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SchleuderkammerzurtrennungphysikalischerGemische.
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung von Schleuderkammern mit tangentialem Einlauf und zentraler Auslassöffnung zur Trennung physikalischer Gemische durch Einwirkung von Fliehkräften, durch welche deren Leistungsfähigkeit namentlich in bezug auf die Ausscheidung auch kleinster Teilchen gesteigert wird.
Bevor auf die nähere Kennzeichnung der Erfindung eingegangen wird, soll zunächst der Strömungs-und Scheidungsvorgang bei einer der bisher gebräuchlichen als "Zyklone" bezeichneten Schleuderkammer behandelt werden.
In den Fig. l und 2 der Zeichnung ist ein solcher Zyklon schematisch dargestellt. In der Schleuderkammer A wird dem zu trennenden Gemisch durch bekannte Mittel, z. B. durch tangentialen Zulauf bei I, eine Umlaufströmung mit hohem Geschwindigkeitsmoment K = (re. ve) aufgezwungen. Unter der Wirkung der Fliehkräfte streben die spezifisch schwereren Gemisehteilchen nach aussen an die Wand der Kammer A, wo sie nach unten sinken und gesammelt werden. Der mehr oder weniger gereinigte Gemischträger aber verlässt die Schleuderkammer meist durch eine zentrale Austrittsöffnung 0.
Die Erzeugung genügend hoher Fliehkräfte verlangt hohe Umfangsgeschwindigkeiten auf kleinen Halbmessern. Im Idealfall der reibungslosen Umlaufströmung nach dem Gesetz unveränderlichen Geschwindigkeitsmomentes müssten also. die nach der Achse zu gelegenen inneren Gebiete einer Schleuder- kammer die wirkungsvollsten sein. In einer idealen reibungslosen Flüssigkeit würde nämlich ein Gemischteilchen mit unveränderlichem Geschwindigkeitsmoment (r. vu = K) etwa die Bahn Bi zurücklegen (s. Fig. 2). Bei der Annäherung an die zentrale Austrittsöffnung der Schleuderkammer würde die Fliehkraft an einem auszuschleudernden Teilchen von der Masse"eins"entsprechend ( : r) = (K2 : r3) rasch wachsen.
Durch passende Wahl des Halbmessers ra der Austrittsöffnung 0 (Fig. 1) könnte also auch allerfeinsten Teilchen der Austritt durch die Öffnung 0 verwehrt werden.
Zu der idealen Umlaufströmung (r. =constant = K), d. h. zu dem Potentialwirbel, muss in der Schleuderkammer noch eine radiale Strömung, eine ,,Senkströmung" treten, um den Durchfluss aufrechtzuerhalten. Wenn dann die Flüssigkeit ohne Richtungsumkehr der achsialen Geschwindigkeitskomponente vom Einlaufquersehnitt zur Auslassöffnung durch die Schleuderkammer strömt, so bildet sie im hydrodynamischen Sinne eine Wirbelsenke". Die Erfindung geht dahin, die Auslassbedingungen aus der S hleuderkammer den Einlaufbedingungen so anzupassen, dass die Voraussetzungen einer idealen Wirbelsenke soweit wie möglich geschaffen werden.
Das Gesetz (r. Vu = constant) gilt aber selbst für reibungslose Flüssigkeit nur bis zu einem unteren kritischen Wert von r ; innerhalb eines Kerns vom Durchmesser Di = 2 ri folgt die Strömung nicht mehr diesem Gesetz. Es bildet sich ganz selbsttätig eine wirksame kreisringförmige Austrittsöffnung vom Aussendurchmesser 2ra und von der radialen Breite aus, wobei für ein bestimmtes ra der Kernhalbmesser ri in erster Linie vom Einlaufquerschnitt te und von dessen mittleren Achsenabstand re (vgl. Fig. 2) abhängt.
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Es ist bereits versucht worden, die Störung des Schleudervorganges im Kernraum der Schleuderkammer dadurch auszuschalten, dass der"flüssige"Kern vom Durchmesser/), durch einen festen" Kern vom gleichen oder annähernd gleichen Durchmesser ersetzt wird. Bei sehr hohen Anforderungen bezüglich der Reinheit des abziehenden Gemischträgers macht sich aber dabei die Reibung am feststehenden Kernmantel insofern störend bemerkbar, als sich um den Kernmantel eine Grenzschicht ausbildet, in der wieder die Umfangsgeschwindigkeit der abzuschleudernden Teilchen gegenüber dem Sollwert des idealen Vorganges stark abgebremst wird.
Hiezu kommt, dass infolge der unvermeidlichen Reibung und anderer Strömungsstörungen in der Schleuderkammer die tatsächliche Bahn B2 eines
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werdendem Halbmesser r bleibt das Geschwindigkeitsmoment (r. vu) und damit auch die Fliehkraft hinter dem Sollwert zurück. Die Folge davon ist, dass die inneren Gebiete der Sehleuderkammer A für die Ausscheidung mehr/) der weniger wirkungslos bleiben, und dass zahlreiche auszuscheidende Teilchen den Weg durch die Öffnung finden.
Gemäss der Erfindung wird zur Vermeidung dieser Nachteile die Schleuderkammer so ausgebildet, dass die Strömungsberandungen im Austrittsquerschnitt oder unmittelbar vor dem Austritts-
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Einerseits ist nämlich, z. B. vom Flettnerrotor her bekannt, dass sich in der Umgebung eines in eine Flüssigkeit getauchten, geraden, rasch umlaufenden Kreiszylinders, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, bald eine Umlaufströmung ausgebildet, die mit grosser Näherung dem Gesetz unveränderlichen Dralls der Bedingung (r. Vu = constant) folgt, wobei das auszunützende Strömungsgebiet axial zweckmässig noch durch Stirnscheiben E des umlaufenden Zylinders-begrenzt sein kann.
Von innen ausgehend, lässt sich aber anderseits auch noch auf eine zweite einfache Art eine Umlaufströmung schaffen, oder einer von aussen eingeleiteten Umlaufströmung zu Hilfe kommen. Es bilden sich nämlich auch vor einer festen Leitvorrichtung (wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt) mit einer oder mehreren Leitzungen L zwischen festen Wänden W1 und W2 und mit einer zentralen Austritts- öffnung alsbald eine Umlaufströmung aus, u. zw. umso ausgeprägter, je flacher die Leitzungen an ihrem äusseren Ende S gegenüber dem Umfang angestellt sind, und je grösser die Eintrittsgeschwindigkeit in die Leitzellen ist.
Schon eine Schaufelstellung unter 300 zwischen Schaufelanfang und Umfang erzeugt in anfänglich radial zuströmender Umgebung bald eine nach aussen abklingende Umlaufströmung vor der Leitvorrichtung.
Wird aber die Flüssigkeit schon mit einem anfänglichen Geschwindigkeitsmoment K = (re. ve) vom Einlass 1 aus durch einen Querschnitt von der Grösse te auf dem mittleren Abstand re von der Achse in die Kammer A eingeführt, so wird diese Umlaufströmung vom Kerngebiet her wirksam unterstützt, wenn die tatsächliche Eintrittsöffnung aller Leitkanäle, also die Summe aller ao. bo, (s. Fig : 5 und 6), kleiner als etwa : re) ist.
Es sind Fliehkraftreiniger bekannt, die vor dem zentralen Ausführungsrohr eine Leitvorrichtung mit Leitschaufeln aufweisen. Im völligen Gegensatz zu der Erfindung, bei der die Ausbildung der Leitzungen der Rückwirkung in die Strömung von innen nach aussen, d. h. der Erzeugung einer Umlaufströmung vor der Leitvorrichtung, angepasst ist, liegt die Aufgabe dieser bekannten Leitvorrichtungen im Sinne der Strömung zur Austrittsöffnung hin. Sie sollen die vor dem Austritt ankommende Bewegungsenergie zum Teil wieder in. Druckenergie umsetzen, vor allem eine noch vorhandene Umlaufströmung in eine rein axiale Strömung im Abführungsrohr überführen, also eine Umlaufströmung hinter der Leitvorrichtung verhindern.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen schematisch zwei beispielsweise Ausführungsformen von Fliehkraftreinigern, in denen die von aussen eingeleitete Umlaufströmung von innen her unterstützt wird. Die Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung, in der diese Auffrischung von innen her durch einen umlaufenden Strömungskern J mit aufgesetzter Stirnscheibe E erfolgt. Bei weniger hohen An-
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forderungen kann an Stelle der umlaufenden Scheibe auch eine mit dem Gehäuse festverbundene Wand treten. Der Antrieb des Kernes J erfolgt in Fig. 7 von aussen, z. B. mit einem Riemenantrieb R. Der Antrieb kann aber auch beispielsweise durch ein Turbinenschaufelrad erfolgen, das auf dem Kern J sitzend etwa das Druckgefälle zwischen der Schleuderkammer A und der Austrittskammer Al ausnützt.
Die Fig. 8 und 9 zeigen im Längsschnitt und Querschnitt eine Vorrichtung mit einer der Austrittsöffnung aus der Schleuderkammer A vorgeschalteten Leitvorrichtung mit zwei flach gegen den Umfang angestellten Leitzungen L.
Die Wirkungsweise dieser Fliehkraftreiniger ist nun folgende : Unter der Wirkung eines auf beliebige Art erzeugten Druckunterschiedes zwischen Einlassstutzen I und Auslassstutzen 11, z. B. also unter der Wirkung eines auf J sitzenden Lüfterschaufelrades, strömt das zu trennende Gemisch in die Schleuderkammer A Soweit die Fliehkräfte in den äusseren Gebieten der Kammer A ausreichen, werden die spezifisch schwereren Gemischteilchen an die Wand der Kammer A streben und dort absinken, um im Stutzen D gesammelt und von hier abgezogen zu werden.
Besonders kleinen und leichten Teilchen aber gelingt der radiale Ausweg in die Randzone der Kammer A nicht. Sie werden vielmehr von der Strömung in die inneren Zonen gegen die Öffnung 0 hin mitgeschleppt. Sie gelangen aber hier in den Bereich der von innen her aufgepeitschten Umlaufströmung, d. h. zunehmender Fliehkräfte und schliesslich auf einen Parallelkreis, über den sie radial nicht weiter nach innen vordringen können. Sie sinken also ebenfalls allmählich nach unten, d. h. es werden in den beschriebenen Vorrichtungen dank der von innen her erfolgten Unterstützung der von aussen eingeleiteten Umlaufströmung insbesondere auch die inneren Gebiete der Sehleuderkammer A zur Ausscheidung herangezogen.
Es gelingt die Ausscheidung auch allerfeinster Teilchen, der Ausscheidungsgrad wird verbessert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schleuderkammer zur Trennung physikalischer Gemische durch die Einwirkung von Fliehkräften mit tangentialem Einlauf und zentraler Auslassöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsberandungen im Austrittsquerschnitt oder unmittelbar vor dem Austrittsquerschnitt der Umlaufströmung (r. Vu = constant) der idealen Wirbelsenkströmung angepasst sind.
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