DE2840750A1

DE2840750A1 - Hydraulische abscheidevorrichtung mit einer selbsttaetigen, kontinuierlichen mengenregelung

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Publication number: DE2840750A1
Application number: DE19782840750
Authority: DE
Inventors: Jun Claude C Laval
Original assignee: LAVAL JUN
Current assignee: LAVAL JUN
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1978-09-15
Publication date: 1979-03-29
Also published as: CA1098053A; JPS585709B2; JPS5453363A; NL183751C; IT1106017B; FR2403112A1; GB2004208B; IT7851105A0; DE2840750C2; FR2403112B1; NL7809180A; BE870539A; US4147630A; GB2004208A; SE427429B

Description

Claude O. Laval, Jr., Fresno, California V37O4, V.St.A.

Hydraulische Abscheidevorrichtung mit einer selbsttätigen, kontinuierlichen Mengenregelung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Abscheidevorrichtung mit einer selbsttätigen, kontinuierlichen Mengenregelung und insbesondere eine Vorrichtung zum Abscheiden von Stoffteilchen aus einem Trägerfluidurn, wobei die Abscheidung über einen verhältnismäßig weiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten durchführbar ist, während der Druckabfall der mit großen Strömungsgeschwindigkeiten durch die Vorrichtung strömenden Flüssigkeit minimelisierbar ist.

Ea ist eine Vielzahl zyklon- oder wirbelartiger Abscheidevorrichtungen bekannt, wobei die Abscheidung der Stoffteilchen durch Induzieren einer Bewegung der Flüssigkeit in einer Strudel artigen Bahn in einer Wirbelkammer erfolgt. Die strudelartige Bewegungsbahn wird typischerweise in einer-zylindrischen Kammer

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hervorgerufen, indem ein !''lüssigkeitseinlaß tangential zur zjliudrischen Kammer angeordnet wird. Die ötoffteilchen werden in der Uirbelkammer durch die Zentrifugalkraft nach außen verdrangt und setzen sich dann vom Hauptteil der Flüssigkeit nach unten ab. La die von der wirbelnden flüssigkeit hervorgerufenen Zentrifugalkräfte mit der Kotationsgeschwindigkeit variieren, liegt es auf der hand, daß bei niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten die ötofi'teilchen nicht effektiv nach außen geschleudert v/erden, sondern mit dem Kern der irägerflüssigkeit durch den Abscheider strömen.

Die mangelnde Abscheidung bei niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten bringt große Schwierigkeiten bei der Herstellung praktischer, zyklonartiger Abscheider mit sich, da jede Ausführungsform herkömmlicher abscheider nur für einen verhältnismäßig engen bereich von Strömungsgeschwindigkeiten geeignet "¹St. Bei Strömungsgeschwindigkeiten unterhalb dieses engen Bereiches ist die Absehe"^{5 Ί}-ng der Stoff teilchen nicht zufriedenstellend« Bei höheren Strömu^cr^eschwindigkeiten, bei denen eine Abscheidung erzielbar ist, treten rnhe Druckabfälle auf, die Verluste der Energie zur Eolge haben, die zum Pumpen oder Saugen der Flüssigkeit durch den Abscheider erforderlich ist. Weiterhin tritt bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten eine schnellere Abnutzung der Elemente des Abscheiders auf, die den schnell wirbelnden Stoffteilchen, wie z«B_e Sand oder andere Schleifmittel, susgesetzt sind.

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Da bislang ein einziger herkömmlicher zyklonar^igsr Abscheider jeweils nur für einen engen Bereich an utronmngsgeschwindigkeiten geeignet verwendbar war, war es nicht möglich, einen Abscheider vorzusehen, der ir> Strömungssystemen mit einem weiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten 7.ufrJe3enstellend verwendbar war. Bei solchen Systemen treten entweder eine ungenügende Abscheidung und/oder ein übermäßiger Druckabfall auf. Obgleich die gesamte Strömung im Bereich eines Abscheiders liegen kann, ist jedesmal eine bestimmte Zeitspanne nach Einsetzen der Strömung bis zum Erreichen der Geschwindigkeit erforderlich, was eine nur geringe oder überhaupt keine Abscheidung während solcher Zeitspannen zur Folge hat. belbst wenn alle Flüssigkeitssysteme eine konstante Strömungsgeschwindigkeit aufweisen, ist wegen des schmalen Bereichs eines vorgegebenen Abscheideraufbaus der ökonomische !Nachteil nicht aufgehoben, da eine Vielzahl an Ausführungsformen von Abscheidern erforderlich ist, um den weiten Bereich an Strömungsgeschwindigkeiten, wie er in der Praxis auftritt, in den Griff zu bekommen. Dieser Umstand bedingt verhältnismäßig hohe Kosten.

Die Erfindung schafft eine Abscheidervorrichtung, die sich kennzeichnet durch ein äußeres Elem.ent mit einer langgestreckten von einer Rotationsfläche umfaßten Wirbelkammer mit im wesentlichen abgedichteten oberen und unteren Enden, durch ein langgestrecktes, rohrformiges, inneres Element, das am oberen Ende des äußeren Elementes im wesentlichen konzentrisch zur Wirbelkammer angebracht ist, wobei zwischen der äußeren Rotations-

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fläche des inneren Elementes und der Innenfläche des äußeren Elementes ein ringförmiger Kanal gebildet ist und ein offenes Ende des inneren Elementes in der Wirbelkammer in der Mitte zwischen den Enden des äußeren Elementes angeordnet ist, durch eine Flüssigkeitszufuhrung, die mit der Wirbelkammer in der Nähe des oberen Endes des äußeren Elementes verbunden ist, wobei eine !Flüssigkeit, die abzuscheidende Teilchen enthält, in die Wirbelkammer zuführbar ist, in dem Kanal und der Wirbelkammer um das innere Element herum nach unten strudelt, wobei die Teilchen nach außen geschleudert werden, durch die Schwerkraft dann zum unteren Ende des äußeren Elementes absinken und die Flüssigkeit dann durch das innere Element hindurch nach oben wirbelt, durch eine Einrichtung zum Entfernen der Teilchen, die sich am unteren Ende des äußeren Elementes abgesetzt haben, durch eine elastisch flexible, kreisförmige Klappe, und durch eine Einrichtung, die die Klappe, die das innere Element unterhalb der flüssigkeitszufuhr umfaßt, haltert, wobei sich die Klappe schräg nach außen und nach unten von dem inneren Element aus in den Kanal erstreckt, wobei der effektive Durchmesser des Kansls bei Verringerung des Strömungsdurchsatzes durch die Bewegung der Klappe nach außen gegen das äußere Element verringe bar ist, um die Strömungsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, und wobei der effektive Durchmesser des Kanals bei Vergrößerung des Durchsatzes durch Drängen der Klappe vom äußeren Element weg nach innen vergrößerbar ist, um den vergrößerten Durchsatz aufzunehmen, während die Strömungsgeschwindigkeit zwecks Beibehaltung des zentrifugalen Schleudereffektes aufrechterhalten

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nunmehr im einzelnen anhand der Zeichnungen beschrieben. In letzteren sind:

Fig. 1 ein vertikaler Schnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydraulischen Abscheidevorrichtung;

Fig. 2 eine Grundrißansicht der Abscheidevorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 die Ansicht eines horizontalschnittes entlang der Linie 3-3 der Abscheidevorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 die Ansicht eines bruchstückartigen Vertikalschnittes einer zweiten Ausführungsform der erfindunj-sgemäßen Abscheidevorrichtung;

Fig. 5 die Ansicht eines bruchstückartigen Vertikalschnitts einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung, wobei ein Teil zur besseren Illustration im Aufriß gezeigt ist; und

Fig. 6 die Ansicht eines Vertikalschnittes, teilweise im Aufriß ähnlich der Fig. 5, wobei eine Klappe der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung in einer durchgebogenen Stellung sowie in gestrichelten I/inien in einer alternativen durchgebogenen Stellung gezeigt ist.

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Pig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydraulischen Abscheidevorrichtung 10, die ein äußeres zylindrisches Element oder rohrförmiges Gehäuse 11 mit einer vertikalen Achse aufweist. Die Achse kann auch geneigt verlaufen. Das obere Ende des äußeren Elementes ist durch eine konkavaufwärtsgerichtete, relativ kugelförmige Abdeckung 12 aus Blech, verschlossen. Das untere Ende des äußeren Elementes ist durch, einen konkav aufwärtsgerichteten, verhältnismäßig kugelförmigen Verschluß 13 verschlossen, der aus Gründen der Bequemlichkeit identisch wie die Abdeckung 12 ausgebildet ist. Die Abdeckung und der Verschluß 13 sind an dem äußeren Element 11 beispielsweise angeschweißt. Der Verschluß 13 weist eine axial verlaufende Reinigungsöffnung 14 auf, die von einem Kupplungsstück 15 umfaßt ist, an das eine Länge eines Saugrohres 16 angeschlossen ist. Anstelle des Saugrohres 16 können an das Kupplungsstück auch ein nicht dargestellter Verschlußstopfen oder ein nicht dargestelltes Ventil angeschlossen werden.

Die Abscheidevorrichtung weist eine kreuzförmige Halterung 20 nahe oberhalb des Verschlusses 13 auf«, Die Halterung 20 weist eine Anzahl Arme 21 auf, die sich von dem zylindrischen äußeren Element 11 radial nach innen zu einer gemeinsamen Verbindungsstelle 22 erstrecken, die zentrisch im äußeren Element 11 angeordnet ist. Ein rohrförmiger Träger 23 erstreckt aich von der Verbindungsstelle konzentrisch zum äußeren Element naeh oben_s wobei an seinem oberen Ende, das wesentlich oberhalb des Verschlusses 13 liegt, eine äiskoidale Druck=· oder Realrfeionsplatte

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25 ortsfest angebracht ist. Die Druckplatte 25 weist einen wesentlich geringeren Durchmesser als das äußere Element auf und ist konzentrisch in letzterem angeordnet. Die Druckplatte und der Träger stellen keine erfindungswesentlichen Elemente dar, erweisen sich jedoch für den Aufbau der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung als vorteilhaft.

Die Abscheidevorrichtung 10 weist einen Wirbelsucher 30 in Form eines innenzylindrischen Elementes auf, das an der .Abdeckung 12 konzentrisch in dem äußeren zylindrischen Element 11 angebracht ist. Der Wirbelsucher erstreckt sich von dem offenen, oberen Ende 51 unmittelbar unterhalb des oberen Endes des äußeren Elementes durch die Abdeckung und ist am unteren Ende 32 offen. Dai untere Ende ist axial im Verhältnis zum äußeren Element ungefähr in der Mitte zwischen der Abdeckung und der Druckplatte 25 angeordnet. Das obere Ende des inneren Elementes weist ein Außengewinde 33 zur Befestigung einer nicht dargestellten Auslaßleitung auf, um Flüssigkeit aufzunehmen, aus der durch die Abscheidevorrichtung im wesentlichen die Stoffteilchen ausgeschieden sind.

Die Abscheidevorrichtung 10 weist .eine in Querrichtung angeordnete Einlaßleitung 35 auf, die am oberen Ende in den oberen Endteil des äußeren, zylindrischem Elementes 11 mündend angebracht ist. Die Achse der Einlaßleitung verläuft, wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, tangential zur Achse des i?.nßGren Elementes zum Umfang des letzteren hin und etwas unterhalb der Abdeckung

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12. Die Linie..'?¹ citong- steht ext einer nicht dargestellten Quelle einer 8toffteilchen aufweisenden Flüssigkeit in Verbindung. Die Strömung eier i'liirsi^keit von der Einlaßleitung durch die Absciieidevorrichtung und vom oberen Ende 31 des inneren zylindrxGcLaen Elementes $0 ist in geeigneter V/eise induzierbar, z.B. durch. Anschließen der Einlaßleitung 35 aⁿ den Auslaß einer Pumpe

ί oder des -Jirbelsuchers 30 an die Saugseite einer Pumpe.

j Da die Einlassleitung 35 tangential in bezug auf das äußere, ^! zylindrische Element 11 angeordnet ist, wird der in die Abscheij devorrichtung eintretenden Flüssigkeit eine Drall- oder Wirbelbewegung in einer .Bahn in dem äußeren Element verliehen, wie j sie durch den pfeil 4-0 gekennzeichnet ist. Eine Wirbelkammer 4-2 j wird somit in dem äußeren Element festgelegt. Wie am besten aus Pig. 3 hervorgeht, bilden das äußere, zylindrische Element 11 und das innere, zylindrische Element 30 einen ringförmigen Kanal 45 durch die \virbelkammer für die Bewegungsbahn der wirbelnden

j Flüssigkeit,
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wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht, weist die erfindungsgemäße hydraulische Abscheidevorrichtung eine erste Ausführungsform einer selbsttätigen, kontinuierlichen hengenregelungsvorrichtung 50 auf. Letztere weist eine elastisch flexible, kegelstumpf förmige Klappe 51 auf, die konzentrisch am inneren, zylindrischen Element 30 zum unteren Ende 32 hin angebracht ist. Die Klappe weist eine innere, zylindrische Öffnung 52 auf, die das innere Element paßmäßig aufnimmt, und erstreckt sich von

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letzterem radial schräg in Ströraunp-^ricctuii'--, so daß der umfang 53 der klappe mit der Innenfläche des uui'eren, zylindrischen Elementes 11 in Eingriff kommt oder beinahe in j/in^rifi kommt, wenn keine jj'lüssigkeitsströmunp.; vorhanden ist.

Die Klappe 51 ist an dem inneren, zylindrischen Element öO durch eine obere Manschette 60 und eine untere Manschette 61 befestigt, die starr an dem inneren Element angebraciit, z.j. angeschweißt ist, wobei die Klappe dazwischen eingeklemmt ist. Die oberen und unteren Manschetten weisen entsprechende zentrische Bohrungen 63 und 64 auf, die das innere Element paßmdßig aufnehmen. Die obere Manschette 66 weist eine untere, regelstumpfförmige Fläche 66 auf, die der oberen Flache der Klappe angepaßt ist. Die untere Manschette weist eine obere kegelstumpfförmige Fläche 67 auf, die der unteren Flache der Klappe paßmäßig zugeordnet ist. Die Umfange der Manschetten sind derart ausgebildet, daß die Manschetten nach paßmaisiger Anordnung an dem inneren Element der Klappe eine Kugel 68 bilden, die konzentriscl am inneren Element in Nähe des unteren Endes 32 angebracht ist und sich zum äußeren Element 11 hin erstreckt. Die Kugel 63 weis einen wesentlichen kleineren Durchmesser als das äußere zylin drische Element auf, so daß ein ringförmiger Kanal 4-5 um die Kugel herum gebildet ist. Die Klappe erstreckt sich von der Kugel in einer letztere umfassende Beziehung in den ringförmigen Kanal nach unten bis zu einer Lage, in der der Kanal durch die Kugel verengt wird.

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j JL/ie seibstt -tige, kontinuierliche Kengenregiungsvorrichtung 50 ist rait jeder beliebigen Abscheidevorrichtung 10 verwendbar, die ein äußeres und ein inneres Element entsprechend den Elementen 11 und 30 aufweist, wenn sie zwischen sich einen ringförmigen Kanal entsprechend dem Kanal ^5 bilden. Die Mengenregelung vorrichtung ist mit geder geeigneten Abscheidevorrichtung verwendbar, um eine wirbelmäßige Strömung in dem ringförmigen Kanal zu induzieren, und es ist nicht zwingend notwendig, einen tangential verlaufenden Einlaß wij die Zuleitung 35 zu verwenden Die üaengenreglungsvorrichtung ist bezüglich ihrer Verwendung auch nicht zwingend auf die Verwendung einer Druckplatte 25, einer speziellen I'orm der Abdeckung 12, des Verschlusses 13 oder der Auslaßleitung 16 beschränkt, auch wenn sich die Verwendung der Druckplatte 25 als vorteilhaft erwiesen hat.

Aus Pig. 4- geht eine zweite Ausführungsform der kontinuierlichen I'xengenregelungsvorrichtung ^r/ö in der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung hervor, wobei die Mengenregelungsvorrichtung an einem inneren, r^lindrisehen Element 75» das dem Wirbelsucher 30 entspricht, und konzentrisch zu einem äußeren, zylindrischen Element 76, das dem äußeren Element 11 entspricht, angebracht ist. Zwischen den Elementen 75 und 76 ist eine Wirbelkammer 77 entsprechend der Wirbelkammer 4-2 gebildet.

Die zweite Ausführungsform 70 weist eine untere kegelstumpfförmige Klappe 80 aus einem elastisch flexiblen Material auf, die konzentrisch an dem inneren Element 75 angebracht und mit der

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Klappe 51 der ersten Ausführungsf orrn im wesentlichen identisch ist. Die untere Klappe erstreckt sich schräg und radial von dem inneren Element in Strömungsrichtung. Lie zweite Ausführungsform weist eine Zusatzklappe 81 auf, die im wesentlichen mit der Klappe 80 identisch und nach oben im Abstand, parallel zu letzterer und konzentrisch zum inneren Element angeordnet ist. Eine obere Manschette 85, die im wesentlichen mit der oberen hanschette 60 der ersten Ausführungsform 50 identisch ist, steht mit der Zusatzklappe nach oben in Eingriff. Sine zentrische Manschette 86 hält die Klappen 80 und 81 im Abstand von einander Die zentrische !Manschette weist einen zylindrischen Umfang sowie kegelstumpfförmige obere und untere Flächen auf, die entsprechen^ paßmäßig zu der unteren Pläche der zmsatzklappe wie der oberen Fläche der unteren Klappe ausgebildet sind. Eine untere Lanschette 87, die im wesentlichen mit der unteren Manschette der ersten Ausführungsform identisch ist, steht mit der unteren

Klappe nach unten in Eingriff. Die l-ianschette 85, 86 und sind ortsfest an dem inneren Element angebracht, z.b. angeschweißt, und spannen die Klappen 80 und 81 ein. Ein ringförmiger Kanal 88 erstreckt sich an den Klappen vorbei, wenn sie nach unten und innen gebogen sind.

Eine dritte A~usführungsforra 90 der kontinuierlichen Mengenregelungsvorrichtung geht aus den !'ig. 5 und 6 hervor. Diese Vorrichtung ist an einem inneren, zylindrischen' Element 95 konzentrisch zu einem äußeren, zylindrischen Element 96 angeordnet, •wobei eine Wirbelkammer 97 zwischen ihnen gebildet ist. Das

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innere Element, das ^ußere Element? und die Kammer sind ϊω wesentlichen identisch mit den entsprechenden Elementen der ersten und der zweiten Ausführungsform susgebildet.

Die dritte Ausführungsform 90 weist eine ringförmige, aus einem Stück gebildete Klappen- und Ilalterungseinrichtung 100 aus eineui elastisch flexiblen Laterial auf, die konzentrisch an dem inneren, zylindrischen Lleirent angebracht ist. DJ e Einrichtung ".CC weist eine Hülse 101 mit einer zylindrischen Innenfläche 107 suf, die paßmäßig an deu inneren, zylindrischen Element angeordnet ⁿ- ^t und ein abgeschrägtes oberes Ende 103 aufweist. Die Einriebt ¹^ 3 100 weist eine kegelstumfförmige Klappe 105 auf, die mit ihr einstückig ausgebildet ist und sich vom unteren Ende der Hülse radial und nach unten erstreckt und in einer zylindrischen Außcnl-ante 106 ausläuft, die paßmäßig an der Innenfläche des äußeren, zylindrischen Elementes 96 bzw. in unmittelbarer iiahe des letzteren angeordnet ist. Die Klappe verjüngt sich vorzugsweise nach außen, um die gewünschten Biegeeigenschaf ten zu erhalten.

Die dritte Ausführungsform 90 weist einen umlaufenden Anschlag 110 auf, der vorzugsweise einen ringförmigen Aufbau besitzt, um das innere, zylindrische Element 75 herum angepaßt ist und mit der Einrichtung 100 der Hülse 101 gegenüber in Eingriff steht. Der Anschlag ist an dem inneren Element ortsfest angebracht, z.B. angeschweißt, und hält die Einrichtung 100 fest.

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Da der Anschlag 110 ringförmig ist, ict die Klavpe 103 elastisch über die gebogene Oberfläche des Anschlags biegbar, ,.ie aus S¹Ig. ο hervorgeht. Die Klappe wird durch den Aufprall der wirbelnden flüssigkeit in der Kammer ^7 in die durchgebogene Stellung gedrückt, wie i'ig. 6 zeigt. Als Folge davon wird ein Ringspalt 115 zwischen dem äußeren Ende 106 der Klappe und dem äußeren Element 11 gebildet, durch den die wirbelnde Flüssigkeit in einer durch den Pfeil 116 dargestellten Bahn strömt. Eine andere durchgebogene Stellung 118 der Klappe ergibt sich infolge eines noch stärkeren Aufpralls der Flüssigkeit auf die Klappe bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten.

Falls gewünscht wird, kann eine Anzahl an Klappen- und Halte rungseinrichtungen 100 im Abstand zueinander an dem inneren, zylindrischen Element 95 angebracht werden, um für eine selbsttätige, kontinuierliche Mengenregelungsvorrichtung ähnlich der zweiten Ausführungsform 70 zu sorgen.

Der Betrieb der Ausführungsfarmen der efindungsgemäßen Vorrichtung vollzieht sich folgendermaßen: Eine mit Stoffteilchen versehene Flüssigkeit wird in die Abscheidungsvorrichtung 10 über die Einlaßleitung 35 durch ein zwischen der Einlaßleitung 35 und dem oberen Ende 31 des inneren, zylindrischen Elementes 30 ■tforgeaeaenee Druckgefälle eingelassen. Ein geeignetes Druckgefälle wird typischerweise durch Anschließen des oberen Endes an die Saugseite einer Pumpe oder durch den Anschluß der Einlaßleitung an den Auslaß einer Pumpe erzeugt. Wie in bezug auf

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Fig. 1 beschrieben worden ist, wirbelt die Flüssigkeit in der Wirbelkammer 42 in einer durch die Pfeile 40 dargestellten Bahn. Die von der Drallbewegung erzeugte Zentrifugalkraft treibt die Stoffteilchen nach außen gegen das äußere, zylindrische Element 11, von vio die Teilchen in den Verschluß 13 und das Saugrohr absinken. Die wirbelnde Flüssigkeit setzt ihre Bewegung nach unten an dem unteren inde 32 des inneren, zylindrischen Elementes vorbei fort, worauf sie durch Wirkung der Druckplatte bei Portsetzung ihrer wirbelnden Bewegung ihren Verlauf umkehrt und unter Aufrechterhaitung ihrer Drallrichtung nach oben in die Wirbelkammer strömt. Wenn die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ausreichend ist, wird die zentrifugale Abscheidung fortgesetzt, da die Flüssigkeit nach oben wirbelt und die Stoffteilchen weiterhin aus der Flüssigkeit entfernt werden. Die gereinigte Flüssigkeit tritt dann durch den Wirbelsucher aus der Abscheidevorrichtung aus. Bei Verwendung des Abscheiders in einem Bohrloch oder wenn letzterer in anderer Weise untergetaucht wird, setzen sich die schwereren Teilchen in dem äußeren, zylindrische^ Element 11 ab und werden durch das Saugrohr 16 abgeführt. Bei Verwendung eines Saugrohras ausreichender Länge tritt kein Wasserzufluß durch die Öffnung 14 auf„ Falls der Abscheider oberhalb des Erdbodens verwendet wird₉ ΐ/erden ein nicht dargestellter Verschlußstopfen in das Kupplungsstück 15 ©ingesetzt und die Stoffteilchen einfach in dem Verschluß 13 gesammelte

Die beschriebene Abscheidung ist nur effektiv, wenn der Flüssigkeitsdurchsatz durch die Abscheidevorrichtung"ausreichend ist.

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um einen Plüssigkeitsdurchsatz durch den ringförmigen Kanal 4-5 "bei einem Niveau zu halten, der für ein zentrifugales Ausschleudern effektiv ist. Bei geringeren Strömungsgeschwindigkeiten durch den Kanal wird eine Zentrifugalkraft erzeugt, die zum Schleudern der Stoffteilchen nach außen nicht ausreicht. Unter solchen Umständen werden die Stoffteilchen unmittelbar von der Einlaßleitung 35 zum unteren Ende 32 des Wirbelsuchers 30 getragen und eine Abscheidung findet nicht statt. Durch Verwendung der kontinuierlichen Hengenregelungsvorrichtunffen 50, oder 90 wird jedoch die Strömungsgeschwindigkeit durch den ringförmigen Spalt selbsttätig bei einem verhältnismäßig hohen Niveau gehalten, wenn der Flüssigkeitsdurchsatz durch die Abscheidervorrichtung abnimmt. Die Geschwindigkeit wird durch die Klappen 51, 80, 81 und 105 aufrechterhalten, die in effektiver Weise den Querschnitt des Ringspaltes bei Strömungsabnahme verringern.

Wie aus Pig. 1 hervorgeht, ist keine Flüssigkeitsströmung durch die Abscheidevorrichtung vorhanden, wenn die Klappe 51 sich nach außen erstreckt und mit dem äußeren, zylindrischen Element 11 in Eingriff steht oder sich in unmittelbarer Nähe des letzteren befindet·

Falls eine Strömung nach innen durch den Einlaß 35 und in einer wirbelnden Bahn nach unten durch das äußere' Element 11 in der beschriebenen Weise induziert wird, bewirkt das Druckgefälle an den gegenüberliegenden Seiten der Klappe 51 ein Durchbiegen

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letzterer nach unten und innen, wobei der Ringspalt vergrößert wird. Je größer die Strömungsgeschwindigkeit ist» desto größer ist die Durchbiegung und desto großer wird der Durchlaß zwecks Aufnähme der Strömungsmenge, v/enn dagegen der Zufluß der Flüssig keit durch den Einlaß 3i? abnimmt, bewegt sich die elastische Klappe in Anbetracht des verringerten Druckgefulles nach oben und außen, wodurch der an der Klappe vorbeilaufende Kanal verengt wird, um für eine größere Geschwindigkeit zu sorgen, die eine zentrifugale Uirbelwirkung selbst bei verringertem Durchsatz rewihrleistet.

Der Betrieb der aus Fig. 4- hervorgehenden zweiten Ausführungsform ist iiu wesentlichen der gleiche. Ist keine Flüssigkeitsströmung vorhanden, verbleiben die Klappen 80 und 81 in ihren Außenstellun-en, in denen sie mit dem äußeren Element 76 in eingriff stehen oder sich in dessen unmittelbarer Nachbarschaft befinden. Wenn die Flüssigkeit nach unten durch den Ringspalt zwischen dem Wirbelsucher 7i? und dem äußeren Element 76 wirbelt, werden die flügelarti^en Klappen bO und 81 nach unten und innen gebogen und der Querschnitt des Kanssals vergrößert. Wenn die Strömung sich verringert, bewegen sich die Klappen nach außen und oben und verengen den Kanal, wodurch eine große Geschwindigkeit für eine zentrifugale Aupschlcuderung au^reciaterhslten wird. E:^;ne vergrößert^ Strömung wird selbsttätig durch eine Durchbiegung der Klappen nach unten und innen aufgenommen.

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Die Klappe 10p der dritten AuniVhLHinr,-. ο>;\>. ir.t ii.< '/'2"/.--"J-OiCh zu denen der beiden anderen AuGJiuiieuny-^tor^er! unterrici-iouiich angebracht, arbeitet aber im wesentlichen in derselben .oino. .;enn nur eine uiiniraale oo.er ibyrbaupt Keine Btr< niunr.- vorherrncnt, wird die durchbie^bsre klappe 10;; durcn ihre jjlarjtisit.-t n;Oh außen gedrangt, so daß die ...-uiiere Kante 1Oj Biit der Innen-..'I.-.ehe des äußeren Elementes VG in /uin-riff steht, -.obald ein eine Strömung induzierendes Uruckp-ei'ulle in der Äbr-cheidovoj.-i.ichcun:·. entwickelt wird, bildet sich ein größerer Druck aufw.rrtrj von der Klappe und bewirkt eine Durchbiegung letzterer in eine in Jj¹Ig. 6 dargestellte .Stellung. ^!>ei einer solcüen Lurciiuiopunr-·· der Klappe wird der '.iinpjspalt 11p gebildet. Der .iinj-;r;p8lt vjt-ist einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser auf, so daß die Strömung· dadurch mit einer Geschwindigkeit erfolgen uui-, a±e für eine effektive Abscheidung der Btoff teile hen groß r-enur ist, selbst wenn der gesamte Flüssigkeitsdurchsatz verhältnismäßig gering ist. Wenn das Druckgefälle über die .abscheidevorrichtung anwächst, erfolgt ein größrer l^lüssigkeitsdurchsatz durch die Vorrichtung. Das vergrößerte Druckgefalle bewirkt ouch eine größere auf die Klappe einwirkende Kraft, die eine Bewegung der Klappe in eine andere Stellung 118 bewirkt. Hierdurch wird der Durchmesser des üingspaltes außerhalb der Klappe vergrößert, so daß die maximale Strömungsgeschwindigkeit in der Wirbelkammer 97 nicht über die Strömungsgeschwindigkeit hinaus anwuchst, die für die Abscheidung der Stoffteilchen erforderlich ist. Als Folge davon wächst der Druckabfall, der zur Erzeugung einer Strömung durch die Abscheidevorrichtung erforderlich ist, nicht

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be br·, -eilt lieh üuer den Druckabfall, der für eine Abscheidung bei niedrigeren .ütrüßiun;;s escfrwindigkeiten erforderlich, ist. .bei den verschiedenen Ausfnhrungsforuien der erfindungsgetacßen Abscheidevorrichtung wird der !Durchmesser des Ringspaltes durch

j die Klappen selbr.tti.tif bei Aufprall der Flüssigkeit auf die

ι elastische hlcippe variiert, wenn ein von der Strömung induzier-

ter Druckabfall an der Abscheidevorrichtung auftritt. Da die ι iirvi'te, die die klappe durchbiegen, dieselben sind, die auch

^; die .otrümun" crzeuren, tritt keine entscheidende Verzögerung

auf, wenn die Klappe stufenweise und/oder schwingend die geeitc- !
'■ nete ο tr-vmunr:ss teilung einnimmt. Die erfindungsgemäße Abschei-

j devorrictitunf/; licit daher eine Strömungsgeschwindigkeit aufrecht, die eine zentrifugale Abscheidung bei einem geeigneten Niveau bewirkt sowie für eine effektive Abscheidung während Perioden eines raschen iJtromungssnstiegs oder Stromungsabfalos sorgt.

Infolge der variablen Querschnittsfxäche der Üingspalte 45, ÖÖ und ΊΊ5 kann die Btromungsgeschwindigkeit durch den iiingspalt jeweils auf einem Niveau gehalten werden, das nicht größer als das für eine effektive Abscheidung der Stoffteilchen erforderliche i-iiveau ist. Als I'olge davon wird die Schleif wirkung der ■Stoffteilchen an den Klappen 5Ί» ÖO, 81 und 100 und den äußeren Elementen 11, 7& und 96 selbst bei verhältnismäßig hohen Strömungsgeschwindigkeiten minimal gehalten. Falls bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten sich Stoffteilchen auf den Klappen ansammeln, werden die Stoffteilchen einfach weggespült, wenn die Strömungsgeschwindigkeit vergrößert wird. Eine solche Spül-

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■wirkung wird durch die Durchbiegung der Klappen unterstützt, wobei daran haftende haterialscbichten gelöst werden. Der minimale Verschleiß selbst bei gro£en Strömungen enchwindigkeiten zusammen mit der Unanfälligkeit gegen eine Verstopfung bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten reduziert die Kosten der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung über ihre Betriebsdauer im Vergleich zu herkömmlichen Abscheidevorrichtungen sowie ihre Lebensdauer beträchtlich.

Eine einzige Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydraulischen Abscheidevorrichtung 50, 70 oder yo sorgt für eine geeignete Abscheidung der Stoffteilchen aus einer Flüssigkeit über einen großen Bereich der Strömungsgeschwindigkeiten. So ist es möglich zu Abscheidungszwecken nur eine Vorrichtung zu installieren, wo bislang eine Vielzahl an herkömmlichen Vorrichtungen erforderlich waren, die von automatischen Steuerungen oder handbetätigten Ventilen ausgesucht wurden, um einen solchen Strömungsbereich in den GTiff zu bekommen.

Eine Kostenverringerung ist gegenüber den herkömmlichen Abscheidern selbst bei Einbauten möglich, wo eine konstante !flüssigkeitsströmung vorherrscht. Nur eine einzige Größe oder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung ist erforderlich, um einen weiten Bereich an Strömungsgeschwindigkeiten zu kontrollieren. Durch die mögliche Kassenx>roduktion des einzelnen Abscheiders werden die Kosten ebenfalls verringert.

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Als vorteilhaft erweist sieb bei der in ü'ig. 1 dargestellten Ausi'ü.tirun.r.si'orm 10 der erfindun^sf-'em-,-:en Abscheidevorrichtung in tx3rö.rsuj.ischer Sicht weiterhin die nach unten konvex verlaufende Abdeckung 12 nahe der Einlsßleitung 35, da durch die jüoucai:_;i<.eit der Abdeckung die einströmende i'lüssiekeit nach unten in die durch den Ifeil 4-0 dargestellte Wirbelbahn geeignet geführt v:ird. In mechanischer Bicht ermöglicht der nach oben -^ericbijete konkave Vorlauf der Abdeckung, daß die Schrau-

53 innerhalb des äußeren, zylindrischen Elementes üchutz vor einem Einbau der Abscheidevorrichtung angeordnet werden können. Eine solche Abdeckung läßt sich auchjwirtschaftlicü herstellen.

Ho/He

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Claims

BERLIN 33 8MUNCHEN80 Dr. RUSCHKE & PARTNER ρ'ΤΤ,Τ* üfiSSP PATENTANWÄLTE ffiSfftSSSf· Tel. (030)8283895/8264481 BERLIN -MÜNCHEN ΤΛ C89)980324'*7288 Telegramm-Adresse: Tategimmm-Adraua: Quadratur Berlin Quadratur München TELEX: 183788 Γ— ΓΠΠ TELEX: 522767 j NACHGEREIOHT} s; /ι Patentansprüche

1. Abscheidevorrichtung gekennzeichnet durch ein äuiseres Element mit einer langgestreckten, von einer Rotationsfläche umfaßten Wirbelkammer mit im wesentlichen abgedichteten oberen und unteren Enden, durch ein langgestrecktes, rohrförmiges, inneres Element, das am oberen Ende des äußeren Elementes im wesentlichen konzentrisch zur Wirbelkammer angebracht ist, wobei zwischen der äußeren Rotationsfläche des inneren Elementes und der Innenfläche des äußeren Elementes ein ringförmiger Kanal gebildet ist und ein offenen Ende des inneren Elementes in der Wirbelkammer in der iiitte zwischen den Enden des äußeren Elementes engeordnet ist, durch eine Flüssigkeits zuführung, die mit der Wirbelkammer in der Nähe des oberen Endes des äußeren Elementes verbunden ist, wobei eine Flüssigkeit, die abzuscheidende 'Teilchen enthält, in die Wirbelkammer zuführbar is+^, in dem Kanal und der Wirbelkammer um das innere Element herum nach unten strudelt, wobei die Seuchen nach außen geschleudert werden, durch die Schwerkraft dann zum unteren Ende des äußeren Elementes absinken und die Flüssigkeit dann durch das innere Element hindurch nach oben wirbelt, durch eine Einrichtung zum Entfernen

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ORIGINAL INSPECTED

der i'eilchen, axe sich am unteren Ende des üuiieren Elementes abgesetzt haben, durch eine elastisch flexible, kreisförmige Klappe, und durch eine Einrichtung, die die Klappe, die das
innere Element unterhalb der Iflüssigkeitszufuhr umfaßt,
haltert, wobei sich die Klappe schräg nach außen und nach
unten von dem inneren Element aus in den Kanal erstreckt,
wobei der effektive Durchmesser des Kanals bei Verringerung
des Stromungsdurchsatzes durch die Bewegung der Klappe nach
außen gegen das äußere Element verringerbar ist, um die
Strömungsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, und wobei der
effektive Durchmesser des Kanals bei Vergrößerung des Durchsatzes durch Drängen der Klappe vom äußeren Element weg nach innen vergrößerbar ist, um den vergrößerten Durchsatz aufzunehmen, wahrend die Strömungsgeschwindigkeit zwecks Beibehaltung des zentrifugalen Schleudereffektes aufrechterhalten wird.

2. Abscheidvorrichtung nach Anspruch 1₉ daduroh gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung ein Paar Manschetten aufweist_s die starr an dem innesan Element befestigt sina_s wobei die
Klappe zwischen den Manschetten eingespannt isto

3ο Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch gekenn=* zeichnete daß die Hslterungseinriohtuag das innere Element
außen umfaßt und sich awscks ¥©r®nguag des Kanals au dem
äußeren Element hin erstreckte

4. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe sich nach außen in eine Stellung in den Kanal erstreckt, in der letzterer durch die Halterungseinrichtung verengbar ist.

5· Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zusätzliche, elastisch flexible, kreisförmige Klappe, und durch eine Einrichtung zum Haltern der Zusatzklappe an dem inneren Element, wobei die Zusatzklappe sich schräg nach außen und nach unten von dem inneren Element in den Kanal erstreckt und die Klappe sowie die ZusatzkTappe im Abstand von einander in Längsrichtung des Kanals angeordnet sind.

6. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe und die Halterungseinrichtung einstückig ausgebildet sind, wobei die Halterungseinrichtung von einer an das innere Element angepaßten Hülse gebildet ist und die Klappe sich nach außen verjüngt.

7- Abscheidevorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen umlaufenden Anschlag, der an dem inneren Element angebracht ist und mit der Klappe gegenüber der Hülse angeordnet ist, wobei die Klappe elastisch über den Anschlag biegbar ist.

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b. Abscheidevorrichtung gekennzeichnet durch eine zylindrische Wirbelkammer mit einem oberen und einem unteren Ende, mit einem zylindrischen, rohrförmigen, inneren Element, das im oberen J^nde der Wirbelkammer konzentrisch angeordnet ist, sich von dort nach unten erstreckt, wobei ein das innere Element umfassender Ringkanal gebildet ist, mit einer Einrichtung, die eine Stoffteilchen enthaltende Flüssigkeit tangential in das obere Ende der Wirbelkammer treibt, wobei die Flüssigkeit nach unten durch den Kanal wirbelbar, die Stoffteilchen durch die Zentrifugalkraft nach außen schleuderbar und die Flüssigkeit dann nach oben durch das innere Element führbar sind, durch eine selbsttätige, kontinuierliche kengenregelungsvorrichtung, zum Steuern der Geschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Kanal in Abhängigkeit von den Veränderungen des Flüssigkeitsdurchsatzes, wobei die Mengenregelunf.svorrichtung eine kegelstumpfförmige Klappe aus einem elastisch flexiblen Material und mit einem dem inneren Element angepaßten Durchmesser sowie eine Einrichtung aufweist, die die Klappe an dem inneren Element unterhalb der Antriebseinrichtung derart haltert, daß sich die Klappe schräg nach außen und unten in den Kanal erstreckt.

9· Abscheidevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die legelstumpfförmige Klappe mit dem Außendurchmesser nahe der einwärts angeordneten Oberfläche der Kammer angeordnet ist.

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