DE3545120A1

DE3545120A1 - Spaltduesenkammerimpaktor

Info

Publication number: DE3545120A1
Application number: DE19853545120
Authority: DE
Inventors: Istvan Budapest Kalman; Friedhelm Dr. 4020 Mettmann Sporenberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1985-12-19
Publication date: 1986-07-03
Anticipated expiration: 2005-12-20
Also published as: DE3545120C2

Description

S P A L T D ü S E N K A M M E R I M P A K T O R
Die Erfindung betrifft einen Spaltdüsenkammerimpaktor zur fraktionierten quantitativen Bestimmung von festen Partikeln in einem Fluid, wobei die Kammern in Durchströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind und immer engere Düsenspalte bilden.
Die Strömung wird durch eine austrittsseitige Unterdruckquelle erzwungen, In jeder Kammer ist die Düse einlaßseitig angeordnet und auf eine Prallplatte gerichtet, welche einen gröberen Teil der Partikel festhält, während das mit dem feineren Partikelgemisch noch beladene Fluid umgelenkt wird zur eintrittsseitigen engeren Düse in der nächst folgenden Kammer, wo das Fluid entsprechend stärker beschleunigt wird, so daß die größeren in ihm noch enthaltenen Partikel auf der Prallplatte festgehalten werden usw. Nach Beendigung des Meßvorganges werden die Prallplatten der Kammern einzeln herausgenommen und gewogen und die Gewichtszunahme gegenüber den vorher sauber eingesetzt gewesenen Platten bestimmt. Daraus ergibt sich quantitativ die Partikelmenge je Durchmesserfraktion für das insgesamt vom Impaktor aufgesaugte Volumen des Fluids.
Ein solcher Impaktor ist bekannt aus US-PS 3127763. Er hat quadratischen Querschnitt,und seine Kammern bilden gerade Düsenspalte. Ein Auswechseln der Kammerelemente ist nicht möglich, ohne das Gerbt völlig zu dejustieren, so daß praktisch nur die zu den einzelnen Fraktionen gehörenden Prallplatten nach dem Versuch ausgebaut und gewogen werden können. Ein Teil der festen Verunreinigungen im durchströmenden Fluid schlägt sich aber auch nieder auf der der jeweiligen Prallplatte in Durchströmungsrichtung benachbarten Innenwand der betreffenden Kammer.
Dieser Fraktionierungsverlust ist also bei der Auswertung des Versuches nicht meßbar und auch nicht kalkulierbar. Er beeinträchtigt die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messung.
Dieser Fehler ist vermindert bei den Lochdüsenimpaktoren nach US-PS 3795135 und der ungarischen Patentschrift 1749998.
Dafür haben diese Geräte den Nachteil, daß man zur quantitativen fraktionierten Messung eines Körnungsbereichs bis unter 0,1 >im sehr viele und sehr kleine Düsenlöcher in die Abscheideplatten stanzen müßte. Wegen der unterschiedlichen Durchströmungsgeschwindigkeiten, besonders durch die Radialstege zwischen den Bohrungen der ungarischen PS 174998, innerhalb jedes Querschnittsbereichs dieser Geräte setzen sich die Düsenbohrungen unterschiedlich schnell und weit zu. Auch das ergibt unkalkulierbare Meßfehler, Zur Vermeidung dieser Meßfehler wird die Merkmalskombination des Hauptanspruches vorgeschlagen.
Somit sind alle Kammerelemente leicht auswechselbar und können vor und nach dem Versuch gewogen werden, so daß kein Meßfehler durch nicht erfaßte Abscheidungsverluste entsteht. Nach dem Säubern der Kammerelemente werden diese ganz einfach wieder aufeinandergesteckt, wobei die Verbindungen über Nut und Feder die Einstellung der richtigen Düsenspalte mit großer Genauigkeit erzwingen und zugleich für Standfestigkeit und Abdichtung der Kammersäule sorgen, so daß an andere Teile des Impaktors,etwa ein Gehäuse außen und eine Tragsäule innen keine besonderen Toleranzforderungen gestellt sind, Auch können zur Anpassung an unterschiedliche Versuchsbedingungen die Kammerelemente gegen andere Kainmerelemente ausgetauscht werden mit verschieden geneigten Führungsflächen und Spaltgrößen und unterschiedlichem Material.
Auch ein solcher Austausch erfordert keinerlei Justierarbeiten. Die Düsen in der Form von Ringspalten sind über den ganzen Umfang und in voller Achshöhe rotationssymmetrisch, so daß das Fluid jede Düse mit über deren ganzen Umfang gleichbleibender Geschwindigkeit verläßt und Meßfehler durch unkontrollierte Abscheidungen wie im Bereich der Radialstege zwischen den Lochdüsen nach der ungarischen Patentschrift 174998 ebenfalls vermieden sind.
Verbessernde Erfindungsmerkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Es zeigen: Abb, 1 Querschnitt eines Teilstücks des hier beschriebenen Impaktors, Abb, 2 bis 5 vier Varianten ;ef fraktionierenden Kammer mit den sie begrenzenden Elementen.
Abb. 1 zeigt das nach dieser Erfindung angefertigte Meßgerät in einer möglichen Herstellungsvariante im Teilquerschnitt. Es ist ersichtlich, wie die Konstruktion aus den an die Führungssäule 1 angereihten inneren Tellern 2 und inneren Hülsen 3 sowie dem als Gehäuse verwendeten Mantelrohr 4 bzw. in dieses eingepaßten äußeren Tellern 5 und äußeren Hülsen 6 zusammengesetzt ist. Die inneren Teller 2 und die inneren Hülsen 3 werden vom Fußteil 7 der Führungssäule 1 bzw.
die äußeren Teller 5 und die äußeren Hülsen 6 von einem in Abb. 1 nicht sichtbaren Teil des Gehäuses getragen. Die Teller 2, 5 sowie die Hülsen 3, 8 sind mit Leitkanten aneinandergepa-ßt. Der oberste innere Teller 2 wird durch eine Schraube 9 mit der Führungssäule 1 verbunden.
An allen inneren 2 und äußeren Tellern 5 sind Auffangplatten 10 angebracht. In der hier dargestellten Variante sind die Auffangplatten als kreisringförmige Scheiben ausgebildet, die in die Oberseite der Teller 2, 5 herausnehmbar eingepaßt sind. Die Festpartikel schlagen sich überwiegend an diesen Auffangplatten 10 nieder, Im Oberteil des Gehäuses befindet sich die Einlauf-(Einlaß-) düse 11, gefolgt von den abwechselnd angeordneten Ringspaltdüsen 12 und fraktionierenden Kammern 13. Nach der letzten Stufe ist aus Sicherheitsgründen zuzüglich ein Filter 14 eingesetzt. Im Unterteil des Gerätes ist der Auslauf- (Auslaß-) kanal 15 angeordnet, Während des Betriebes wird im Gerät durch eine strömungstechnische Maschine Druckabfall erzeugt. Dieser bewirkt, daß das mit Staubpartikeln beladene gasförmige Trägermedium Luft, Dampf oder Gas durch den Einlaufkanal 11 in das Gerät eintritt, sowie die von diesem Medium getragenen gröberen Partikel sich sofort am ersten inneren Teller 2 bzw. an der an diesem Teller angeordneten Auffangplatten 10 ablagern. Das Trägermedium durchströmt die Spaltdüsen 12 und die fraktionierenden Kammern 13; die Partikel prallen in der Reihenfolge ihrer Größe auf die Auffangplatten 10 auf. Ihre Flugbahnen verlaufen entlang den Wölbungen der Kammern 16 sowie den Mänteln der Teller 2, 5 bzw. an den Hülsen 3, 6, d.h., die Partikel streifen die genannten Elemente während ihrer Flugbewegung, Der von den Partikeln gereinigte Trägergasstrom tritt aus dem Gerät durch den Auslauf- (Austritt-) kanal 15 hinaus, Nach Beendigung der Probenahme wird das Gerät zerlegt; die die einzelnen fraktionierenden Kammern 13 umfassenden Elemente werden getrennt und danach einzeln gewogen. Die fraktionierenden Kammern 13 werden jeweils von einer Hülse, einem Teller sowie einer Auffangplatte abgegrenzt, d.h. durch das Abwiegen dieser drei zusammengehörenden Elemente werden alle Informationen gewonnen, die zur Bestimmung einer bestimmten Fraktion notwendig sind, Das Gerät kann auch in von Abb. 1 abweichenden Konstruktionen angefertigt werden. Abb. 2 bis 5 enthalten Hinweise auf Details solcher abweichenden Ausführungen.
Abb. 2 zeigt eine Ausführung, bei der die kreisringförmige Fläche 17 des die fraktionierende Kammer 13 begrenzenden inneren Tellers 2 mit der Waagerechten -d.h. mit der Fläche des äußeren Tellers 5 - einen Winkel i einschließt.
Bei der auf Abb. 3 gezeigten Ausführung neigt sich die untere Fläche 17 des inneren Tellers 2 in die entgegengesetzte Richtung, während die Variante auf Abb. 4 eine Lösung darstellt, bei der die untere Fläche 17 des äußeren Tellers 5 parallel zu der oberen Fläche des inneren Tellers 2 verläuft.
Abb. 5 zeigt eine weitere Variante, bei der die untere Fläche 17 des inneren Tellers 2 gekrümmt ist; die Krümmung des radialen Querschnitts durch die genannte Fläche weist einen Inflexionspunkt 18 auf.
Aus Abb. 1 bis 5 ist ersichtlich, daß die Wölbung 16 der fraktionierenden Kammer 13, die sich zwischen dem Schaft , der unteren zylindrischen Wand und der hülsenförmigen Fläche der Teller befindet, immer abgerundet ist, damit sich günstige Strömungsverhältnisse ergeben.
In den fraktionierenden Kammern sowie den diese miteinander verbindenden Spaltdüsen befinden sich keine zusätzlichen Elemente wie Rippen, Bolzen und dergleichen, die den Impaktionsvorgang stören könnten.
Ferner ermöglicht die Erfindung die Anfertigung von engeren Spalten mit höherer Genauigkeit als dies bei den bisher bekannten Geräten möglich war, weil die die Spalte begrenzenden Wände sich aus verschiedenen Teilen zusammensetzen. Infolgedesst. wird die Fraktionierung von Teilchen kleiner als O,lm möglich.
Das erfindungsgemäße Gerät weist den weiteren komplexen Vorteil auf, daß es sich - im Vergleich mit anderen bekannten Konstruktionen - einfacher montieren, reinigen und kontrollieren, aber in seinen Abmessungen auch kleiner dimensionieren läßt.

Claims

ANSPRÜCHE 1) Spaltdüsenkammerimpaktor zur fraktionierten quantitativen Bestimmung von festen Partikeln in einem Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (13) je aus einer äußeren bzw. inneren Hülse (6 bzw. 3) und einem je in gleicher Achshöhe aufeinander auswechselbar mit Nut und Feder gestapelten inneren bzw. äußeren Teller (2 bzw. 5) bestehen, welche jeweils zwischen sich kreisringförmige Düsenspalte (12) bilden.
2. Spaltdüsenkammerimpaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Teller (2) sowie die Hülsen (3) an einer mit einem Fuß (7) versehenen zentralen Führungssäule (1) augeordnet sind.
3. Spaltdüsenkammerimpaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Teller (5) sowie Hülsen (6) in einem als Mantelrohr (4) ausgebildeten Gehäuse untergebracht sind.
4. Spaltdüsenkammerimpaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teller (2,5) und die Hülsen (3,6) zueinander mit Leitkanten (8) gepaßt sind.
5. Spaltdüsenkammerimpaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Teller (2) auf ihren Unterseiten mit je einem konzentrischen Schaft versehen sind, dessen Durchmesser kleiner ist als der des entsprechenden Tellers.
6. Spaltdüsenkammerimpaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Teller (5) auf ihren unterseiten entlang der Peripherie mit zylindrischen Wänden versehen sind.
7, Spaltdüsenkammerimpaktor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere kreisringförmige Fläche (17) der Teller (2, 5) zu ihrem Mittelpunkt ansteigend ausgebildet ist.
8. Spaltdüsenkammerimpaktor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere kreisringförmige Fläche (17) der Teller (2, 5) sich zu ihrem Mittelpunkt neigt.
9. Spaltdüsenkammerimpaktor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein beliebiger Radius der unteren kreisringförmigen Fläche (17) der Teller (2, 5) mit der Fläche des darunterliegenden Tellers einen Winkel von maximal 30 Grad einschließt.
10, Spaltdüsenkammerimpaktor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die untere kreisringförmige Fläche (17) der Teller (2, 5) parallel zu der oberen Fläche des darunterliegenden Tellers (2, 5) verläuft.
11. Spaltdüsenkammerimpaktor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die untere kreisringförmige Fläche der Teller (2, 5) mehrfach gekrümmt ist, und daß der Querschnitt durch diese Fläche entlang jedem beliebigen Radius einen Inflexionspunkt aufweist.
12. Spaltdüsenkammerimpaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untere kreisringförmige Fläche (17) der Teller (2, 5) an die Mäntel des unteren Schaftes bzw. der zylindrischen Wand als gekrümmte Wölbung (16) angeschlossen ist.

13, Spaltdüsenkammerimpaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Impaktorstufe mit einem filtrierenden Endabscheider versehen ist.