-
Separator, insbeondere zum Absondern von Staub aus einer Luftströmung.
-
Die Erfindung betrirrt eine Vorrichtung, mit der eine Substans höherer
Dichte von einer anderen Substanz getrennt wird. Insbesondere betrifft die Erfindng
eine Vorrichtung zum Abtrennen von Feststoffpartikeln aus einer Gasströmung.
-
Bekannte Vorrichtungen, mit den man Substanzen verschiedener Dichte
in Abhängigkeit von Trägheitskräften voneinander trennt, sind im allgemeinen Zentrifugal-
oder Zyklonseparatoren. Zyklonseparatoren trennen Feststoffpartikel, wie z. fl.
Staub, von einer Luft- oder einer anderen Gasströmung ab, indem sie der Strömung
eine Spiralbewegung aufzwingen, während der die Zentrifugalkraft die dichteren Teile
gegenüber dem Gas, in dem sie auspendiert sind, nach außen drückt. Öffnungen in
der Außenwand des Zyklonseparators trennen die äußeren Teile der Strömung, in dem
sich die schwereren Partikal kon zentriert haben, ab. na die Strömung in de Zyklonsparztor
einen Spiralweg durchläuft, haben diese Separatoren zwangsläufig einen gro-Ben Raumbedarf.
Sie scheiden daher tlir Anwendungen aus, bei denen Raum oder Gewicht Beschränkungen
unterliegen.
-
Maschinen, wie Verbrennungskraftmaschinen, muss rni mit eine Luftstrom
betrieben werden, der von Staub und anderen Feststoffpartikeln im wesentlichen rrei
ist. Bei Kolbenmotoren kann sich der Staub in de Schmieröl ansanmeln und raschen
Verschleiß bewirken. Bei Turbinen
führt der im Luftstrom enthaltene
Staub zu einer Eromion der Turbinenschaufeln. Der lange und gekrümmte Strömungweg,
den die Luft in einem Zyklons3eparatur durchläuft, führt weiter zu einem beträchthohen
Druckabfall. Dies bedingt einen Leistungsabfall in der an den Separator angeschlossenen
Verbrennungsmaschine. Besonders gilt dies tUr Gas turbinen, deren Betriebsverhalten
weitgehend roa an ihrem Lufteinlaß auftretenden Druck und Temperarturänderungen
bee@flußt wird.
-
Die Erfindung betrifft die Ausbildung einer Vorrichtung, die eine
Substanz höherer Dichte aus einer Strömung anderer Substanzen abtrennt und die im
Vergleich zu dem Volumen der durch sie durchlaufenden Strömung verhältnismäßig kompakt
ist.
-
Die Erfindung betrifft weiter die Ausbildung einer Vorrichtung zum
Abtrennen einer Substan größerer Dichte aus einer aus anderen Substanzen bestehenden
Strdmung, wobei nur ein mininler Druckabfall auftritt.
-
Die Erfindung betrifft weiter die Ausbildung einer Vorrichtung zum
Trennen von Substanzen verschiedener Dichte, in der egelose oder andere unerwünschte
Strömungsformen keinen Einfluß auf den Trennvorgang haben.
-
Die Erfindung betrifft weiter eine solche Ausbildung dieser Vorrichtung,
daB sie mit hohe Wirkungqrad in eine breiten Strömungsbereich arbeitet.
-
Eine weitere zusätzliche Aufgabe der Erfindung liegt in des Abtrennen
von dichteren Substanzen, die in einen Teil der durch die Vorrichtung
durchtretenden
Strömung einer anderen Substanz auspendiert sind, und anschließend den Teil der
Strömung, in die Strömung der anderen Substanz zurückzuführen, nachdem die dichteren
Substanzen abgetrennt worden sind.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Aubildung einer verhältnismäßig
kompekten Vorrichtung zu. Abtrennen von Staubpartikeln aus einer LKuftströmung,
wobei innerhalb dieser Vorrichtung nur ein minimaler Druckabfall auftreten soll.
-
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung, die Salz in Form einer
Salzsole in Abnanglgkeit von Druck- und Temperaturänderungen in der Salzwasserströmung
von dieser abtrennt.
-
@@@ Erfindung betrifft zusätzlich noch eine Vorrichtung zum Abtrennun
Wasser aus eines Fluidum, was in Abhängigkeit von der Bildung von Kondensat oder
Eis in der durch die Vorrichtung durchtretenden Strömung erfolgt.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung enthält die Vorrichtung zum Trennen
einer Substanz einer größeren Dichte von einer anderen Substanz ein Mittel, das
einen gekrmmten Strömungsweg dieser Substansen erzeugt. In dieser Strönnang der
Substanzen liegt ein bestimmter Stromabschnitt. In Abhängigkeit von der Strömung
auf dierer gekrümmten Bahn bewegt sich die Substanz mit der höheren Dichte relativ
zu der anderen Substanz in einer Richtung, die von dem Mittelpunkt der Krümmung
der kurvenförmigen Bahn wegführt und zu dem vorgegebenen Stromabachnitt hinführt.
An die die Strömung erzeugenden Mittel sind weitere Mittel angeschlossen, die die
aus den austretenden Substanzen bestehende Strömung zerstreuen. Zusätzlich sind
noch
Mittel vorgesehen, um den bestimmten Stromabschnitt der die
9ubstanz mit der höheren Dichte enthaltenden Strömung abzuzondern. Diese Mittel
sind in den Zerstreuungsmitteln im wesentlichen in der Bahn dieses bestimmten Stromabschnittes
angeordnet. Der verbleibende Teil der Strömung, der die andere Substanz enthält,
kommt von den Zerstreuungsmitteln.
-
Dadurch, daß man die Substanzen auf einer gekrümmten Behn bewegt,
ergeben sich Trägheitskräfte, die die Substanz mit der höheren Dichte in den vorgegebenen
Stromabschnitt bewegen. Die Zerstreuungsmittel bremsen die Strömung ab und ermöglichen,
daß der vorgegebene Stromabschnitt von den Absonderungsmitteln aufgenommen wird.
Eine solche Anordnung derTeile ergibt eine kompakte Konstruktion. Zusätzlich bewirken
die Zerstreuungsmittel, daß der Druckabfall auf einem sehr niedrigen Pegel gehalten
werden kann.
-
In einer anderen Ausführung der Erfindung enthält die Vorrichtung
eine Düse mit einem verengten Abschnitt und eine Halsabschnitt. In dem verengten
Abschnitt wird die Substanze mit der höheren Dichte im Vergleich zu der anderen
Substanz in einer Richtung bewegt, die von der Oberfläche des verengten Abschnittes
weg- und in den vorgegebenen Stromabschnitt der Strömung hineinführt. Ein an den
HalsabsohnUt der DUse angesetztes Zerstreuungsglied bremst die Strömung ab, so daß
der vorgegebene Stromabschnitt von den Absonderungsmitteln aurgenommen werden kann,
während der verbleibende Teil der Strömung nus dem Zerstreuungsabschnitt austritt.
-
In einer noch anderen Ausführung der Erfindung ist eine Trennvorrichtung
aus mehreren Trennelementen Vorgesehen, die unter geganseitigem Abstand entlang
der Längsachse der Vorrichtung miteinander
verschachtelt sind.
Die Öffnung des verengten Einlaßabschnittes des inneren Trennelementes eines Paares
ist im wesentlichen auf die Öffnung des Halsabschnittes der Mlse des anderen Trennelementes
des Paares ausgerichtet. Mit dieser Anordnung lassen sich viele Elemente hintereinander
schalten. Dadurch wird der vorgegebene Stromabschnittj der die abzutrennende Substanz
mit der höheren Dichte enthält, progressiv konzentriert.
-
In einer zusätzlichen Ausführung der Erfindung sind Mittel vorgeseholz,
um das Zerstreuerglied in mehrere Durchgänge aufzuteilen, die praktisch axial verlaufen.
Die Anordnung dieser axialcn Durchgänge verhindert die Entstehung von regellosen
Strömungsmustern und Turbulenz, die sonst die Bildung und die Aufrechterhaltung
des vorbestimmten Stromabschnittes, der die Substanz mit der höheren Dichte enthält,
unterbrechen könnten Eine weitere Ausführung der Erfindung enthält taehrere nebeneinander
angeordnete Separatoreinheiten. Jede dieser Einheiten setzt sich aus einem oder
mehreren Separatorelementen zusammen. Zusätzlich ist noch ein Mittel vorgesehen,
um den Strömungsweg zu einem bestimmten Abschnitt der Separatoreinheiten zu sperren.
Diese Anordnung er£0glicht, daß die Strömung durch den anderen Abschnitt der Separator
einheiten auf einem bestimmten Betriebspunkt gehalten werden kann, selbst wenn sich
die durch sämtliche Vorrichtungen durchtretende Gesamtströmung ändert.
-
In einer noch anderen Ausführung der Erfindung sind Mittel zum Piltern
des vorbestimmten Stromabschnittes der Strömung und weitere Mittel vorgesehen, um
die gefilterte Strömung zu der Düse eines der
Separatorolemente
zurückzuführen. Aut diese Weise wird es möglich, daß die Vorrichtung zelbst die
Strömung des vorgegebenen Stromabschnittes hervorruft, die notwendig ist, um dio
Suhtanr sit der h6-heren Dichte von der anderen Substanz abzusondern.
-
Bei einer anderen ausführung der Erfindung wird Salzwasser mit einer
Temperatur, die ein Abdampfen von Friachewaaser an derl Halsabschnitt der DUse bewirkt,
durch die Separatoreinheit durchgeleitet. Das die leichtere Fraktion bildende Frischwasser
bewegt sich nach außen, während die die schwerere Fraktion darstellende Salzsole
zum Zentrum der SSparatoreinheit gedrängt wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung führt der Durchtritt
eines Fluidums durch die Separatoreinheit unter hoher Geschwindigkeit zu einer tieferen
Temperatur, die das Wasser aus den Fluidum austariert oder kondensiert und infolge
der höheren Dichte des sich ergebenden Kondensats bzw. Eises wird dieses von dem
Fluidum abgetrennt.
-
Dic Erfindung wird nun weiter am Beispiel der Ausführungen beschriebein,
die die Zeichnungen zeigen.
-
Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch eine Ausführung eines erfindungsgemäßen
Separatorelementes; Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt in Querrichtung entlang der Linie
2 -2 in Fig. 1 und zeigt dit: in dem Diffusor des Separators angeordneten Prall
platten;
Fig. 3 ist eine auseinandergezogen. perspektivische Darstellung
einer Ausführung des Separatorelementes; Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt durch eine
Separatoreinheit, die aus mehreren ineinandergeschachtelten Separatorelementen besteht;
Fig. 5 ist eine Vorderansicht auf mehrere Separatoreinheiten, die mit Mitteln zum
selektiven Versperren des Strömungsweges auf einen bestimmten Abschnitt der Separatorelemente
versehen sind; Fig. 6 ist ein Seitenansicht der Separatoreinheiten und zeigt das
ttel, ilt dem die Sammelleitungen Jeder Separatoreinheit verbunden werden; @ig.
7 ist ein Vertikalschnitt entlang der Linie 7 - 7 in Fig. 5 und zeigt ein der Separatoreinheit;
Fig. ß ist eine Hinteransicht auf eine Separatoreinheit; Fig. 9 ist ein Vertikalschnitt
durch eine Separatoreinheit und eine Filtervorrichtung; Fig. 10 ist ein Vertikalschnitt
entlang der Linie 10 - 10 in Fig. 9 und zeigt die konzentrisch. Anordnung der ineinandergeschachtelten
Diffusoren und des filterelementes; Fig.11 ist eine Vorderansicht auf eine Separatorvorrichtung
und eine Filteranordnung, wobei der Einlaß der Separatorvorrichtung
gezeigt
wird; Fig.12 ist ein Vertikalschnitt durch eine Separatorvorrichtung, wobei die
die Duse und die Zeretreuungsglieder bildenden Abschnitte in einem bestimmten Abstand
Von einer im wesentliohen flachen Seitenwand liegen; Fig.13 ist eine Seitenansicht
auf den Auslaß der im wesentlichen rechteckförmigen aus der Düse und dem Diffuser
bestehenden Anordnung der in Fig. 12 gezeigten Separatorvorrichtung.
-
Die Trennvorrichtung 20 gemäß Fig. 1 enthält einen Hauptabschnitt
21, in dem dio DUse 22 und das Zerstreuer-Glied oder der Diffusor 23 angeordnet
sind Die Düse 22 enthält einen konvergierenden Abschnitt 22a und einen Hals 22b,
von dem der Diffusor 23 ausgehrt. Der Hauptabschnitt 21 weist eine Ringschulter
24 auf und steckt in einer in einer Wand 25 vorgesehenen Öffnung 25a. Die Separatoreinheit
20 enthält weiter noch eine Prallplatte 26. Die ist kreuzförmig ausgebildet und
erstreckt sich Uber einen Teil der Länge des Diffusors 23.
-
Die Separatoreinheit enthält weiter noch ein Sammelrohr 27, das itt
Sahlitszn 27a Uber den @ndabschnitt 26a der Praliplatte 26 greift und mit seinem
anderen Ende Uber die Auslaßöffnung 23a des Diffusors übersteht.
-
Tm Betrieb wird die Separatoreinheit 20 von einer Strömung aus einer
Substanz, wie z. B. Lurt, durchflossen, die eine andere Substanz größerer Dichte,
wie z. B. Staubpartikel, enthält. Dabei wird in dem Gebiet links von der in Fige
t gezeigten Wand 25 ein größerer Druck erzeugt als an der Auslaßöffnung 23a, so
daA die Strömung in die DU. se 22 eintritt und durch den Diffuser des Separators
weiterläuft.
zu. Eintreiben der Strömung in die Düse 22 können
auch andere Mittel verwandt werden, si@ wie z. B. die Vorwärtsbewegung eines Pahrzeuges,
auf dem der Separator befestigt ist. Ebenso kann die Strömung auch durch einen an
der Auslaßöffnung 23a erzeugten Sog bewirkt werden. Man wendet dieses Betriebsart
an, wenn der Separator an den luft einlaß einer Verbrennungskraftmaschine angeschlossen
wird.
-
Der konvergierende Abschnitt 22a der Düse 22 bewirkt, daß sich die
Strömung auf einer gekrümmten Bahn bewegt. Diese Bahn verläuft im wesentlichen parallel
zu der Oberfläche des konvergierenden Abschnit. tes der Düse. Beim Einlauf der mit
Staub beladenen Luft in die Düse 22 läuft die Strömung in Richtung auf den Hals
22b zusammen. Dabei werden die Staubpartikel einer radial nach innen gerichteten
Kraft ausgesetzt. Die resultierende Geschwindigkeit. die sich aus der aeschwindigkeit
in axialer Richtung und der Geschwindigkeit radial nach innen ergibt, steht unter
einem Winkel zu der Hauptströmung, das heißt unter einem Winkel zu der Längsachse
der Düse. Infolge die ser Bewegung auf einer gekrümmten Bahn verschiebt sich die
Substanz mit der höheren Dichte, das heißt die Staubpartikel, relativ zu der anderen
Substanz, das heißt der Luft, und entrernt sich von dem Krümmungsmittelpunkt der
gekrümmten Bahn in Richtung aur den vorne stimmten Stromabschnitt, der sich neben
der Längsachse des Separators bildet.
-
Beim Vorbei lauf der Luft und der Staubpartikel an dem Düsenhals werden
die Staubpartikel in einem Stromabschnitt an der Längsachse des Separators gehalten.
Da in dem Diffusor 23 senkrecht zur Strömungsachse kein statischer Druckgradient
vorhanden ist, ist auch keine Druckkraft vorhanden, die die Partikel radial nach
außen in Richtung auf die Oberfläche des Diffusors bewqt. Deshalb verbleiben
die
Staubpartikel trotz der Diffusion der reinen 1MrL nach außen, was eine Verzögerung
der Luftbewegung und einen Druckanstieg bewirkt, in dem zentrisch in des Separator
liegenden Stromabschnitt.
-
Wenn man denh Innendurchmesser der Öffnung 27b des Absonderungsmittels
oder des Sammelrohres 27 so wählt, daß er im wesentlichen den Durchmesser des Stromabschnittes
entspricht. wird der die Staubpartikel enthaltende Stromabschnitt von den Sammelrchr
aufgenommen und damit von den staubfreien übrigen Tell der durch den Diffusor durchtretenden
Strömung abgetrennt.
-
Wenn die Staubpartikel ausreichend schwer sind und wenn der Geschwindigkeitsvektor,
der sich aus der axialen Komponente und der in dem konvergierenden Abschnitt der
DUse radial nach innen gerichteten Kom ponente zusammensetzt, genügend groß ist,
innen die Staub partikel unter einem ausreichend großen Winkel in den Hals 22b einlaufen,
so daß sie durch den Stromabschnitt an der Mittelachse des Separators durchtreten,
In diesem Falle würden die Staubpartikel nicht in die Einlaßöffnung 27b des Sammelrohres
27 eintreten. Die Staubpartikel würden dann von dem einen Ende des Separators an
der Düse in Richtung auf das andere Ende des Separators neben dem Diffusor laufen
und dabei mit der sonst reinen Luft nach außen abströmen. Um ein solches Strömungsbild
zu vermeiden, ist der Separator mit frallplatten 26 versehen, die sich von Diffusor
und der DUse bis sum Einlaßabschnitt des Samnelrohres erstrecken. Die Prallplatten
26, die treuzform haben können, verhindern nicht nur eine Kreuzströmung der größeren
Partikel in den reinen Luftstrom, sondern dienen auch als Glättungsschaufeln, die
eine Wirbelbildung in der Strömung unterbinden.
-
Der Vorteil eines Separators, der die Anordnung aus der Düse und dem
Diffusor enthält, liegt derin, daß der Diffusor durch Abbremsen der Strömung den
größeren Teil des Druckabfalls zurückgewinnen kann, der in der Düse während der
Beschleunigung der Strömung auftritt. Während des Durchtritts der Strömung durch
den Separator tritt duit ilar ein verhältnismäßig geringer Gesamtdruckabfall auf.
Einer Verbren nungskraftmaschine, wie z. 3. einer Gasturbine, kann daitt ein Reinluftstrom
bei minimalen Druckabfall zugeführt werden.
-
Der in Fig. 4 gezeigte Separator 28 enthält ein äußeres Separator
element mit einer Düse 29 alt eine halbkreisförmig konvergierenden Abschnitt 29a
und eine Halsabschnitt 29@b. Der hohl, konische Dirrusor 30 des äußeren Separatorelementes
geht von dem Halzabschnitt 15b aus. In dc Diffusor 30 liegen ineinandergeschachtelt
und in Abständen entlang der Längsachse des Separators 28 mehrere zusätzliche hohle,
konische Separatorelemente 31, 32 und 33. Radial verlaufende Streben 34 - 36 stützen
die Separatorelemente 31 - 33 ab und halten sie in richtige Abstand Bus Diffusor
30 und untereinander. Der von jedem Separatorelement eingeschlossene konische Winkel
schwankt zwischen eines größten Wert u äußersten Element bis zu eine geringsten
Wert u innersten Element.
-
Das Separatorelement 31 weist eine Vorderkante 31a auf, von der der
konvergierende Einlaßabschnitt 31b ausgeht, an den sich der Malsabsehmitt 31c anschließt.
Der übrige Teil des Separatorelementes 31 bildet den Diffusor 314. Das Seperatorelement
32 enthalt eine Vorderkante 32a, einen konvergierenden Einlaßabschnitt 32b, einen
Halsabschnitt 32c und einen Diffusor 32d. Auf ähnliche Weise enthält das Separatorelement
33 eine Vorderkante 33a, einen konvergierenden Ein laßabschnitt 33b, einen Halsabschnitt
33c und einen Diffusor 33d.
-
Wie Fig. 4 zeigt, ist die Vorderkante eines inneren Sepa@atorelementes
praktisch inner auf den Halsabschnitt der Düse des nächst äußeren Separatorelementes
ausgerichtet. Nach dem Durchlauf durch den Halsabschnitt 29b wird die S@römung in
dem Diffusor 30 auseinandergedrückt, während der die Staubpartikel enthaltende Stromabschnitt
im wtisentlichen den Durchmesser des Halsabsohnittes 29b beibehält.
-
Der Strmabschnitt schreitet dann innerhalb der Kante 31a vor und tritt
dann durch den Halsabschnitt 31c durch wo der Durchmesser des die Staubpartikel
enthaltenden Stromabschnittes ein weiteres Mal herabgesetzt wird. Die Verringerung
des Durchmessers am Halsabschnitt jlc verringert den Durchmesser des die Staubpartikel
enthaltenden Stromabschnittes, so daß er innerhalb der Kante 32 a in den nächsten
Separator eintreten kann und durch den Halsabsohnitt 32c noch einmal im Durchm@sser
reduziert wird. Die Trichterwirkung, die den Durchmesser des die Staubpartikel enthaltenden
Stromabschnittes herabsetzt, wiederholt sich im Separatoreleinent 33, 80 daß der
Stromabschnitt schließlich durch den Halsabechnitt 33c stromaufwärts des Sammelrohres
37 noch einmal im Durchmesser herabgesetzt wird. Beim Durchlauf des Stromabschnittes
durch den Separator nimmt sein Durdhmesser von Halsabachnitt zu Halsabachnitt ab.
Gleichzeitig diffundiert der Ubri. ge Teil der Strömung nach außen und läuft an
der Kante des nächst folgenden Separatorelementes vorbei. Die von den Staubpartikeln
befreite Luftströmung wird somit von den Separatorelementen allmEhlich nacii außen
gelenkt und von dem die Staubpartikel enthaltenden Stromabschnitt getrennt.
-
Das Samnelrohr 37 weist einen glockenförmigen Einlaß 37a auf, der
das Auffangen des dit Staubpartikel enthaltenden Stromabschnittes erleichtert. eine
an das Sammelrohr 37 angeschlossene Leitung 38
leitet die Staubpartikel
in einen (nicht dargestellten) Behälter ab.
-
Die Vielzahl der ineinandergeschachtelten Separatorelemente, die in
Wirklichkeit mehrere Trennatufen bilden, ermöglichen, daß die Separatoreinheit insgesamt
init minimalem Druckabfall und gutem Wirkungsgrad arbeitet, da die progressive Abnahme
des Durchmessers des die Staubpartikel enthaltenden Stromabschnittes die Strömungamenge
herabsetzt, die während des Abtennvorganges weggetragen wird. Die zahlreichen ineinandergeschachtelten
Separatorelemente ergeben durch die wirkungsvolle Diffusoranordnung den Hauptvorteil
einer wesentlichen Wiedergewinnung des dynamischen Druckgefälles. Weiter führen
die zahlreichen DUsen zu einer Kaskadenwirkung. Es ergeben sich größere Diffusionswiakel
und entsprechend kann der Diffusor filr eine bestimmte Luftmenge kürzer ausgebildet
werden. Die Gesamtabmessungen des Separators lassen sich somit innerhalb derjenigen
Orenzen halten, die von den Antrieben von Fahrzeugen verlangt werden.
-
Die Bewegungabahn von Stoffen, wie Staub, die verschiedene Partikelformen
haben und die innerhalb eines großen Geschwindigkeitsbereiches zusammen mit anderen
Medien vorwärts strömen, sind untersucht worden.
-
Bei diesen Untersuchungen wurde die folgende Gleichung für die 13ewegungsbahn
der Partikel gefunden. Wenn man in diese Gleichung Werte für die verschiedenen Veränderlichen
einsetzt, läßt sich die Bewegungsbahn eines Partikels bestimmen. Die Gleichung stellt
somit ein Hilfsmittel fUr die Konstruktion des erfindungsgemäßen Separators dar.
Damit läßt sich die Bewegungsbahn eines Partikels mit Hilfe der Gleichung vorhersagen.
Dies ermöglicht eine solche Konstruktion des Separators, daß das Abtrennen des Partikels
sichergestellt wird.
-
Die Gleichung fUr die Bewegungsbahn eines Partikels ist wie folgt:
y = x # 1 #
Dabei ist y der Abstand eines Partikels von der Tangente der Wand
des Separatorelementes an dessen Halsabschnitt, wobei der Abstand auf einer senkrecht
zu der Längsachse des Separatorelementes stehenden Achse gemessen wird. Negative
Werte vom "y" sind Abstände, die sich von der Tangentenlinie nach innen in hichtung
auf die Längsachse des Elementes erstrecken, während positive Werte von "y" Abstände
bedeuten, die von der Tangentenlinie nach außen gehen. x ist der Abstand entlang
einer Achse, die parallel zu der Längsachse des Separatorelementes liegt.
-
Vxa ist die Geschwindigkeit der Luftströmung in der x-Richtung.
-
Vya ist die Geschwindigkeit der Luftströmung in der y-Richtung.
-
Vyo ist die Anfangsgeschwindigkeit der Partikel tn der y-Richtung.
-
K = 0Dm @g2A g Dabei ist CD der Koeffizient fUr den Strömungswiderstand
der Partikel. g - die Dichte des Fluidums A w die querschnittsfläche der Partikel
m = die Masse der Partikel.
-
Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Separators ist innerhalb eines
beträchtlichen Strömungsbereiches relativ konstant, da die Luftgeschwindigkeit nur
sekundär in die Formel eingeht. Sehr hohe Geschwindigkeiten können jedoch zu Ubermäßigen
Druckabfällen führen.
-
Die Konstruktion des Separators 40 läßt sich vereinfachen und oft
auch kompakter ausführen, wenn statt einer großen Einheit mehrere Separatoreinheiten
39 (Fig. 5 und 6) verwandt werden. Bei einer solchen Konstruktion braucht man in
jedem Augenblick nur diejenigen Einheiten einzusetzen, die tatsächlich zum Bewältigen
der jeweils gegebenen Luftmenge erforderlich sind. Jede Separatoreinheit t 39 (Fig.
7 und b) enthält Separatorelemente 41, 42 und 43, die ineinAndergeschachtelt sind
und unter gegenseitigem Abstand auf der Längsachse der Separatoreinheit liegen.
Jede Separatoreinheit 39 läßt sich mit ihrem einlaßende neben die AbstUtzplatte
44 legen.
-
Bei der Montalge an einem Motor wird der zu diesem Motor führende
Lufteinlal um die Separatoreinheiten gelegt und an die AbstUtzplatte 44 angeschlossen,
o daß die zu dem Motor strömende Luft durch die Separatoreinheiten induziert wird.
-
Die Sammelleitungen 45 sind auf die Stromabschnitte ausgerichtet,
die die Staubpartikel enthalten. Die Sammelleitungen 45 sind an eine Abströmleitung
46 angeschlossen. Diese Abströmleitung 46 leitet die alt den Staub beladene Luft
zu einer tiier nicht gezeigten Einrichtung. Die in die Sammelleitungen 45 einströmende
Luft, das heißt die Sekundärluft der Separatoren im Gegensatz zu der Primärluft,
die >awischen den Separatorelementen durchläuft, kann so beeinflußt weraden,
daß sie durch diese durchströmt, indem man die Abströmleitung 46 an einen Druck
anschließt, der unter de. auf der linken Seite des Separatorsystems 40 liegt, wie
es Fig. 6 zeigt. Auf ähnliche Weise kann die Abströmleitung 46 auch an eine Ejektorvorrichtung
oder an ein Sauggebläse angeschlossen werden, um den Sekundärluftstrom
zu
induzieren.
-
Beim Lauf des Motors oder einer anderen an den Separator 40 angschlossenen
Luft verbrauchenden Einrichtung kann das Volumen der fUr jeden Belastungszustand
erforderlichen Luft stark schwanken.
-
Bei geringerem Luftbedarf arbeitet eine kleinere Anzahl von Separatoreinheiten
mit besserem Wirkungsgrad. Wenn ein solcher Zustand niedrigen Luftbedarfs vorliegt,
lassen sich Mittel anwenden, um den Zustrom der Luft zu einem bestimmten Teil der
Separatoreinheiten 39 zu verhindern. Das heißt, es wird eine Abdeckung 47 vorgesehen,
die den größeren Teil der Separatoreinheiten (Fig. 5) abdeckt. Die Abdeckung 47
ist auf eine Stange 48 gewickelt, die auf Bolzen 49 im Rahmen 50 gehalten wird.
Durch eine Kor@esionsfeder wird die Stange 48 80 vorgespannt, daß sie die itbdeckung
47 im allgemeinen in der oberen eingezogenen Stellung hält, wie es Fig. 5 zeigt.
Das freie Ender Abdeckung 47 ist an einer Stange 51 befestigt. Dies wird durch Eingriff
ihrer Enden in einer Nute 52 des Rahmens 50 geführt. Das Mittel zum Betätigen der
Abdeckung 47 wird durch eine Betätigungsvorrichtung 53 gebildet, die eine linear
verschiebliche Abtriebsstange 54 enthält. An die Stange \>4 ist eine Kupplung
55 angeschlossen, an die ein Gelenk 56 angeschlossen ist. Eine weitere Betätigungsstange
7 ist um eine Welle 58 drehbar und greift mit ihrem einen Ende in eine Schlittenführung
59, die auf der Stange 51 befestigt ist.
-
Bei einer Bewegung der Betätigungsstange 54 wird die Stange 57 um
die Welle 58 gedreht und verschiebt dabei die Abdeckung 57 in vertikaler Richtung.
Der Separator. kann mit einem Druckmesser versehen werden. Dieser Druckmesser wird
an den Halsabachnitt oder einem daneben liegenden Abschnitt einer DUse verbunden,
die sich in einer Separatoreinheit außerhalb der Bewegungsbahn der Abdeckung
47
(Fig. 5) befindet. Der Druckmesser 60 kann dann ebenso noch an eine (nioht gezeigte)
Steueranordnung angeschlossen werden, die ihrerseits die Betätigungseinrichtung
43 steuert. Damit t wird die Betätigungseinrichtung abhängig von dem Druck in einer
der Separatoreinheiten. Dieser Druck ist ein Maß für die Geschwindigkeit oder du
Volumen der durch den Separator durchlaufenden Strönuig. In Abhängigkeit von dem
gemessenen Druck, der eine verminderte Strömung anzeigt, kann die Betätigungseinrichtung
53 dalit die Abdeckung 47 herabsenken. Dadureh wird ein Teil der Separatoreinheiten
aus des Luftweg herausgenommen und es wird nur noch diejenige Zahl von Einheiten
eingesetzt, die zur Bewältigung des verring roten Luftstromes erforderlich ist.
Auf der anderen Seite wird die Betätigungseinrichtung 53 die Abdeckung 47 bei einem
Ansteigen der Luftströmung hochziehen, um damit zusätzliche Separatoreinheiten in
Betrieb zu setzen und die Ströaing Uber eine größere Zahl von aktiven Heparatoreinheiten
zu verteilen.
-
Die in Fig. 9 gezeigte Separatorvorrichtung 61 enthält mehrere ineinandergesetzte
Separatorelemente 62-64, die sämtlich Düsen und Diffusoren enthalten. Der dio Staubpartikel
enthaltende Luftstrom tritt am Einlaß 65 ein und läuft durch die Separatorelemente
G2-64 durch. Der die Staubpartikel enthaltende Stromabschnitt läuft durch die DUsen
der Separatorelemente durch und wird dadurch im Durchmesser reduziert. Uber eine
Öffnung 66a tritt er in ein Sammel rohr 66 ein. Dieses leitet die die Staubpartikel
enthaltende Sekundärluftströmung zu einem zylindrischen Gehäuse 67. Das Gehäuse
67, das die Separatorelemente einschließt, enthält ein zylindrisches Filterelement
68. Dieses liegt in eins. gewissen Abstand innerhalb von der Innenwandflche 67a
des Gehäuses. Beim Einlauf in das Filter. element 68 werden die Sta@bpa@@@k@l @@
@@esem niederges@@agen.
hinter dem Filterelement o8 läuft die nun
von dem Staub befreite Luft in eine Kammer 69 ein. Diese Kammer 69 liegt zwischen
der Innenseite des Filterelementes und dem Diffusor des Separatorelementes 62. Der
neben den Einlaß 65 liegende Endabschnitt der Kammer 69 wird durch eine Wand 69a
verschlossen. Ein an die Kammer 69 angeschlossenes Rohr 70 leitet die Reinluftströmung
durch eine Öffnung 70a, die im Halsabschnitt der Mlse 62a des Separator 62 liegt.
Da an dieser Stelle infolge der durch die Düse des Separatorelementes 62 durchtretenden
Strömung ein niedriger Druck herrscht, kann das Rohr 70 eine Strömung aus dem Sammelrohr
66 dadurch das Element 68 in die Kammer 69 induzieren. wuf diese Weise kann die
Separatorvorrichtung 61 ihren eigenen Sekundärluftstrom induzieren. Wie die Figuren
9-11 zeigen, kann die Separatorvorrichtung 61 noch mit kreunförmigen Prallplatten
71 versehen werden. Diese liegen zwischen des Einlaß 65 und des Auslaß der Vorrichtung,
der sich an der Öffnung 66a des @ammelrohres 66b findet.
-
In einer anderen Ausführung der Erfindung tat die Separatorvor9-richtung
72 im wesentlichen rechteckförmig (Fig. 12 und 13) und besteht nicht aus Umdrehungsflächen.
Die Separatorvorrichtung enthält eine Platte 73, die in einem Abstand zu einer flachen
Platte 74 liegt. Die Platte 73 enthält einen konvergierenden Abschnitt 73a, einen
Halsabschnitt 73b, einen sich verbreiternden Abschnitt 73c und einen Abschnitt 73d,
der praktisch parallel zu der flachen Platte 74 liegt. Man ersieht daraus, daß die
Platte 73 zusammen mit der flachen Platte 74 ein Separatorelement bildet.
-
Eine Wand 75 erstreckt sich praktisch parallel zu der flachen Platte
74 und dem Abschnitt 73b und bildet einen Aualaß 76, durch den die Luft nach des
Abtrennen der Staubpartikel durchtritt.
-
Die Wand 75 liegt zwischen d.n Endplatten 77 des separators 72.
-
Innerhalb der Separatorvorrichtung sind die Separatorelemente 78 und
79 im wesentlichen plattenförmig ausgebildet. Sie werden von Streben 80 und 81 getraen.
Die Elemexlte 7d und 79 bilden zusätzliche Trennstufen. Das Element 78 ist mit einer
Kante 78a, einem konvergierenden Abschnitt 78b, einem Halsabschnitt 78c und einem
Diffusor-Absctuiitt 78d versehen. Ähnlich enthält das Element 79 eine Kante 79a,
einen konvergierenden Abschnitt 79b, einen Halsabschnitt 79c und einen stich verbreiternden
Abschnitt 79d.
-
Im Betrieb leitet die Separatorvorrichtung 72 die Staubpartikel in
einen Stromabschnitt, der zwischen die Wand 75 und die flache Platte 74 einläuft.
An diese Zone ist ein rechteckförmiges Rohr 82 angeschlossen, das zu einem Staubsammler
führt. Die von den Staubpartikeln befreite reine Luft wird Uber die Öffnung 76 abgeleitet.
-
Da das erfindungsgemäße Separatorelement einen eine substanz größerer
Dichte enthaltenden Stromabschnitt abtrennen kann, kann das Separatorelement zum
mindestens teilweisen Entfernen des Salzgehaltes aus Salzwesser verwandt werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Salzwasser durch eine Separatoreinheit
durchgeleitet. Hierzu wird zum beispiel die in Fig. 1 gezeigte Einheit 20 genommen.
Beim Durchlauf durch die Düse 22 steigt die Geschwindigkeit der Strömung an und
entsprechend nimmt der Druck ab. Man wählt nun für das Salzwasser eine Temperatur,
die dem Kochpunkt von Frischwasser bei dem in dem Düsenabschnitt verminderten Druck
entspricht. Das Wasser kocht dann unter Blasenbildung beim Durchtritt durch die
DUse Der Kochvorgang, der infolge der unterschiedlichen Temperaturen der Kochpunkte
von Frischwasser und Salzwasser entsteht, fUhrt in der Duse zur Bildung von Fraktionen
aus Frischwasser und aus Salzsole. Das Frischwasser bzw.
die leichtere
Fraktion wird nach außen gedrängt, während die Salzsole bzw. die schwerere Fraktion
zum Mittelpunkt des Separatorelementes gedrängt wird. Das heißt, daß die Salzsole
zum Sammelrohr 27 geleitet und damit von der Strömung abgetrennt wird.
-
Die aus dem Frischwasser bestehende leichtere Fraktion hat die Form
von Blasen, die durch die Kavitation gebildet wurden, und bewegt sich nach dem Durchlauf
durch die DUse nach außen in den Diffusor. Die Blasen treffen dann auf den erhöhten
Druck des Diffusors0 Die Blasen implodieren hierbei und kehren in die FUssigkeitsströmung
zurUck, die sich aus Wasser mit verringerter Salskonzentration zusammensetzt.
-
Als Beispiel sei angegeben, daß eine Geschwindigkeit in der DUse von
etwa 15m/min einen Druck von etwa 0,14 ata ergibt. Bei diesem Druck kocht das Wasser
bei etwa 50°C. Entsprechend läßt sich unter diesen Bedingungen eine Abtrennung des
Salzes von der Salzwasserströmung erreichen. Es wurde bereits gesagt, daß sich die
Separatoreinheiten hintereinander anordnen lassen. Auf diese zeile läßt sich die
Trennung wegen des geringen Wärmebedarfes wirkungsvoll durchfUhren. Der geringe
Wärmebedarf erklärt sich aus dem niedrigen Kochpunkt, der in dem Gebiet verminderten
Druckes in der Duse herrscht. Zusätzlich werden die Druckverluste der sich bewegenden
Fltlssigkeit infolge des durch den Diffusor bewirkten Druckanstieges auf einem Minimum
gehalten. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Separators zur Entfernung von salz
ergibt weiter eine Anordnung, die nicht so kompliziert und verwickelt ist wie diejenigen
Anordnungen, die heute im allgemeinen noch ftlr die Entfernung von Salz aus Salzwasser
verwandt werden.
-
Auf ähnliche Weise l:ßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch
zum Entfernen von Feuchtigkeit aus einem strömenden Medium verwenden.
-
Beim Durchtritt einer Gas- oder Flüssigkeitsströmung durch die DUse
der erfindungsgemäßen Separatoreinheit, wie sie zum Beispiel in Fig. 1 gezeigt wird,
kann die Temperator der Strömung in dem Hochgeschwindigkeitsgebiet an der Dase herabgesetzt
werden. Wenn die Geschwindigkeit ausreicht, us die Temperatur der strömung unter
den Taupunkt des Wasserdampfes oder unter den Gefrierpunkt des Wassers herabzusetzen,
kann das Kondensat oder das Eis abgetrennt werden, solange sich seine Dichte von
der Dichte des Ubrigen Teiles der Strömung unterscheidet. Wenn also das Kondenbat
oder das Eis dichter ist als die übrige Strömung, läßt sich das Kondensat oder das
Eis fUt genauso abtrennen, wie es für die Abtrennung der Staubpartikel beschrieben
wurde. Bei der in Fig. 1 gezeigten Einheit würde die Kondensat- oder Eisstrmung
durch das Sammelrohr 27 abgetrennt werden.
-
P a t e n t a n s p r ü c h e