DE1085753B

DE1085753B - Centrifugal dust separator cell with axially continuous swirl flow

Info

Publication number: DE1085753B
Application number: DEA23143A
Authority: DE
Inventors: Carl Lincoln Westlin
Original assignee: American Air Filter Co Inc
Current assignee: American Air Filter Co Inc
Priority date: 1955-07-30
Filing date: 1955-07-30
Publication date: 1960-07-21

Description

Fliehkraft-Staubabscheiderzelle mit axial durchgehender Drallströmung Die Erfindung betrifft eine Fliehkraft Staubabscheiderzelle mit axialem Durchgang, bei der das Staubgas tangential in ein zylindrisches Rohr eingeleitet wird, so daß sich darin eine in axialer Richtung fortschreitende Wirbelströmung ausbildet, wodurch der Staub in der äußeren Randschicht des Gasstromes angereichert wird und am Auslaßende des Wirblerrohres aus dessen mittlerem Bereich reines Gas abströmt.Centrifugal dust separator cell with axially continuous swirl flow The invention relates to a centrifugal dust collector cell with an axial passage, in which the dust gas is introduced tangentially into a cylindrical tube, so that a vortex flow progressing in the axial direction is formed therein, as a result of which the dust is accumulated in the outer boundary layer of the gas flow and at the outlet end of the vortex tube from the middle area of which pure gas flows.

Obwohl bei derartigen Staubabscheidern das durch die Abscheiderzelle strömende Gas immer einen stabilen Wirbel bildet, herrschen doch nur bei wenigen der bekannten Ausführungsformen solche Strömungsverhältnisse, daß mit großer Annäherung ein echter Potentialwirbel entsteht. Unter einem echten Potentialwirbel soll hier ein Wirbel verstanden werden, bei dem der statische Druck von der Mitte zum Rand direkt proportional zu den sich in der Gasströmung einstellenden Zentrifugalkräften zunimmt und das Gesetz v,, - y = constant gilt, wodurch die Ausbildung eines glatten und störungsfreien Strömungsverlaufes gefördert wird. Dabei bedeutet v" die Umfangsgeschwindigkeit (Tangentialgeschwindigkeit) in einem Abstand r (Radius) von der Drehachse des Wirbels.Although in dust collectors of this type the gas flowing through the separator cell always forms a stable vortex, only a few of the known embodiments have such flow conditions that a real potential vortex arises when approached very closely. A real potential vortex should be understood here as a vortex in which the static pressure increases from the center to the edge in direct proportion to the centrifugal forces established in the gas flow and the law v ,, - y = constant applies, whereby the formation of a smooth and undisturbed flow is promoted. Here, v "means the circumferential speed (tangential speed) at a distance r (radius) from the axis of rotation of the vortex.

Das Ziel der Erfindung ist nun, in einer Fliehkraft-Staubabsche.iderzelle, die aus einem zylindrischen Wirblerrohr mit einem Einströmkopf für tangentialen Staubgaseinlaß und einem am entgegengesetzten Ende konzentrisch hineinragenden, in der Abströmrichtung konisch erweiterten Reingasauslaßstutzen besteht, eine dem idealen Potentialwirbel weitgehend angenäherte Drallströmung zu erreichen. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß der Einströmkopf derart ausgebildet, daß er die Form eines in axialer Richtung an das zylindrische Wirblerrohr angesetzten schlanken Hohlkegels hat, wobei der Grundkreisdurchmesser des Hohlkegels und der Innendurchm:esiser des Wirblerrohres gleich sind und für den tangentialen Staubgaseinlaß mindestens ein sich entlang einer Mantellinie des Hohlkegels über dessen ganze Länge erstreckender Einströmschlitz vorgesehen ist.The aim of the invention is now, in a centrifugal dust collector cell, which consists of a cylindrical vortex tube with an inflow head for tangential Dust gas inlet and a concentrically protruding at the opposite end, in the outflow direction is conically widened clean gas outlet, one dem to achieve a swirl flow that is largely approximated to the ideal potential vortex. To this Purpose is according to the invention the inflow head designed such that it has the shape of a slender hollow cone attached to the cylindrical vortex tube in the axial direction has, where the base circle diameter of the hollow cone and the inner diameter: esiser des Vortex tube are the same and at least one for the tangential dust gas inlet extending along a surface line of the hollow cone over its entire length Inflow slot is provided.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 zum Teil in der Ansicht und zum Teil im Schnitt eine Reihenanordnung von erfindungsgemäß ausgebildeten Staubabscheiderzellen, Fig. 2 den Längsschnitt einer einzelnen Abscheiderzelle der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung mit herausgezogenem Reingasauslaßstutzen in größerem Maßstab, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 2.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, namely, Fig. 1 shows partly in elevation and partly in section a row arrangement of dust separator cells designed according to the invention, FIG. 2 shows the longitudinal section a single separator cell of the device shown in Fig. 1 with pulled out Clean gas outlet on a larger scale, Fig. 3 shows a cross section along the line III-III of FIG. 2.

Die Staubabsdheiderzellen weisen je einen Einströmkopf 15 in der Form eines Hohlkegels und ein als Abscheide- und Trennkammer dienendes Wirblerrohe 25 auf. Diese beiden, mit den Stirnseiten aneinanderstoßenden Teile der Abseheiderzelle werden in axialer Richtung durchströmt und sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels der Stirnflansche 16 und 26 miteinander verschraubt oder in anderer Weise aneinander sowie an der Tragplatte 12 befestigt. Die Zelle kann jedoch auch aus einem Stück bestehen.The dust separator cells each have an inflow head 15 in the form of a hollow cone and a vortex tube 25 serving as a separation and separation chamber. These two parts of the separator cell abutting one another with the end faces are traversed in the axial direction and, in the exemplary embodiment shown, are screwed to one another by means of the end flanges 16 and 26 or fastened to one another and to the support plate 12 in some other way. However, the cell can also consist of one piece.

Infolge der Kegelform des Einströmkopfes 15 nimmt dessen Querschnitt in der Strömungsrichtung zu. In der Zeichnung sind die Mantellinien des Kegels gerade; sie können aber auch gekrümmt sein. Der Hohlkegel 15 ist an seinem engen Ende durch einen Zapfen 17 verschlossen, der das Einspannen und Zentrieren des Werkstückes bei der Bearbeitung erleichtert. An seinem Umfang weist der Einströmkopf längs einer Mantellinie einen Einströms:ch:litz 18 auf, durch den das Staubgas tangential in den konischen Raum einströmt, um über dessen gesamte Länge hinweg eine Wirbelströmung auszubilden und aufrechtzuhalten.As a result of the conical shape of the inflow head 15, its cross section increases in the direction of flow. In the drawing, the surface lines of the cone are straight; but they can also be curved. The hollow cone 15 is through at its narrow end a pin 17 closed, the clamping and centering of the workpiece facilitated when editing. On its circumference, the inflow head has along a Surface line of an inflow: ch: litz 18, through which the dust gas tangentially in flows into the conical space to create a vortex flow over its entire length to train and maintain.

Die Breite des Einströmschli.tzes18 nimmt vom engen Ende des Hohlkegels zu der breiten Stirnseite hin keilförmig zu. Das Steigungsverhältnis der Keilschlitzränder ist vorzugsweise so gewählt, daß sich über der gesamten Länge des Hohlkegels an jedem Querschnitt etwa das gleiche Verhältnis von Schlitzfläche zu Konusfläche ergibt. Abweichend von der Zeichnung kann der Schlitz in. axialer Richtung statt des geraden auch einen gekrümmten Verlauf haben. Die Schlitzränder sind zweckmäßigerweise mit nach außen voneinander abgebogenen Führungslippen 19 und 20 versehen, so daß sich der Schlitz in der tangentialen Richtung, in der das Staubgas einströmt, kelchartig verengt. Dabei bildet die eine Lippe 20 eine tangential in die konische Wand des Hohlkegels 15 übergehende Leitfläche. Es liegt im Rahmen der Erfindung, auch mehrere solcher gleichartiger Einströmschlftze 18 über den Umfang des Einströmkopfes 15 verteilt anzuordnen.The width of the Einströmschli.tzes18 increases from the narrow end of the hollow cone wedge-shaped towards the broad face. The pitch ratio of the wedge slot edges is preferably chosen so that over the entire length of the hollow cone each cross section results in approximately the same ratio of slot area to cone area. Deviating from the drawing, the slot can be in the axial direction instead of the straight one also have a curved course. The edges of the slot are expedient provided with outwardly bent guide lips 19 and 20 so that the slot becomes cup-like in the tangential direction in which the dust gas flows in narrowed. One lip 20 forms a tangential into the conical wall of the Hollow cone 15 overlying guide surface. It is within the scope of the invention, even several such similar inflow slots 18 over the circumference of the inflow head 15 to be arranged distributed.

Die lichten Innendurchmesser der aneinanderstoßenden Stirnseiten des Einströmkopfes 15 und des Wirblerrohres 25 sind; gleich, um schroffe Querschnittsänderungen zu vermeiden, durch welche der Strömungsverlauf gestört werden könnte.The clear inner diameter of the abutting end faces of the Inflow head 15 and vortex tube 25; equal to abrupt changes in cross-section to avoid which the flow course could be disturbed.

Das Wirblerrohr 25 ist an der Abströmseite mit einem weiteren Tragflansch 27 versehen, der einen Sitz 28 aufweist. Unmittelbar vor diesem Tragflansch sind im Wirblerrohrmantel zwei einander gegenüberliegende Öffnungen 29 für den Staubaustrag ausgeschnitten. In dem Sitz 28 des Tragflansches ist mittels eines Flanschringes 37 der sich in der Durchströmrichtung konisch erweiternde Reingasauslaßstutzen geführt, der bis über die, Staubaustragöffnungen in das Wirblerrohr axial hineinragt und darin eine stromabwärts sich verjüngende Austragringkammer 30 abteilt. An dem gegen die Strömung gerichteten Rand des Reingasau:slaßrohres 35 ist ein nach außen überstehender Ablenkbund 36 angeordnet. Die Ringflansche 27 und 37 sind miteinander und mit der Gehäusetrennwand 13 verschraubt.The vortex tube 25 is on the downstream side with a further support flange 27 is provided which has a seat 28. Immediately in front of this support flange in the vortex tube jacket two opposing openings 29 for dust discharge cut out. In the seat 28 of the support flange is by means of a flange ring 37 the clean gas outlet nozzle, which widens conically in the flow direction, is guided, which protrudes axially into the vortex tube over the dust discharge openings and a discharge ring chamber 30, which tapers downstream, divides therein. On the opposite the flow-directed edge of the pure gas: slaßrohres 35 is a protruding outward Deflection collar 36 arranged. The annular flanges 27 and 37 are with each other and with the Housing partition 13 screwed.

Das Staubgas tritt tangential durch den Einströmschlitz 18 in die Abscheiderzelle ein und erzeugt im Hohlkegel 15 einen Wirbel, der sich in das Wirblerrohr 25 hinein fortsetzt und die vom Gas mitgeschleppten Staubteilchen einer kräftigen Zentrifugalwirkung unterwirft. Infolgedessen sammeln sich die meisten Teilchen, während sie sich in Richtung auf das Auslaßende des Wirblerrohres 25 hin bewegen, in der äußeren Umfangsschicht des Gasstromes. Die Länge des Wirblerrohres 25 ist so bemessen, daß den Teilchen genügend Zeit bleibt, in die Umfangsschicht zu wandern, bevor sie die Trennebene am Anfang der Ringkammer 30 erreichen. Hier erfolgt dann die Trennung in der Weise, daß der mittlere gereinigte Gasstrom durch das Auslaßrohr 35 abströmt, während die mit Staub angereicherte äußere Randschicht des Gasstromes durch die Ringkammer 30 abgezweigt und durch die Öffnungen 29 in einen Sammelkanal ausgetragen wird. Das Staubgut wird hier in bekannter Weise durch einen Gebläseabscheider ausgeschieden und in einen Bunker geleitet, und der nun weitgehend entstaubte abgezweigte Teilgasstrom wird in die Staubgas-Einlaßleitung zurückgeführt.The dust gas enters the separator cell tangentially through the inflow slot 18 and generates a vortex in the hollow cone 15 which continues into the vortex tube 25 and subjects the dust particles entrained by the gas to a powerful centrifugal effect. As a result, most of the particles collect as they move towards the outlet end of the vortex tube 25 in the outer circumferential layer of the gas flow. The length of the vortex tube 25 is dimensioned such that the particles have sufficient time to migrate into the circumferential layer before they reach the parting plane at the beginning of the annular chamber 30. Here then the separation takes place in such a way that the middle cleaned gas stream flows off through the outlet pipe 35, while the dust-enriched outer edge layer of the gas stream is branched off through the annular chamber 30 and discharged through the openings 29 into a collecting channel. The dust is separated here in a known manner by a blower separator and passed into a bunker, and the now largely dedusted branched off partial gas flow is returned to the dust gas inlet line.

Die Kegelform des Einlaßkopfes gemäß der Erfindung schafft die Voraussetzungen dafür, daß die Gasströmung in der Abscheiderzelle einem echten Potentialwirbel nahekommt. Die Axialgeschwindigkeit der in dem Hohlkegel 15 herrschenden Gasströmung läßt sich nur unter großen Schwierigkeiten exakt messen oder in anderer Weise bestimmen. Es kann jedoch angenommen werden, daß sie in der Randschicht längs der Umfangswand der Zelle annähernd konstant ist, während sie im Wirbelkern etwa bis zum weiten Ende des Hohlkegels zunächst zunimmt und anschließend wieder abnimmt. Die Rotationsgeschwindigkeit im Wirbelkern nimmt in axialer Richtung durch den Hohlkegel 15 stetig zu, in der Umfangsschicht bleibt sie aber ebenfalls konstant. Infolge der Zunahme der Rotationsgeschwindigkeit im Innern des Gaswirbels steigt auch der Einfluß der Zentrifugalkräfte auf die Staubteilchen. Der statische Druck im Wirbelkern fällt in Richtung der Gasströmung, während er am Umfang im wesentlichen konstant bleibt; d. h. mit anderen Worten, daß die Differenz zwischen dem statischen Druck in der Randschicht und im Wirbelkern in der Achsrichtung der Wirbelströmung zunimmt.The conical shape of the inlet head according to the invention creates the prerequisites that the gas flow in the separator cell comes close to a real potential vortex. The axial speed of the gas flow prevailing in the hollow cone 15 can be measure exactly or otherwise determine only with great difficulty. It however, it can be assumed that they are in the edge layer along the peripheral wall of the cell is approximately constant, while in the vertebral core they expand to about The end of the hollow cone first increases and then decreases again. The speed of rotation in the vortex core increases steadily in the axial direction through the hollow cone 15 in which However, it also remains constant for the peripheral layer. As a result of the increase in the speed of rotation inside the gas vortex, the influence of centrifugal forces on the dust particles also increases. The static pressure in the vortex core falls in the direction of the gas flow as it does remains essentially constant at the circumference; d. H. in other words that the difference between the static pressure in the edge layer and in the vortex core in the axial direction the eddy current increases.

Bei einer glatten Innenwand des Hohlkegels 15 treten nur geringe oder gar keine Hindernisse für die Gasströmung auf, so daß sich gute Bedingungen für die Strömung ergeben und nur kleine Energieverluste auftreten. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Einströmkopfes sind die Voraussetzungen für eine weitgehend geglättete Strömung geschaffen, wodurch die Auswärtsbewegung der Staubteilchen gefördert und die Möglichkeit für ein Einwärtsschleppen des Staubes sehr gering gehalten wird. Außerdem haben die am engen Ende des Hohlkegels durch den Einströmschlitz eintretenden Staubteilchen ausreichend Zeit, sich zur Umfangswand zu bewegen, während das nach dem weiten Kegelende hin einströmende Gas im wesentlichen die äußere Randschicht des Gaswirbels bildet, so daß auch das in diesen Teil des Hohlkegels zugeführte Staubgut überwiegend im Umfangsbereich verbleiben wird.With a smooth inner wall of the hollow cone 15, only slight or no obstacles to the gas flow at all, so that there are good conditions for result in the flow and only small energy losses occur. By the invention Formation of the inflow head are the prerequisites for a largely smoothed Flow created, whereby the outward movement of the dust particles promoted and the possibility of inward dragging of the dust is kept very low. In addition, those entering through the inflow slot at the narrow end of the hollow cone Dust particles have ample time to move to the peripheral wall while that after The gas flowing in towards the wide end of the cone essentially forms the outer edge layer of the gas vortex forms, so that the supplied into this part of the hollow cone Dust will predominantly remain in the peripheral area.

Beispiel Mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Staubabscheiderzelle folgender Abmessungen wurden ausgezeichnete Ergebnisse erzielt: Die Neigung des Hohlkegels 15 betrug etwa 6°, seine axiale Länge zwischen 35,6 und 38 cm. Die Breite des Einströmschlitzes 18 nahm von 8,3 mm am engen Ende des Kegels bis auf 22,2 mm am weiten Ende und der Innendurchmesser des Hohlkegels 15 von 25 mm auf 100 mm zu. Das Wirblerrohr 25 hatte einen Innendurchmesser von ebenfalls 100 mm und eine Gesamtlänge von 297 mm. Die Länge der Staubaustragöffnungen 29, gemessen in axialer Richtung, war 46 mm, die lichte Weite des konischen Reingasauslaßstutzens vorn 75 mm und hinten 100 mm.Example With a dust separator cell designed according to the invention Excellent results were obtained with the following dimensions: The inclination of the Hollow cone 15 was about 6 °, its axial length between 35.6 and 38 cm. The width of the inflow slot 18 increased from 8.3 mm at the narrow end of the cone to 22.2 mm at the wide end and the inner diameter of the hollow cone 15 from 25 mm to 100 mm. The vortex tube 25 also had an inside diameter of 100 mm and a total length of 297 mm. The length of the dust discharge openings 29, measured in the axial direction, was 46 mm, the clear width of the conical clean gas outlet at the front 75 mm and at the back 100 mm.

Bei diesen Abmessungen betrugen das Beschickungsvolumen 565 m3/Std., die Eintrittsgeschwindigkeit in dem 356 mm langen Einströmschlitz etwa 32 m/Sek., die durchschnittliche Axialgeschwindigkeit durch den Hohlkegel und das Wirblerrohr 21 m/Sek., die axiale Ausströmgeschwindigkeit im engsten Querschnitt des Reingasauslaßstutzens 34,5 m/Sek., das Volumen des gereinigten Gases 510 m3/Std. und der Gesamtdruckabfall 115 mm WS. Unter diesen Bedingungen lag der Abscheidegrad für Flugasche mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 11 #t (Mikron) zwischen 83 und 87%.With these dimensions, the charging volume was 565 m3 / hour, the entry speed in the 356 mm long inflow slot about 32 m / sec., the average axial velocity through the hollow cone and the vortex tube 21 m / sec., The axial outflow velocity in the narrowest cross-section of the clean gas outlet nozzle 34.5 m / sec., The volume of the purified gas 510 m3 / h. and the total pressure drop 115 mm WS. Under these conditions, the degree of separation for fly ash was one average particle size of 11 #t (microns) between 83 and 87%.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Centrifugal dust separator cell, consisting of a cylindrical vortex tube with an inflow head for tangential dust gas inlet and a clean gas outlet nozzle which protrudes concentrically at the opposite end and is conically widened in the outflow direction, characterized in that the inflow head (15) has the shape of an in the axial direction the cylindrical vortex tube (25) has attached slim hollow cone, the base circle diameter of the hollow cone and the inner diameter of the vortex tube being the same and at least one inflow slot (18) extending along a surface line of the hollow cone over its entire length is provided for the tangential dust gas inlet.

2. Dust separator cell according to claim 1, characterized in that the width of the inflow slot (18) increases steadily from the tip of the hollow cone (15) to its wide end. Publications under consideration: German patent applications M 3488111 / 50e (published on June 18, 1953) and M 15698 III / 50e (published on October 14, 1954); Austrian Patent No. 181593; U.S. Patent No. 1990,943.