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Die Erfindung bezieht sich auf einen Zentrifugalkraft-Windsichter mit einem Rotor und einer in Richtung der Rotorachse angeschlossenen Austragsöffnung für Feingut.
Zentrifugalkraft-Windsichter sind beispielsweise der EP 717 665 B1 der WO 95/07149 oder der EP 552 837 A1 zu entnehmen. Windsichter dieser Bauart sind in der Regel in einem Gehäuse angeordnet, wobei Windsichter insbesondere auch als interne Sichter in Mühlen zum Einsatz gelangen, wobei aus einem Produkt mit einer breiteren Kornverteilung der grobe Teil vom feinen Teil abgetrennt werden soll. Eine wichtige Kennzahl der Leistungsfähigkeit derartiger Windsichter ist seine Trennschärfe, wobei eine häufig gebrauchte Definition für die Trennschärfe das"Feingutaus- bringen" Ist, worunter man den Quotienten aus erhaltenem Feingutanteil zu im Aufgabegut enthaltenem Feingutanteil versteht.
Vor allen Dingen bei der Auftrennung von feinsten Produkten mit Partikelgrössen von unter 10 am treten bezüglich der Trennschärfe häufig Probleme auf, wobei, um derartige Feinheiten überhaupt erreichen zu können, mit immer höherer Umfangsgeschwindigkeit des Rotors gearbeitet wird. Eine derartige Erhöhung der erforderlichen Umfangsgeschwindigkeit des Rotors führt zu einem verstarkten Verschleiss der Sichterbauteile.
Betrachtet man die allgemeine Gesetzmässigkeit, der Sichtprozesse mehr oder weniger gut folgen, so setzt sich diese aus dem Kräftegleichgewicht aus abweisender Zentrifugalkraft Fz und schleppender Radialkraft FT zusammen.
Die Zentrifugalkraft ergibt sich aus der Abweisewirkung des Rotors und hängt im wesentlichen von dessen Umfangsgeschwindigkeit bzw. dessen Drehzahl und dem Durchmesser, sowie von der Masse des Partikels und damit dem Partikeldurchmesser ab.
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Fz.... Zentrifugalkraft (N) m. Masse des Teilchens (kg) d. Durchmesser des Teilchens (m) rotor. radius des Rotors (m) Vu..... Umfangsgeschwindigkeit (m/s)
Die Schleppkraft der Gasströmung auf die Partikel hängt, unter der Annahme, dass bei Partikelgrössen < 20 f. lm um das Partikel selbst laminare Strömungsbedingungen herrschen, im wesentlichen von der Stromungsgeschwindigkeit, insbesondere die Radialgeschwindigkeit durch die freien Rotorflächen vr, von der dynamischen Zähigkeit des Mediums, sowie wiederum von der Partikel- grösse ab. Man kann daher die Schleppkraft nach Stokes (laminare Umströmung) ansetzen.
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FWI. Strömungswiderstand (N) tidy,.... dyn. Viskosität (Pa's) Vr Radialgeschwindigkeit (m/s)
Für das sogenannte Grenzkorn mit dem Durchmesser dT (Grenzkorngrösse) kann man nun davon ausgehen, dass die beiden Kräfte im Gleichgewicht stehen. Durch Gleichsetzen der Beziehungen errechnet sich nun dT wie folgt :
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Daraus ersieht man, dass für die max. erreichbaren Feinheiten neben dem geometrisch festge- legten Radius des Sichterrohres (r) und der daraus resultierenden max.
Umfangsgeschwindigkeit (vu) des Abweiserades, in Abhängigkeit von der zulässigen Drehzahl In Hinblick auf Konstruktion und Materialwahl, vor allem die max. Ernzugsgeschwindigkeit der Gasmenge (Radiaigeschwindig-
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keit v,) entscheidend ist.
Tatsache ist, dass die erforderliche Gasmenge bzw. die Gaseigenschaften (Luft, Dampf, Industriegas, etc. ) einen wesentlichen Einfluss auf den oben angeführten Punkt haben.
Erhöht man die Gasmenge, so führt dies einerseits zu einer besseren Dispergierung des Feststoffes und somit zu einer Verbesserung der Effizienz, d. h. einer Erhöhung des Ausbringens an Wertstoff.
Andererseits fuhrt die Erhöhung des Gasmenge jedoch zu einer Erhöhung der Radialeschwindigkeit durch den Sichterrotor und somit zu einer Erhöhung der Schleppkraft, die ein Teilchen dazu bringt, in den Feingutstrom zu gelangen. Dies führt zu einer Erhöhung der Trennkorngrosse dr und somit zu einer Verschlechterung der Trennschärfe, d. h. zu einer Erhöhung des Uberkornanteil Im Feingut.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, einen Zentrifugalkraft-Windsichter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem trotz hoher Umfangsgeschwindigkeit der Verschleiss wesentlich verringert ist und dennoch eine hohe Trennschärfe erreicht wird. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemässe Ausbildung im wesentlichen darin, dass der Rotor von einem zur Rotorachse konzentrischen Schutzrohr unter Ausbildung eines Ringspaltes umgeben ist und dass das Schutzrohr uber seine axiale Länge Öffnungen bzw. Durchbrechungen aufweist.
Dadurch, dass der Rotor von einem konzentrisch die Rotorachse umgebenden Schutzrohr unter Ausbildung eines Ringspaltes umgeben ist, erfolgt der Zustrom teils in radialer Richtung zunächst in den zwischen Rotor und Schutzrohr ausgebildeten Ringspalt, in welchem die Teilchen zunächst fliehkraftbedingt nahe dem Aussenrand verbleiben und in Umfangsrichtung beschleunigt werden bevor sie auf den Rotor selbst auftreffen. Die Relativgeschwindigkeit zwischen den zu trennenden Teilchen und dem Rotor wird auf diese Weise auch bei hoher Rotorumdrehungsgeschwindigkeit wesentlich herabgesetzt, wodurch der Verschleiss wesentlich verringert wird.
Um nun bei einer derartigen Ausbildung die Trennschärfe weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft eine hohe Konstanz der Radialgeschwindigkeit über die Länge des Rotors einzuhalten. Aufgrund des zunehmenden Strömungswiderstandes mit der Länge des Rotors nimmt das eintretende Gasvolumen vom offenen Rotorende, d. h. dem der Austragsöffnung benachbarten Ende zum gegenüberliegenden in der Regel geschlossenen Ende hin ständig ab, was zu einer deutlich höheren Radialgeschwindigkeit am offenen Rotorende führt. Dieser Umstand führt in jenem Bereich zum Durchtreten von Überkorn in das Feingut und damit zu einer Verschlechterung der Trennschärfe des Sichters.
Um nun die Radialgeschwindigkeit über die Länge des Sichterrotors zu ver- gleichmässigen, um konstante Zustromverhältnisse zu erreichen, ist die erfindungsgemässe Ausbildung mit Vorteil so getroffen, dass die Summe der lichten Weiten der Durchbrechungen oder Offnungen in jeweils einer Radialebene gemessen in axialer Richtung zur Austragsöffnung abnimmt.
Das erfindungsgemässe Schutzrohr kann nachträglich bei bestehenden Zentrifugalkraft-Windsichern nachgerüstet werden und auf die speziellen Erfordernisse bei bestimmten Drehzahlen und bestimmten Druckverhältnissen bemessen werden. Ziel dieser zusätzlichen Einbauten ist es Jedenfalls, einen kontrollierten äusseren Widerstand aufzubauen, der Im wesentlichen den Verlauf des inneren Widerstandes des Rotors kompensiert und die Gasmengenverteilung über die Länge des Rotors vergleichmässigt.
Die Anordnung und Form der Öffnungen ergibt sich dabei im wesentlichen aus dem Strömungswiderstand innerhalb des Rotors bzw. im Ringraum zwischen Rotor und dem Schutzrohr, wobei in jenem Teil, der der Austrittsöffnung aus dem Rotor am nächsten ist, ein hoher zusätzlicher Zustromwiderstand aufgebaut wird und in jenem Teil der dem geschlossenen bzw gegenuberliegenden Ende des Rotors am nächsten ist, ein relativ geringer zusätzlicher Widerstand aufgebaut wird. Prinzipiell können die Öffnungen beliebig geformt sein, wobei mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, dass die Durchbrechungen im Schutzrohr von Bohrungen mit in axialer Richtung zur Austragsöffnung abnehmendem Durchmesser gebildet sind oder alternativ die Durchbrechungen im Schutzrohr von Dreiecken mit in axialer Richtung zur Austragsöffnung abnehmender Kantenlänge gebildet sind.
Anstelle einer derartigen Mehrzahl von gesonderten Öffnungen, deren lichte Querschnitte in axialer Richtung zum offenen Ende des Rotors hin abnehmen, kann die Ausbildung aber auch so getroffen sein, dass die Durchbrechungen im Schutzrohr als spitzwinkelige Dreiecke mit einer sich in Achsrichtung erstreckenden Höhe ausgebildet sind, welche wesentlich grösser als die Breite der Basiskanten ist.
Um nun den Verschleiss weiter zu verringern, ist es vorteilhaft, wenn Grobgut, welches ja nicht
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in axialer Richtung des Rotors ausgetragen werden soll, bereits vor der Kollision mit dem Rotor wiederum ausgetragen werden kann und aus dem Ringraum zwischen Schutzrohr und Rotor wieder entfernt werden kann. Zu diesem Zweck ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass das Schutzrohr axiale Schlitze aufweist, deren Kanten zur radialen Richtung geneigt und insbesondere tangential zum Hüllkreis des Rotors angeordnet sind.
Prinzipiell lässt sich das Schutzrohr ausserhalb des Rotors sowohl in externen Sichtern einsetzen als auch beispielsweise bei Mahlanlagen und insbesondere Strahlmühlen im Rahmen von integrierten Sichtern. Dadurch, dass nun im Schutzrohr axiale Schlitze mit zum Hüllkreis des Rotors im wesentlichen tangentialer Orientierung angeschlossen sind, können Teilchen mit höherer Masse über diese Schlitze wiederum ausgetragen werden und gelangen daher nicht in Kollision mit dem Sichterrotor.
Teilchen mit höherer Masse gelangen nur in verringertem Ausmass direkt in eine Lage, in welcher sie an den Sichterrotor anprallen und werden vielmehr grösstenteils aussen durch die Öffnungen in den Luftstrom eingelenkt und fliehkraftbedingt innerhalb des Ringspaltes zwischen Schutzrohr und Rotor gehalten, worauf sie durch eine der folgenden Öffnungen in den äusseren Sichtraum wiederum ausgetragen werden, wobei die Orientierung der Kanten der Austragschlitze in Drehrichtung des Rotors das Austreten von abgewiesenen gröberen Teilchen aus dem inneren Sichterraum zurück zum ausseren Sichterraum und von dort zum Grobgutaustrag begünstigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Prinzipskizzen des erfindungsgemässen Zentrifu- galkraft-Windsichters näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch den erfindungsgemässen Zentrifugalkraft-Windsichter, Fig. 2 eine Aussenansicht auf den Mantel des Schutzrohres des Zentrifugalkraft-Windsichters mit unterschiedlichen Ausbildungen der Durchbrechungen und Fig. 3 einen Radialschnitt, in welchem die Austragsschlitze für die Rückführung von Grobgut näher ersichtlich sind.
In Fig. 1 ist ein Sicherrotor 1 dargestellt, dessen Rotationsachse mit 2 bezeichnet ist. Der Rotor ist in einem Gehäuse gelagert, wobei die angetriebene Welle 3 in einer entsprechenden Lagerung gehalten ist. Konzentrisch zur Achse 2 des Sichterrotors 1 ist ein Schutzrohr 4 angeordnet, welches Durchbrechungen 5 aufweist, deren lichter Querschnitt sich in Richtung des Pfeils 6 und damit in Richtung der Rotorachse 2 zum offenen Ende des Rotors entsprechend verjüngt, um gleichmässige Zuströmcharakteristik zu erlangen. Das offene Rotorende ist mit 7 bezeichnet, wobei an dieser Stelle die Austragöffnung für Feingut in axialer Richtung angeschlossen ist.
In Fig. 2 ist der Mantel des Schutzrohres 4 in einer Abwicklung dargestellt. An diesem Mantel sind beispielhaft verschiedene Ausbildungen der Durchtrittsöffnungen 5 ersichtlich, wobei neben kreisrunden Durchbrechungen 8 der Durchmesser in Richtung des Pfeiles 6 entsprechend abnimmt, dreieckige Durchbrechungen 9 ersichtlich sind, deren Kantenlänge in Richtung des Pfeiles 6 jeweils geringer gewählt ist, um die entsprechenden Strömungsverhältnisse einzustellen. Alternativ zu diesen diskreten Durchbrechungen 8 bzw. 9 kann aber auch über den Grossteil der axialen Länge des Schutzrohres 4 eine Ausbildung der Durchbrechungen in Form eines spitzwinkeligen Dreiecks 10 vorgesehen sein, wobei durch die entsprechend spitzwinkelige Ausbildung gleichfalls die Strömungsverhältnisse über die axiale Länge des Rotors vergleichmässigt werden.
In der Darstellung nach Fig. 3 ist die Achse des Sichterrotors wiederum mit 2 dargestellt, wobei die Hüllkurve des Rotors mit 11 bezeichnet ist. Das Schutzrohr 4 weist hier Austragsschlitze 12 für die Rückführung von Grobgut auf, deren Kanten 13 zur radialen Richtung geneigt im wesentlichen parallel zu den Tangenten an die Hüllkurve 11 des Sichterrotors verlaufen. Über derartige Im wesentlichen tangential orientierte Austragsschlitze kann bei Wahl der Drehrichtung des Rotors im Sinne des Pfeiles 14 ein rascher Austrag von Überkorngrösse aus dem mit 15 angedeuteten Rlngraum zwischen der Hüllkurve des Rotors und der Innenwand des Schutzrohres erfolgen.
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The invention relates to a centrifugal air classifier with a rotor and a discharge opening for fine material connected in the direction of the rotor axis.
Centrifugal air classifiers can be found, for example, in EP 717 665 B1 of WO 95/07149 or EP 552 837 A1. Air classifiers of this type are generally arranged in a housing, air classifiers in particular also being used as internal classifiers in mills, the large part of a product with a broader grain distribution being to be separated from the fine part. An important indicator of the performance of such air classifiers is their selectivity, with a frequently used definition for the selectivity being the "spreading of fine material", which is understood to be the quotient of the proportion of fine material obtained to the proportion of fine material contained in the feed material.
Above all, when separating the finest products with particle sizes of less than 10 am, problems often arise with regard to the selectivity, and in order to be able to achieve such finenesses at all, the rotor speed is increasing at an increasing peripheral speed. Such an increase in the required peripheral speed of the rotor leads to increased wear of the classifier components.
If you consider the general legality, which visual processes follow more or less well, it is made up of the balance of forces consisting of repelling centrifugal force Fz and dragging radial force FT.
The centrifugal force results from the rejection effect of the rotor and depends essentially on its peripheral speed or its speed and the diameter, as well as on the mass of the particle and thus the particle diameter.
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Fz .... centrifugal force (N) m. Mass of the particle (kg) d. Diameter of the particle (m) rotor. radius of the rotor (m) Vu ..... peripheral speed (m / s)
The drag force of the gas flow on the particles depends on the assumption that with particle sizes <20 f. Laminar flow conditions prevail around the particle itself, essentially from the flow velocity, in particular the radial velocity through the free rotor surfaces vr, from the dynamic toughness of the medium, and again from the particle size. You can therefore apply the drag force according to Stokes (laminar flow).
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FWI. Flow resistance (N) tidy, .... dyn. Viscosity (Pa's) Vr radial velocity (m / s)
For the so-called boundary grain with the diameter dT (boundary grain size) it can now be assumed that the two forces are in equilibrium. By equating the relationships, dT is now calculated as follows:
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This shows that for the max. achievable subtleties in addition to the geometrically defined radius of the classifier tube (r) and the resulting max.
Peripheral speed (vu) of the deflector wheel, depending on the permissible speed With regard to construction and material selection, especially the max. Rate of gas flow rate (radial velocity
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speed v) is decisive.
The fact is that the required amount of gas or the gas properties (air, steam, industrial gas, etc.) have a significant influence on the point mentioned above.
Increasing the amount of gas leads on the one hand to better dispersion of the solid and thus to an improvement in efficiency, i. H. an increase in the output of recyclable material.
On the other hand, however, the increase in the amount of gas leads to an increase in the radial speed through the classifying rotor and thus to an increase in the drag force which causes a particle to enter the fine material flow. This leads to an increase in the separation grain size dr and thus to a deterioration in the selectivity, i. H. to an increase in the oversize content in the fines.
The invention now aims to provide a centrifugal air classifier of the type mentioned, in which, despite the high peripheral speed, the wear is significantly reduced and nevertheless a high degree of selectivity is achieved. To achieve this object, the design according to the invention essentially consists in that the rotor is surrounded by a protective tube concentric with the rotor axis, forming an annular gap, and in that the protective tube has openings or perforations over its axial length.
Because the rotor is surrounded by a protective tube concentrically surrounding the rotor axis with the formation of an annular gap, the inflow partly takes place in the radial direction initially into the annular gap formed between the rotor and protective tube, in which the particles initially remain near the outer edge due to centrifugal force and accelerate in the circumferential direction before they hit the rotor itself. The relative speed between the particles to be separated and the rotor is significantly reduced in this way, even at a high rotor rotation speed, as a result of which the wear is significantly reduced.
In order to further improve the selectivity with such a design, it is advantageous to maintain a high constancy of the radial speed over the length of the rotor. Due to the increasing flow resistance with the length of the rotor, the incoming gas volume from the open rotor end, i. H. from the end adjacent the discharge opening to the opposite, usually closed end, which leads to a significantly higher radial speed at the open rotor end. In this area, this leads to the passage of oversize particles into the fine material and thus to a deterioration in the separator's selectivity.
In order to even out the radial speed over the length of the classifying rotor in order to achieve constant inflow conditions, the design according to the invention is advantageously made such that the sum of the clear widths of the openings or openings decreases in a radial plane measured in the axial direction to the discharge opening ,
The protective tube according to the invention can be retrofitted to existing centrifugal wind safeguards and can be dimensioned for the special requirements at certain speeds and certain pressure conditions. In any case, the aim of these additional internals is to build up a controlled external resistance which essentially compensates for the course of the internal resistance of the rotor and uniformizes the gas quantity distribution over the length of the rotor.
The arrangement and shape of the openings essentially results from the flow resistance within the rotor or in the annular space between the rotor and the protective tube, a high additional inflow resistance being built up in that part which is closest to the outlet opening from the rotor and in that part which is closest to the closed or opposite end of the rotor, a relatively low additional resistance is built up. In principle, the openings can be of any shape, the design advantageously being such that the openings in the protective tube are formed by bores with a diameter that decreases in the axial direction to the discharge opening, or alternatively the openings in the protective tube are formed by triangles with an edge length that decreases in the axial direction to the discharge opening are formed.
Instead of such a plurality of separate openings, the clear cross sections of which decrease in the axial direction towards the open end of the rotor, the design can also be such that the openings in the protective tube are formed as acute-angled triangles with a height extending in the axial direction, which is much larger than the width of the base edges.
In order to further reduce wear, it is advantageous if coarse material, which is not
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should be carried out in the axial direction of the rotor, can be discharged again before the collision with the rotor and can be removed from the annular space between the protective tube and the rotor. For this purpose, the design is advantageously made such that the protective tube has axial slots, the edges of which are inclined to the radial direction and in particular are arranged tangentially to the enveloping circle of the rotor.
In principle, the protective tube can be used outside the rotor both in external sifters and, for example, in grinding plants and in particular jet mills in the context of integrated sifters. Because axial slots are now connected in the protective tube with an orientation essentially tangential to the enveloping circle of the rotor, particles with a higher mass can in turn be discharged through these slots and therefore do not come into collision with the classifying rotor.
Particles with a higher mass only reach a reduced extent directly in a position in which they collide with the classifying rotor and are rather largely directed outside into the air flow through the openings and, due to centrifugal force, held within the annular gap between the protective tube and the rotor, whereupon they are held by one of the following Openings are in turn discharged into the outer classroom, the orientation of the edges of the discharge slots in the direction of rotation of the rotor encouraging the rejection of coarser particles from the inner classifier room back to the outer classifier room and from there to the discharge of coarse material.
The invention is explained in more detail below on the basis of schematic diagrams of the centrifugal force air classifier according to the invention. 1 shows a schematic axial section through the centrifugal force air classifier according to the invention, FIG. 2 shows an external view of the jacket of the protective tube of the centrifugal force air classifier with different designs of the openings and FIG. 3 shows a radial section in which the discharge slots for the return of Coarse goods can be seen in more detail.
In Fig. 1, a safety rotor 1 is shown, whose axis of rotation is designated 2. The rotor is mounted in a housing, the driven shaft 3 being held in a corresponding bearing. A protective tube 4 is arranged concentrically to the axis 2 of the classifying rotor 1, which has openings 5, the clear cross section of which tapers accordingly in the direction of the arrow 6 and thus in the direction of the rotor axis 2 to the open end of the rotor, in order to achieve uniform inflow characteristics. The open rotor end is designated by 7, at which point the discharge opening for fine material is connected in the axial direction.
In Fig. 2 the jacket of the protective tube 4 is shown in a development. Various examples of the openings 5 can be seen on this jacket, whereby in addition to circular openings 8, the diameter decreases correspondingly in the direction of arrow 6, triangular openings 9 can be seen, the edge length of which in the direction of arrow 6 is chosen to be smaller in order to set the corresponding flow conditions , As an alternative to these discrete openings 8 or 9, the openings can be designed in the form of an acute-angled triangle 10 over the majority of the axial length of the protective tube 4, the flow conditions over the axial length of the rotor also being equalized by the corresponding acute-angle configuration become.
3, the axis of the classifying rotor is again represented by 2, the envelope of the rotor being designated by 11. The protective tube 4 here has discharge slots 12 for the return of coarse material, the edges 13 of which, inclined to the radial direction, run essentially parallel to the tangents to the envelope curve 11 of the classifier rotor. Via such essentially tangentially oriented discharge slots, if the direction of rotation of the rotor is selected in the direction of arrow 14, oversize particles can be quickly discharged from the clearance space indicated by 15 between the envelope curve of the rotor and the inner wall of the protective tube.
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