DE1767699C3 - Zyklon - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Zyklon mit einem in den Wirbelraum kragenden, das gereinigte Gas aufnehmenden, zur Eintrittskante hin konisch verjüngten Tauchrohr und einem dessen Verjüngungsbereich umgebenden in Richtung zur Eintrittkante hin sich konisch erweiternden Leitansatz.

Beim Zyklon nach der US-PS 24 93 156 hat das zur Eintrittskante hin konisch verjüngte Rohrstück die Aufgabe, nach dem zylindrischen Teil des Tauchrohres hin eine Expansionskammer zu bilden. Auch beim Zyklon nach der US-PS 9 33 730 ist ein sich nach der Eintrittskante hin konisch verjüngendes Rohrstück am Tauchrohr vorgesehen. Dort ist aber der hintere Teil des Tauchrohrs nicht zylindrisch gestaltet, sondern er weist ebenfalls eine konische, nach der Auslaßseitc hin verjüngte Form auf. In beiden Fällen ist der Verjüngungsbereich des Tauchrohres von einem sich in Richtung zur Eintrittskante hin konisch erweiternden Leitansatz umgeben, welcher nach der US-PS 24 93 156 eine zur Eintrittskante des konisch verjüngten Tauchrohrs hin führende Abschlußwand hat, während er nach der US-PS 19 33 730 offen ist.

Solche Zyklone werden beispielsweise Pumpen, Druckbehältern oder dergleichen nachgeordnet, um aus dem geförderten Gas, ζ. B. Druckluft, öltröpfchen und Kondenswasser oder andere mitgeführte Teilchen abzuscheiden. Besonders dann, wenn die Zyklone Pumpen nachgeordnet sind, wird das zu reinigende Gas nicht kontinuierlich, sondern pulsierend bzw. mit zusätzlichen Druckstößen überlagert, zugeführt

Bei den gattungsgemäßen, bekannten Zyklonen ist es nachteilig, daß die Pulsation des Gases bzw. die diesem überlagerten Druckstöße praktisch ungemindert auf die nachgeordneten Leitungen übertragen werden und dort nicht nur lästige Geräusche erzeugen, sondern auch die Rohre bzw. deren Verankerungen mechanisch erheblich belasten können. In vielen Fällen ist es daher unumgänglich nötig, dem Zyklon einen besonderen Pulsationsdämpfer nachzuordnen. Solche Pulsationsdämpfer bestehen dabei im Prinzip aus Speichervolumina mit nachgeordneten Strömungswiderständen, deren Differenzen des Druckabfalles im allgemeinen dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit folgen. Sie bestehen aus besonderen Kammersystemen, bei denen der Gasübertritt durch perforierte Kammerwandungen erfolgt, deren Lochhäufigkeit und/oder -durchmesser mit steigender Weglänge zunimmt. Derartige Pulsationsdämpfer weisen einen verhältnismäßig verwickelten Aufbau auf und bedingen auch einen erheblichen Druckabfall. Sie erweisen sich daher im praktischen Gebrauch als kostspielig. Darüber hinaus wird durch solche Pulsationsdämpfer das das gasführende Leitungsnetz kompliziert und der von ihnen beanspruchte Raum stellt eine zusätzliche Erhöhung des erforderlichen Aufwandes dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zyklon der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß er mit geringem technischem Aufwand und ohne Beeinträchtigung der Abscheideleistung gleichzeitig die Pulsation des zu reinigenden Gases dämpft, so daß die Benutzung zusätzlicher Pulsationsdämpfer vermieden wird. Dabei soll die Pulsationsdämpfer durch besonders steile Widerstandscharakteristiken bei geringem zusätzlichem Druckabfall am Zyklon erfolgen.

Gelöst wird dieses Problem im wesentlichen durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung beruht also darauf, daß nur ein lokal begrenzter Längenbereich des Tauchrohres durch Einbauten eine Querschnittsverminderung erhält, welche die wandnahen Außenbezirke des Tauchrohres abdecken. Durch die lokal begrenzten Einbauten im Tauchrohr schiebt nämlich jede Stoßwelle das bereits im Zyklon befindliche Gas mit erhöhter Axialgeschwindigkeit aus, ohne ihre höhe Drallkomponente übertragen zu können. An den Einbauten ergibt sich durch die Erhöhung der Axialgeschwindigkeit bei zunächst gleichbleibender Umfangsgeschwindigkeit eine Verringerung des Verhältnisses der Umfangsgeschwindigkeit zur Axialgeschwindigkeit und damit ein Absinken des Widerstandsbeiwertes auf einen verhältnismäßig geringen Betrag. Erreicht die Stoßfront selbst mit ihrer höheren Drallkomponente die Einbauten, dann steigt das Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit zur Axialgeschwindigkeit sprunghaft an, steigert den Widerstandswert und drosselt damit die Stoßfront. An der Austrittskante der Einbauten tritt infolge der dort vorhandenen abrupten Querschnittsvergrößerung eine weitere Minderung der Drallkomponente ein, so daß der vorhandene Restdrall erheblich gemindert wird.

Durch die FR-PS 8 51 413, die DE-AS 14 28 019 und

das DE-Gbm 19 38 638 ist es zwar bekannt, Tauchrohre mit querschnittseinengenden Einbauten zu versehen, die wandnahe Außenbezirke des Tauchrohres abdecken. Im Falle der FR-PS 8 51 413 soll durch den querschnittsverengenden Flanschring lediglich ein Mitreißen von Flüssigkeit durch den Reingasstrom verhindert werden. Der querschnittsverengende Einbau nach der DE-AS 14 28 019 bzw. dem entsprechenden DE-Gbm 19 38 638 wird von einer Buchse gebildet, die offenbar nur vorgesehen ist, um das Tauchrohr, den Leitapparat und einen diesi m vorgelagerten Abschirmteller gemeinsam zu befestigen.

Durch diese bekannten Einbauten im Tauchrohr wird eine Pulsationsdämpfung aber weder angestrebt noch nahegelegt

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat sich das im Anspruch 2 angegebene Merkmal als besonders wichtig erwiesen. Durch diese Maßnahmen kann nämlicb erreicht werden, daß durch das vor den Einbauten des Tauchrohres anstehende Gasvolumen steile Flanken einer Stoßfront abflacht bzw. abbaut. Hierbei muß das Volumen, welches eine bestimmte Gasmenge im Wirbelraum einnimmt, nicht identisch mit dem verschobenen Gasvolumen sein. Unter dem Gesichtspunkt, daß bei periodischen Pulsationen axiale Druckstöße auf Drall bedingte hohe Momentanwerte des Widerstandsbeiwertes der Einbauten treffen sollen, kann jedoch das Volumen des Zyklons zwischen seinem Leitapparat und den Einbauten im Tauchrohr auf das durch einen Förderstoß verschobene Gasvolumen abgestimmt werden.

Auf besonders einfache Art und Weise läßt sich ein gattungsgemäßer Zyklon durch Benutzung der im Anspruch 3 angegebenen Merkmale gleichzeitig als Pulsationsdämpfer ausbilden.

Andererseits lassen sich aber auch die Maßnahmen nach Anspruch 4 mit Vorteil in Benutzung nehmen, weil dann je nach Bedarf ein- und/oder austrittsseitig im Bereich der wandnahen Außenbezirke des Tauchrohres offene Kammern gebildet werden können. Die eintrittsseitig offene Kammer bewirkt nämlich eine höhere Dämpfung beim Auftreten starker Drallkomponenten, während durch die austrittsseitig offene, eine stärkere Verwirbelung und damit eine weitere Minderung der Drallkomponente erreicht werden kann.

In den meisten Fällen reicht es aus, die Ausgestaltung nach den Merkmalen des Anspruchs 5 vorzusehen, weil hier beim Eintreffen steiler Stoßfronten die Möglichkeit besteht, einen Teil des zuströmenden Gases zunächst aufzufangen und damit die Stoßfront um ein geringes abzuschwächen. Gleichzeitig wird hier die Verwirbelung beeinträchtigt und damit eine weitgehend frequenzunabhängige Rückwirkung auf den Widerstandsbeiwert erzielt.

Verstärkt werden kann diese Wirkung noch durch Einsatz der im Anspruch 6 angegebenen Merkmale, weil dann ein verstärkter Rückstau eintritt und bei späterem Druckabfall aus der Kammer abgegebenes Gas mit einem Drall austritt, welcher dem des weiter von der Wirbelkammer des Zyklons her zugeführten Gases entgegengerichtiet ist. lDurH. |v teilweise Kompensation des Dralles an der Rückfront einer Stoßwelle wird daher der Widerstandsbeiwert ebenfalls nahezu frequenzunabhängig Weiter vermindert.

Schließlich kann sich aber auch die Benutzung der Merkmale des Anspruchs 7 als wichtig erweisen, wenn es darauf ankommt, steile Flanken einer Stoßfront abzuflachen bzw. abzubauen.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Zyklon, dessen Tauchrohr zur Bildung eines Pulsationsdämpfers besonders einfach gestaltete Einbauten enthält,

F ι g. 2 ein der F i g. 1 entsprechendes Tauchrohr, jedoch mit andersartigen Einbauten zur Pulsationsdämpfung,

F i g. 3 ebenfalls das Tauchrohr für einen als Pulsationsdämpfer wirkenden Zyklon in weiter abgewandelter Ausführung,

F i g. 4 eine gegenüber den F i g. 2 und 3 vereinfachte Ausgestaltung eines Tauchrohres mit Einbauten und

F i g. 5 eine aus F i g. 4 weitergebildete Ausführungsform eines Tauchrohres mit Einbauten.

in Fig. 1 der Zeichnung ist ein Zyklon 1 dargestellt, dem zu reinigendes Gas in pulsierender Strömung durch den Eintrittsstutzen 2 zugeführt werden kann. Beim Passieren des Leitapparates 3 wird dem Gas eine Drallkomponente erteilt, durch welche es an den Wänden der Wirbelkammer 4 entlang in Richtung auf das Prallblech 5 führt. Hier wird das gereinigte Gas umgelenkt, so daß es im Gegenstrom das zur Eintrittkante 7 hin konisch verjüngte Tauchrohr 6 erreicht. Durch einen vom Tauchrohr 6 getragenen, äußeren sich konisch erweiternden Leitansatz 8 wird das eintretende Gas zur Wandung der Wirbelkammer hin geführt und gleichzeitig wird zur Eintrittskante 7 des Tauchrohres 6 eine Kriechfalle 9 gebildet, die das Übertreten von Wasser verhindert. Nach Durchströmen des Tauchrohres 6 zieht das gereinigte Gas durch den Austrittsstutzen 10 ab. Beim Ausfi hrungsbeispiel nach F i g. 1 ist im Tauchrohr 6 als Einbai eine Lochblende 12 angeordnet, welche den Durchtnttsquerschmtt des Tauchrohres 6 im Abstand hinter der konischen Verjüngung lokal auf die Fläche des Loches 11 verringert, d. h., die wandnahen Außenbezirke des Tauchrohres 6 abdeckt.

Der dem zu reinigenden Gas im Leitapparat 3 erteilte Drall wird beim Durchströmen der Wirbelkammer 4 und bei der Umlenkung am Prallblech 5 zwar vermindert. Er wird jedoch nicht zum Verschwinden gebracht. Beim Eintritt in das Tauchrohr 6 ist daher dieser Drall nocht vorhanden. Seine Umlaufbahn wird jedoch durch den geringen Durchmesser des Tauchrohres 6 relativ zur Wirbelkammer 4 stark verkürzt, so daß auch bei dem noch vorhandenen Restdrall sich hohe Beträge der in Umfangsrichtung liegenden Komponente der Geschwindigkeit ergeben. Diese hohe Umlaufgeschwindigkeit bewirkt infolge der Zentrifugalkraft, daß zur Abführung des gereinigten Gases nicht der Gesamtquerschnitt des Tauchrohres 6, sondern allein dessen Außenbezirke, beitragen, während im zentralen Bereich eine sich nur langsam bewegende Gassäule entsteht.

Durch die im Tauchrohr 6 vorgesehenen Einbauten — im Falle der F i g. 1 durch die Lochblende 12 — wird das gereinigte, abziehende Gas gezwungen, die Außenbereiche des Tauchrohres 6 zu verlassen und den verhältnismäßig engen Durchlaßquerschnitt der Einbauten — nach Fig. 1 das Loch 11 — zu passieren. Hierbei wird dann durch den noch vorhandenen Drall spontan eine weitere Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit erreicht.

Da der Widerstandsbeiwert wesentlich von der Umfangsgeschwindigkeit bzw. vom Verhältnis u/v derselben zur Axialgeschwindigkeit abhängt, steigt er mit der Umfangsgeschwindigkeit bzw. deren Verhältnis

u/fstark an.

Wird nun dem Zyklon 1 in pulsierender Strömung Gas zugeführt, so erreicht eine Druckwelle beim Passieren des Leitapparates 3 auch eine ihrer erhöhten axialen Geschwindigkeit entsprechend erhöhte Umlaufgeschwindigkeit. Die Stoßwelle schiebt das bereits im Zyklon 1 befindlii -.c Gas mit seiner erhöhten Axialgeschwindigkeit aus, ohne seine höhere Drallkomponente übertragen zu können. An dem als Lochblende 12 ausgebildeten Einbau ergibt sich dann durch Erhöhung der Axialgeschwindigkeit bei zunächst gleichbleibender Umfangsgeschwindigkeit eine Verringerung des Verhältnisses der Umfangsgeschwindigkeit zur Axialgeschwindigkeit und damit ein Absinken des Widerstandsbeiwertes auf einen verhältnismäßig geringen Betrag.

Erreicht die Stoßfront selbst mit ihrer höheren Drallkomponente den hier als Lochblende 12 ausgebildeten Einbau, so steigt das Verhältnis u/v sprunghaft an, steigert den Widerstandsbeiwert und drosselt damit die Stoßfront.

Bei periodischen Pulsationen ergibt sich darüber hinaus die Möglichkeit, das wirksame Volumen der Wirbelkammer 4, das Volumen den in Strömungsrichtung vor dem als Lochblende 12 ausgebildeten Einbau liegenden Abschnittes des Tauchrohres 6 sowie die Abmessungen des Einbaus selbst derart aufeinander abzustimmen, daß bei der Folgefrequenz der Druckstöße jeweils primäre bzw. eintreffende axiale Druckstöße auf Drall bedingte hohe Momentanwerte des Widerstandsbeiwertes des Einbaues treffen.

Die querschnittseinengenden und lokal hinter der konischen Verjüngung des Tauchrohres 6 zur Abdekkung seiner wandnahen Außenbezirke vorgesehenen Einbauten müssen nicht als Lochblende 12 ausgebildet werden, obwohl hierdurch die einfachste Bauart geschaffen wird.

Gemäß Fig.2 bestehen die Einbauten im Tauchrohr 6 aus einem Innenrohr 14, welches durch zwei Kreisringe 13 gehalten wird.

Bei dieser Ausführungsform wird eine weitere Steigerung des beim Auftreten starker Drallkomponenten hohen Widerstandsbeiwertes dadurch erreicht, daß die Strömung über eine längere Strecke durch das Innenrohr 14 mit verringertem Durchmesser geführt wird. In diesem Innenrohr 14 tragen beim Auftreten hoher Drallkomponenten ebenfalls nur die randnahen Zonen zur Weiterleitung bei. Gleichzeitig erfolgt bei den hohen Umlaufgeschwindigkeiten eine merkliche Drosselung bzw. Verringerung der Drallkomponente, so daß beim Austreten aus dem Innenrohr 14 der Restdrall erheblich gemindert ist. Durch den von der Austrittsseite zurückgesetzten Kreisring 13 wird auch eine stärkere Verwirbelung an der Austrittskante des Innenrohres 14 und damit eine weitere Minderung der Drallkomponente bewirkt. Auch durch das Zurücksetzen des eintrittsseitig vorgesehenen Kreisrings 13 ergibt sich eine höhere Dämpfung beim Auftreten starker Drallkomponenten.

Nach Fig.3 wird im Tauchrohr 6 aus zwei teleskopartig gegeneinander verschiebbaren Rohrteilen 15 und 16 ein Innenrohr gebildet. Hierbei ist das Rohrteil 15 durch einen Kreisring 17 ortsfest gehalten und umfaßt das Rohrleil 16, welches an seinem vorderen Ende mittels eines Kreisringes 18 im Tauchrohr 6 längsverschiebbar geführt ist. Mittels der Feder 19, die sich einerseits am Kreisring 17 abstützt und andererseits auf den Kreisring 18 einwirkt, ist das Rohrteil 16 elastisch abgestützt, so daß es beim Auftreten steilflankiger Stoßfronten auf den Kreisring 18 zurückzuweichen vermag und durch Vergrößerung des vor dem Einbau des Tauchrohres 6 anstehenden Volumens die steilen Flanken einer Stoßfront abzuflachen bzw. abzubauen vermag.

Eine ähnliche Wirkung wird auch durch den Einbau erzielt, wie er im Tauchrohr 6 nach Fig.4 vorgesehen ist. Auch hier besteht der Einbau aus einem Innenrohr 14, welches jedoch, abweichend von F i g. 2, nur mittels eines einzigen, an seinem Austrittsende angreifenden Kreisringes 13 im Tauchrohr 6 gehalten wird. Hierdurch ergibt sich eine das Innenrohr 14 umfassende, in Richtung zur Wirbelkammer 4 des Zyklons hin geöffnete Kammer 20. Beim Eintreffen steiler Stoßfronten wird dann ein Teil des zuströmenden Gases zunächst in dieser Kammer 20 aufgefangen, womit sich bereits eine geringe Abschwächung der Stoßfront einstellt. Gleichzeitig wird aber die Verwirbelung beim Eintritt in das Innenrohr 6 beeinträchtigt und damit die gewünschte, hier weitgehend frequenzunabhängige Rückwirkung auf den Widerstandsbeiwert erzielt.

Verstärken läßt sich die Wirkung bei einem Ausführungsbeispiel, wie es in F i g. 5 gezeigt ist. Hier ist nämlich der das Innenrohr 14 umgebenden Kammer 20 ein Leitapparat 21 vorgeordnet. Dieser sollte zweckmäßigerweise so ausgerichtet werden, daß er in Drallrichtung weist. Hierdurch kann nämlich der Rückstau in der Kammer 20 verstärkt werden, so daß das beim späteren Druckabfall aus der Kammer 20 der Rückflanke abgegebene Gas mit einem Drall austritt, welcher dem Drall des weiter von der Wirbelkammer 4 des Zyklons 1 her zugeführten Gases entgegengerichtet ist Durch teilweise Kompensation des Dralles an der Rückfront einer Stoßwelle wird dann der Widerstandsbeiwert ebenfalls nahezu frequenzunabhängig weiter vermindert.

Es ergibt sich, daß bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von Zyklonen 1 mit einem Minimum an zusätzlichen Einbauten eine Pulsationsdämpfung erreicht wird, ohne daß besondere Pulsationsdämpfer benötigt werden.

Der Druckabfall an einem solchermaßen ausgebildeten Zyklon 1 steigt zwar gegenüber dem Druckabfall an üblichen Zyklonen gattungsgemäßer Bauart an. Er bleibt jedoch geringer ais der Druckabfall, weicher sich ergibt, wenn einem üblichen Zyklon ein zusätzlicher Pulsationsdämpfer zugeordnet werden muß.

Durch die Ausnutzung des Dralles der Gasströmung lassen sich bei Zyklonen 1 der beschriebenen Art überaus steile Änderungen des Widerstandsbeiwertes erzielen, welche eine hervorragende Dämpfung von Pulsationen, Stoßfronten oder dergleichen bei geringem Druckabfall herbeiführen und damit einen ausgezeichneten Wirkungsgrad sichern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Zyklon mit einem in den Wirbelraum kragenden, das gereinigte Gas aufnehmenden, zur Eintrittskante hin konisch verjüngten Tauchrohr und einem -J dessen Verjüngungsbereich umgebenden in Richtung zur Eintrittskante hin sich konisch erweiternden Leitansatz, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte, querschnittseinengende Einbauten (12,13,14; 16,18) ein Tauchrohr (6) lokal hinter der konischen Verjüngung angeordnet sind, welche die wandnahen Außenbezirke des Tauchrohres (6) abdecken.

2. Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen seinem Leitapparat (3) und den Einbauten (12; 14) anstehende Volumen dem in einer Periode einer pulsierenden Strömung verschobenen Gasvolumen entspricht

3. Zyklon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten als Lochblende (J2) ausgebildet sind.

4. Zyklon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten als Innenrohr (14) und dem zwischen diesem und der Tauchrohrwandung gebildeten Raum abdeckende Kreisringe (13) ausgebildet sind.

5. Zyklon nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen einem Innenrohr (14) und der Tauchrohrwandung gebildete Raum (Kammer 20) eintrittsseitig offen ausgebildet ist.

6. Zyklon nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem zwischen dem Innenrohr (14) und der Wandung des Tauchrohres (6) gebildeten Raum (20) in Drallrichtung des zugefü.hrten Gases weisende Leitapparate (21) vorgeordnei sind.

7. Zyklon nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Tauchrohr (6) als Einbau eine der Eintrittskante (7) zugewendete Blende (Kreisring 18) axial verschiebbpr gehalten und durch eine entgegen der Strömungsrichtung des Gases wirkende Feder (19) elastisch abgestützt ist.