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Die Erfindung betrifft einen Fliehkraftabscheider zur Trennung von Flüssigkeit und Gas in einem Gemisch, bestehend aus einem lotrechten zylindrischen Gehäuse, das in drei Kammern unter- teilt ist, zwischen welchen Trennböden vorgesehen sind, wobei an die untere Kammer ein Einlass in der Nähe des einen Trennbodens zur Einführung des Gemisches aus Flüssigkeit und Gas ange- ordnet ist, welchem durch eine zylindrische Führung eine tangentielle Strömungsrichtung erteilt und die Flüssigkeit entzogen wird, die am Boden der unteren Kammer über Absaugrohre abgeführt wird, wogegen in der oberen Kammer das Gas durch einen Separator abgezogen wird.
Durch die US-PS Nr. 3, 481, 118 wurde bereits ein derartiger Zyklon-Separator vorgeschlagen.
Bei diesem erfolgte die Aufgabe der Trennung des Gas-Flüssigkeitsgemisches in der mittleren Kam- mer, die von der unteren lediglich über eine Prallplatte getrennt ist, wobei zwischen deren Rand und der Behälterwand ein beträchtlicher Spalt verbleibt. Die mittlere Kammer ist mit der oberen
Kammer dagegen lediglich über ein Rohr verbunden, welches axial in die mittlere Kammer hinein- ragt und die obere Kammer durchsetzt, wobei das Rohr in der oberen Kammer durch einen umlau- fenden Spalt in zwei Teile unterteilt ist. Das aus diesem Spalt austretende Gas wird über eine ausserhalb des Behälters verlaufende Bypass-Leitung, welche die obere mit der mittleren Kammer verbindet, in die mittlere Kammer zurückgeführt, wobei die Einströmung in die mittlere Kammer durch eine die mittlere von der unteren Kammer trennende Prallplatte durchsetzende Bohrung erfolgt.
Der Nachteil dieser bekannten Einrichtung besteht darin, dass das Überströmrohr an der Aussenseite des Behälters angeordnet und somit allen Wetterbedingungen ausgesetzt ist, wodurch sich erhebliche Probleme ergeben. Ausserdem ist auch die Abtrennung der Flüssigkeit aus dem GasFlüssigkeitsgemisch eher mangelhaft, da nicht unbeträchtliche Mengen dieses Gemisches nach der Verwirbelung in der mittleren Kammer auf Grund des tangentialen Einströmens direkt über das den Spalt aufweisende Rohr abströmen.
Ziel der Erfindung ist es einen Fliehkraftabscheider der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der geeignet ist, grosse Flüssigkeitsmengen zu bewältigen und der trotzdem praktisch flüssigkeitsfreies Gas liefert.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass in die Trennböden zwischen den drei Kammern ein axiales aus zwei Teilen bestehendes Rohr eingesetzt ist, dass die Rohre miteinander einen Spalt innerhalb der mittleren Kammer bilden, dass zwischen der mittleren Kammer und der oberen Kammer ein weiteres Rohr für den Durchlass einer aus dem Spalt tretenden Teilgasmenge angeordnet ist, so dass in der mittleren Kammer ein niedrigerer Druck als im axialen Rohr herrscht, und dass zur Ableitung der Flüssigkeit aus der mittleren Kammer ein sich bis in den Bodenbereich der untersten Kammer erstreckendes Rohr vorgesehen ist, und dass weiters der Tropfenabscheider mindestens eine aus zwei parallelen Platten und einer Vielzahl von axial ausgerichteten länglichen Elementen gebildete Einheit umfasst,
welche Elemente zwischen den Platten gehalten und voneinander distanziert kreisförmig angeordnet sind, um das radial zwischen den Elementen hindurchströmende Gas häufig abzulenken.
Durch diese Massnahmen stellt sich nach oben zu ein Druckgefälle ein, wobei die Strömung des Gas-Flüssigkeitsgemisches für die Druckminderung in der mittleren Kammer sorgt, und durch den Tropfenabscheider in der obersten Kammer wird ein nahezu vollständiger Entzug der Flüssigkeit erreicht. Das Gas-Flüssigkeitsgemisch wird durch eine Öffnung in der Nähe der unteren Trennwand in die untere Kammer eingeführt und ihm eine hohe Tangentialgeschwindigkeit erteilt. In diesem rotierenden Wirbel wird die meiste Flüssigkeit durch Zentrifugalwirkung nach aussen geschleudert, schlägt sich an der Innenseite der Aussenwand nieder, läuft nach unten ab und sammelt sich am Boden der unteren Kammer.
Das zentrale Axialrohr führt abgedichtet durch die zwei Querwände und der rotierende Gasstrom bewegt sich mit der mitgerissenen Flüssigkeit durch das zentrale Axialrohr nach oben in die oberste Kammer. Dieses Rohr ist geteilt und zwischen den beiden Teilen ist ein schmaler Spalt vorgesehen, so dass bei der Aufwärtsbewegung des Gases die nach aussen an die Wände geschleuderte Flüssigkeit mit einem kleinen Anteil an Gas durch den Spalt in die zweite Kammer gelangt, während das verbleibende Gas sich weiter in die oberste Kammer bewegt.
Das obere Ende des Axialrohres führt in einen Tropfenabscheider. Dieser besteht aus einem
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zylindrischen System, durch welches das Gas in allgemein radialer Richtung hindurchgehen muss.
Bei der Bewegung durch den Tropfenabscheider geht das Gas eine gewundene Bahn und wird durch zahlreiche Hindernisse umgelenkt. Durch den Anprall gegen diese Flächen werden die Flüssigkeits- tröpfchen aufgefangen und an den Hindernissen festgehalten, wobei. diese benetzt werden und der
Flüssigkeitsfilm dann den abgesonderten Flüssigkeitströpfchen erlaubt, sich an den Wänden zu sammeln und auf den Boden des Tropfenabscheiders abzulaufen. Es sind Einrichtungen vorgesehen, die die Flüssigkeit in die zweite oder mittlere Kammer und von hier in die untere Kammer leiten, von wo die gesammelte Flüssigkeit entfernt wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen zwei durch axial ausgerichtete längliche zwischen zwei parallelen Platten angeordnete Elemente gebildeten Einheiten des Tropfenabscheiders ein Trennboden vorgesehen ist, der Löcher aufweist, die mit von dem Trenn- boden nach unten führenden und in Verbindung mit der mittleren Kammer stehenden Abflussrohren ausgerichtet sind. Dadurch ist es möglich, den aus dem Axialrohr in der obersten Kammer aus- strömenden vorgetrockneten Gasstrom nacheinander durch beide Elemente des Tropfenabscheiders strömen zu lassen und dem durch das zweite Element strömenden Gasstrom dem aus dem Spalt des
Axialrohres austretenden Teilstrom zuzumischen, um auch diesem an sich schon sehr trockenen Strom noch weitere Flüssigkeit zu entziehen.
Zur Verbesserung der Verwirbelung des in den Abscheider eintretenden Gas-Flüssigkeitsge- misches ist es zweckmässig, wenn die den Trennboden zwischen der mittleren und der unteren Kam- mer durchsetzende Abflussleitung in ihrem mittleren Teil gekrümmt ist.
Ausserdem kann zur Erhöhung der Verwirbelung des durch das Axialrohr aufsteigenden Stromes vorgesehen sein, dass im, die untere mit der mittleren Kammer verbindenden axialen Rohr eine schraubengangförmige Leiteinrichtung vorgesehen ist.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist vorgesehen, dass von den beiden durch den Spalt voneinander getrennten Rohren das obere-die mittlere mit der oberen Kammer verbindende - Rohr einen kleineren Innendurchmesser und eine grössere Wandstärke als das untere Rohr aufweist, wo- durch sich die Wirksamkeit des Spaltes im Hinblick auf die Abscheidung der Flüssigkeit wesent- lich erhöht.
Einzelheiten der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung herausgestellt, in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert, in denen : Fig. l eine Ausführung der Erfindung in einem senkrechten Schnitt zeigt, Fig. 2 eine Einzelheit im unteren Teil des Apparates andeutet, durch welche dem eintretenden Gas-Flüssigkeitsgemisch eine Tangentialbewegung erteilt wird, Fig. 3 eine Einzelheit eines Teils des Tropfenabscheiders darstellt, Fig. 4 der Senkrechtscl1nitt einer andern Ausführung der Erfindung mit einer zweiten Type von Tropfenabscheider ist und Fig. 5 eine weitere Verbesserung angibt, die aus einer Schraubenfläche im Inneren des Axialrohres besteht, um eine raschere Drehbewegung des Gases zu bewirken.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, insbesondere auf Fig. 1, wird eine Ausführung der Erfindung gezeigt, die allgemein mit dem Zahlzeichen --10-- bezeichnet wird. Sie besteht aus einem senkrechtstehenden zylindrischen Gehäuse --12--, das in drei Abteilungen oder Kammern unterteilt ist : eine untere Kammer --14--, die von der mittleren Kammer --16-- durch eine querliegende Trennwand --20-- getrennt ist, und eine obere Kammer --18--, die von der mittleren Kammer --16-- durch eine zweite querliegende Trennwand --22-- getrennt ist. Die Mischung aus Gas und mitgeführtem Öl wird durch das Rohr --24-- in den oberen Teil des unteren Abschnitts --14-- eingeführt.
Fig. 2 beschreibt eine Einzelheit dieses Teils des Apparats in einer Draufsicht und zeigt, wie das beim Rohr --24-- eintretende Gas durch einen Ablenker --26-- in tangentieller Richtung geführt wird.
Der Querschnitt des Ablenkers ist geringer als der Querschnitt des Rohres --24--, so dass der eintretenden Mischung eine hohe Drehgeschwindigkeit innerhalb der unteren Kammer erteilt wird. Dies wird in Fig. 1 allgemein durch die Zirkulationspfeile --28-- angezeigt.
Infolge dieser schraubenförmigen Kreisbewegung schleudert die Zentrifugalwirkung die schwereren Flüssigkeitströpfchen nach aussen, wo sie an der Innenwand des Gehäuses --12-- gesammelt werden. Die Flüssigkeit, die sich an den Wänden ansammelt und schliesslich entlang der Wände nach unten in den Bodenteil des Gehäuses --12-- abrinnt, wird durch die Rohre --30 und/oder 32-und die Ventile --33 und 34-- abgelassen, die durch die Flüssigkeitsniveaukontrollen A und B
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oder andere fachbekannte Einrichtungen betätigt werden. Die eintretende Gas-Ölmischung steht unter Druck, so dass beim Einströmen in die Kammer eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Mischung eintritt, die sich entlang einer Schraubenlinie bewegt.
Ein Axial-oder Wirbelrohr-38-durchdringt abgedichtet die erste und zweite Trennwand - 20 bzw. 22--. Dieses Rohr-38-ist an einer Stelle im Innern des Mittelabschnitts --16-- durchgeschnitten. Die beiden Teile werden durch ein Stützglied fluchtend und in einem Abstand gehalten, derart, dass zwischen den beiden Rohrenden ein schmaler Spalt --40-- entsteht. Das Stützglied ist mit Abflusslöchern versehen, deren Querschnittsfläche grösser ist als jene des Spalts --40--. Ein abweichendes Stützglied besteht aus U-Profilen --37--, die rund um das Rohr angeordnet sind.
Der Zwischenraum zwischen den Profilen erlaubt den Flüssigkeitsdurchtritt in die Kammer Das Gas, das sich unter dem Eintrittsdruck nach oben bewegt und gemäss den Pfeilen --45-- rasch rotiert, schleudert die zusätzliche Flüssigkeit nach aussen gegen die Innenwand des Rohres --38--, von wo sie entweder nach unten in den Bodenteil gleiten kann oder von dem Gas nach oben mitgenommen wird und dann durch den Spalt -40-- nach aussen in den Mittelteil --16- tritt.
Dieser Teil steht unter etwas niedrigerem Druck als das Rohr aber unter höherem als die Kammer --18- oben am Separator, weil das Umgehungsrohr --23--, das die Kammer --16-mit der Kammer -18-- verbindet, einer geringen Gasmenge gestattet, das Rohr --39-- und die untere Einheit --44-- des Tropfenabscheiders zu umgehen, und so die Kammer --16-- wegen des Druckabfalls am Boden der Einheit --44-- unter niedrigerem Druck hält.
Eine andere Konstruktion zur Verminderung des Druckes in der Kammer --16- bei niedrigem Druck wird in Fig. 5 gezeigt, wo das Rohr --59-- an den verringerten Querschnitt des tangentialen Ablenkers -261'¯- angeschlossen ist, da dort wegen der höheren Geschwindigkeit des GasFlüssigkeits-Gemisches geringerer Druck herrscht. Dies dient auch dazu, dass jede Feuchtigkeit im Nebenschlussgas in das Einlasssystem absorbiert wird.
Das in Richtung des Pfeiles --46- in Fig. 1 aufwärtssteigende Gas setzt seinen Weg im Wir- belrohr-39-fort und geht durch zwei Einheiten --44, 43-- des Tropfenabscheiders. In der unteren Einheit -44-- des Tropfenabscheiders bewegt sich das Gas radial nach aussen und gelangt in Kammer --18--. In diesem Raum mischt sich das Nebenschlussgas aus dem Spalt --40--, das durch das Rohr -23-- aufsteigt, mit dem Gas aus dem Rohr-39-, das durch die Einheit --44-- geht, und beide gelangen gemeinsam in die zweite Einheit --43- des Tropfenabscheiders radial nach innen und weiters in das Austrittsrohr --50--.
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Kreisplatten bestehen, von denen ein Teil in Fig. 3 gezeigt wird.
Diese Platten werden koaxial parallel gehalten. Über eine Kreisringfläche der Platten werden Löcher gebohrt. In diese Löcher werden zahlreiche Stäbe von verschiedenen Querschnitten eingesetzt und mit den Platten verschweisst.
Diese Stäbe können nach Bedarf Winkeleisen, Bandeisen oder Zylinder sein. Sie sind nach einem Muster so angeordnet, dass das Gas auf seinem Weg radial nach aussen oder innen eine gewundene Bahn zurücklegen muss und mit den Wänden dieser Hindernisse nahen und innigen Kontakt hat.
In Fig. 3 wird die Stellung der Winkel für eine Flüssigkeit gezeigt, die in Richtung der Pfei- le -65-- radial nach aussen strömt. Bei der oberen Einheit --43-- des Tropfenabscheiders wird die Lage der Winkel um 1800 gedreht, so dass sie für ein radial nach innen strömendes Gas gleichartige Hindernisse bilden. Welche Flüssigkeit auch immer im Gas mitgeführt wird, wird durch den Kontakt mit diesen Hindernissen herausgelöst. Das Metall, aus dem sie hergestellt sind, ist durch die Flüssigkeit benetzbar, so dass das Öl an ihrer Oberfläche einen Film bildet und die Flüssigkeit sich infolge der Schwerkraft nach dem Boden der Einheiten --43 und 44-- hin bewegen kann und dann durch die Löcher in den Platten-64-und durch die Rohre --42-- auf den Boden der Kammer-18-gelangt.
In die in die Platten --64- gebohrten oder gestanzten Löcher werden die winkeligen Hindernisse so eingesetzt, dass die Flüssigkeit, die sich an den winkeligen Hindernissen sammelt, durch die Platten-64-, die Platte-29-und die Rohre -42-- nach unten auf den Boden der Kam-
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abfalls, der erforderlich ist, um das Gas-46-- durch die gewundene Bahn in den Abscheider zu drücken, herrscht in der zweiten Kammer --16-- ein höherer Druck als in der Kammer --18-- und am Austritt --50--. Das ganze Gas geht durch einen Tropfenabscheider. Es darf keine Möglich- keit geben, dass das Nebenschlussgas aus der mittleren Kammer direkt nach oben in das Austritts- rohr gelangt. Daher ist die obere Einheit --43-- von der unteren Einheit --44-- getrennt.
Alles
Gas muss von aussen nach innen durch die Einheit --43-- strömen. Das durch das Rohr --38-- strö- mende Gas, abzüglich des Nebenschlussgases aus Spalt --40--, geht durch das Rohr --39-- und von innen nach aussen durch die Einheit --44--. Durch das Abflussrohr --52-- kann nur Flüssigkeit strömen. Dieses wird an seinem Ende durch die bis zum Niveau --54-- angesammelte Flüssigkeit abgeschlossen. Die Flüssigkeit kann durch das Rohr --56-- in die Bodenkammer abfliessen, dessen
Eintrittsöffnung durch die Trennwand abgeschlossen ist und über diese nach oben ragt, um so einen Überfall und das Flüssigkeitsniveau --54-- zu bilden.
Das Rohr --56--, das zur Verhinderung einer Beeinträchtigung des Gas-Flüssigkeitswirbels schraubenförmig ausgebildet ist, führt die Flüssigkeit vom Niveau --54-- nach unten in die Boden- kammer --14--, von wo sie abgesaugt wird. Das Beruhigungsblech --36-- dient zur Verhinderung einer Zirkulation und Rotation der Flüssigkeit in der Bodenkammer und zur Herstellung einer ruhi- gen Zone für die Flüssigkeitsstandkontrollen A und B. Die zwei Kontrollöffnungen A und B sowie die Austritte --30 und 32-- dienen zur Trennung von Öl und Wasser, die ursprünglich von der eintretenden Gasmischung mitgeführt worden sein können.
Der Spalt --40-- im Rohr --38-- wird von den zwei Rohren-38 und 39-- gebildet, die einen gering verschiedenen Innendurchmesser besitzen. Das Rohr --39-- ist etwas enger und sein unteres
Ende ist in der gezeigten Form abgeschrägt. Der Grund für diesen kleineren Durchmesser ist, dass das Gas --45-- beim Aufwärtsströmen Flüssigkeit mitreissen kann, welche die Innenfläche des Roh- res --38-- benetzt. Der geringere Durchmesser und die scharfe Kante des Rohres --39-- trachten daher die Flüssigkeit abzuschöpfen und beim Spalt hinauszudrängen. Die zwei Rohrteile werden durch die angeschweissten Stäbe --37-- gehalten.
In Fig. 4 wird eine gleichwertige zweite Ausführung gezeigt, die jener in Fig. 1 ähnlich ist, mit Ausnahme des Tropfenabscheiders --37--, der einer andern Type angehört. Dieser besitzt ein zentrales Rohr --38--, um welches ein Wickel aus Fasermaterial --53-- mit grossen Faserabständen gewunden ist, so dass das Gas in die Zwischenräume zwischen den Fasern eindringen und veranlassen kann, dass die Flüssigkeitsteilchen von den Fasern aufgefangen werden und deren Oberfläche benetzen und dann auf den Boden der über der Trennwand liegenden Kammer abfliessen. In der Trennwand befindet sich eine Öffnung, durch welche die Flüssigkeit über die Rohr- leitung --52'-- in die zweite Kammer --16'-- abfliessen kann, wo sie sich oberhalb der ersten Trennwand sammelt und bei --54-- einen Flüssigkeitsspiegel bildet.
Eine Gasnebenschluss- öffnung ist bei --49-- vorgesehen, welche dem Gas erlaubt, durch den Spalt --40'-- zu treten und den Tropfenabscheider --53-- zu umgehen. Der Tropfenabscheider --51-- ist vorgesehen, um das durch den Nebenschluss --49-- gehende Gas zu reinigen.
Wie in Fig. 2 gibt es hier eine zylindrische Wand --58'--, entsprechend der Wand --58--, die das untere Ende des Rohres --38-- umgibt. Dies unterstützt die Bildung des rasch drehenden Wirbels --45-- bei seinem Aufsteigen durch das Wirbelrohr --38-- und schützt das Rohr --38-- vor Fremdflüssigkeit, die hineingebracht werden könnte.
Fig. 5 zeigt eine andere Variation, bei der ein dünner Metallstreifen Schraubenform erhalten hat, so dass dem rasch bewegten Gas beim Aufsteigen durch das Rohr --38''-- eine zusätzliche Drehbewegung erteilt wird.
Obwohl die Erfindung mit einer gewissen Ausführlichkeit beschrieben wurde, steht fest, dass in den Einzelheiten der Konstruktion und der Anordnung der Teile vielerlei Abänderungen getroffen werden können. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die hier dargestellte Ausführung beschränkt, indem die Erfindung als Beispiel gebracht wurde, sondern die Erfindung ist nur durch den Rahmen des angeschlossenen Anspruchs bzw. der Ansprüche, einschliesslich der Äquivalente, begrenzt.