DE2656151C2 - Vorrichtung zum Abtrennen von Festkörperverunreinigungen aus einem Gasstrom - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von Festkörperverunreinigungen aus einem Gasstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Abscheider werden verwendet für Brennkraftmaschinen, Dieselmotoren, Flugzeugstrahltriebwerke, Turbinen o. dgl., die eine Versorgung mit reiner Luft oder einem anderen reinen Gas benötigen.

Bei der gattungsgemäßen Vorrichtung gemäß der CH-PS 4 89 266 schließt sich unmittelbar nach dem Flügelaufbau, mittels dem den Festkörperteilchen aber auch der Gasströmung eine Drallbewegung aufgeprägt wird, der sich verjüngende Endabschnitt zum Zusammenführen des Gasstroms an. Die hiervon separierten Festkörperteilchen bleiben sozusagen an der Innenwand des Zwischenabschnitts haften und werden dort durch sogenannte Schälschlitze abgeführt, die über die gesamte Länge des Zwischenabschnitts angeordnet sind.

Die bekannte Vorrichtung erlaubt bei stark verschmutzten Gasströmen noch keine zufriedenstellende Separierung der Festkörperteilchen vom Gasstrom. Sie ist in dieser Hinsicht verbesserungsfähig. Ferner bringt die Anordnung von Schälschlitzen über der gesamten Länge des Zwischenabschnitts eine Beunruhigung der Strömung der Festkörperteilchen längs der Innenwand des Zwischenabschnitts, wodurch es zu einer Vermischung der Festkörperteilchen mit dem gereinigten Gasstrom kommt, wodurch zumindest teilweise die Wirksamkeit der zuvor erfolgten Separierung der Festkörperteilchen vom Gasstrom beeinträchtigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad der Trennung von Festkörperteilchen aus einem Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit durch einfache bauliche Maßnahmen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Nach Maßgabe der Erfindung schließt sich hinter dem Flügelabschnitt ein weiterer sich konisch erweiternder Abschnitt des Verdrängungskörpers an, der gegenüber dem Konuswinkel des Vorderteils einen größeren Konuswinkel besitzt. Diese Maßnahme dient insbesondere zur Separierung von leichteren Festkörperteilchen. Solche werden zwar auch im Vorderteil infolge des Impulses der auftreffenden Teilchen auf die konisch ausgebildete Fläche und infolge Kontaktierung von schweren abgelenkten Festkörperteilchen nach außen abgelenkt, indem sie infolge unmittelbaren Aufpralls auf den Verdrängungskörper oder Aufpralls auf abgeprallte schwere Festkörperteilchen eine radiale Geschwindigkeitskomponente zusätzlich zur axialen Geschwindigkeitskomponente erfahren. Durch die zusätzliche Reinigungsstufe hinter dem Flügelaufbau wird aber erreicht, daß noch verbleibende Festkörperteilchen sicher vom Gasstrom separiert werden, der dann infolge des sich unmittelbar an diesen konischen Abschnitt anschließenden Teil des Verdrängungskörper über einen kegelförmigen Endabschnitt sehr rasch zusammengezogen wird. Dadurch, daß die infolge des Flügelaufbaus in einen Drall versetzten Festkörperteilchen noch längs des Zwischenabschnitts an der Wand geführt werden und erst unmittelbar im Bereich des EndabsclvP'.ts des Gehäuses über ein senkrecht vom Gehäuse abzweigendes Auslaßrohr abgeführt werden, ist eine Wechselwirkung der Festkörperteilchen mit dem Gasstrom ausgeschlossen, so daß eine von den Festkörperteilchen völlig unbeeinträchtigte Abführung des gereinigten Gasstroms sowie ein vom Gasstrom völlig unbeeinträchtigter Abzug der Festkörperteilchen vom Gehäuse sichergestellt ist.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine im Schnitt gezeichnete Seitenansicht mit den Aufbauteilen der Vorrichtung nach der Erfindung unri deren gegenseitige geometrische Beziehungen;

F i g. 2 eine Rückansicht der Vorrichtung nach F i g. I unter Wiedergabe eines Ablenkgliedes und der zugeordneten Flügel und in

Fig. 3 einen Ausschnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 2 zur Wiedergabe einer vorbestimmten Winkelbeziehung zwischen den Flügeln urd der Achse des Ablenkgliedes.

Nach F i g. 1 enthält die Vorrichtung nach der Erfindung ein hohles Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 weist einen konischen Einlaßteil 4 mit einem Halsansatz 6 zur Aufnahme des mit relativ hoher Geschwindigkeit in axialer Richtung fließenden Gasstromes / auf. Das Gehäuse 2 umfaßt ferner ein ringförmiges Mittelteil 8, das an einem Ende bei 10 mit dem Einlaßteil in geeigneter Weise verbunden ist, sowie eine den Auslaß bildende ringförmige Kappe f2, die am entgegengesetzten Ende des

Mittelteiles 8 bei 14 in geeigneter Weise angeschlossen ist.

Die Kappe 12 umfaßt einen ringförmigen, axial angeordneten Gaskanal 16, durch den relativ reines Gas G die Vorrichtung verlälii und ferner einen ringförmigen, senkrecht dazu stehenden Gaskanal 18, der mit der Wandung 12a der Kappe 12 in Verbindung steht und durch welchen die Schmutzteilchen C die Vorrichtung verlassen. Der Gaskanal 18 umfaßt eine Drosseldüse bei 20, die mit ihm durch ein Schraubengewinde verbunden werden kann und in an sich bekannter Weise der Regelung des GasflusseE dient

Eine Leitfläche 22 ist axial innerhalb des Einlaßteiles 4 und des an den Einlaßtei) 4 angrenzenden Teil des Mittelteiles 8 angeordnet. Die Leitfläche 22 enthält einen konischen Körper 24, welcher sich von einem Durchmesser an seinem vorderen Ende 26 auf einen größeren Durchmesser an seinem hinteren Ende 28 erweitert wobei er im wesentlichen der Verjüngung des Einlaßteiles 4 folgt Das hintere Ende der Leitfläche 22 wird durch einen Kegel 30 begrenzt

Um die erwünschte Abtrennung der Schmi^.zteüchen zu erreichen, müssen die Verjüngung des Körpers 24 und der Öffnungswinkel des Kegels 30 in die richtige Beziehung zu dem Einlaßteil 4 und dem Mittelteil 8 gesetzt werden. So verläuft das Stück des Körpers 24 innerhalb des konischen Einiaßteiles 4 und seiner Wandung 4/4 mit einem Konuswinkel A, der beispielsweise 10° betragen kann, während das Teil des Körpers innerhalb des ringförmigen Mittelteiles 8 unter einem relativ steileren Winkel B konisch verläuft, der beispielsweise 15° betragen kann. Der Scheitelwinkel E des Kegels 30 kann beispielsweise 100° betragen. Die Gründe für die hier erwähnten Zusammenhänge werden später erläutert werden.

In Fig.2 sind ein ringförmiger Kranz 32 und eine Vielzahl von Flügeln 34 dargestellt, wobei nach der Figur sechzehn Flügel vorgesehen sind, die über den Umfang des Körpers 24 in der Nähe seines hinteren Endes 28 nach Fig 1 in gleichem Abstand verteilt sind. Nach Fi g. 3 sind die Flügel 34 unter einem Winkel D gegen die Achse des Kranzes 32 und des Körpers 24 angeordnet und der Winkel Dsei aus Gründen, die später erklärt werden, beispielsweise 30°.

Der Kranz 32 mit den Flügeln 34 sitzt auf dem Körper 24 der Leitfläche 22 in der Nähe vci deren hinterem Ende 28. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Kranz 32 auf geeignete Weise in einer Rille 36 gesichert ist, die in den angrenzenden Enden des Einlaßteües 4 und des Mittelteiles 8 des Gehäuses 2 vorgesehen ist Daher können Leitfläche 22, Kranz 32 und Flügel 34 auch durch Guß oder maschinelle Bearbeitung in einem Stück hergestellt oder getrennte Teile sein, die auf geeignete Weise miteinander verbunden sind. Obwohl Einlaßteil 4, Mittelteil 8 und Auslaßkappe 12 des Gehäuses 2 als getrennt hergestellte Teitc dargestellt sind, kann das Gehäuse 2 auch aus einem: Stück durch Guß oder maschinelle Bearbeitung, aber auch aus mehreren Stücken bestehen, je nachdem, wie es für die Herstellung am günstigsten ist.

Selbstverständlich können die beschriebenen Teile der Vorrichtung nach der Erfindung aus jedem geeigneten metallischen oder nichtmetallischer. Material hergestellt werden, wobei das verwendete Material von dem Medium, für das die Vorrichtung verwendet wird, z. B., ob das in Frage kommende Gas korrodierend oder nichtkorrodierend ist, sow;.- auch von dessen Druck und Temperatur abhängt.

Im Betrieb strömt verunreinigtes Gas / mit relativ hoher Geschwindigkeit in das Gehäuse 2 durch den Einlaßteil 4, wie es durch den Pfeil in F i g.! angedeutet ist. Der Aufprall des Gases auf den Körper 24 der Leitfläche 22 trennt die Schmutzteilchen ab, die in Richtung der Wandung 4A des Einiaßteiles 4 abgelenkt werden. Der Verjüngungswinkel der Wandung 4A und des Teiles 24, d. h. der oben mit 4/4 bezeichnete Winkel, bewirkt eine starke Verzögerung des einströmenden Gases innerhalb des Einlaßteiles 4. Jedoch bewirkt der Impuls des Gases, daß die Schmutzteilchen durch den Körper 24 gegen die Wandung 4/4 wie beschrieben abgelenkt werden.

Beim Durchgang von dem Einlaßteil 4 in den Mittelteil 8 des Gehäuses 2 strömt das einströmende Gas durch die Flügel 34, v/obei sich ein leichter Wirbel oder eine kreisförmige Bewegung entwickelt Das Maß der Verwirbelung hängt ab von dem Winkel D (F i g. 3). Das hintere Ende 28 des Körpers 24, das sich innerhalb des ringförmigen Mittelteiles befindet, h-~r einen relativ steileren Winkel als der Teil des Körpers, der sich !innerhalb des Einlaßteiles 4 befindet, d. h. Winkel B, und dieser steilere Winkel lenkt in Verbindung mit der vorher erwähnten kreisförmigen, durch die Flügel 34 hervorgerufenen Bewegung die weiteren Schmutzteilchen gegen die Wandung 8Λ des Mittelteiles 8 des Gehäuses 2 ab. Der Winkel £des Kegels 30 ist so optimiert, daß sich der Gasstrom schnell wieder zusammenzieht, ohne daß eine Strömungsablösung hervorgerufen wird.

Wegen der gegen die Wand SA abgelenkten Schmutzteilchen und des durch den geometrischen Effekt des Kegels 30 verengten Gasstromes wird relativ sauberes Gas G in den Kanal 16 geleitet und verläßt diesen nach außen, wie in Fig. 1 gezeigt ist Die Schmutzteilchen C, die sich jetzt in der Nähe der Wand SA befinden, entfernen sich durch den Kanal 18. wie der Pfeil in F i g. 1 zeigt, wobei sie durch die Düse bei 20 gedrosselt werden.

Durch die Erfindung wird somit erkennbar die Trennung der Schmutzteilchen von dem Gasstrom mit hohen: Wirkungsgrad und geringem Druckabfall erreicht, indem die geometrischen Beziehungen der Einzelteile der Vorrichtung optimiert werden. So sind die Verjüngungswinkel A und B des Körpers 24 der Leitfläche 22 von wesentlicher Bedeutung. In ähnlicher Weise ist der Winkel fdes Kegels 30 für ein schnelles Zusammenziehen des Gasstromes und die Führung des reinen Gases durch den Kanal 16 wichtig. Ebenso ist der Flügelwinkel B, der am besten aus F i g. 3 erkennbar ist, so optimiert, daß das richtige Maß der Verwirbelung oder der kreisförmigen Bewegung der Schmutzteilchen erreicht wird, so daß keine wesentlichen Zentrifugalkräfte erzeugt werden, die eine unerwünschte Scheuerwirkung zur Foige haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abtrennen von Festkörperverunreinigungen aus einem mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gasstrom, mit einem hohlen/einen axialen Durchflußkanal begrenzenden Gehäuse, welches einen konischen Einlaßteil für den Eintritt des axial zugeführten Gasstroms und einen daran anschließenden zylindrischen Zwischenabschnitt aufweist, der in einen Endabschnitt übergeht, in welchem ein axial ausgebildeter Auslaßkanal für den von den Festkörperteilchen gereinigten Gasstrom angeordnet ist, wobei innerhalb des Gehäuses axial ein Verdrängungskörper angeordnet ist, der innerhalb des Einlaßteils einen sich in Strömungsrichtung koniich erweiternden Vorderteil besitzt, in einem Zwischenabschnitt eine Anzahl über dem Umfang verteilt angeordneter Flügel aufweist, und hinter dem FIügefc.'ifbau in einen sich verjüngenden Endabschnitt übergeht, hinter welchem ein Auslaß für die Festkörperteilchen ausgebildet ist, durch den die Festkörperteilchen senkrecht zum axial strömenden Gasstrom ausgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Flügelaufbau (32), dessen Flügel (34) schräg zur Achse des Verdrängungskörpers (22) angeordnet sind, ein sich in Strömungsrichtung erweiternder konischer Abschnitt des Verdrängungskörpers anschließt, der einen größeren Konuswinkel finals der konische Vorderteil des Verdrängungskörpers besitzt und an dem sich der Endabschnitt (30) anschließt, der kegelförmig ausgebildet ist, und daß c--r Auslaß im Endabschnitt (12) des Gehäuses angeordnet und durch ein senkrecht zur Hauptströmungi ichtung vom Gehäuse (2) wegführendes Auslaßrohr (18) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hinter dem Flügelaufbau anschließende konische Abschnitt des Verdrängungskörpers (22) im Bereich des Zwischenabschnitts (8) des Gehäuses (2) angeordnet ist.