DE1619899B2

DE1619899B2 - Vorrichtung zum entgasen von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1619899B2
Application number: DE1967N0030810
Authority: DE
Inventors: Ronald Bronk Cheshire Conn. Barber (V.St.A.)
Original assignee: Neptune Meter Co, New York, N.Y. (V.St.A.)
Priority date: 1966-07-15
Filing date: 1967-06-28
Publication date: 1977-10-20
Also published as: DE1619899C3; US3359708A; GB1144833A; DE1619899A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Gattung (US-PS 25 78 568) besteht der innere Zylinder aus Maschendraht Das durch den tangentialen Einlaß am unteren Ende eingeführte Gas-Flüssigkeitsgemisch wird auf einer spiralförmigen Bahn durch die Wirbelkammer geleitet Dabei wandern die Gasanteile wegen ihres geringeren spezifischen Gewichtes radial nach innen zum inneren Zylinder. Dort sollen sie durch die Maschen des diesen bildenden Maschendrahtes durchtreten und durch den Gasauslaß abströmen. In der Praxis hat sich 6s gezeigt, daß Gas-, Luft- und Dampfblasen nicht sämtlich durch die Maschen durchtreten, sondern an diesen hängen bleiben und dann erneut von der Flüssigkeit mitgerissen und mitgetragen werden. Dies hat zur Folge, daß die dort; Abscheider verlassende Flüssigkeit noch einen unerwünscht hohen Gasgehalt aufweist

Bei einem nach einem anderen Prinzip arbeitenden Abscheider (US-PS J 22 28 401) ist im Deckel ein Gasablaßventil angeordnet, das über einen Schwimmer nach Maßgabe des Flüssigkeitsstandes im Inneren eines Tauchrohres gesteuert wird.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelabscheider zu schaffen, mit dem sich Gase vollständig aus Flüssigkeiten abtrennen lassen. Die erfindungsgemäße Lösung für diese Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des Patentanspruches

Der Querschnitt der erfindungsgemäß vorgesehenen Schlitze ist im Vergleich zu der Größe von Luft-, Gasoder Dampfblasen so groß, daß diese durch die Schlitze durchtreten und nicht an den diese begrenzenden Stegen hängen bleiben und anschließend von der Flüssigkeitsströmung mitgerissen werden. Die einen erfindungsgemäßen Abscheider verlassende Flüssigkeit ist daher in bisher nicht erreichbarem Maße frei von Gaseinschlüssen.

Das weiter vorgesehene Ventil verhindert einen Austritt von Flüssigkeit durch den Gasauslaß. Es öffnet bei einem niedrigen Flüssigkeitsstand im inneren Zylinder. Dann hat sich im inneren Zylinder unter dem Deckel eine verhältnismäßig große Gasblase angesammelt und diese kann in einem Zug ohne Unterbrechungen durch den dann geöffneten Gasauslaß abströmen.

Als zweckmäßig hat sich herausgestellt, daß die oberen Enden der Schlitze unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im inneren Zylinder liegen, wenn sich das Ventil in voller Öffnungsstellung befindet Bei dieser Anordnung der Schlitze im inneren Zylinder liegen sie im Normalbetrieb bei voll geöffnetem Ventil völlig in der Flüssigkeit und sind damit mit ihrem gesamten Querschnitt wirksam.

Für die Form der Schlitze selbst hat sich als zweckmäßig herausgestellt, daß sie parallele Seiten haben und diese radial durch den inneren Zylinder durchtreten.

In einer hierzu alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Schlitze mit der Oberstromkante der Außenwand des inneren Zylinders einen spitzen Winkel einschließen. Bei dieser Ausführungsform der Schlitze baut sich über diesen ein besonders hoher Druckunterschied auf. Dies hat zur Folge, daß bei Gas-Flüssigkeitsgemischen mit nur geringem Dichteunterschied zwischen dessen gasförmiger und flüssiger Komponente die erstere auch noch durch den Druckunterschied durch die Schlitze durchgesaugt und damit von der flüssigen Komponente abgesondert wird. Diese Ausführungsform eignet sich daher besonders für Gemische mit geringem Dichteunterschied zwischen den beiden Komponenten.

Vorteilhaft ist der Radialabstand zwischen dem inneren und äußeren Zylinder im Vergleich zu dem Radius der Außenwand des inneren Zylinders klein. Hierdurch wird die Wirbelbildung verbessert und die auf die flüssige Komponente einwirkende Fliehkraft erhöht Vorzugsweise ist das Verhältnis des Radius der Außenwand des inneren Zylinders zum Radius der Innenwand des äußeren Zylinders mindestens 0,75.

Um das in den Abscheider eintretende Strömungsmittel schon bei dessen Einlauf in eine spiralförmige Bahn zu zwingen, ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß der Deckel einen spiralförmigen Steg

aufweist, der in Zusammenwirkung mit dem tangentialen Einlaß das Strömungsmittel auf einer spiralförmigen Bahn durch die Wirbelkammer in Richtung auf den tangentialen Auslaß leitet V

Zum gleichen Zweck ist in einer weiteren Ausgestaltung ein zweiter spiralförmiger Steg am Boden vorgesehen, um die sich dem tangentialen Auslaß nähernde Flüssigkeit zu führen und in und durch die Wirbelkammer zu leiten.

Am Beispiel der beiden in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtdarstellung des erfindungsgemäßen Abscheiders,

Fig.2 im vergrößerten Maßstab ein Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 in F i g. 1 der ersten Ausführungsform,

F i g. 3 ein senkrechter Schnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in F i g. 2 und

Fig.4 ein Querschnitt durch den inneren Zylinder der zweiten Ausführungsform.

Der Abscheider enthält einen äußeren Zylinder 1, einen dazu konzentrischen inneren Zylinder 2, einen Deckel 3 und einen Boden 4. Wie F i g. 1 am deutlichsten zeigt, ist der Einlaß 5 in der Nähe des Deckels 3 eingeführt und der tangentiale Auslaß 6 geht von der Nähe des Bodens 4 ab. Die beiden Zylinder 1 und 2 schließen zwischen sich die Wirbelkammer ein.

Der Deckel 3 ist mit einem nach unten abstehenden spiralförmigen Steg 3a versehen, der in die Wirbelkammer hineinragt und der das am Einlaß 5 eintretende Strömungsmittel auf eine spiralförmige Bahn führt, die sich während ihres Rundlaufs in der Kammer in dieser nach unten verschiebt Ein ähnlicher Steg 4a ragt vom Boden 4 zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder nach oben. Der Steg 4a leitet das sich dem Auslaß 6 nähernde Strömungsmittel auf diesen zu. Beide Stege tragen dazu bei, eine Turbulenz des Strömungsmittels am Einlaß und am Auslaß zu vermeiden. Der Steg 4a kann in vielen Fällen weggelassen werden.

Der innere Zylinder 2 ist bei der Ausführungsform nach Fig.2 mit mehreren vertikal verlaufenden Schlitzen 2a versehen. Gemäß der Darstellung in den Fig.2 und 3 verlaufen diese Schlitze gerade in vertikaler Richtung. Sie können auch spiralförmig sein oder eine andere Kontur haben, solange sie eine wesentliche Erstreckung in Vertikalrichtung behalten.

Eine Stange 7 ist an der Unterseite des Deckels 3 innerhalb des inneren Zylinders 2 befestigt und ragt vom Deckel 3 nach unten. Ein Hebel 8 ist an dem unteren Ende der Stange 7 angelenkt und trägt einen Schwimmer 9. Eine zweite Stange 10 ist an der Unterseite des Deckels 3 befestigt und ragt ebenfalls von diesem nach unten. Ein Gelenk U ist an dem unteren Ende der Stange 10 angelenkt und verläuft von dort in horizontaler Richtung. Das andere Ende des Gelenkes 11 ist drehbar mit dem oberen Ende eines anderen Gelenkes 12 verbunden, dessen unteres Ende am Hebel 8 angelenkt ist

Ein Ventil 13 ist schwenkbar auf die Mitte des Gelenkes 11 aufgesetzt und arbeitet mit einer öffnung 14 im Zentrum des Deckels 3 zusammen.

Die Oberkanten der Schlitze 2a befinden sich bei voll geöffnetem Ventil 13 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im inneren Zylinder 2. .

Die Oberkanten der Schlitze 2a sind so angeordnet, daß das Ventil 13 durch den Schwimmer 9 völlig geöffnet werden kann, während der Flüssigkeitsspiegel oberhalb der Oberkanten der Schlitze 2a verbleibt

Das Ventil 13 weist einen Stößel 13a auf, der durch die öffnung 14 durchtritt Außerhalb der öffnung tritt ein Stift 15, der länger als die öffnung breit ist, durch den Stößel 13a durch und begrenzt dessen Öffnungsbewegung· ■··■ ' "."' .'.''.' .. _; ■, ■■ V . ■.' ' ,

Zur Herabsetzung des Radialabstandes, den eine Gasblase durchlaufen muß, bevor sie durch einen der Schlitze 2a aufgefangen wird, ist es erwünscht, den Radialabstand zwischen dem äußeren und dem inneren Zylinder herabzusetzen und ini Vergleich zu dem Radius der Außenwand des inneren Zylinders 2a kurz zu machen. Das Verhältnis des Radius der Außenwand des inneren Zylinders zu dem Radius der Innenwand des äußeren Zylinders 1 sollte in den meisten Fällen mindestens etwa 0,75 sein.

Betrieb

Das in den Einlaß 5 eintretende Strömungsmittel kann ein Gemisch aus flüssigen und gasförmigen Komponenten sein. Die Ausdrücke »gasförmige Komponenten« oder »Gas«, wie sie in dieser Beschreibung verwendet werden, sollen Dämpfe und insbesondere die Dampfphasen der Flüssigkeitskomponenten umfassen. Während das Strömungsmittel durch die Wirbelkammer durchtritt und dabei eine spiralförmige Bahn beschreibt, wirkt die Zentrifugalkraft wegen der geringeren Dichte der Gaskomponenten unterschiedlich auf die Flüssigkeits- und auf die Gaskomponenten ein. Die Flüssigkeitskomponenten haben folglich das Bestreben, sich an der Innenwand des äußeren Zylinders 1 anzusammeln, während sich die gasförmigen Komponenten an der Außenwand des inneren Zylinders 2 ansammeln. Während die gasförmigen Komponenten durch die Schlitze 2a durchtreten, werden sie durch diese durchgedrückt, da der Druck im inneren Zylinder 2 niedriger als der Druck außerhalb des Zylinders ist. Dies liegt daran, daß die Drehbewegung der Flüssigkeit in der Wirbelkammer durch die Schlitze 2a auf die Flüssigkeit innerhalb des Zylinders übertragen wird. Folglich ist immer eine Einwirkung der Zentrifugalkraft vorhanden, die die Flüssigkeitskomponenten in die Wirbelkammer zwischen den beiden Zylindern drücken will und weiter bestrebt ist, die Gaskomponenten in das Innere des inneren Zylinders 2 zu bewegen.

Während sich Gas am oberen Ende im inneren Zylinder 2 ansammelt, fällt der Flüssigkeitsspiegel in diesem Zylinder. Der Schwimmer 9 folgt dem Flüssigkeitsspiegel nach unten, öffnet das Ventil 13 und ermöglicht, daß das angesammelte Gas durch die öffnung 14 entweicht. Sobald genügend Gas entwichen ist, damit der Flüssigkeitsspiegel wieder ansteigen kann, legt sich das Ventil 13 wieder auf seinen Sitz an der öffnung 14 auf.

Die langgestreckten Schlitze 2a sind so groß, daß sämtliche Gasblasen ungehindert durch sie durchtreten und sich nicht an den Schlitzeingängen festhängen oder von der Flüssigkeit an den Schlitzeingängen vorbeigeführt werden. Selbstverständlich kann auch die Flüssigkeit ungehindert durch die großen Schlitze durchtreten. Um das Auslaufen der Flüssigkeit zu verhindern, ist das schwimmerbetätigte Ventil 13 erforderlich. Ohne das Ventil könnte etwas Flüssigkeit durch die öffnung 14 austreten.

Die Schlitze 2a sollten weit auseinander liegen und der Radius des inneren Zylinders 2 sollte beträchtlich sein.

In F i g. 4 wird eine abgewandelte Ausführungsform mit einem inneren Zylinder 16 gezeigt, der anstelle des

Zylinders 2 nach den pig.2 und 3 verwendet werden

daß eine Seite jedes Schlitzes mit der Oberstromkante der Außenwand des Zylinders^;i€>einien spitzen Winkel bildet, wie sie bei; i6bgezßigtW0tdenJ^~wurde gefunden, daß das Vorhandensein eines spitzen Winkels neben der Bahn des sich in der Richtung der Pfeile 17 bewegenden Strömungsmittels unmittelbar auf der Lee-Seite der Schlitzkante'']'_ ein "Gebiet niedrigen Druckes aufbaut Das heißt, daß eine sich einer der Kanten 166 nähernde Gasblase im Augenblick des Vorbeilaufs an der Schlitzkante einer beträchtlichen

Druckdifferenz ausgesetzt wird, die sie nach innen an dem spitzen Winkel vorbei in den Schlitz drückt, von wo sie in das Innere des Zylinders ,16 hineingetragen wird

Obwohl die in Fig.2 gezeigten Schlitze 2a für praktisch sämtliche Gemische aus Flüssigkeits- und Gaskomponenten angemessen sind, können die spitz abgewinkelten Schlitze 16a eine vollständigere Trennung bewirken und in besonders schwierigen Fällen verwendet werden, wo ein nur relativ geringer Dichteunterschied zwischen den zu trennenden gasförmigen und Flüssigkeits-Komponenten besteht

: Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: ;

1. Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten 55, mit einer ringförmigen, aus zwei koaxial ineinandergesetzten und an ihren Enden verschlossenen Zylindern bestehenden Wirbelkammer, wobei der innere Zylinder öffnungen aufweist, mit einem tangentialen Einlaß an einem und einem tangentialen Auslaß am anderen Ende der Wirbelkammer, und mit einer in einem Deckel angeordneten Gasauslaßöffnung mit einem Ventil, das den Austritt von Flüssigkeit verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß im inneren Zylinder (2,16) vertikal;: verlaufende Schlitze (2a, 16a) vorgesehen sind und daß das Ventil (13) von einem den Flüssigkeitsstand im inneren Zylinder (2, 16) messenden Flüssigkeitsstandmesser derart gesteuert ist, daß es bei Abfall des Flüssigkeitsstaudes unter einen Sollwert öffnet

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Enden der Schlitze (2a, i6a) unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im inneren Zylinder (2,16) liegen, wenn sich das Ventil (13) in voller Öffnungsstellung befindet

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (2a) parallele Seiten haben und diese radial durch den inneren Zylinder (2) durchtreten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (i6a) mit der Oberstromkante der Außenwand des inneren Zylinders (16) einen spitzen Winkel (166) einschließen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialabstand zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder (2, 16 bzw. 1) im Vergleich zu dem Radius der Außenwand des inneren Zylinders (2,16) klein ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Radius der Außenwand des inneren Zylinders (2,16) zum Radius der Innenwand des äußeren Zylinders (1) mindestens 0,75 ist

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (3) einen spiralförmigen Steg (3a)aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein spiralförmiger Steg (4a) um Boden (4) der Winkelkammer vorgesehen ist.