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Vorrichtung zum Ausscheiden von spezifisch schwereren Beimengungen
aus Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Ausscheiden von spezifisch schwereren Bestandteilen aus Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten
durch die Einwirkung von Fliehkräften.
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Es sind als Zyklone bezeichnete Vorrichtungen bekannt, bei welchen
dem zu trennenden Gemisch durch feststehende gekrümmte Ablenkflächen gekrümmte Bahnen
vorgeschrieben werden, auf denen die Massenteilchen unter der Einwirkung von Fliehkräften
sich derart ordnen, daß die spezifisch schwereren Teilchen in Richtung der resultierenden
Beschleunigung nach außen zu liegen kommen; diese Teilchen sollen sich an der Wand
der Schleuderkammer sammeln und dort nach unten in einen Absetzraum sinken. Die
Wirkung derartiger Zyklone ist aber oft ungenügend, wenn es sich um sehr feinen
leichten Staub oder um sehr große Gasmengen handelt, der Zyklon also große Abmessungen
erhält. Als eine der Ursachen für das Versagen des üblichen Zyklons in solchen Fällen
wurde der Umstand erkannt, daß die Strömung in denjenigen Teilen, in denen Fliehkräfte
wirken, in der Hauptsache als ebenes Problem anzusprechen ist.
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Die vorliegende Erfindung verwendet eine räumliche Strömung. Hierzu
werden zwei Sttromungen übereinandergelagert: eine Umlaufströmung angenähert nach
dem Gesetz (r. = konstant), wobei v, die Umfangsgeschwindigkeit des Gemisches im
Abstand r von der Umdrehungsachse ist, und eine in Radialebenen verlaufende, der
Hauptsache nach axiale Strömung.
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Es sind schon Vorrichtungen bekannt, die unter Verwendung einer derartigen
räumlichen Strömung die spezifisch schwereren Teilchen des Gemisches auszuscheiden
suchen.
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Dabei wird letzteres unmittelbar hinter einer zur Einleitung einer
Drehbewegung dienenden, an sich bekannten Leitvorrichtung durch eine in der Stromrichtung
sich verjüngende glattwandige Düse geleitet und im engsten Düsenquerschnitt an einem
Ringspalt oder an Schlitzen vorübergeführt. Sofern die auszuscheidenden Teilchen
Zeit gefunden haben, vor Eintritt in den engsten Düsenquerschnitt dieDüsenwand zu
erreichen, werden sie durch die Öffnungen in dieser Wand den Strom zu verlassen
suchen. Trotz der im Mittelwert hohen Winkelgeschwindigkeit des Stroms wird dies
nur einem Teil des Ausscheidegutes gelingen. Denn in der Grenzschichte in der Wandnähe
fällt die Umfangsgeschwindigkeit und damit die Fliehkraft infolge der Wandreibung
sehr schroff ab. Auch kann die axiale
Geschwindigkeit im engsten
Düsenquerschnitt so hoch sein, daß die verfügbare Zeit für den radialen Austritt
eines Teilchens zu kurz bemessen ist. Hierzu kommt noch die Gefahr der Verstopfung
enger Austrittsöffnungen inder Düsenwand; wenn es sich um derberes, klebriges oder
flockiges Schleudergut. handelt.
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Es sind auch Abscheidevorrichtungen bekannt, bei denen das zu trennende
Gemisch durch konzentrisch angeordnete Leitkanäle auf schraubenförmigen Bahnen in
eine Abscheidekammer entlassen wird, wobei im Achsenschnitt der Vorrichtungen die
einzelnen Leitkanäle nach der Abscheidekammer hin, und zwar in Richtung auf deren
Wände, verengend verlaufen, und außerdem die Mitteil linien der Leitkanäle nach
der Abscheidekammerwand hin divergierend verlaufen. In solchen Vorrichtungen strebt
das Gemisch beim Eintritt in die Abscheidekammer mit hoher Geschwindigkeit der Abscheidekammerwand
zu, in deren Nähe es seine Beimengungen abgeben soll; anschließend daran muß es
dann in schroffer Richtungsänderung radial nach innen abgelenkt und abgezogen werden.
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Da aber in jeder Wandnähe vor allem die Umlaufströmung stark abgebremst
wird, sin-Iien dort auch die Fliehkräfte, und es besteht die Gefahr, daß bereits
ausgeschiedene Beimengungen von der Wand wieder aufgewirbelt werden und in den abziehenden
Gasstrom gelangen. Auch leidet mit Rücksicht auf die erwähnten schroffen Richtungswechsel
die erwünschte rechnerische und tatsächliche Beherrschung des ganzen Strömungsvorganges
um so mehr, je größer die nach außen gerichteten radialen Strömungskomponenten beim
Eintritt in die Abscheidekammer sind.
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Bei der vorliegenden Erfindung sind solche radial nach außen gerichtete
Komponenten im Eintrittsquerschnitt in die Abscheidekammer vermieden. Im übrigen
vermeidet sie die erwähnten Nachteile wie folgt: Das Gemisch wird zunächst auf bekannte
Art, z. B. in einer spiraligen Einlaufkammer, durch Leitschaufeln oder dadurch eine
Verbindung dieser beiden Mittel, in eine Umlaufströmung übergeführt.
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Es gelangt dann aber nicht in eine voll und glattwandige Düse mit
Austrittsöffnungen an der engsten Stelle, es tritt vielmehr als freier, gerader,
um seine Fortbewegungsachse sich drehender Strahl in einen Raum über, dessen Querschnittsform
und Wandbeschaffenheit belanglos ist. Die Größe des Ouerschnitts senkrecht zur Umdrehungsachse
des Strahls wird so bemessen, daß eine etwaige Umlaufbewegung der flüssigen Umgebung
des Strahls auf eine für die Ausscheidung ungefährliche Große abklingen kann. Die
axiale Länge des Raumes aber richtet sich nach der Forderung, allen auszuscheidenden
Teilchen genügend Zeit zu geben, aus dem Strahl in die Umgebung überzutreten, um
sich dort abzusetzen. Diese wichtige Forderung wird durch den Wegfall der Düsemvand
voll erfüllt: Jedes an den Strahlrand vorgedrungene Teilchen kann unbehindert in
den Absetzraum übertreten, ohne erst auf eine Austrittsöffnung warten zu müssen
und dort außerdem noch Gefahr zu laufen, wegen der zu kurzen verfügbaren Zeit den
Austritt zu verpassen.
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Die neuartige Art der Behandlung des Gemisches hinter dem Leitapparat
vermeidet aber insbesondere auch das Abbremsen der Strömung an einer festen Wand.
Die Fliehkraft kann sich vielmehr gerade an der kritischen Stelle voll entfalten
beim Übertritt eines Teilchens aus dem Strahl in dessen flüssige Umgebung. Dabei
wird auch die Verstopfungsgefahr vermieden und der Kraftverbrauch günstig beeinflußt,
weil an die Stelle der Wandreibung innere Flüssigkeitsreibung tritt.
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Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Vorrichtung
bei spielsweise schematisch dargestellt. Abb. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine
einfache Ausführungsform, Abb. 2 eine Einzelheit dazu, Abb. 3 einen Längsschnitt
und Abb. 4 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform.
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Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuser von beliebigem Querschnitt;
list die Eintrittsstelle, II die Austrittsstelle des zu reinigenden Gemisches. Durch
eine blendenartige Querwand W1 in A wird eine Einlaufkammer gebildet, in der dem
Gemisch durch bekannte Mitte, z. B. durch einen Leitapparat (wie in Abb. 1 und 2)
oder durch tangentialen Zulauf (wie in Abb. 3 und ) oder durch eine Vereinigung
dieser beiden Mittel eine Drehbewegung um die Längsachse von A aufgezwungen wird.
Das sehr rasch umlaufende Gemisch verläßt die Einlaufkammer durch eine konzentrische
kreisförmige öffnung ei in m und tritt als freier, um seine Fortbewegungsachse sich
drehender Strahl in die dahinter liegende Kammer von =4, wo der Strahl auf seinem
Weg nach II eine lediglich hydrodynamischen Gesetzen folgende Gestalt annimmt. Eine
etwaige Umlaufbewegung der flüssigen Strahlumgebung als Folge der Flüssigkeitsreibung
zwischen Strahl und Umgebung klingt nach außen rasch ab. Unterstützt kann dieses
Abklingen durch eine oder einige Längsrippen in A werden, wie sie in Abb. 3 und
4 mit R bezeichnet sind.
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In Abb. I bezeichnet noch J einen von den Leitschaufeln L getragenen
Kernkörper, der die Strahlbildungbei B erleichtern soll. 1V2 mit dem konzentrischen
Ausschnitt 0.. ist eine
Querwand in A, die einen Sammelraum in A
für das ausgeschiedene Gut bildet, das dann durch eine Stutzen D in Pausen oder
dauernd ausgeschleust wird.
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In Abb. 3 und 4 sind W2, W5... blendenartige Querwände von A, die
bei stark belasteten Vorrichtungen (sehr starker Drehbewegung des Strahls) ebenfalls
die Umlaufbewegung in der flüssigen Strahlumgebung mildern sollen und außerdem den
Strahl selbst wirksam beruhigen, wenn er bei sehr hohen Geschwindigkeiten Neigung
zum Flattern zeigt.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist nun folgende: Unter der Wirkung
eines auf beliebige bekannte Art erzeugten Druckunterschiedes zwischen und II des
feststehenden Gehäuses A tritt die zu trennende Mischung in die Einlaufkammer, wird
hier auf bekannte Art in rasche Drehung versetzt und gelangt durch die Öffnung 0,
der Blende W, in die dahinterliegende Kammer von A. Hier, in der eigentlichen Ausscheidungszone,
können alle auszuscheidenden Teilchen unter der Einwirkung der Fliehkraft zunächst
den Strahlrand erreichen und unbehindert durch eine feste Wand den Strahl auf seiner
ganzen Länge sofort verlassen.
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Die Teilchen werden infolge der ihnen innewohnenden lebendigen Kraft
oder durch die Fliehkraft in einer etwaigen Umlaufströmung weit über den Strahlrand
hinausgetragen, sie setzen sich in dem reichlich bemessenen Gehäuser oder in den
von den Blenden W,, ....... gebildeten Zellen ab und sind dort vor der Gefahr geschützt,
wieder aufgewirbelt und wieder in die Strömung gerissen zu werden.
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Dem gereinigten Strahl kann durch bekannte Mittel in der Vorrichtung,
z. B. durch Querschnittserweiterung oder durch eine dem Pumpenspiralgehäuse nachgebildete
Auslaufkammer wieder ein Teil seiner Bewegungsenergie entzogen werden.