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Zentrifuge der Umlauftrommelart zum Aussondern mitgeführter Teilchen
aus einem Gas strom
Die Erfindung betrifft Zentrifugen von der Art umlaufender Trommeln
zur Absonderung mitgeführter Teilchen aus einem Gasstrom und im besonderen eine
Zentrifuge, die aus einer Mehdieit konzentrischer, im Abstand voneinander umlaufender
Trommeln besteht, zwischen welchen das zu reinigende Gas axial durchfließt und von
der Umlaufbewegung miterfaßt wird, wobei sich die ausgesonderten Teilchen an den
Trommeln ablagern und von dort durch Kratzeinrichtungen entfernt werden.
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Es ist bereits eine Zentrifuge mit an der Innentrommel in jedem Trommelzwischenraum
befestigten Kratieinrichtungen bekannt, die durch die Fliehkraft reibend an die
Außentrommel angedrückt werden. Einet kleine Reblativbewegunlg zwischen den zwei
Trommeln wird dabei durch eine Klinkeneinrichtung mittels eines hin und her gehenden
Gliedes erzielt, wobei sich die äußere Trommel schrittweise um die innere Trommel
bewegt. Der Zweck der Erfindung ist nun, eineVerbesserung der Gaszentrifuge zu schaffen
und im besonderen eine vlerbesserte Reinigungsarbeit zu erzielen, die im Betrieb
zuverlässiger ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Rotor einer Zentrifuge
oben beschriebener Art zwei wechselweise ineinandergesteckte Systeme von Trommeln,
von denen das eine vom einen Ende des Rotors und das andere vom anderen Ende her
angetrieben wird; die beiden Systeme werden mit leicht unterschiedlicher Geschwindigkeit
angetrieben und arbeiten mit Kratzgliedern zusammen.
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In Gaszentrifugen, in welchen sich der Rotor aus einer Mehrheit von
radial im Abstand gehaltenen und um eine Drehachse umlaufenden Windungen zusammensetzt,
ist die Geschwindigkeit dles Gases in axialer Richtung klein im Verhältnis zur Rotorgeschwindigkeit,
und deshalb ist auch der Druckabfall in den Trommeizwischenräumen sehr klein, etwa
von der Größe 1 mm Wassersäule bei einer Rotorgeschwindigkeit von 4 m/sec. Andererseits
hat das verunreinigte Gas beim Eintritt in die Zentrifuge eine erhebliche kinetische
Energie, weil dem Gas eine dem Rotorlauf entsprechende Geschwindigkeit mitgeteilt
wird. Wenn n die Rotorgeschwindigkeit 30 m/sec beträgt, entspricht die kinetische
Energie einem Stand von 45 mm Wassersäule.
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Zufolge, des Umstandes, daß sdie einzelnen Trommeln an radial verschiedenen
Stellen liegen, ist ihre Umfangsgeschwindigkeit auch dlann verschieden, wenn n sie
mit gleicher Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Es hat sich als schwierig herausgestellt,
zudem einströmenden Gas eine Geschwindigkeit zu erteilen, die mit der Trommelgeschwindigkeit
ungefähr übereinstimmt, was aber eine -wesentliche Bedingung für die tatsächliche
Wirksamkeit des Gasreinigers ist. Wenn dem Gas beim Eintritt eine Umlaufbewegung
durch ein spiralig geformtes Gehäuse oder durch axiale Leitschaufeln gegeben wird,
so wird die (Umfangsgeschwindigkeit bei der Bewegung vom Umfang zur Achse des Rotors
nach dem gesetze konstanter Bewegungsmomente wachsen.
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Andererseits wächst die Umlaufgeschwindigkeit in entgegengesetzter
Richtung, d. h. je weiter weg von der Rotorachse die Bewegung erfolgt.
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Man hat schon vorgeschlagen, die Differenz der Umlaufgeschw, indi,
gkeiten zwischen Gas und Rotor an verschiedenen Radialpunkten durch besondere, am
Rotor angebrachte Leitschaufeln auszugleichen.
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Wenn aber das Gas durch diese Leitschaufeln abgelenkt wird, so wird
der Ueberschuß der Umlaufkomponente in Axialgeschwindigkeit durch den Rotor hindurch
umges:etzt, - wodurch erhebliche Geschwindigkeitsdifferenzen in diesem hervorgerufen
werden können.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält
eine Zentrifuge (für die Absonderung mitgeführter Teilchen aus einem Gasstrom mit
einem Rotor, der aus Wänden oder Trommeln zusammengesetzt ist, die sich um die Rotorachse
als Mehrheit von radial im Abstand gehaltenen Windungen erstrecken, deren Zwischenräume
vom Gas sowohl mit axialer als auch umlaufender Bewegung durchflossen werden) Platten,
die im wesentlichen radial zum Rotor angeordnet sind, mit einer Geschwindigkeit
umlaufen, die derjenigen des Rotors im wesentlichen gleich ist, und an der Einlaßseite
der Wandzwlischenräume angeordnet sind. Diese Platten erteilen dem Gas bei dessen
Eintritt in die genannten Zwischenräume eine Geschwindigkeit, die an den verschiedenen
Radialpunkten im wesentlichen die gleiche ist wie die Umfangsgeschwindigkeit der
in gleicher Radialentfernung von der Rotorachse befindlichen Wandung.
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Die Erfindung ist in der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung noch
weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. I einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäß
gestaltete Gaszentrifuge (geführt nach Linie I-I in Fig. 2), Fig. 2 einen Radialschnitt
der Zentrifuge nach Fig. I (dort nach Linie II"II geführt), Fig. 3 die ebene Abwicklung
einer Trommel mit ihren Kratzgliedern, Fig. 4 Teile von drei Trommeln mit ihren
Kratzern aus dem Schnitt nach Fig. 2 aber in einem vergrößerten Maßstab (zugleich
einen Teilschnitt nach Linie IV-IV in Fig. 5), Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V
in Fig. 4, Fig. 6 einen Teil des Rotors aus zudem Schnitt nach Fig. I, aber in einem
vergrößerten Maßstab, Fig. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII in Fig. 6.
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Nach Fig. I ist das feststehende Gehäuse 10 der Zentrifuge vorzugsweise
an oberster Stelle mit einem Gaseinlaß 12 und einem Gasauslaß 14 versehen, von denen
jeder in einen schraubenförmigen Gang I6 bzw. I8 an den Seitenteilen des Gehäuses
übergeht. In letzterem ist drehbar eine Welle 20 eingebaut, die beispielsweise durch
eine Riemenscheibe 22 angetrieben wird. An der Auslaßseite der Zentrifuge ist mit
der Welle 20 eine Trommel 24 od. dgl. verbunden, die im dargestellten Beispiel an
ihrem Außenumfang Platten 26 trägt, die dicht aneinander um den ganzen Trommelumfang,
mit Abstand voneinander, herum stehen. Einige dieser Platten sind in Fig. 2 dargestellt.
Die Platten 26 dienen als Träger für eine Anzahl (hier vier) zylindrischer Trommeln
28. Die Verbindung zwischen den Platten 26 und den Trommeln 28 kann durch Laschen
30 erfolgen, die an den Trommeln 28 angeschweißt und mit den Platten 26 vernietet
sind.
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Die äußersbe Trommel 28 ist jedoch mit den Platten 26 durch Schweißung
verbunden.
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Auf der Welle 20 ist eine Hülse 32 angeordnet, die fest mit einer
Trommel 34 verbunden ist, die als Träger für eine Anzahl radialer Platten 36 in
der gleichen Weise dient, wie es früher bei den Platten 26 beschrieben wurde. Die
Platten 36 tragen eine Anzahl (hier drei) zylindrischer Trommeln 38. Die Verbindung
zwischen den Trommeln 38 und den Platten 3'6 wird in gleicher Weise, wie oben geschildert,
durch Laschen 30 bewirkt. Die konzentrisch angeordneten Trommeln, 28, 38 sind also
abwechselnd mit den Radialplatten. 26, 36 verbunden.
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Die Welle 20 treibt die Hülse 32 durch ein Getriebe an, das so geartet
ist, daß die Trommeln 28, 38 mit einer kleinen Geschwindigkeitsdifferenz umlaufen.
Das Getriebe kann vorteilhaft zwei Trieblinge 42 und 44 enthalten, von welchen der
Triebling 42 Außenverzahnung hat und auf der Welle 20 festsitzt, während der ebenfalls
außen gezalmte Triebling44 mit der Hülse 32 fest verbunden ist.
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Diese zwei Zahnräder greifen in eine Doppelinnenverzahnung am Ring
46 ein, der im Getriebegehäuse eine feststehende Bahn hat und zur Achse der Welle
20 exzentrisch liegt. Demgemäß liegt auch die Achse der beiden Innenverzahnungen
des Ringes 46
exzentrisch zur Wellenachse. Der Teilkreis der Zähne
im Ring 42 ist um ein geringes größer als der Teilkreis der Trieblinge 42, 44. Durch
geeignete Variationen von Exzentrizität und Durchmesserdifferenz der Innenverzahnungen
lassen sich SThersetzungsverhältnisse von z. B. 3000 : 300I zwischen den Trieblingen
42 und 44 erzielen. Die Differenz der Umlaufgeschwindigkeit zwischen den Trommeln
kann auf diese Weise sehr klein gehalten verden.
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Die Platten 26 sind vorzugsweise länger als die Platten 36, und darum
stehen sie mehr nach außen vor als die letzteren. Die Endteile der Platten 26 können
dabei nach vorwärts (in der Umlaufrichtung) gebogen sein. Die Platten 26, 36 sind
von vergleichsweise großer Breite und füllen in axialer Richtung die Ringräume 16,
I8 aus. Diese Räume, radial über die in ihnen angeordneten Platten hinausreichend,
sind durch Zwischenwände 48 von einer zentralen Ringkammer getrennt, die unten in
einen Trichter 52 und einen mit diesem verbundenen Sammelbehälter 54 übergeht. Letzterer
weist oben und unten Abschlußorgane auf, die in Fig. I und 2 als Schieber 56, 58
angedeutet sind.
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Die im allgemeinen mit 59 bezeichneten Kratzglieder sind in den Fig.
3 bis 5 genauer zu sehen, Jedes besteht aus einem schachtelartigen Rahmen, der aus
Wänden 60, die zur Erzeugenden der Trommeln parallel oder leicht geneigt sein können,
sowie aus Verbindungswänden 6e zusammengesetzt ist.
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Die Höhe der Wände 60, 62 ist kleiner als der Zwischenraum zwischen
zwei Trommeln 28, 38 (vgl. Fig. 4). Sie sind in einer zum Innern der zwei Trommeln
feststehenden, peripherischen und axialen Lage gehalten und schließen einen Raum
ein. Die Innentrommel ist zu diesem Zweck ; mit zwei Vorsprüngen 64 ausgestattet,
über welchen der Kratzer 59 sitzt. Vorzugsweise ist in jedem Trommelzwischenraum
eine Mehrheit von Kratzgliedern 59 vorgesehen, deren axiale Abmessung kleiner ist
als die der Trommelwandung selbst, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Ferner sind die Kratzerschachteln
59 auch um den Trommelumfang herum so verteilt, daß sie die ganze Breite der Trommel
erfassen; abgesehen, vielleicht von dein Kanten, wo man schräg angesetzte Kratzplatten
66, 68 vorsehen kann. Solche können im übrigen auch an den mehr zur Mitte hin gelegenen
Kratzern vorgesehen sein.
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Die Trommelwand weist zwischen zwei Vorsprüngen 64 eine oder mehrere
Aussparungen 70 auf, und das Gewicht der Vorsprünge 64 wird vorteilhaft dem Gewicht
des aus der Trommel wandung zur Bildung der Öffnungen 70 entnommenen Materials gleich
gewählt. Die Vorsprünge, die aus an die Trommelwand angeschweißten Platten bestehen
können, versteifen die Trommel. Die Kratzer 59 und die Aussparungen 70 sind vorzugsweise
gleichmäßig über die verschiedenen Trommeln verteilt, d. h. der bei der Drehung
der Trommel an dieser entlang geführte Kratzer streicht genau über die Aussparungen
in der außenliegenden Trommel.
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DieKratzer59 sind in radialer Richtung in bezug auf die Innentrommelwand
eines Raumes beweglich, so daß sie unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft gegen
die Außentrommelwand dieses Raumes drücken. Um die Wirkung der Zentrifugalkraft
abzuschwächen, hat sich als ratsam erwiesen, ein oder mehrere Gegengewichte an einem
Ende von Armen 7+ vorzusehen, die schwenkbar in den Vorsprüngen 64 montiert sind.
Die anderen Enden der Arme 74 sind an den Querwänden 62 der Kratzer befestigt, wobei
Büchsen 76 zwischen diesen Wänden und den Vorsprüngen 64 vorgesehen sind. Infolge
der Hebelbewegung verringern die Gegengewichte den Druck, mit welchem die Kratzglieder
59 auf der Wand der Außentrommel lasten. In solch einer Ausführungsform werden die
Vorsprünge zweckmäßig leichter gemacht als das der Trommel für die Bildung der Aussparungen
70 entnommene Material, weil die vom Kratzer selbst ausgeübte Zentrifugalkraft berücksichtigt
werden muß.
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An den freien Enden der Trommeln 28, 38 lionnen Verstärkungsteile
vorgesehen werden, die mit den Laschen. 30 weder verbunden sind d noch von ihnen
geführt werden. Wie in Fig. 6 und t gezeigt, bestehen diese Teile aus Ringen 78,
die durch Oazlstreben 80 mit der Außenfläche der Trommel 38 verbunden sind. Die
Ringe 78 reichen bis in die Nachbarschaft der Außentrommel 28. Diese Verstärkungsteile
sind, um nicht mit den Kratzern zusammenzugeraten, in extrem seitlichen Lagen angeordnet.
Die diese Verstärkungen tragende Trommelwand (38 in Fig. 6) kann deswegen in axialer
Richtung weiter reichen als die Nadlbartrommeln.
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Die ganze Einrichtung arbeitet in- folgender Weise: Das verunreinigte
Gas tritt durch den Einlaß 12 ein und erhält im Rauin i6 eine Umlaufbewegung. Hierauf
fließt das Gas radial zwischen die Platten 36 hinein, die dem Gas eine Umfangsgeschwindigkeit
erteilen. die derjenigen der Trommel entspricht, in die es eintritt. Das Gas fließt
dann axial zwischen den Trommeln 28, 38. wobei die mitgeführten Teilchen sich an
der Innenseite' derTrommeln ablagern. Das gereinigte Gas entwefflicht durch die
Platten 26 und den Raum I8 zum Auslaß I4.
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Durch den Umstand, daß die Platten 26 weiter hinausreichen als die
Platten 36, wird der für den Durchfluß des Gases durch den Reiniger notwendige Gebl
äseeffekt erzielt.
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Die oben beschriebene Relativbewegung zwischen den Trommeln 28 und
38 wirkt sich in den Kratzgliedern 59 in einer Relativbewegung gegen die benachbarte
Außentrommelwand aus, wobei der abgelagerte Staub mitgenommen wird. wie durch Schraffierung
82 in Fig. 4 angedeutet. In dieser Figur ist die Umlaufrichtung durch einen Pfeil
angedeutet, und die Trommeln 38 laufen etwas schneller als die Trommeln 28. Wenn
n ; ein kr ! Krntzglied an eine mit ihm axial ausgerichtete Aussparung 70 in der
Trommel, gegen die es drückt, herankommt, wird der Staub nach auswärts in die Kratzer
schachtel geworfen, die um die Aussparung herum im benachbarten Außentrommelraum
sich vorfindet.
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Dieser Staub wird dann im Kratzer mitgeführt. bis letzterer seinerseits
zu einer Aussparung der
nächsten Außentrömmel kommt und der Staub
in die nächstliegende Kratzerschachtel geworfen wird usw., bis der Staub in die
Kammer 50 fällt und schließlich sich im Behälter 54 sammelt, der in passenden Zeitabständen
entleert wird. Auf diese Weise befördern die Kratzerschachteln den abgesonderten
Staub in die Trommel, die von den Schachteln berührt wird, wobei das Innere der
Kratzerschachtel das Material von dem radial nach innen gelegenen Trommelraum aufnimmt.
Dank der Kombination von schachtelartigen Kratzgliedern und Aussparungen, die ihrem
Innern gegenüberstehen, wird erreicht, daß der abgesonderte Staub durch den Rotor
hindurch radial nach außen getragen wird, ohne daß ihm eine diesbezügliche besondere
Bewegung vermittelt wird und ohne daß er durch die diesen Rotor durchfließenden
Gasmengen aufgewirbelt wird.
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Die Richtung des Umlaufs einer Trommel ist die durch den Pfeil 84
in Fig. 3 angedeutete, während das Gas in der Richtung des Pfeiles &6 fließt.
Hieraus wird erklärlich, daß der am Einlaßrand der Trommel abgesonderte Staub durch
die Kratzerplatten 66 in das Gas zurückgeführt wird. Andererseits führen die Kratzerplatten
66 Teilchen, die sich gerade an den Auslaßrändern befinden, zu den benachbarten
Schachteln 59, welche dann den Staub zu den mit ihnen zusammenarbeitenden Öffnungen
70 befördern.
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An Stelle von Gegengewichten können Federn vorgesehen werden, um
den Berührungsdruck der Kratzglieder gegen die Trommelwände zu mildern.
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Die Gasströme durchwandern die verschiedenen Trommelzwischenräume
in axialer Richtung mit einer Geschwindiglçeilt der gleichen Größenordnung in den
verschiedenen Räumen, wobei diese Geschwindigkeit auf günstigste Weise für den Gasreinigungszwheck
abgestimmt werden kann.
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An der Auslaßseite des Rotors gewährleisten ferner die Platten 26,
daß das Gas mit gleichförmiger Geschwindigkeit durch die verschiedenen Trommelzwischenräume
fließt. Des weiteren ist jedes Gasteilchen an der Einlaß seite des Rotors einem
solchen Druckanstieg und an dessen Auslaßseite einem solchen Druckabfall in seiner
radialgerichteten Bewegung unterworfen, daß die Bewegungen sich innerhalb der Durchmesser
der innersten und äußersten Trommeln ausgleichen, wodurch der Druckabfall in der
Axialrichtung für alle Trommelzwischenräume der gleiche ist. Wenn gewünscht, kann
der Abfall im Druck durch Drosselmittel erhöht werden, z. B. durch an den Trommelrändern
angebrachte Ringe.
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Das verunreinigte Gas kann zwischen die Platten 36 an deren Innenkreis
eingeführt werden und aus den Platten26 auch an deren Innenkreis entweichen.
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Die Platten 36, 26 können auch von der gleichen Länge sein; die Gebläsewirkung
wird dann durch ein besonderes, am Auslaß angeordnetes Gebläse erzeugt, wobei dieses
mit dem Rotor als eine Einheit gebaut sein und auch mit diesem die Zetntralwelle
gemeinsam haben kann. Indessen kann, nach Wunsch, das Gebläse auch mit einer anderen
Ge schwindigkeit umlaufen, die dann vorzugsweise höher sein wird als diejenige des
Rotors.
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Die Radialplatten 36 können, insbesondere an der Einlaßseite, zum
Rotorradius im Winkel stehen; die Umlaufgeschwindigkeit des Gases im I Kanal I6
wird dann durch dieseWinkelstellung bestimmt sein und ein Einfließen des Gases bei
möglichster Stoßfreiheit gestattet. Ferner können di'e Platten 36 und 26 auch eine
Neigung zur Rotorachse, d. h. zu durch diese gehenden Ebenen haben; die Richtung
des Gasflusses wird dann die korrespondierende Neigute; aufweisen.