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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sichter, eine Mühle mit einem Sichter und ein Verfahren zum Sichten eines Gas-Feststoff-Gemischs.
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Unter Sichten wird im Allgemeinen die Trennung von Feststoffen nach bestimmten Kriterien wie Massendichte oder Partikelgröße verstanden. Das Windsichten ist eine Gruppe von Sichtverfahren, bei denen ein Gasstrom, die sogenannte Sichtluft, verwendet wird, um diese Trennung zu erreichen. Das Wirkprinzip beruht darauf, dass feine oder kleine Partikel von dem Gasstrom stärker beeinflusst und mitgerissen werden als grobe oder große Partikel.
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Windsichter werden beispielsweise zur Klassierung von Kohlestaub oder anderem Mahlgut einer Mühle eingesetzt. Ziel hierbei ist es, nach dem Mahlvorgang Partikel, die ausreichend klein zermahlen wurden, und Partikel, die weiter zermahlen werden müssen, voneinander zu trennen. Diese beiden Partikelgruppen werden auch als Feingut und Grobgut bezeichnet. Grundsätzlich kann ein Sichter auch für die Trennung oder Klassierung von Feststoffen anderen Ursprungs eingesetzt werden.
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Es gibt verschiedene Arten von Windsichtern. Ein wesentliches Unterscheidungskriterium ist die Art und Weise, wie der zu trennende Feststoff, das Aufgabegut, und die Sichtluft in den Sichter eingebracht werden. So können Feststoff und Sichtluft entweder voneinander getrennt oder gemeinsam eingebracht werden.
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Ein Windsichter, bei dem Feststoff und Sichtluft gemeinsam eingebracht werden, ist aus der
US 2010/0236458 A1 bekannt. Der offenbarte Windsichter wird für die Sichtung von Kohlestaub eingesetzt. Das Gemisch aus Kohlestaub und Sichtluft wird von unten in das Sichtergehäuse eingelassen. Der Einlassvolumenstrom des Gas-Feststoff-Gemischs strömt vollständig von außen in das Innere eines Leitschaufelkranzes. Der Leitschaufelkranz weist eine Mehrzahl von Umlenkelementen auf, zwischen denen das Gemisch hindurchströmt. Die Umlenkelemente sind gegenüber der Horizontalen um 50 bis 70° gekippt und fixiert. Im Inneren des Leitschaufelkranzes befindet sich ein Sichterrad. Das Sichterrad wird rotatorisch angetrieben und weist eine Mehrzahl von Lamellen auf, die im Wesentlichen vertikal verlaufen. Feine Partikel können aufgrund der Strömung und trotz der Rotation des Sichterrades zwischen den Lamellen des Sichterrades hindurchtreten und werden anschließend nach oben abgesaugt. Grobe Partikel prallen gegen die Lamellen, werden auf diese Weise zurückgeworfen und fallen schließlich durch die Gravitation nach unten.
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Bei anderen Windsichtern sind die Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes vertikal angeordnet, so beispielsweise in
WO 2014/124899 A1 . Die dort vorgesehenen Leitschaufeln können gerade oder gebogen sein. Ähnliche Windsichter sind auch aus den Druckschriften
EP 1 239 966 B1 ,
EP 2 659 988 A1 ,
DE 44 23 815 C2 und
EP 1 153 661 A1 bekannt. Im Falle der
EP 2 659 988 A1 sind die Lamellen justierbar. Bei der
EP 1 153 661 A1 kommen sowohl vertikale als auch horizontale Lamellen zum Einsatz, was insgesamt zu einer Vergleichmäßigung der Strömung führen soll.
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Ein Nachteil von herkömmlichen Windsichtern, bei denen das Aufgabegut und die Sichtluft gemeinsam eingebracht werden, besteht in einer mangelhaften Trennung von Grob- und Feingut, auch Trennschärfe genannt. Windsichter mit anderen Wirkprinzipien, bei denen beispielsweise die Strömungsrichtung der Sichtluft quer zur Fallrichtung des Aufgabeguts ist, bewirken eine Verwirbelung des Aufgabeguts, wodurch eine bessere Trennung von Grob- und Feingut erfolgt. Bei den oben beschriebenen Windsichtern strömt das Gemisch aus Aufgabegut und Sichtluft vollständig durch den Leitschaufelkranz und weitestgehend homogen durch den Sichter. Deshalb kommt es vermehrt zu Fehlsichtungen, bei denen insbesondere Feingutpartikel im Grobgut landen.
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Die
WO 2014/124899 A1 versucht dieses Problem durch Einbauten zu lösen. Die Einbauten können in dem Bereich zwischen dem Leitschaufelkranz und dem Sichterrad, der auch als Sichtzone bezeichnet wird, angeordnet sein. Ziel der Einbauten ist es, einer homogenen Strömung entgegenzuwirken und somit das Aufgabegut zu verwirbeln. Einbauten führen durch den zusätzlichen Widerstand allerdings zu einer Effizienzminderung des Sichters, die sich insbesondere in einem höheren Leistungsbedarf oder einem niedrigeren Durchsatz des Sichters äußert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Trennschärfe von Sichtern, bei denen Aufgabegut und Sichtluft gemeinsam eingebracht werden, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Sichter gemäß Anspruch 1, durch eine Mühle gemäß Anspruch 14 sowie durch ein Verfahren zum Sichten gemäß Anspruch 15 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße Sichter weist ein Sichtergehäuse auf, in dem ein Sichterrad und ein Leitschaufelkranz angeordnet sind. Das Sichterrad weist eine Drehachse X auf. In Radialrichtung R senkrecht zu der Drehachse X ist zwischen dem Leitschaufelkranz und dem Sichtergehäuse ein Ringraum und zwischen dem Leitschaufelkranz und dem Sichterrad eine Sichtzone vorgesehen.
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Der Sichter ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Leitschaufelkranz und einem Deckel in vertikaler Richtung ein umlaufender Ringspalt vorhanden ist.
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Die Drehachse X verläuft bevorzugt in vertikaler Richtung.
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Gattungsgemäße Sichter sind im Allgemeinen stehend angeordnet. Daher werden nachfolgend mit „vertikal“ Richtungen parallel zur Richtung der Gravitationskraft bezeichnet. Als „horizontal“ werden dementsprechend Richtungen senkrecht zur Richtung der Gravitationskraft bezeichnet.
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Der Ringspalt verbindet den Ringraum mit der Sichtzone.
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Der Ringspalt hat den Vorteil, dass der Einlassvolumenstrom aufgeteilt werden kann. Ein erster Teilvolumenstrom gelangt über den Ringspalt von oben in die Sichtzone, ein zweiter Teilvolumenstrom strömt durch den Leitschaufelkranz in die Sichtzone. Die zwei Teilvolumenströme treffen in der Sichtzone aufeinander, was zu einer Verwirbelung und somit zu einer verbesserten Sichtung führt. Auf diese Weise kann die Trennschärfe der Sichtung verbessert werden.
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Der Ringspalt weist vorteilhafterweise eine Höhe HR auf.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind der Leitschaufelkranz und/oder der Deckel in Richtung der Drehachse X bewegbar, sodass die Höhe HR des Ringspaltes einstellbar ist. Auf diese Weise kann die Menge des ersten Teilvolumenstroms eingestellt werden. Somit kann auch das Verhältnis zwischen erstem und zweitem Teilstrom variiert werden.
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Bevorzugt beträgt die Höhe HR zwischen 50 mm und 1000 mm, besonders bevorzugt zwischen 200 mm und 1000 mm.
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Bei dem Deckel kann es sich um einen Gehäusedeckel oder um einen Sichterdeckel oder um ein Einbauteil im Deckelbereich des Sichters handeln.
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Der Gehäusedeckel ist Teil des Sichtergehäuses und schließt das Sichtergehäuse an einem oberen Ende ab. Der Gehäusedeckel ist während des Betriebs des Sichters ortsfest. Der Gehäusedeckel kann nach oben gewölbt sein, was die Umlenkung des ersten Teilvolumenstroms in die Sichtzone begünstigt.
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Bevorzugt ist der Sichterdeckel mit dem Sichterrad verbunden, sodass er mit dem Sichterrad rotiert. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Sichterdeckel lediglich um eine Ringscheibe. Der Sichterdeckel ist bevorzugt bündig mit einem oberen Rand des Sichterrades angeordnet. Ein Ringspalt zwischen dem Leitschaufelkranz und dem Sichterdeckel wirkt sich positiv auf die Homogenität der Strömung in dem Ringraum aus. Auf diese Weise kann ein Rückstau in dem Ringraum verhindert oder reduziert werden.
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Vorteilhafterweise verjüngt sich der Ringraum nach oben hin. Durch das Hindurchströmen des Gas-Feststoff-Gemischs durch den Leitschaufelkranz verringert sich der Volumenstrom nach oben, sodass es vorteilhaft ist, den Querschnitt des Ringraums nach oben hin stetig zu verringern, um ein gleichmäßiges Durchströmen des Leitschaufelkranzes zu ermöglichen. Dies wird durch die Verjüngung erreicht.
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Der Ringraum weist eine Breite B auf. Die Breite B kann konstant sein oder in vertikaler Richtung variieren. Bei der Auslegung des Sichters kann das Verhältnis zwischen Breite B und Höhe HR beeinflusst werden. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis B:HR zwischen 0,2 und 5, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 2. Bei einer nicht-konstanten Breite B ist für die Berechnung des Verhältnisses der Mittelwert der Breite B heranzuziehen.
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Der Leitschaufelkranz weist eine Höhe HL auf. Vorteilhafterweise beträgt das Verhältnis HL:HR zwischen 0,5 und 10, insbesondere zwischen 2 und 5. Auf diese Weise gelangt ausreichend Aufgabegut sowohl durch den Leitschaufelkranz als auch durch den Ringspalt in die Sichtzone.
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Der Leitschaufelkranz weist vorzugsweise vertikale Leitschaufeln auf, die über den Umfang des Leitschaufelkranzes gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, dass die Menge des zweiten Teilvolumenstroms einfacher und genauer eingestellt werden, wenn der Leitschaufelkranz mit zusätzlichen Umlenkelementen ausgestattet wird.
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Vorzugsweise ist mindestens zwischen zwei benachbarten vertikalen Leitschaufeln zumindest ein Umlenkelement angeordnet ist, das mindestens eine nach unten weisende Krümmung und/oder Abkantung aufweist. Durch die nach unten weisende Krümmung und/oder Abkantung ist ein kontrolliertes Umleiten des Gas-Feststoff-Gemischs in die Sichtzone des Sichters möglich. Unter einer Abkantung wird ein abgewinkelter gerader Abschnitt des Umlenkelementes verstanden.
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Vorzugsweise ist zwischen jeweils zwei benachbarten vertikalen Leitschaufeln zumindest ein Umlenkelement angeordnet.
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Ein weiterer Vorteil dieser Umlenkelemente besteht darin, dass bereits innerhalb des Leitschaufelkranzes der Strömung des Gas-Feststoffgemisches zusätzlich eine horizontale und/oder vertikal nach unten gerichtete Bewegungskomponente verliehen werden kann. Dies führt innerhalb der Sichtzone zu einer verbesserten Heranführung der Strömung an das Sichterrad, was wiederum die Trennschärfe des Sichters erhöht.
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Wird in einem Sichter eine Mehrzahl von Umlenkelementen vorgesehen, so können die Umlenkelemente entweder identisch oder unterschiedlich sein. Bevorzugt sind alle Umlenkelemente innerhalb eines Sichters identisch, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden können. Dennoch kann es vorteilhaft sein, in einem Sichter unterschiedlich ausgeführte Umlenkelemente zu verwenden, um an verschiedenen Stellen innerhalb des Sichters unterschiedliche Effekte hervorzurufen.
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Merkmale, die nachfolgend bezüglich eines Umlenkelements beschrieben werden, können auch bei anderen Umlenkelementen in ein- und derselben Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sichters und bevorzugt bei allen Umlenkelementen dieser Ausführungsform zur Anwendung kommen.
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Vorteilhafterweise erstreckt sich zumindest eines der Umlenkelemente über die gesamte Breite zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln. Auf diese Weise werden Bereiche innerhalb des Leitschaufelkranzes, in denen es zu einem unkontrollierten Einströmen in die Sichtzone kommen könnte, vermieden.
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Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass sich zumindest eines der Umlenkelemente von dem Leitschaufelkranz in die Sichtzone und/oder in den Ringraum erstreckt.
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Insbesondere eine Erstreckung in den Ringraum ist vorteilhaft, da das Gas-Feststoff-Gemisch in diesem Fall bereits schon im Ringraum auf die Umlenkelemente trifft und umgelenkt wird.
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Es wird dadurch möglich, sehr effektiv einen Teil des Gas-Feststoff-Gemischs für den zweiten Teilvolumenstrom abzuzweigen. Durch die Länge der in den Ringraum vorstehenden Umlenkelemente ist es möglich, die Menge des zweiten Teilvolumenstroms noch gezielter einzustellen. Es gibt somit zwei Einstellmöglichkeiten für das Verhältnis der Teilvolumenströme, nämlich über die Einstellung der Ringspaltbreite einerseits und über die Anordnung und Ausgestaltung der Umlenkelemente andererseits. Entsprechend der baulichen Situation, z. B. auch bei einem Einbau in einer Mühle, ist es dadurch möglich, die eine oder andere oder auch beide Einstellmöglichkeiten zu nutzen.
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Um ein gleichmäßiges Umlenken zu ermöglichen weist zumindest eines der Umlenkelemente in Radialrichtung R des Leitschaufelkranzes zumindest in einem Teilabschnitt einen sich ändernden Krümmungsradius auf. Bevorzugt weist zumindest eines der Umlenkelemente in Radialrichtung R über die gesamte Länge einen sich ändernden Krümmungsradius auf.
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Vorteilhafterweise weist zumindest eines der Umlenkelemente ein radial inneres Ende mit einem ersten Endabschnitt und/oder ein radial äußeres Ende mit einem zweiten Endabschnitt auf. Die Begriffe radial innen und radial außen sind dabei auf den Leitschaufelkranz bezogen. Der Leitschaufelkranz weist bevorzugt eine zylindrische Grundform auf. Die Endabschnitte können auf unterschiedliche Art und Weise ausgestaltet werden, was nachfolgend näher erläutert wird.
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Ein Endabschnitt umfasst vorzugsweise weniger als 40 %, insbesondere weniger als 20 % der Gesamtlänge eines Umlenkelements.
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Bei vorteilhaften Weiterbildungen des Sichters ist zumindest einer der Endabschnitte gerade. Ein Abschnitt ist dann gerade, wenn er keine Krümmung aufweist. Diese Ausführung ist insbesondere bei dem ersten Endabschnitt des radial inneren Endes von Vorteil. An dem radial inneren Ende soll das Gas-Feststoff-Gemisch in Richtung des Sichterrades und dabei möglichst homogen strömen. Die gerade Ausführung des ersten Endabschnitts begünstigt eine homogene Strömung.
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Gerade Endabschnitte sind vorzugsweise abgekantet, d. h. abgewinkelt und bilden somit Abkantungen.
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Bevorzugt ist zumindest einer der Endabschnitte horizontal angeordnet. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um den ersten Endabschnitt des radial inneren Endes. Auch dies dient dem Erzeugen einer homogenen Strömung in Richtung des Sichterrades.
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Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass zumindest einer der zweiten Endabschnitte oder dessen tangentiale Verlängerung in einem Winkel α zu einer Horizontalen H verläuft, wobei gilt: α ≥ 20°. Die zweiten Endabschnitte sind jeweils an einem äußeren Ende der Umlenkelemente angeordnet. Das Gas-Feststoff-Gemisch gelangt bei bestimmungsgemäßem Gebrauch von unten an die Umlenkelemente. Daher ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die zweiten Endabschnitte in einem Winkel α größer oder gleich 20° nach unten ausgerichtet sind. Besonders bevorzugt gilt zudem α ≤ 60°.
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Als tangentiale Verlängerung wird eine gerade Verlängerung eines bogenförmigen Abschnitts bezeichnet, die tangential zu der Krümmung an einem Endpunkt des Abschnitts ist. Der bogenförmige Abschnitt wird zur Bestimmung der tangentialen Verlängerung bevorzugt im Querschnitt betrachtet.
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Die Ausprägung der Umlenkung des Gas-Feststoff-Gemischs besitzt einen Einfluss auf die Trennschärfe. Ist die Umlenkung zu stark, kann es zu Verwirbelungen oder einem Rückstau kommen. Eine zu geringe Umlenkung bleibt wirkungslos.
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Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der erste Endabschnitt zumindest eines der Umlenkelemente oder dessen tangentiale Verlängerung und der zweite Endabschnitt des gleichen Umlenkelements oder dessen tangentiale Verlängerung in einem Winkel β zueinander verlaufen, wobei gilt: β ≥ 90°. Insbesondere gilt β ≥ 120°. Besonders bevorzugt gilt zudem β ≤ 160°.
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In Abhängigkeit davon, welcher Feststoff gesichtet werden soll und wie die in dem Gas-Feststoff-Gemisch enthaltenen Partikelverteilung ist, kann es vorteilhaft sein, den ersten Endabschnitt in einem Winkel größer 0° zu einer Horizontalen H anzuordnen. Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass zumindest einer der ersten Endabschnitte oder dessen tangentiale Verlängerung in einem Winkel ү zu einer Horizontalen H verläuft, wobei gilt: ү ≥ 10°. Um zu vermeiden, dass vermehrt Grobgut in dem Feingut landet, kann auf diese Weise das Gas-Feststoff-Gemisch durch das Umlenkelement nach unten und damit in die Richtung, in die das Grobgut schlussendlich gelangen soll, abgelenkt werden. Der Winkel ү darf jedoch nicht zu groß gewählt werden. Bevorzugt gilt ү ≤ 45, insbesondere ү ≤ 30.
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Hinsichtlich der Winkel α, β und ү gilt besonders bevorzugt: α + β + ү = 180°. Bevorzugt befinden sich die Winkel unterhalb derselben Horizontalen H.
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Es hat sich gezeigt, dass bereits mit jeweils einem Umlenkelement zwischen jeweils zwei benachbarten vertikalen Leitschaufeln gute Ergebnisse bezüglich der Strömungsverhältnisse erzielt werden können.
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Bei vorteilhaften Weiterbildungen des Sichters ist vorgesehen, dass zwischen jeweils zwei benachbarten vertikalen Leitschaufeln jeweils zumindest drei bis fünf Umlenkelemente angeordnet sind. Auf diese Weise wird das zwischen zwei benachbarten vertikalen Leitschaufeln hindurchströmende Gas-Feststoff-Gemisch in Teilströme unterteilt, wodurch Verwirbelungen vermieden werden und die Ströme homogenisiert werden.
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Bei vorteilhaften Weiterbildungen weist der Leitschaufelkranz zumindest einen Drallbrecher auf. Drallbrecher verhindert eine Strömung in Umfangsrichtung des Leitschaufelkranzes und homogenisieren auf diese Weise die Strömung des Gas-Feststoff-Gemischs.
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Die Aufgabe wird auch mit einer Mühle gelöst, die mit einem erfindungsgemäßen Sichter kombiniert ist. Die Mühle ist vorzugsweise eine Pendelmühle oder eine Wälzmühle. Vorzugsweise ist der Sichter in die Mühle integriert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Sichten eines Gas-Feststoff-Gemischs weist folgende Schritte auf:
- - Einleiten eines Einlassvolumenstroms Q aus einem Gas-Feststoff-Gemisch in einen Sichter mit Sichterrad, Leitschaufelkranz und einer zwischen dem Sichterrad und dem Leitschaufelkranz angeordneten Sichtzone;
- - Aufteilen des Einlassvolumenstroms Q in einen ersten Teilvolumenstrom Q1 und einen zweiten Teilvolumenstrom Q2;
- - Einleiten des ersten Teilvolumenstroms Q1 in die Sichtzone unter Umgehung des Leitschaufelkranzes;
- - Einleiten des zweiten Teilvolumenstroms Q2 in die Sichtzone durch den Leitschaufelkranz.
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Vorteilhafterweise wird der Einlassvolumenstrom durch das Vorsehen eines Ringspalts zwischen Leitschaufelkranz und einem Deckel aufgeteilt.
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Bevorzugt wird der erste Teilvolumenstrom Q1 von oben in die Sichtzone eingeleitet. Dadurch kann das Material des ersten Teilvolumenstroms Q1 die gesamte Sichtzone von oben nach unten durchströmen. Auf diese Weise ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Material gesichtet wird, also korrekt in Grob- und Feingut getrennt wird, größer. Dies verbessert die Trennschärfe.
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Vorteilhafterweise wird der erste Teilvolumenstrom Q1 oder der zweite Teilvolumenstrom Q2 im Wesentlichen in Richtung der Gravitationskraft F in die Sichtzone eingeleitet.
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Der Einlassvolumenstrom strömt bei bestimmungsgemäßem Gebrauch zunächst von dem Einlass in den Ringraum zwischen Sichtergehäuse und Leitschaufelkranz. Bei herkömmlichen Sichtern strömt das Gas-Feststoff-Gemisch anschließend vollständig durch den Leitschaufelkranz. Aufgrund des Ringspalts strömt der erste Teilvolumenstrom Q1 an dem Leitschaufelkranz vorbei und von oben in die Sichtzone. Der zweite Teilvolumenstrom Q2 des Gas-Feststoff-Gemischs strömt durch den Leitschaufelkranz in die Sichtzone.
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Grundsätzlich bewegt sich der erste Teilvolumenstrom Q1, auch aufgrund der Gravitationskraft, nach unten durch die Sichtzone.
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Ein weiterer Vorteil der Aufteilung in zwei Teilströme Q1, Q2 besteht darin, dass sich die Teilströme Q1, Q2 gegenseitig in der Sichtzone sichten. Diese Selbstsichtung besteht in einer Verwirbelung des Gas-Festoff-Gemischs in der Sichtzone. Auf diese Weise werden Feingut und Grobgut besser voneinander getrennt.
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Das Verhältnis zwischen erstem Teilvolumenstrom Q1 und zweitem Teilvolumenstrom Q2 kann eingestellt werden. Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass das Verhältnis Q1:Q2 zwischen dem ersten Teilvolumenstrom und dem zweiten Teilvolumenstrom zwischen 20:80 und 80:20, insbesondere zwischen 40:60 und 60:40 liegt.
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Für eine gute Selbstsichtung ist es vorteilhaft, wenn die beiden Teilvolumenströme Q1, Q2 so geleitet werden, dass sie in der Sichtzone unter einem Strömungswinkel φ aufeinander treffen, wobei gilt: 45° < φ < 135°, insbesondere 70° < φ < 110°. Der Strömungswinkel φ kann vorteilhafter mittels der Umlenkelemente eingestellt werden.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielhaft dargestellt und erläutert. Es zeigt dabei:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines Sichters im Schnitt;
- 2 eine Mühle mit integriertem Sichter gemäß der 1 im Schnitt;
- 3 eine schematische Seitenansicht des oberen Abschnitt des Sichters der 1 teilweise im Schnitt;
- 4 eine schematische Seitenansicht eines Sichters gemäß einer weiteren Ausführungsformen im Schnitt;
- 5 einen Leitschaufelkranz in perspektivischer Darstellung;
- 6 den Leitschaufelkranz der 5 in einer Draufsicht;
- 7 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in den 5 und 6 gezeigten Leitschaufelkranz;
- 8 - 14 verschiedene Ausführungsformen von Umlenkelementen in Seitenansicht;
- 15 ein Diagramm mit Summenverteilungen über Partikelgrößen.
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In 1 ist ein Sichter 10 dargestellt. Der Sichter 10 weist ein Sichtergehäuse 20 auf. In einem unteren Bereich weist das Sichtergehäuse 20 einen Einlass 21 für einen Volumenstrom Q eines Gas-Feststoff-Gemischs 100 auf.
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In dem Sichtergehäuse 20 sind ein Sichterrad 30 und ein Leitschaufelkranz 50 angeordnet. Das Sichterrad 30 und der Leitschaufelkranz 50 weisen eine gemeinsame Hauptachse auf, die bei dem Sichterrad 30 die Drehachse X ist. Die Drehachse X verläuft in Richtung der Gravitationskraft F. Senkrecht zu der Drehachse X erstreckt sich eine Radialrichtung R. Zwischen dem Leitschaufelkranz 50 und dem Sichtergehäuse 20 ist in Radialrichtung R ein Ringraum 26 vorgesehen. Der Raum zwischen dem Sichterrad 30 und dem Leitschaufelkranz 50 bildet die Sichtzone 32.
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Das Sichterrad 30 wird von einer Antriebsvorrichtung 40 rotatorisch angetrieben, sodass sich das Sichterrad 30 um die Drehachse X dreht.
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Zwischen dem Leitschaufelkranz 50 und einem Gehäusedeckel 24 ist ein Ringspalt 28 angeordnet. Der von unten in den Ringraum 26 eintretende Volumenstrom Q wird in zwei Teilvolumenströme Q1 und Q2 aufgeteilt, wobei der Teilvolumenstrom Q1 über den Ringspalt 28 von oben in die Sichtzone 32 eindringt. Der Teilvolumenstrom Q2 durchströmt den Leitschaufelkranz 50 und gelangt auf diesem Weg in die Sichtzone 32. Beide Teilvolumenströme Q1 und Q2 treffen somit in der Sichtzone 32 wieder aufeinander.
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Oberhalb des Sichterrades 30 ist ein erster Auslass 22 angeordnet. Der erste Auslass 22 ist mit einer Saugeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, die einen Unterdruck erzeugt. Durch den ersten Auslass 22 wird bei bestimmungsgemäßem Gebrauch eine erste Partikelsorte 101, das Feingut, abgesaugt.
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Unterhalb des Sichterrades 30 ist ein Trichter 25 angeordnet. Der Trichter 25 mündet in einen zweiten Auslass 23. Durch den zweiten Auslass 23 wird bei bestimmungsgemäßem Gebrauch eine zweite Partikelsorte 102, das Grobgut, abgeführt. Das Sichterrad 30 weist große Partikel 102 ab. Diese großen Partikel gelangen in den Trichter 25 und von dort zu dem zweiten Auslass 23.
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Das Sichtergehäuse 20 ist am oberen Ende durch einen Gehäusedeckel 24 verschlossen.
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In der 2 ist eine Mühle 110 dargestellt, die als Pendelmühle ausgeführt ist. Innerhalb des Gehäuses 112, das oben mit einem Mühlendeckel 114 und unten mittels eines Mühlenbodens 116 abgeschlossen ist, befindet sich eine Mahleinrichtung 118, die mehrere Mahlpendel 120 aufweist. Über der Mahleinrichtung 18 ist der Sichter 10 in das Mühlegehäuse integriert. Zwischen dem Mühlengehäuse 112 und dem Leitschaufelkranz 50 befindet sich der Ringraum 26. Der Ringspalt 28 befindet sich zwischen dem Leitschaufelkranz 50 und dem Mühlendeckel 114.
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In der 3 ist der obere Teil des Sichters 10 dargestellt. Das Sichterrad 30 ist innerhalb des Leitschaufelkranzes 50 angeordnet. Zwischen Sichterrad 30 und Leitschaufelkranz 50 befindet sich eine Sichtzone 32. Das zylindrische Sichtergehäuse 20 kann auch konisch ausgeführt sein. Mit einem solchen konischen Sichtergehäuse 20' (gestrichelt dargestellt) wird ein sich nach oben verjüngender Ringraum 26 gebildet.
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Ebenfalls gestrichelt eingezeichnet ist eine Modifikation des Gehäusedeckels dargestellt. Der Gehäusedeckel 24' ist nach oben gewölbt, was die Umlenkung des Teilvolumenstroms Q1 begünstigt.
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Zwischen dem Leitschaufelkranz 50 und dem Gehäusedeckel 24 ist in vertikaler Richtung der umlaufende Ringspalt 28 vorhanden. Der Ringspalt 28 weist eine Höhe HR auf. Der Ringraum 26 weist eine Breite B auf. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Verhältnis B:HR in etwa 1.
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Der Leitschaufelkranz 50 weist eine Höhe HL auf. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt das Verhältnis HL:HR in etwa 3,5.
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Der erste Auslass 22 steht mit dem Innenraum des Sichterrades 30 in Verbindung.
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Der Leitschaufelkranz 50 weist eine Mehrzahl von vertikalen Leitschaufeln 54 auf. Zwischen benachbarten vertikalen Leitschaufeln 54 sind fünf Umlenkelemente 53 angeordnet, die jeweils eine nach unten weisende Krümmung aufweisen.
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Eine Oberkante 34 des Sichterrades 30 befindet sich oberhalb der Oberkante 56 des Leitschaufelkranzes 50. Mehr als 50% des Ringspalts 28 befindet sich in vertikaler Richtung vollständig oberhalb der Oberkante 34 des Sichterrades 30.
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Der Volumenstrom Q des Gas-Feststoff-Gemischs 100 strömt von unten in den Ringraum 26. Durch den Ringspalt 28 kann ein erster Teilvolumenstrom Q1 strömen. Der erste Teilvolumenstrom Q1 gelangt auf diese Weise von oben in die Sichtzone 32. Ein zweiter Teilvolumenstrom Q2 strömt durch den Leitschaufelkranz 50 in die Sichtzone 32 und trifft dort auf den ersten Teilvolumenstrom Q1. Die Umlenkelemente 53 verleihen dem durch den Leitschaufelkranz 50 strömenden Gas-Feststoff-Gemisch auf das Sichterrad gerichtete Strömungskomponenten, was durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet wird. Die Teilvolumenströme Q1, Q2 treffen unter einem Winkel φ aufeinander (siehe vergrößerte Teildarstellung in 3). Der Winkel φ beträgt bei der gezeigten Ausführungsform in etwa 45°.
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Aus Gründen der Übersicht ist mit Q2 jeweils nur ein möglicher Strömungsweg für einen Teilstrom des zweiten Teilvolumenstroms Q2 angegeben. Der zweite Teilvolumenstrom Q2 bezeichnet jedoch in seiner Gesamtheit den gesamten Volumenstrom, der aus dem Ringraum 26 durch den Leitschaufelkranz 50 in die Sichtzone 32 strömt.
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Feine Partikel 101 gelangen aus der Sichtzone 32 in den Innenraum des Sichterrades 30 und werden durch den ersten Auslass 22 abgesaugt.
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Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Sichters 10. Der Sichter 10 weist ein Sichtergehäuse 20 mit einem Einlass 21, einem ersten Auslass 22 und einem zweiten Auslass 23 auf.
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In dem Sichtergehäuse 20 sind ein Sichterrad 30 und ein Leitschaufelkranz 50 angeordnet. Das Sichterrad wird rotatorisch angetrieben.
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Das Sichterrad 30 weist einen Sichterdeckel 36 auf. Der Sichterdeckel 36 weist die Form einer Ringscheibe auf. In der Mitte des Sichterdeckels 36 befindet sich ein Durchbruch 38. Durch den Durchbruch 38 kann Material aus dem Innenraum des Sichterrades 30 zu dem ersten Auslass 22 strömen.
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Der Sichterdeckel 36 rotiert mit dem Sichterrad 30. Zwischen dem Sichterdeckel 36 und dem Leitschaufelkranz 50 ist in vertikaler Richtung ein umlaufender Ringspalt 28 vorgesehen.
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Der Leitschaufelkranz 50 ist mit einer weiteren Ausführungsform der Umlenkelemente 53 bestückt, die eine Abkantung aufweisen. Außerdem erstrecken sich die Umlenkelemente 53 in den Ringraum 26.
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Die 5 zeigt den Leitschaufelkranz 50 aus 3 in perspektivischer Darstellung. Die 6 zeigt die Draufsicht auf den in 5 dargestellten Leitschaufelkranz 50.
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Der Leitschaufelkranz 50 weist eine Vielzahl von vertikalen Leitschaufeln 54 auf, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Leitschaufeln 54 jeweils fünf Umlenkelemente 53 angeordnet sind. Jedes Umlenkelement 53 erstreckt sich über die gesamte Breite zwischen zwei vertikalen Leitschaufeln 54. Die Umlenkelemente 53 sind in vertikaler Richtung äquidistant angeordnet.
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An seiner äußeren Umfangsfläche weist der Leitschaufelkranz 50 im Unterschied zum Leitschaufelkranz 50 der 3 eine Mehrzahl von Drallbrechern 52 auf. Die Drallbrecher 52 ragen in den Ringraum 26 hinein und stellen sich einer Strömung in Umfangsrichtung entgegen. Die Drallbrecher 52 weisen eine rechteckige Grundform auf und sind aus Blech gefertigt. Die Drallbrecher 52 stehen in Radialrichtung R von dem Leitschaufelkranz 50 weg und erstrecken sich über die gesamte Höhe des Leitschaufelkranzes.
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In 7 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus dem in 5 dargestellten Leitschaufelkranz 50 gezeigt.
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Die Umlenkelemente 53 weisen eine nach unten weisende Krümmung auf. Jedes Umlenkelement 53 weist ein radial inneres Ende 55 und ein radial äußeres Ende 56 auf. Die radial inneren Enden 55 ragen bei der gezeigten Ausführungsform nicht in die Sichtzone 32.
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An dem radial inneren Ende 55 eines jeden Umlenkelements 53 ist ein erster Endabschnitt 57 und an dem radial äußeren Ende 56 eines jeden Umlenkelements 53 ist ein zweiter Endabschnitt 58 angeordnet. Beide Endabschnitte 57, 58 sind gekrümmt.
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In den 8 bis 14 sind verschiedene Ausführungsformen eines Umlenkelements 53 dargestellt. Die Umlenkelemente 53 weisen jeweils ein radial inneres Ende 55 und ein radial äußeres Ende 56 auf. Das radial innere Ende 55 weist einen ersten Endabschnitt 57 und das radial äußere Ende 56 weist einen zweiten Endabschnitt 58 auf. Die Umlenkelemente 53 weisen eine nach unten weisende Krümmung (siehe 8 bis 12) oder eine nach unten weisende Abkantung (siehe 13 und 14) auf.
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Die Umlenkelemente 53 sind relativ zu einer Drehachse X des Sichterrades (hier nicht dargestellt) angeordnet, wobei der Abstand zwischen Umlenkelement 53 und Drehachse X aus Darstellungsgründen verkleinert darstellt ist.
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Die in den 8 bis 14 dargestellten Ausführungsformen unterscheiden sich insbesondere in der Ausgestaltung der Endabschnitte 57, 58. Die Endabschnitte 57, 58 können beide gekrümmt (siehe 8 bis 10) oder beide gerade (siehe 12 und 14) sein, wobei auch gerade und/oder gekrümmte Endabschnitte über einen gekrümmten Mittelabschnitt miteinander verbunden sein können. Die 13 und 14 zeigen Umlenkelemente 53 mit Abkantungen.
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Der erste Endabschnitt 57 eines jeden Umlenkelements 53 oder seine tangentiale Verlängerung (siehe 11) ist in einem Winkel ү zu einer Horizontalen H angeordnet. Der Winkel ү beträgt bei den gezeigten Ausführungsformen zwischen 0° (siehe 8) und ca. 28° (siehe z. B. 12). Die Horizontale H, die der Radialrichtung R entspricht, bildet mit der Drehachse X einen rechten Winkel.
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Der zweite Endabschnitt 58 eines jeden Umlenkelements 53 oder seine tangentiale Verlängerung (siehe 8, 9, 11, 12) ist in einem Winkel α zu der Horizontalen H angeordnet. Der Winkel α beträgt bei den gezeigten Ausführungsformen zwischen ca. 35° (siehe z. B. 9) und ca. 65° (siehe 8).
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Der erste Endabschnitt 57 und der zweite Endabschnitt 58 eines Umlenkelements 53 oder deren tangentiale Verlängerungen bilden einen Winkel β. Der Winkel β beträgt bei den gezeigten Ausführungsformen zwischen ca. 108° (siehe 12) und ca. 153° (siehe 10).
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Die Winkel α, β und ү ergeben bei den gezeigten Ausführungsformen in Summe 180°. Mit Ausnahme des Winkels ү in 10 sind alle Winkel α, β, ү nach unten ausgerichtet.
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15 zeigt ein Diagramm von Summenverteilungen über Partikelgrößen. Es sind die Verteilungen zweier Sichtungen, eine erste Verteilung V1 und eine zweite Verteilung V2, dargestellt. Die erste Verteilung V1 ist durch Punkte, die zweite Verteilung V2 durch Dreiecke gekennzeichnet. Bei der ersten Verteilung V1 wurde ein Sichter ohne Ringspalt verwendet. Die zweite Verteilung V2 hingegen zeigt das Ergebnis einer Sichtung unter Verwendung eines Sichters mit Ringspalt.
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Bei beiden Sichtungen wurde identisches Ausgangsmaterial verwendet.
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Bei gleichem Ausgangsmaterial gilt grundsätzlich, dass eine steilere Kurve positiver zu bewerten ist, als eine weniger steile Kurve. Das gewünschte Ergebnis bei einer Sichtung ist in der Regel das Feingut. Im Falle der Verwendung des erfindungsgemäßen Sichters bei einer Mühle beispielsweise wird das Feingut entnommen und das Grobgut zu der Mühle zurückgeführt, um erneut oder weiter zerkleinert zu werden. Partikel, die eigentlich in das Feingut gehören, die jedoch im Grobgut landen, kosten zusätzlich Zeit und Energie, da sie erneut den Zyklus der Mühle durchlaufen müssen. Partikel, die eigentlich in das Grobgut gehören, die jedoch im Feingut landen, sind erheblich störender, da sie die Qualität des Endprodukts (das Feingut) direkt negativ beeinflussen. Daher ist bei gleichem Ausgangsmaterial eine Sichtung mit weniger Feinanteil positiv.
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Bei der ersten Verteilung V1 beträgt die Summe der Partikel, die kleiner als 2 µm sind, 0,344. Durch die Verwendung eines Ringspalts (zweite Verteilung V2) konnte dieser Anteil um ca. 10% auf 0,312 gesenkt werden. Insbesondere im Bereich höherer Partikelgrößen (>3 µm) zeigt sich, dass die zweite Verteilung V2 steiler und damit vorteilhaft ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Sichter
- 20
- Sichtergehäuse
- 20'
- konisches Sichtergehäuse
- 21
- Einlass
- 22
- erster Auslass
- 23
- zweiter Auslass
- 24
- Gehäusedeckel
- 24'
- gewölbter Gehäusedeckel
- 25
- Trichter
- 26
- Ringraum
- 28
- Ringspalt
- 30
- Sichterrad
- 32
- Sichtzone
- 34
- Oberkante
- 36
- Sichterdeckel
- 38
- Durchbruch
- 40
- Antriebsvorrichtung
- 50
- Leitschaufelkranz
- 52
- Drallbrecher
- 53
- Umlenkelement
- 54
- Leitschaufel
- 56
- Oberkante
- 100
- Gas-Feststoff-Gemisch
- 101
- erste Partikelsorte (fein)
- 102
- zweite Partikelsorte (grob)
- B
- Breite des Ringraums
- F
- Gravitationskraft
- H
- Horizontale
- HL
- Höhe des Leitschaufelkranzes
- HR
- Höhe des Ringspalts
- Q
- Einlassvolumenstrom
- Q1
- erster Teilvolumenstrom
- Q2
- zweiter Teilvolumenstrom
- R
- Radialrichtung
- V1
- erste Verteilung
- V2
- zweite Verteilung
- X
- Drehachse
- α
- Winkel
- β
- Winkel
- ү
- Winkel
- δ
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0236458 A1 [0005]
- WO 2014/124899 A1 [0006, 0008]
- EP 1239966 B1 [0006]
- EP 2659988 A1 [0006]
- DE 4423815 C2 [0006]
- EP 1153661 A1 [0006]
