DE4329662C2 - Leitschaufelkranz und Sichter - Google Patents
Leitschaufelkranz und SichterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Leitschaufelkranz entspre
chend dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen
Sichter gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 8.
Derartige Sichter werden beispielsweise in der Zement
industrie eingesetzt, um einen vorgegebenen Material
strom in zwei unterschiedliche Ströme zu trennen, wobei
der eine Strom möglichst nur die Feinanteile und der
andere möglichst nur die Grobanteile der aufgegebenen
Kornzusammensetzung enthalten soll. Hierzu wird mit
Hilfe eines Rotors und eines Leitschaufelkranzes ein
gerichteter Luftstrom erzeugt. Je nach Größe und Ge
wicht der einzelnen Masseteilchen des zu trennenden Ma
terialstroms überwiegt die auf das Masseteilchen wir
kende Schwerkraft oder die Kraft des Luftstromes. Indem
insbesondere der Luftstrom in geeigneter Weise einge
stellt wird, kann eine gewünschte Korngrößenverteilung
in den beiden Teilströmen erreicht werden.
Ein herkömmlicher Leitschaufelkranz besteht im wesent
lichen aus einer Vielzahl von kreisförmig angeordneten
Leitschaufeln, die durch flache Bleche gebildet werden.
Jede Leitschaufel bildet mit der radialen Richtung
einen Winkel kleiner als 90°, üblicherweise von etwa
65°. Durch die Rotation des Rotors wird Luft von außen
durch den Leitschaufelkranz nach innen gesogen. Der
pulsierende Luftstrom versetzt die Leitschaufeln in
Schwingung, so daß es an der Biegestelle zu einer Ver
härtung des Gefüges kommt und schließlich zu einem
Ermüdungsbruch führen kann.
Aus der DE-A-41 37 633 ist ein Leitschaufelkranz gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt, bei dem die
einzelnen Leitschaufeln einzeln um eine Längsachse ein
stellbar sind.
Aus der DE-A-92 53 940 ist ferner ein weiterer Zentri
fugalkraftsichter mit Leitschaufelkranz bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die
Leitschaufeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1
sowie den Sichter entsprechend dem Gattungsbegriff des
Anspruches 8 derart weiterzuentwickeln, daß sich die
Leitschaufeln durch eine höhere Steifigkeit auszeich
nen.
Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen
der Ansprüche 1 und 8 gelöst, indem der Leitschaufel
kranz mit einer Vielzahl von kreisförmig angeordneten
Leitschaufeln ausgebildet ist, wobei wenigstens ein er
ster Bereich jeder Leitschaufel mit der radialen Rich
tung einen ersten Winkel kleiner als 90° bildet und we
nigstens ein weiterer, sich in Strömungsrichtung an den
ersten Bereich anschließender zweiter Bereich mit der
radialen Richtung einen zweiten Winkel bildet, der grö
ßer als der erste Winkel ist. Die Länge des sich unter
dem zweiten Winkel zur radialen Richtung erstreckenden
zweiten Bereichs beträgt dabei das 0,2- bis 0,5-fache
der gesamten Länge aller Bereiche.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche und werden im folgenden
anhand der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele und
der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine seitliche Teilansicht des Sichters,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1
durch einen Teil eines herkömmlichen Leitschau
felkranzes,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1
durch einen Teil eines Leitschaufelkranzes gemäß
einem ersten Ausführungsbeispiel und
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1
durch einen Teil eines Leitschaufelkranzes gemäß
einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Der in Fig. 1 dargestellte Sichter 1 enthält insbesondere
einen Leitschaufelkranz 2 mit einer Vielzahl von kreis
förmig angeordneten Leitschaufeln 3 sowie einen im In
neren des Leitschaufelkranzes vorgesehenen Rotor 4, der
eine Vielzahl von kreisförmig angeordneten Rotorblät
tern 5 aufweist.
Jede Leitschaufel 3 ist am unteren Ende in einem
Drehlager 6 gehaltert und am oberen Ende mit einem Ver
stellmechanismus 7 verbunden, der eine gleichzeitige
Verstellung aller Leitschaufeln ermöglicht.
In Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1
durch einen Teil eines herkömmlichen Leitschaufelkran
zes dargestellt. Die Leitschaufeln 3 werden durch fla
che Bleche gebildet, die mit der radialen Richtung
(Pfeil 8) einen Winkel α kleiner als 90° bilden. In der
Hauptstellung der Leitschaufeln 3 beträgt der Winkel α
üblicherweise etwa 65°.
In Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen Teil eines erfin
dungsgemäßen Leitschaufelkranzes entsprechend einem er
sten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die erfindungsge
mäßen Leitschaufeln 3' werden durch einen ersten Be
reich 3'a und einen zweiten Bereich 3'b gebildet. Wäh
rend der erste Bereich 3'a jeder Leitschaufel 3' mit
der radialen Richtung (Pfeil 8) einen ersten Winkel α
kleiner als 90° bildet, verläuft der in Strömungsrich
tung an den ersten Bereich 3'a anschließende zweite Be
reich 3'b unter einem zweiten Winkel β gegenüber der
radialen Richtung (Pfeil 8), der größer ist als der
erste Winkel α. Der zweite Bereich 3'b ist vom ersten
Bereich 3'a um einen Winkel (β - α) zwischen 10° und
25°, vorzugsweise von etwa 15°, abgeknickt. In
praktischen Versuchen hat sich gezeigt, daß es wiederum
günstig ist, die Leitschaufeln 3' in ihrer
Hauptstellung, d. h. mit ihrem ersten Bereich 3'a, auf
einen Winkel von 65° (= α) einzustellen.
Die Länge b' des sich unter dem zweiten Winkel β zur
radialen Richtung (Pfeil 8) erstreckenden zweiten Be
reichs 3'b beträgt zweckmäßigerweise das 0,2- bis
0,5fache, vorzugsweise etwa das 0,3fache der gesamten
Länge aller Bereiche. Im dargestellten ersten Ausfüh
rungsbeispiel beträgt die Länge a' des ersten Bereichs
zwei Drittel und die Länge b' des zweiten Bereichs ein
Drittel der Gesamtlänge.
Betrachtet man nun die herkömmlichen Leitschaufeln 3
gemäß Fig. 2 und die erfindungsgemäßen Leitschaufeln 3'
entsprechend der Fig. 3, so ergeben sich in bezug auf
ihre Steifigkeit folgende Überlegungen:
Die Biegelinie der beidseits eingespannten Leitschau
feln 3, 3' läßt sich durch folgende Gleichung beschrei
ben:
wobei
q = die durch die Luftströmung auf die Leitschaufeln wirkende Flächenlast,
E = Elastizitätsmodul,
Ix = Flächenträgheitsmoment,
l = die Länge der eingespannten Leitschaufel (d. h. zwischen Drehlager 6 und Verstellmechanismus 7),
z = Längenvariable von 0 bis 1.
q = die durch die Luftströmung auf die Leitschaufeln wirkende Flächenlast,
E = Elastizitätsmodul,
Ix = Flächenträgheitsmoment,
l = die Länge der eingespannten Leitschaufel (d. h. zwischen Drehlager 6 und Verstellmechanismus 7),
z = Längenvariable von 0 bis 1.
Die maximale Durchbiegung der Leitschaufeln 3, 3' er
gibt sich bei z = 1/2 mit
Die Federsteifigkeit läßt sich allgemein durch die
Gleichung
Aus der Gleichung (3) läßt sich unmittelbar entnehmen,
daß die Steifigkeit c linear vom Flächenträgheitsmoment
Ix abhängt. Die maximale Durchbiegung Wmax der Leit
schaufeln 3, 3' hängt dagegen reziprok-linear vom Flä
chenträgheitsmoment Ix ab.
Das Flächenträgheitsmoment Ix läßt sich allgemein durch
die Gleichung
Ix = ∫y2 . dA (4)
Ix = ∫y2 . dA (4)
beschreiben, wobei mit A die Querschnittsfläche be
zeichnet ist.
Die herkömmlichen Leitschaufeln 3 gemäß Fig. 2 haben
beispielsweise folgende Abmessungen:
Länge a in x-Richtung = 165 mm und
Breite c in y-Richtung = 15 mm.
Breite c in y-Richtung = 15 mm.
Mit der Gleichung (4) ergibt sich dadurch ein Flächen
trägheitsmoment Ix von 46.406,25 mm4.
Die vergleichbaren Abmessungen des erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 3 betragen: Länge a'
des ersten Bereichs = 110 mm, Länge b' des zweiten Be
reichs = 55 mm, Dicke c = 15 mm, Winkel β - α = 15°.
Hierbei ergibt sich das Flächenträgheitsmoment Ix zu
65.419,20 mm4. Dabei schließt die Hauptachse x mit dem
ersten Bereich 3'a einen Winkel von 7,5° ein.
Die obigen Berechnungen zeigen, daß das erfindungsge
mäße Profil der Leitschaufeln 3' ein größeres Flächen
trägheitsmoment und damit gemäß Gleichung (3) auch eine
wesentlich höhere Steifigkeit aufweist. Die erfindungs
gemäßen Leitschaufeln sind daher weniger anfällig für
einen Schwingungs- bzw. Ermüdungsbruch, der dadurch
hervorgerufen werden kann, daß der pulsierende Luft
strom die Leitschaufeln erregt und sie in Schwingungen
versetzt. Im folgenden werden die Strömungsprofile des
herkömmlichen Leitschaufelkranzes und des erfindungsge
mäßen Leitschaufelkranzes gemäß Fig. 3 miteinander verg
lichen:
Durch die kreisförmige Anordnung der herkömmlichen
Leitschaufeln 3 ist der Einströmquerschnitt etwas grö
ßer als der Ausströmquerschnitt. Dadurch bedingt ist
die Absolutgeschwindigkeit GA etwas größer als die Ein
strömgeschwindigkeit GE. Die Richtung der Absolutge
schwindigkeit GA ist dabei etwa parallel zu den Leit
schaufeln 3 und teilt sich in eine Umfangskomponente GU
und eine Radialkomponente GR auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Leitschaufelkranz gemäß Fig. 3
ist der Ausströmquerschnitt bedingt durch den
abgeknickten zweiten Bereich 3'b der Leitschaufeln 3'
wesentlich kleiner als der Einströmquerschnitt. Dadurch
bedingt ist auch die Absolutgeschwindigkeit G'A im
Inneren des Leitschaufelkranzes wesentlich höher als
die Einströmgeschwindigkeit G'E. Das Verhältnis von G'U
zu G'R ist bei dem erfindungsgemäßen Leitschaufelkranz
wesentlich kleiner als beim herkömmlichen Leitschaufel
kranz gemäß Fig. 2. Dadurch ergibt sich ein flacheres
Geschwindigkeitsdreieck, wobei jedoch die Umfangskompo
nente G'U dennoch größer ist als die Umfangskomponente
GU beim herkömmlichen Leitschaufelkranz (bei gleichen
Einströmgeschwindigkeiten GE, G'E).
Durch die erhöhte Umfangskomponente G'U ergibt sich ein
besseres Sichtverhalten des Sichters 1, so daß ein en
geres Kornband bei dem zu trennenden Materialstrom er
reicht werden kann.
In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines er
findungsgemäßen Leitschaufelkranzes dargestellt. Die
Leitschaufeln 3" weisen wiederum einen ersten Bereich
3"a und einen zweiten abgeknickten Bereich 3"b auf.
Entgegen der Strömungsrichtung schließt sich an den er
sten Bereich 3"a, ein dritter Bereich 3"c unter einem
bestimmten Winkel an. Im Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 4 sind der zweite Bereich 3"b und der dritte Be
reich 3"c jeweils in entgegengesetzte Richtungen vom
ersten Bereich 3"a abgeknickt, so daß sie mit der ra
dialen Richtung (Pfeil 8) den gleichen Winkel β ein
schließen.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Längen a", b"
und c" der drei Bereiche 3"a, 3"b und 3"c jeweils
gleich groß.
Mit diesen Leitschaufeln 3" ist eine wesentlich tangen
tialere Einstellung als mit herkömmlichen Leitschaufeln
gemäß Fig. 2 möglich. Dadurch wird die Umfangsgeschwin
digkeit der erzeugen Drallströmung erhöht, so daß auch
der Rotor mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit ge
fahren werden muß. Dies hat einen positiven Einfluß auf
die Korngrößenverteilung, so daß ein engeres Kornband
bei der Sichtung erzielt werden kann. Indem die erfin
dungsgemäßen Leitschaufelkränze im Inneren eine wesent
lich tangentialere Stellung der Leitschaufeln 3', 3",
insbesondere der zugehörigen zweiten Bereich 3'b, 3"b
aufweisen, ist zudem mit einem wesentlich geringeren
Verschleiß zu rechnen.
Die einzelnen Leitschaufeln werden vorzugsweise aus
verschleißfestem Blech, beispielsweise aus Vautid-Mate
rial, hergestellt, indem der zweite Bereich und gegebe
nenfalls der dritte Bereich gegenüber dem ersten Be
reich abgekantet wird. Im Rahmen der Erfindung sind
selbstverständlich auch andere Ausführungsformen als
die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Leitschaufeln denkbar.
Claims (9)
1. Leitschaufelkranz (2) zur Erzeugung einer
gerichteten Strömung, insbesondere Leitschaufelkranz
für Sichter (1) zur Erzeugung einer gerichteten
Luftströmung, mit einer Vielzahl von kreisförmig
angeordneten Leitschaufeln (3', 3"), wobei wenig
stens ein erster Bereich (3'a, 3"a) jeder Leitschau
fel mit der radialen Richtung (Pfeil 8) einen ersten
Winkel (α) kleiner als 90° bildet und wenigstens ein
weiterer, sich in Strömungsrichtung an den ersten
Bereich anschließender zweiter Bereich (3 'b, 3"b)
mit der radialen Richtung (Pfeil 8) einen zweiten
Winkel (β) bildet, der größer als der erste Winkel
(α) ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (b', b") des
sich unter dem zweiten Winkel (β) zur radialen Rich
tung (Pfeil 8) erstreckenden zweiten Bereichs (3'b,
3"b) das 0,2- bis 0,5fache der gesamten Länge aller
Bereiche beträgt.
2. Leitschaufelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der erste und der zweite Bereich (3'a,
3'b; 3"a, 3"b) einen Winkel (β - α) zwischen 10° und
25°, vorzugsweise von etwa 15°, bilden.
3. Leitschaufelkranz nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (b',
b") des sich unter dem zweiten Winkel (β) zur radia
len Richtung (Pfeil 8) erstreckenden zweiten Be
reichs (3'b, 3"b) das 0,3fache der gesamten Länge
aller Bereiche beträgt.
4. Leitschaufelkranz nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschau
feln (3', 3") durch jeweils ein flaches, zwischen
dem ersten und zweiten Bereich abgeknicktes Element
gebildet werden.
5. Leitschaufelkranz nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich entge
gen der Strömungsrichtung an den ersten Bereich
(3"a) anschließender dritter Bereich (3"c) mit der
radialen Richtung (Pfeil 8) einen dritten Winkel
bildet, der größer als der erste Winkel (α) ist.
6. Leitschaufelkranz nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zweite und dritte Winkel gleich
groß sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Längen (a", b", c") der drei Be
reiche (3"a, 3In
b, 3"c) gleich groß sind.
8. Sichter (1) mit
- 1. einem Leitschaufelkranz (2) zur Erzeugung einer gerichteten Luftströmung mit einer Vielzahl von kreisförmig angeordneten Leitschaufeln (3', 3"), wobei wenigstens ein erster Bereich (3'a, 3"a) jeder Leitschaufel mit der radialen Richtung (Pfeil 8) einen ersten Winkel (α) kleiner als 90° bildet und
- 2. wenigstens ein weiterer sich in Strömungsrich tung an den ersten Bereich anschließender zwei ter Bereich (3'b, 3"b) mit der radialen Richtung (Pfeil 8) einen zweiten Winkel (β) bildet, der größer als der erste Winkel ist,
- 3. sowie einen im Innern des Leitschaufelkranzes (2) angeordneten Rotor (4),
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