25 erstreckenden Vorsprung 19 auf. Dieser
Vorsprung ist vorzugsweise parabelförmig ausgebildet und weist
an seiner Verbindung zwei Radien 20 auf, deren Maß in etwa der
halben Stegdicke entspricht.
Die im wesentlichen kreisförmig ausgebildeten
Außenkonturen der Schenkel 17 der Abscheideprofile 2 der
zweiten Profilebene bilden sich zu ihren Scheitellinien hin
entsprechend tagentialen Geraden 22 aus, so daß die
Außenkontur jeweils eines Abscheideprofils 2 auf der
strömungsabgewandten Seite einen Winkel von etwa 120° bildet.
Die Winkelspitze 21 ist leicht abgerundet. Vorzugsweise
beträgt ihr Radius in etwa das Maß der 1,5-fachen Stegdicke.
Die den Einströmspalt 24 bildende Abstandsweite zwischen den
Einströmprofilen 1 beträgt etwa 2/3 der den Abscheidespalt 25
bildenden Öffnungsweite der dahinter liegenden
Abscheideprofile 2, und die Weite der Abscheideprofile 3 der
dritten Profilebene weisen etwa 2/3 der Weite der
Einströmprofile 1 auf.
Der Strömungsspaltquerschnitt 27, 28, 29 zu beiden Seiten
des Abscheideprofils 2 der zweiten Profilebene ist
eintrittsseitig zwischen den Schenkelenden 18 und den
Profilflanken 6 im Punkt 27 am größten und verjüngt sich in
Strömungsrichtung kontinuierlich. In der Ebene der maximalen.
Weite der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene erreicht
der Strömungsspaltquerschnitt im Punkt 28 seinen kleinsten
Wert. Von dieser Ebene an erweitert sich der
Strömungsspaltquerschnitt kontinuierlich gemeinsam mit dem
hier beginnenden Querschnitt des Abscheidespaltes 26. An der
Spitze 15 der Schenkelenden 14 trennt sich der
Strömungsspaltquerschnitt wieder von dem an dieser Stelle
seine maximale Weite einnehmenden Strömungsspalt 26 und
vergrößert sich kontinuierlich bis er austrittsseitig an der
Stelle zwischen der Profilkante 12 und der gegenüberliegenden
tangentialen Gerade 22 seinen maximalen Wert annimmt.
Das Wirkprinzip des mechanischen Abscheidegitters wird im
folgenden beschrieben:
Die partikelbehaftete Luft strömt in Strömungsrichtung 30 in die Einströmspalten 24, wird vor den strömungstoten Räumen 23 der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene stauumgelenkt und tritt zu beiden Seiten des Abscheideprofils 2 der zweiten Profilebene in die Strömungsspalten im Punkt 27 ein. Dort wird die partikelbehaftete Luft durch Strömungsspaltverengung in dem bogenförmigen Strömungsspalt beschleunigt, so daß im Punkt 28 die maximale Geschwindigkeit erreicht ist und damit die größte Fliehkraft auf die Partikelteilchen wirkt. Von dem Punkt 28 an verläßt die Außenkontur des Strömungsspaltquerschnittes seine bogenförmige Bahn auf einer tangentialen Geraden, die durch den Steg 8 gebildet wird. Zum zweiten Mal wird die inzwischen weniger partikelbehaftete Luft vor einem strömungstoten Raum 16 der Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene stauumgelenkt und tritt in den Strömungsspaltbereich 29 ein, verläßt diesen an der Stelle zwischen den Profilkanten 12 und den gegenüberliegenden tangentialen Geraden 22 der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene und verläßt schließlich in gereinigtem Zustand das Profilgitter im Bereich der dritten Profilebene. Die Fliehkraft der Partikelteilchen bewirkt, daß diese nicht der stauumgelenkten Luftströmung folgen können, sondern geschossartig in die strömungstoten Räume 16, 23 fliegen und daß sie dort durch mehrmaliges Aufprallen an den Innenwänden ihre kinetische Energie verlieren, aufgrund der Schwerkraft in den strömungstoten Räumen 16, 23 nach unten fallen und somit aus der Luft ausgeschieden werden.
Die partikelbehaftete Luft strömt in Strömungsrichtung 30 in die Einströmspalten 24, wird vor den strömungstoten Räumen 23 der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene stauumgelenkt und tritt zu beiden Seiten des Abscheideprofils 2 der zweiten Profilebene in die Strömungsspalten im Punkt 27 ein. Dort wird die partikelbehaftete Luft durch Strömungsspaltverengung in dem bogenförmigen Strömungsspalt beschleunigt, so daß im Punkt 28 die maximale Geschwindigkeit erreicht ist und damit die größte Fliehkraft auf die Partikelteilchen wirkt. Von dem Punkt 28 an verläßt die Außenkontur des Strömungsspaltquerschnittes seine bogenförmige Bahn auf einer tangentialen Geraden, die durch den Steg 8 gebildet wird. Zum zweiten Mal wird die inzwischen weniger partikelbehaftete Luft vor einem strömungstoten Raum 16 der Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene stauumgelenkt und tritt in den Strömungsspaltbereich 29 ein, verläßt diesen an der Stelle zwischen den Profilkanten 12 und den gegenüberliegenden tangentialen Geraden 22 der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene und verläßt schließlich in gereinigtem Zustand das Profilgitter im Bereich der dritten Profilebene. Die Fliehkraft der Partikelteilchen bewirkt, daß diese nicht der stauumgelenkten Luftströmung folgen können, sondern geschossartig in die strömungstoten Räume 16, 23 fliegen und daß sie dort durch mehrmaliges Aufprallen an den Innenwänden ihre kinetische Energie verlieren, aufgrund der Schwerkraft in den strömungstoten Räumen 16, 23 nach unten fallen und somit aus der Luft ausgeschieden werden.
Claims (13)
1. Mechanisches Abscheidegitter mit mehreren parallel
zueinander verlaufenden Einström- (1) und Abscheide
profilen (2, 3), wobei zwei benachbarte Profile jeweils einen
Strömungsspalt für ein gasförmiges Medium bilden und sich
einer ersten Profilebene, die aus geschlossenen, im
wesentlichen abgerundeten Einströmprofilen (1) gebildet ist,
wenigstens zwei weitere in Strömungsrichtung dahinter liegende
Profilebenen anschließen, die aus zur Strömungsrichtung hin
offenen, im wesentlichen abgerundeten Abscheideprofilen (2, 3)
gebildet sind und jedes Abscheideprofil (2, 3) hinter einem
Strömungsspalt (24, 28) der davor liegenden Profilebene
positioniert ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einströmprofile (1) mit den in Strömungsrichtung
dahinter liegenden Abscheideprofilen (3) der dritten
Profilebene mit einem Steg (8) miteinander verbunden sind.
2. Mechanisches Abscheidegitter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Profilverlauf eines Einström
profils (1) an der Eintrittsseite (4) konvex ausgebildet ist,
in den Schnittpunkten mit der Ebene der engsten Einström
spaltquerschnitte (24) eine Profilkante (5) mit einem Winkel
von etwa 80° aufweist und von dort von zwei konkav
verlaufenden Profilflanken (6) gebildet wird, die sich im
Punkt (7) tangentialer Berührung in dem senkrecht zu den
Profilebenen verlaufenden Steg (8) fortsetzen.
3. Mechanisches Abscheidegitter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die der Symetrieachse nach
geteilten Abscheideprofile (2, 3) jeweils zwei Schenkel (17)
bzw. (11) bilden, und daß jeweils zwei ein Paar bildende freie
Schenkelenden (18 bzw. 14) Abscheidespalten (25, 26) bilden.
4. Mechanisches Abscheidegitter nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stege (8) durch den Abscheidespalt
(26) der Abscheideprofile (3) der dritten Profilebene führen
und in den Scheitellinien mit diesen in einem Punkt (9)
verbunden sind.
5. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ein
Paar bildenden Schenkel (11) der Abscheideprofile (3) der
dritten Profilebene Kreissegmente ergeben, die einen Winkel
von etwa 135° aufweisen.
6. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der Ansprüche 3
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ein Paar
bildenden Schenkelenden (14) der Abscheideprofile (3) der
dritten Profilebene sich in einem Winkel von etwa 80° nach
innen abknicken und einen Winkel von etwa 45° zur
Strömungsrichtung (20) bilden.
7. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ein
Paar bildenden Schenkel (17) der Abscheideprofile (2) der
zweiten Profilebene Kreissegmente ergeben, sie einen Winkel
von etwa 290° aufweisen.
8. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der Ansprüche 3
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Paar bildenden
Schenkelenden (18) der Abscheideprofile (2) der zweiten
Profilebene nach innen hin verdickt sind.
9. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abscheideprofile (2) der zweiten Profilebene innenseitig und
entlang ihrer Scheitellinien jeweils einen sich in Richtung
der Profilöffnung (25) erstreckenden Vorsprung (19) aufweisen.
10. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der Ansprüche
3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkonturen der ein
Paar bildenden Schenkel (17) der Abscheideprofile (2) der
zweiten Profilebene im wesentlichen kreisförmig sind und zu
ihren Scheitellinien hin tangentialen Geraden (22)
entsprechend ausgebildet sind, so daß die Außenkontur jeweils
eines Abscheideprofils (2) auf der strömungsabgewandten Seite
einen Winkel von etwa 120° bildet.
11. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den
Einströmspalt (24) bildende Abstandsweite zwischen den
Einströmprofilen (1) kleiner ist als die den Abscheidespalt
(25) bildende Öffnungsweite der in Strömungsrichtung dahinter
liegenden Abscheideprofile (2).
12. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den
Einströmspalt (24) bildende Abstandsweite zwischen den
Einströmprofilen etwa 2/3 der den Abscheidespalt (25)
bildenden Öffnungsweite der in Strömungsrichtung dahinter
liegenden Abscheideprofile (2) beträgt.
13. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite der
Abscheideprofile der dritten Profilebene (3) etwa 2/3 der
Weite der Einströmprofile (1) aufweisen.
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