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Die
vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand einen pneumatischen Abscheider
mit zentrifugaler Wirkung, vorgesehen, ein gekörntes Material in einen feinen
Bruch und einen groben Bruch zu sortieren, und umfassend einen Rotor
mit vertikaler Achse, der mit Schaufeln versehen ist, die regelmäßig auf seinem
Umkreis verteilt sind, die Leitflügel, die um den Rotor angeordnet
sind, folgend den Zeugenden eines fiktiven Zylinders und geeignet,
einem Luft- oder ähnlichem
Gasstrom, der in den besagten fiktiven Zylinder eindringt, eine
Drehbewegung um die Achse des besagten Zylinders zu verleihen, und
einen Mantel, in dem der Rotor und die Leitflügel eingeschlossen sind und
der mit einem oder mehreren Einlässen
für die
Luft und für
das zu sortierende Material, mit einem Auslaßrohr, das über oder unter dem Rotor angeordnet
ist und durch das der mit der feinen Fraktion des Materials beladene
Luftstrom gesaugt wird, und mit wenigstens einem Ausgang für die grobe
Fraktion versehen ist, wobei die Luft in den Rotor an seinem Umkreis
durch die Kanäle,
die zwischen den Schaufeln gebildet sind, eindringt und im Inneren des
Rotors in Richtung auf das Auslaßrohr strömt.
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In
einem Abscheider dieser Art können
das zu sortierende Material und der Luftstrom getrennt in das Innere
des Raums mit ringförmigem
Querschnitt, der durch die Leitflügel und den Rotor abgegrenzt
ist, eingeführt
werden, oder das zu sortierende Material kann in Suspension in den
Luftstrom gebracht werden, bevor dieser in den besagten Raum durch
die Flügel
aufgenommen wird; der Luftstrom dringt danach in den Rotor ein und
wird durch die Austrittsöffnung
abgeleitet.
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In
beiden Fällen
unterliegen der Luftstrom und das zu sortierende Material einer
Drehung um die Achse des Rotors im Raum mit ringförmigem Querschnitt,
der zwischen dem Rotor und den Leitflügeln eingeschlossen ist. Die
Partikel, die den groben Bruch des Materials darstellen, werden
durch die Zentrifugalkraft, die durch diese Drehung verursacht wird,
gegen die Leitflügel
geschleudert, und fallen durch die Schwerkraft in einen Sammeltrichter,
der mit einer Ablaßöffnung ausgerüstet ist,
während
die Partikel, die den feinen Bruch darstellen, von dem Luftstrom
durch den Rotor und durch die zentrale Austrittsöffnung getrieben werden.
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Der
getrennte feine Bruch enthält
fast alle Partikel, deren Größe kleiner
ist als eine erste Abmessung, während
der grobe Bruch fast alle Partikel enthält, deren Größe größer ist
als eine zweite Abmessung, die größer ist als die erste. Außerdem enthalten die
beiden Brüche
Partikel, deren Größe zwischen
den ersten und zweiten Abmessungen liegt. Das äußert sich in einer Teilungskurve,
die zwei im wesentlichen horizontale Abschnitte umfaßt, die durch
einen schrägen
Abschnitt verbunden sind, dessen Gefälle den Abscheider kennzeichnet.
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Die
Verteilung der Partikel mit der Zwischengröße in den einen oder anderen
Bruch kennzeichnet die Genauigkeit der Trennung des Abscheiders.
Im allgemeinen versucht man, durch Konstruktion eine Trennung zwischen
den beiden Brüchen
zu erhalten, die so deutlich wie möglich ist, das heißt, den
Abstand zwischen den ersten und zweiten Abmessungen zu reduzieren,
was sich in einer Teilungskurve mit steilem Gefälle äußert.
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In
bestimmten Fällen
muß das
Produkt, das man zu erhalten versucht, eine Kornverteilung haben,
die sich von jener des feinen oder groben Bruchs unterscheidet,
der mit Hilfe eines Abscheiders dieser Art erhalten ist. Das ist
insbesondere der Fall von Zement, der durch Brechen mittels Verdichtung
von Klinker erhalten ist. Bis jetzt bestand die Lösung, um
dieses Problem zu lösen,
allein darin, zwei Abscheider zu benutzen, die in Serie oder parallel
angeordnet und für
unterschiedliche Trennungsabmessungen geregelt sind. Diese Lösung ist
kostspielig.
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Zum
Beispiel beschreibt die
DE 90
17 176 einen Windabscheider mit zentrifugaler Wirkung,
in dem die Luft in mehrere Ströme
getrennt wird. Nach einer ersten Variante umfaßt der Abscheider eine Rotorgesamtheit,
bestehend aus vier koaxialen Einheiten, die dieselbe Drehgeschwindigkeit
haben. Es ist nicht möglich,
die Geschwindigkeit und/oder die Flußmenge der verschiedenen Luftströme untereinander
zu regeln. Nach einer anderen Variante umfaßt der Abscheider zwei unabhängige Rotoren,
was eine kostspielige und schwieriger zu verwirklichende Lösung darstellt.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Abscheider der
betreffenden Art derart zu verbessern, daß es möglich wird, das Gefälle der
Teilungskurve einfach anzupassen, das heißt, die Kornverteilung der
Partikel, deren Größe zwischen
den ersten und zweiten Abmessungen eingeschlossen ist, zu ändern.
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Der
Abscheider, der Gegenstand der Erfindung ist, ist dadurch gekennzeichnet,
daß er
einen einzigen Rotor umfaßt,
der in Sektoren geteilt ist, und dadurch, daß die Luft, die im Rotor zwischen
dem Eingang und dem Auslaßrohr
strömt,
in wenigstens zwei verschiedene Ströme geteilt ist, und dadurch, daß der Rotor
mit Mitteln zur Einstellung der Geschwindigkeit und/oder der Flußmenge von
wenigstens einem der Ströme
ausgestattet ist.
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Wenn
die Geschwindigkeiten der beiden Luftströme in den Kanälen, die
zwischen den Schaufeln des Rotors ausgeführt sind, auf unterschiedliche Werte
eingestellt sind, werden die Widerstandskräfte, die durch die beiden Ströme auf eine
Partikel mit bestimmter Masse und Abmessungen ausgeübt werden,
verschieden sein; in den Kanälen,
wo der Luftstrom mit begrenzter Geschwindigkeit strömt, wird sich
das Gleichgewicht zwischen den Widerstandskräften und den Zentrifugalkräften, das
der theoretischen Teilungsmasche entspricht, für eine kleinere Abmessung der
Partikel ergeben als jene, für
die dieses Gleichgewicht in den anderen Kanälen zustande kommen wird, wo
die Geschwindigkeit der Luft größer ist.
Alles wird sich also ereignen, als ob man zwei parallel geschaltete
Abscheider hätte,
die unterschiedliche Teilungsmaschen haben; regelnd die Geschwindigkeiten
der Luftströme,
wird man die Teilungsmaschen und folglich die Kornverteilung der Partikel
im Endprodukt einstellen können.
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Die
Mittel zur Einstellung der Geschwindigkeit und/oder der Flußmenge der
Luftströme
können durch
Mittel gebildet werden, um den Eingangsquerschnitt von wenigstens
einigen Kanälen
variieren zu lassen, die zwischen den Schaufeln des Rotors ausgeführt sind,
und/oder durch Mittel, um den Querschnitt des Durchgangs der Öffnungen
variieren zu lassen, durch die der Luftstrom dem Rotor entweicht.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsart
ist der Rotor durch radial angeordnete vertikale Trennwände in Sektoren
geteilt, und jeder Sektor steht mit der Austrittsöffnung der
Luft durch eine Öffnung
in Verbindung, die mit Mitteln zur Einstellung des Querschnitts
des Durchlasses versehen ist, die zum Beispiel durch Schwenkklappen
oder Diaphragmen gebildet sein können;
bei dieser Ausführungsart üben die
radialen Trennwände
die Antiwirbelfunktion des zweiten Schaufelsatzes des Abscheiders,
der Gegenstand des französischen
Patents N° 90
01673 auf den Namen des Antragstellers ist, aus.
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Um
den Querschnitt der zwischen den Schaufeln des Rotors geformten
Kanäle
variieren zu lassen, kann man Platten benutzen, die sich in den besagten
Kanälen
befinden, wobei jede Platte zum Beispiel durch Drehung um eine Achse,
die zur Achse des Rotors parallel ist, zwischen einer ersten Position,
wo sie fast den ganzen Querschnitt des jeweiligen Kanals frei läßt, und
einer zweiten Position, wo sie den Kanal fast gänzlich abdichtet, beweglich
sei.
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Man
kann zum Beispiel am Ausgang des Kanals zwei Platten anbringen,
die auf einer vertikalen Achse drehbar gelagert sind, die sich in
der Mittelebene des Kanals befindet, wobei diese Platten durch einen
angemessenen Mechanismus aus einer ersten Position, wo sie gegeneinander
gepreßt
sind und sich fast in der besagten Mittelebene befinden, in eine zweite
Position geführt
werden können,
wo ihre freien Enden gegen das Ende der Schaufeln anschlagen, die
den Kanal abgrenzen.
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Als
Variante können
einige Schaufeln des Rotors um die vertikale Achse derart verstellbar
sein, daß sich
ihre Enden auf einer benachbarten Schaufel abstützen können, um den Kanal abzudichten,
den sie abgrenzen.
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Eine
weitere Lösung
besteht darin, die Schaufeln aus zwei Teilen, einem festen Teil
und einem beweglichen, durch Drehung um eine vertikale Achse verstellbaren
Teil auszuführen.
Zum Beispiel kann die eine der Flächen der Schaufel fest und
die andere beweglich und geeignet sein, um eine vertikale Achse
zu schwenken, die sich in der Nähe
des Umkreises des Rotors befindet, um sich auf der benachbarten
Schaufel abstützen
zu können,
um den Kanal abzudichten, den sie bilden. Nach einer weiteren Ausführungsart
kann der äußerlich
radiale Teil der Schaufel fest und ihr innerer Teil rotierend sein,
wobei die beweglichen Teile zweier benachbarten Schaufeln in Anschlag
gegeneinander gebracht werden können,
um den Kanal abzudichten, der durch die beiden Schaufeln abgegrenzt
ist.
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Die
weiteren Eigenschaften des Gegenstands der Erfindung werden beim
Lesen der Beschreibung erscheinen, die folgt und sich auf die begleitenden
Zeichnungen bezieht, zeigend als ein nicht einschränkendes
Beispiel mehrere Ausführungsformen
der Erfindung. Es zeigen in diesen Zeichnungen:
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1,
eine Ansicht im diametralen Querschnitt eines Rotors des Abscheiders
nach der Erfindung.
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2,
eine Ansicht von oben des Rotors von 1, wobei
der Ring, der teilweise den Rotor an seinem oberen Teil schließt, von
der Hälfte
des Rotors weggenommen ist.
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3,
eine Ansicht in größerem Maßstab von
einem Detail des Rotors.
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4 und 5,
Ansichten ähnlich
wie in 3, veranschaulichend die Ausführungsvarianten.
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6,
eine Ansicht im diametralen Querschnitt von einem anderen Rotor
des Abscheiders nach der Erfindung, und
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7,
die Teilungskurven eines klassischen Abscheiders und des Abscheiders,
der Gegenstand der Erfindung ist.
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Der
Abscheider, der Gegenstand der Erfindung ist, ist von der Art, die
im französischen
Patent Nr. 90.01673 beschrieben ist, worauf man für mehr Einzelheiten
verweisen kann. Wie weiter oben beschreiben ist, umfaßt er einen
Rotor mit vertikaler Achse, die Leitflügel, die um den Rotor angeordnet sind,
und einen Mantel, der den Rotor und die Leitflügel umfaßt und mit einem oder mehreren
Einlässen für das zu
sortierende Material und für
den Luftstrom, einem oder mehreren Ausgängen für die grobe Fraktion und einer
zentralen Austrittsöffnung
für den
mit der feinen Fraktion des Materials beladenen Luftstrom versehen
ist.
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Der
Rotor 10 ist am unteren Ende einer vertikalen Welle 11 befestigt,
die über
Wälzlager
in einem röhrenförmigen Träger 12 gelagert
ist, der an der Decke des Mantels des Abscheiders befestigt ist. Die
Welle ist an einer Steuergruppe mit veränderlicher Geschwindigkeit
zusammengefügt,
erlaubend, den Rotor mit der erwünschten
Geschwindigkeit drehen zu lassen.
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Der
Rotor umfaßt
eine große
Anzahl vertikaler Schaufeln 14, die auf seinem Umkreis
regelmäßig beabstandet
sind, und deren untere und obere Enden beziehungsweise an einem
Boden 16 und an einem Ring 18 befestigt sind.
Eine zylindrische Hülse 20,
die auf dem inneren Rand des Rings 18 befestigt ist, bildet
einen Ausgangsdurchlaß für die Luft,
die mit den Partikeln geringer Abmessungen beladen ist, die in den
Rotor durch die Kanäle 15 eingedrungen
sind, die zwischen den Schaufeln 14 ausgeführt sind.
Diese Hülse
verbindet sich durch eine Ringdichtung mit dem unteren Ende eines
Auslaßrohres 22,
das die Decke des Mantels des Abscheiders durchquert.
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Das
Innere des Rotors ist durch vier radial angebrachte vertikale Trennwände 24 in
vier gleiche Sektoren geteilt. Diese Trennwände sind auf dem Boden 16,
auf dem Ring 18 und auf einem Ring 26 befestigt,
der den unteren Teil des röhrenförmigen Trägers 12 umschließt und er
selbst auf dem Boden 16 befestigt ist.
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Die
durch den Ring 18 und die Hülse 26 abgegrenzte
Ausgangsöffnung
ist zum Teil durch die Schwenkklappen 28 abgedichtet (zwei
pro Sektor nach der dargestellten Ausführungsart). Jede Klappe ist
an einer Welle 30 befestigt, die an den Lagern montiert
ist, die am Ring 18 und an der Hülse 26 befestigt sind.
Ein Viereck, vorgesehen am äußerlichen Ende
von jeder Welle 30, erlaubt, die Orientierung der Klappen
und folglich den Querschnitt der Ausgangsöffnung der jeweiligen Sektoren
zu regeln, und ein Verriegelungssystem erlaubt, die Klappen in der erwünschten
Position nach der Einstellung zu halten.
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In
dem Sektor des Rotors, der auf dem unteren linken Teil der 2 dargestellt
ist, ist eine von zwei Schaufeln 14 aus einem festen Teil 31,
der die aktive Seite bildet, und einem beweglichen Teil 32, der
um eine vertikale Achse 33 verstellbar ist, die sich in
der Nähe
der Vorderkante der Schaufel befindet, gebildet (siehe 3).
Dieser Teil 32 ist zwischen einer ersten Position (die
in der 3 durch eine ausgezogene Vollinie dargestellt
ist), wo sie gegen den festen Teil 31 der Schaufel gepreßt ist,
derart, um den Eingang des Kanals 15 frei zu lassen, und
einer zweiten Position (dargestellt mit strichpunktierten Linien), wo
sie diesen Eingang gänzlich
abdichtet, verstellbar. Die Orientierung der beweglichen Teile der Schaufeln
kann individuell oder nach Gruppen gesteuert werden. Diese Schaufeln
aus zwei Teilen müssen
auf dem Umkreis des Rotors derart verteilt werden, daß dieser
letztere ausbalanciert ist. Man kann zum Beispiel damit zwei diametral
entgegengesetzte Sektoren des Rotors ausstatten.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsart
der Mittel zur Abdichtung einiger Kanäle 15 des Rotors. Nach
dieser Variante sind die beiden Schaufeln, die einen Kanal abgrenzen,
aus zwei Teilen gebildet, einem äußerlichen
Teil 31',
der starr an der Struktur des Rotors befestigt ist, und einem unteren
Teil 32', der
geeignet ist, sich um eine vertikale Achse 33' zu schwenken.
Ein nicht dargestellter Steuermechanismus erlaubt, den beweglichen
Teil 32' von
jeder Schaufel zwischen zwei Positionen, einer ersten Position,
die in 4 mit ausgezogener Vollinie dargestellt ist, wo
die Teile 31' und 32' in der Verlängerung hinsichtlich
einander sind und der Kanal 15 gänzlich frei ist, und einer
zweiten Position, die mit gemischter Linie dargestellt ist, wo die
freien Enden der Teile 32' der
beiden Schaufeln gegeneinander anschlagen und der Kanal 15 abgedichtet
ist, zu verschieben.
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In
der Variante von 5 sind die Mittel zur Abdichtung
der Kanäle
durch Paare vertikaler Platten 40 gebildet, die im Inneren
des Rotors gesetzt sind, wobei die beiden Platten eines Paares durch
ihren inneren Rand auf der gleichen vertikalen Achse 42 gelenkig
verbunden sind, die sich in der Mittelebene des Kanals befindet.
Ein Nocken 44, der zwischen den beiden Platten gesetzt
ist und durch einen angemessenen Mechanismus gesteuert wird, erlaubt,
die beiden Platten zu in Abstand zu bringen, um ihr freies Ende
gegen die Schaufeln 14 in Anschlag zu bringen und den Ausgang
des Kanals 15 abzudichten, wie in der Figur mit ausgezogener
Linie dargestellt ist. Wenn man den Nocken drehen läßt, um ihn
in die Mittelebene des Kanals zu führen, werden die Platten 40 durch
die Zentrifugalkraft gegen den Nocken gepreßt, wie in der Figur mit gemischten
Linien dargestellt ist, und der Ausgang des Kanals 15 ist
fast gänzlich
frei.
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Nach
einer weiteren, nicht dargestellten Variante könnten einige Schaufeln 14 verstellbar
sein, indem sie derart montiert sind, daß sie sich am Rotor um die
vertikalen Achsen drehen können,
die sich in der Nähe
ihrer Vorderkante befinden, und gegen die benachbarten festen oder
verstellbaren Schaufeln anschlagen zu können, um die entsprechenden
Kanäle 15 abzudichten.
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Im
Betrieb ist der Abscheider in einem offenen oder geschlossenen Kreislauf
eingegliedert, wo ein Gasstrom, zum Beispiel ein Luftstrom, strömt. Der Luftstrom
dringt in den Rotor ein, und teilt sich in genauso viel einfache
Ströme,
wieviel Kanäle 15 es
zwischen den Schaufeln 14 gibt. Am Ausgang der Kanäle gruppieren
sich diese einfachen Ströme
in jedem Sektor des Rotors in vier sekundären Strömen zusammen, die durch die
Ausgangsöffnung
entweichen, die durch den Ring 18 und die Hülse 26 abgegrenzt
ist. Wenn alle Klappen 28 in vertikaler Position sind und
wenn alle Kanäle 15 offen
sind, sind die Flußmengen
der vier sekundären
Ströme
gleich, und die Geschwindigkeiten der einfachen Ströme sind gleich;
das Funktionieren des Abscheiders ist dasselbe wie jenes eines klassischen
Abscheiders.
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Wenn
man einen Teil der Kanäle 15 in
einem der Sektoren des Rotors abdichtet und gleichzeitig teilweise
die Klappen 28 in den anderen Sektoren schließt, damit
der Luftstrom sich in zwei unterschiedliche Ströme teilt, so daß die Flußmenge,
die jeden der Sektoren durchquert, dessen Klappen 28 geschlossen
sind, kleiner ist als die Flußmenge,
die den Sektor durchquert, dessen Klappen offen sind, wird die Geschwindigkeit
der Luft in den offen gebliebenen Kanälen 15 des ersten
Sektors aus diesen beiden Gründen
größer sein
können
als in den Kanälen der
anderen Sektoren. Da die Widerstandskräfte, die sich auf die Partikel
ausüben
und sich der Zentrifugalkraft in den Kanälen 15 widersetzen,
von der Geschwindigkeit der Luft abhängen, während die Zentrifugalkräfte nur
von der Drehgeschwindigkeit des Rotors abhängen, wird die Abmessung der
Partikel, für welche
die Schleuder- und Widerstandskräfte
ausgeglichen sind (theoretische Teilungsmasche), im ersten Sektor
größer sein
als in den anderen. Alles ereignet sich also, als ob man zwei parallel
geschaltete Abscheider hätte,
die mit unterschiedlichen Teilungsmaschen arbeiten und deren feine
Brüche
an dem Ausgang des Abscheiders vermischt würden. Indem der Querschnitt
des Lufteingangs in einem oder mehreren Sektoren des Rotors angepaßt wird,
und der Luftdurchsatz, der in den verschiedenen Sektoren strömt, geregelt
wird, kann man zwei unterschiedliche Teilungsmaschen auswählen oder
mehr, erlaubend, in einem bestimmten Bereich die erwünschte Kornverteilung
zu erhalten.
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7 zeigt
als Beispiel die Teilungskurven eines klassischen Abscheiders für zwei Teilungsmaschen
und eines Abscheiders nach der Erfindung. Die Teilungskurve gibt
das Gewichtsverhältnis,
ausgedrückt
in %, der Partikel mit bestimmter Größe im groben Bruch an; man
würde für den feinen
Bruch eine umgekehrte Kurve erhalten. Für die Abmessungen der Partikel
unter 20 μm
und über
200 μm sind die
drei Kurven zusammenlaufend. Im Bereich 20–200 μm entspricht die Kurve in Strichlinie
einem klassischen Abscheider, dessen theoretische Teilungsmasche
bei 50 μm
liegt, jene punktierte entspricht einem klassischen Abscheider,
dessen theoretische Teilungsmasche bei 105 μm liegt. Die Kurve mit ausgezogener
Vollinie ist mit dem Abscheider nach der Erfindung erhalten; man
sieht, daß ihr
Gefälle
schwächer
als jenes der klassischen Abscheider ist, was bedeutet, daß im Bereich
20–200 μm die Körnung mehr
ausgebreitet ist.
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Die
Erfindung erlaubt also, eine Teilungskurve mit einstellbarem Gefälle zu haben
und folglich ein Endprodukt zu erhalten, das in einem bestimmten Kornbereich
die erwünschte
Kornverteilung hat, einwirkend sowohl auf die Geschwindigkeit des
Rotors und die Orientierung der Leitflügel, einerseits, als auch auf
die Positionen der Klappen 28 und die Einstellung des Querschnitts
der Kanäle 15,
andererseits.
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Anstatt
durch radiale Trennwände
in Sektoren geteilt zu werden, könnte
der Rotor wie in 6 gezeigt geplant sein, und
in zwei Teile 46, 48 durch eine horizontale Trennwand 50 geteilt
werden, die sich zum Beispiel in halber Höhe befindet, wobei eine Öffnung 52,
die in der oberen Wand des Rotors vorgesehen ist, den oberen Teil
des Rotors mit dem Auslaßrohr
der Luft 22 des Abscheiders in Verbindung bringt, und ein
Ring 54, dessen Durchmesser kleiner ist als jener der besagten Öffnung 52,
mit einer zentralen Öffnung 56 der
Trennwand verbunden ist, und einen Durchlaß 55 abgrenzt, indem
er den unteren Teil des Rotors mit dem Auslaßrohr 22 durch die
erste Öffnung
in Verbindung bringt. Der Rotor ist mit Mitteln wie die in 3, 4 und 5 veranschaulichten
versehen, um einige der Kanäle
abzudichten, die zwischen den Schaufeln auf wenigstens einem Teil
ihrer Höhe
ausgeführt
sind, und mit Mitteln wie die Klappen 28, um wenigstens
eine der Ausgangsöffnungen
zu regeln. Nach demselben Grundsatz könnte der Rotor zusätzlich in
zwei übereinanderlegte
Teile geteilt werden. Man könnte
sogar die horizontale Trennwand oder die horizontalen Trennwände abschaffen,
wobei die Trennung der Luft in zwei oder mehrere Ströme im Rotor
sich von der Anordnung eines Verlängerungsrohrs oder mehrerer
Verlängerungsrohre
ergeben wird, die an der Achse des Rotors gesetzt sind.
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Die
Mittel, die sich von den Schwenkklappen unterscheiden, zum Beispiel
Diaphragmen, könnten benutzt
werden, um den Querschnitt der Ausgangsöffnungen des Rotors zu regeln.
Es ist selbstverständlich,
daß diese Änderungen
und all andere, die unter Einsatz von äquivalenten technischen Mitteln
in die beschriebenen Ausführungsformen
gebracht werden können,
im Rahmen der Erfindung hineingehen.