DE9106885U1

DE9106885U1 - Zentrifuge zum Reinigen eines Fluid von mitgeführten Partikeln

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Publication number: DE9106885U1
Application number: DE9106885U
Authority: DE
Original assignee: Lindner Juergen H E Dipl-Chem 4220 Dinslaken De
Current assignee: Lindner Juergen H E Dipl-Chem 4220 Dinslaken De
Priority date: 1991-06-05
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1991-08-14
Anticipated expiration: 2001-06-06

Description

DipL.-Chem. Jürgen H. E. Lindner, Dinslaken

Zentrifuge zum Reinigen eines Fluid von mitgeführten Partikeln

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge zum Reinigen eines Fluid, insbesondere eines Gases, von tnitgeführten Partikeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs

Ein derartiger ZentrifugaI-Separat or ist zum Beispiel aus der unter der deutschen Veröffentlichungsnummer DE 31 5 2 066 &Lgr;1 veröffentlichten internationalen Anmeldung WO 81/03436 bekannt. Sei den bekannten Zentrifu-_&sfgr; ga I-Separat or en dieser Art, bei denen der Rotor als walzenförmiger Hohlkörper mit einem eigenen rotierenden zylindrischen Außenmantel ausgebildet ist, ist &zgr;wischendem Außenmantel und der Rotorachse oder einem die Rotorachse mit etwas größerem Durchmesser umgebenden zylin-

__n drisehen Innenmantel des Rotors ein ringzylindrischer Zwischenraum gebildet, in dem sich über die radiale und über die axiale Länge des Zwischenraumes sich erstreckende Radialflügel befinden, und hat der Rotoraußenmantel an beiden Enden offene Stirnseiten, so daß das

_ zu reinigende Fluid mit der beim Eintritt in den Rotor vorhandenen axialen Strömungsrichtung und radialen Entfernung von der Rotorachse in dem durch die Radialflügel in axiale Kammern unterteilten ringzylindrischen Zwischenraum weiterströmt und aus diesem wieder austritt.

.,_n Beim Eintritt in den Rotor wird das Fluid durch die Radialflügel auf eine Rotationsgeschwindigkeit beschleunigt, die über die Rotordrehzahl und über den Durchmesser des Rotoraußenmantels so bemessen werden kann, daß die Sedimentationsgeschwindigkeit der mitgeführten Par-

&ldquor; tikel infolge der Zentrifugalbeschleunigung um so viel größer ist als die Sedimentationsgeschwindigkeit bei Erdbeschleunigung, daß während der Strömungszeit des

FLuid vom Eintritt zum Austritt des Rotors die angestrebte Separation und Ablagerung der mitgeführten Partikel auf der Innenseite des sich drehenden Rotoraußenmantels stattfindet. Nachteilig bei den Zentrifuga!-Separatoren dieser bekannten Art ist/ daß der Fluidstrom auch mit demjenigen Radius, mit dem er in geringster Entfernung von der Rotorachse in dessen ringzylindrischen Zwischenraum eintreten kann, in den axialen Kammern zwischen den Radialflügeln weiterströmen kann, was sich ungünstig auf die Separationswirkung im Rotor auswirkt, insbesondere wenn von dem Fluid Partikel mitgeführt werden, die im Vergleich zu dem Fluid ein nur sehr geringfügig größeres spezifisches Gewicht haben. Nachteilig ist insbesondere auch, daß die Energie, die beim Eintritt des axialen Fluidstromes für die Beschleunigung in der Drehrichtung des Rotors notwendig ist und als Antriebsleistung für den Rotor zugeführt werden muß, in dem mit einer überlagerten Dra11 komponente aus den Kammern des Rotors austretenden axialen Fluidstrom als verlorene Rotationsenergie enthalten ist.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Zentrifuge der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch noch bei geringsten Dichteunterschieden,&zgr; wischen dem Fluid, insbesondere einem Trägergas, und den mitgeführten Partikeln oder auch bei a I lerfeinsten Dispersionen eine wirksame F I iehkraf11rennung von Fluid und abzuscheidenden Partikeln erreicht wird und gewährleistet werden kann und vor allem auch ein Verlust an Rotationsenergie weitgehend vermieden werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Ausbildung der Zentrifuge mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Das in Achsnähe in den Rotor eintretende Fluid wird zwangsweise in dem eintrittsseitigen scheibenförmigen Rotorinnenraum radial nach außen gegen den Rotoraußenmantel gelenkt und kann zwangsweise erst dann insgesamt mit einem großen Radius an der Innenseite des Rotoraußenmantels axial weiterströmen, so daß keine

Möglichkeit besteht, daß Teile des Fluidstromes in Achsnähe vom Einlaß zum Auslaß des Rotors strömen. Hierdurch wird die Wirkung der Zentrifuge wesentlich verbessert, insbesondere auch für die Fliehkraftabscheidung von a L lerfeinsten Schwebestoffen, deren Dichte nur sehr wenig größer ist als die eines Trägergases. Dadurch daß das Fluid am Ende des axialen Strömungsweges im Rotor zwangsweise wieder in dem austrittsseitigen scheibenförmigen Rotorinnenraum radial nach innen zu

IQ der Auslaßöffnung des Rotors strömen muß und hierbei außerdem von den in dem austrittsseitigen scheibenförmigen Rotorinnenraum angeordneten Radialflügeln geführt wird, wird die am Eintritt des Rotors erzeugte Rotationsgeschwindigkeit des Fluid wieder abgebaut beziehungsweise zurückgewonnen, so daß das Fluid mit einer allenfalls noch schwachen Dra 11 strömung den Rotor verläßt und Verluste an Rotationsenergie im austretenden Fluidstrom weitgehend vermieden werden. Mit besonderem Vorteil sind auch in dem eintrittsseitigen scheibenförmigen Rotorinnenraum Radialflügel angeordnet, um bei der Winkelbeschleunigung des Fluidstromes auf die Drehzahl des Rotors so weit wie möglich Wirbelströmungen zu vermeiden, die die abzuscheidenden Partikel besser festhalten und langer tragen würden als eine möglichst laminare und ruhige Fluidströmung. Die Radialflügel im austrittsseitigen und/oder eintrittsseitigen scheibenförmigen Rotorinnenraum können sogleich so geformt sein, daß sie eine ventilatorartige Förderwirkung auf den durch den Rotor hindurchzuführenden Fluidstrom aus-

3Q üben. Der bei Ausbildung des Rotors mit einem zylinderförmigen Einbau den eintrittsseitigen und austrittsseitigen scheibenförmigen Rotorinnenraum verbindene ringzylindrische Rotorinnenraum entlang der Innenseite des Rotoraußenmantels braucht keine Radialflügel zu enthalten, was die Herstellungskosten des Rotors verbilligt, er kann erwünschtenfalls aber auch radial verlaufende Trennwände enthalten, die sich an die in den

scheibenförmigen Rotorinnenräumen angeordneten Radialflügel anschließen. Zur Entfernung der auf der Innenseite des RotoraußenmanteLs sich ablagernden Partikel kann der Rotoraußenmantel in geeigneter Weise abziehbar.-oder c aufklappbar ausgebildet sein, um ihn periodisch von den abgelagerten Partikeln reinigen zu können, oder kann der Rotoraußenmantel auch in an sich bekannter Weise konische Ausbildungen oder Ablaßöffnungen enthalten, um die durch Fliehkraft gegen den Rotoraußenmantel geschleuder-IQ ten Partikel kontinuierlich während des Separationsbetriebes gegebenenfalls mit einer geringen Menge an Fluid aus dem Zentrifugen rotor zu entfernen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Zentrifuge dargestellt, und zwar zei-9^en

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Rotors in einem axialen Schnitt,

Figur 2 einen Querschnitt des Rotors der Figur 1 entlang der Linie II-II in Figur 1 ,

pn Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel in einem axialen Schnitt.

Der in Figur 1 dargestellte Zentrifugenrotor besitzt einen zy I inderförmigen Außenmantel 1, dessen beide Enden durch Stirnwände 2 und 3 verschlossen sind.

or Die beiden Rotorstirnwände 2 und 3 besitzen an der Rotorachse 4 eine Einlaßöffnung 5 beziehungsweise Auslaßöffnung 6. Auf der Rotorachse 4 ist eine Einbauscheibe angeordnet, die im Rotoraußenmantel 1 zusammen mit den beiden Rotorstirnwänden 2 und 3 je einen scheibenförmi-

,Q gen Rotorinnenraum 8 beziehungsweise 9 bildet. Die Einbauscheibe 7 hält mit ihrem Umfangsrand einen radialen Abstand von der Innenseite des RotoraußenmanteLs 1 ein, so daß entlang der Innenseite des Außenmantels 1 eine axiale Verbindung zwischen den beiden scheibenförmigen

-,&pgr; Rotorinnenräumen 8 und 9 besteht. In beiden scheibenförmigen Rotorinnenräumen 8 und 9 sind von den Öffnungen 5, 6 bis an den Außenmantel 1 heranreichende Radial-

fLügeL 10, 11 angeordnet, die sich bei dem Ausführungsbeispiet der Figur 1 bis zur Rotorachse 4 erstrecken und sogleich die drehfeste Verbindung der Rotorachse 4 mit dem Außenmantel 1 und den Stirnwänden 2, 3 bilden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist in dem mit einer größeren vorbestimmten, gewünschten axialen Länge ausgebildeten Rotoraußenmantel 1 ein zylinderförmiger Einbau 12 mit geschlossenen Stirnseiten angeordnet, der mit den die Eintrittsöffnung 5 beziehungsweise Austrittsöffnung 6 enthaltenden beiden Rotorstirnwänden 2 und 3 die scheibenförmigen Rotorinnenräume 8 und 9 bildet. Auch bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 sind zumindest in dem austrittsseitigen scheibenförmigen Rot &ogr;rinnenraum 9, vorzugsweise aber auch in dem eintrittsseitigen scheibenförmigen Rotorinnenraum 8 Radialflügel 10 und 11 angeordnet, die sich über die axiale Breite dieser scheibenförmigen Rotorinnenräume erstrecken und in radialer Richtung von der Rotorachse 4, zumindest von den öffnungen 5, 6 bis zur Innen-

__n seite des Außenmantels 1 erstrecken. Die beiden scheibenförmigen Rotorinnenräume 8 und 9 sind entlang der Innenseite des Rotoraußenmantels 1 durch eine ringzylindrische Abscheidestrecke 13 verbunden, in der sich radiale Trennwände14 befinden, die die ringzylindrische Abscheidestrecke in axial verlaufende Kammern unterteilen und die sich an die Radialflügel 10, 11 anschließen.

Da die Enden des Außenmantels des Zentrifugen rotors durch die Stirnwände verschlossen sind und der Eintritt und der Austritt des Rotors für den Fluidstrom

__n von den im Durchmesser kleineren öffnungen an der Mitte der Stirnwände gebildet sind, ist es möglich, anstelle der Anwendung von Ventilatorf lüge In für die Förderung des Fluidstromes den Durchmesser der Auslaßöffnung um einen solchen Betrag größer zu bemessen als den Durch-

,,. messer der Einlaßöffnung, daß infolge der Durchmesserdifferenz eine von den Zentrifugalkräften abhängige selbsttätige Förderung des Fluidstromes durch den Ro-

tor mit der gewünschten Durch strömungsint ensität eintritt.

Vor allem dann, wenn der Rotor mit Maßnahmen zur periodischen Entfernung der abgelagerten Partikel ausgebildet ist, kann der Außenmantel des Rotors vorteilhafterweise auf seiner Innenseite mit wabenartigen Profilierungen oder auch mit einem entfernbaren überzug aus einem Klebstoff oder einem Flüssigkeitsfilm versehen sein, um die abgeschiedenen Partikel gegen eine Mitnahme durch den weiterströmenden Fluidstrom festzuhalten. Durch die Ausbildung des Rotoraußenmantels mit den Stirnwänden, die die Enden des Außenmantels verschließen und die im Durchmesser kleinere Eintrittsbzw. Austrittsöffnung enthalten, läßt sich der Rotor eintrittsseitig und austrittsseitig an normale Rohrleitungen für die Zuführung und Abführung des Fluid anschließen oder kann auch sogleich die Rotorachse als Hohlwelle ausgebildet sein und die ZufuhrLeitung beziehungsweise Abfuhr leitung bilden, so daß es auch gut möglich ist, die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung an den Rotorstirnwänden absperrbar auszubilden oder an absperrbare Leitungen anzuschließen, um ein Fluid auch chargenweise so lange in dem Rotor zu belassen und zu behandeln, bis die angestrebte Fliehkraftseparation von in dem Fluid enthaltenen abscheidungsfähigen anderen Komponenten eingetreten ist.

Mit der erfindungsgemäßen Zentrifuge kann, was vor allem bei großen Fluidmengen von großem wirtschaftlichen Vorteil ist, ein Verlust an Rotationsenergie und dem austretenden Fluidstrom weitgehend vermieden werden.

Mögliche Verwendungsgebiete für die erfindungsgemäße Zentrifuge sind z. B. die Entstaubung von a) Dämpfen und Gasen vor dem Eintritt in Entspannungsturbi nen

b) Abgasen von Siemens-Martin-Öfen

c) Abgasen von Feuerungsanlagen in Kraftwerken

d) Abgasen bei Müllverbrennungsanlagen

e) Abgasen in StahLwerken

f) Hochofengichtgasen

g) Abgasen bei Röstöfen in der Chemie

h) Fabrikraum Luft in Gießereien, SandstrahLan Lagen,

c Lackierereien, Sch Leifereien, MühLen, Bäckereien,

SiLikonanLagen und dergLeichen mehr

i) Gasen für die IC-HersteL Lung

j) Luft in Bergwerken

k) Luft bei Sprengungen und anderen Abbauvorgängen

-p. L) Abgasen in Zement fabri ken

m) Motoren-AnsaugLuft

n) Motoren-Abgasen zur öLnebeL-, BLei- und Ruß-Entfernung

o) Reststaubentfernung bei ZykLonen und anderen Staubte Sepa ratoren

p) Rauchgasen in Wurst-, Schinken- und Fischräuchereien

q) Entfernung feinster PartikeL aus Gasen für Meßzwecke,

Claims

Schutzansprüche

1. Zentrifuge zum Reinigen eines Fluid, insbesondere eines Gases, von mitgeführten Partikeln, deren spezifisches Gewicht größer ist als das des Fluid, wobei das zu reinigende Fluid durch einen hohlen Rotor axial hindurchgeführt und in dem Rotor mittels radialer Rotorflügel einer Rotationsbewegung mit Zentrifuga Ibesch leunigung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor von einem im wesentlichen zyIinderförmigen Außenmantel (1) gebildet ist, dessen beide Enden durch Stirnwände (2,3) verschlossen sind, die eine in der Rotationsachse des Rotors liegende Öffnung für den Einlaß (5) beziehungsweise den Auslaß (6) des Fluid aufweisen, daß ferner in dem Außenmantel (1) scheiben- oder zyIinderförmige Einbauten (7 bzw. 12) vorgesehen sind, die mit der die Einlaßöffnung (5) aufweisenden und mit der die Auslaßöffnung (6) aufweisenden Rotorstirnwand (2,3) je einen scheibenförmigen Rotorinnenraum (8,9) bilden, zwischen denen entlang der Innenseite des AußenmanteLs

(I) eine axiale Verbindung besteht, und daß in dem vor der Auslaßöffnung (6) liegenden scheibenförmigen Rotorinnenraum (9) über die axiale Breite des scheibenförmigen Rotorinnenraumes sich erstreckende und in radialer Richtung von der öffnung der Stirnwand bis an den Außenmantel heranreichende Radialflügel

(II) angeordnet sind.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch in dem an die Einlaßöffnung (5) sich anschließenden scheibenförmigen Rotorinnenraum (8) über die axiale Breite und die radiale Höhe des scheibenförmigen Rotorinnenraumes sich erstreckende de Radialflügel (10) angeordnet sind.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

zeichnet, daß im AuBenmanteL (1) ein im Durchmesser kleinerer InnenzyLinder (12) angeordnet ist/ dessen geschlossene Stirnseiten mit den Rotorstirnwänden (2/3) die beiden scheibenförmigen/ die Radialflügel enthaltenden Rotorinnenräume bilden und dessen Umfang mit dem Außenmantel eine die beiden scheibenförmigen Rotorinnenräume verbindende ringzylindrische Abscheidestrecke (13) vorbestimmter axialer Länge begrenzt.

4. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß im Außenmantel (1) etwa in dessen axialer Mitte eine scheibenförmige Innenwand (7) angeordnet ist/ die mit beiden Rotorstirnwänden (2/3) die beiden scheibenförmigen Rotorinnenräume (8/9) bildet und mit ihrem Umfangsrand einen radialen Abstand von der Innenseite des Außenmantels einhält.

5. Zentrifuge nach Anspruch Z, dadurch gekennzeichnet/ pn daß in der ringzylindrischen Abscheidestrecke (13) radial zwischen dem Innenzylinder (12) und dem Außenmantel (1) sich erstreckende Trennwände (14) angeordnet sind/ die sich an die in beiden scheibenförmigen Rotorinnenräumen angeordneten Radialflügel (10/11) anschließen.

6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet/ daß die Einlaßöffnung (5) oder die Auslaßöffnung (6) an den Rot or stirnwänden (2/3) ab-

3Q sperrbar ausgebildet oder an absperrbare Leitungen ansch I i eßba r sind.

7. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6/ dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Auslaßöffnung um einen solchen Betrag größer ist als der Durchmesser der Einlaßöffnung/ daß infolge der Durchmesserdifferenz eine selbsttätige Förderung des Fluid

durch den Rotor eintritt.

8. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis &Iacgr;, dadurch gekennzeichnet/ daß der Rotor auf seiner Außenwandung öffnungen. Schleusen oder abnehmbare Wandungsteile zur Entfernung der abgeschiedenen Partikel aufweist.

9. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel des Rotors auf seiner Innenseite mit wabenartigen Profilierungen oder mit einem entfernbaren überzug aus einem Klebstoff oder einem Flüssigkeitsfilm zum Festhalten der abgeschiedenen Partikel versehen ist.

10. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor um eine feststehende Achse rotiert und in seinem Inneren den Drehantrieb enthält.