DE3033450A1

DE3033450A1 - Vorrichtung zur abscheidung von gas aus fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3033450A1
Application number: DE19803033450
Authority: DE
Inventors: Nils Due Jensen; Horst Prof. Dr. 2361 Wittenborn Komoßa; Kurt Frank Bjerringbro Nielsen
Original assignee: Grundfos AS
Current assignee: Grundfos AS
Priority date: 1980-09-05
Filing date: 1980-09-05
Publication date: 1982-04-15
Also published as: GB2082942B; FR2489705B1; GB2082942A; JPS5778910A; DE3033450C2; IT1138178B; IT8123715A0; US4427421A; FR2489705A1

Description

3033Α50

Anmelder: Grundfos A/S,

Oestre Ring Vej 7-11, DK-8850 Bjerringbro

Vorrichtung zur Abscheidung von Gas aus Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Gas aus Flüssigkeiten mit einer zwischen ihren Ein- und Austrittsstutzen befindlichen Abscheidekammer, der das Flüssigkeit-Gas-Gemisch drallbehaftet zugeführt wird, wobei das Gas im Zentrifugalfeld der Strömung zu dem in die Mittellinie der Kammer fallenden Drehzentrum hin verdrängt wird und zu einer Ablaßöffnung gelangt, während die entgaste Flüssigkeit am Umfang der Kammer zum Austrittsstutzen abfließt.

In vielen mit Pumpen betriebenen Anlagen, wie etwa Heizungs- und Kühlwasseranlagen, hat die Umwälzpumpe mit der Flüssigkeit einen mehr oder weniger großen Gasanteil mitzufOrdern. Dieses Gas kann sowohl in der Anlage als auch in der Pumpe zu Schwierigkeiten und Störungen führen. Dies gilt insbesondere auch bei Warmwasser-Zentralheizungen, bei denen im System befindliche Luft die Ursache vieler Probleme ist. Von diesen Problemen sollen hier nur die wichtigsten genannt werden, nämlich die Geräuschbildung, der Ausfall ungünstig gelegener Heizkörper, das Korrosionsproblem und schließlich auch der mögliche Ausfall der Umwälzpumpe durch Trockenlauf der Lager.

Bei einem ordnungsgemäßen Betrieb ist es also erforderlich, das

Gas bzw. die Luft aus dem jeweiligen Kreislauf zu entfernen. Die
dazu benutzten Vorrichtungen werden entweder als eigenständige
Baueinheit oder als Bestandteil der Umwälzpumpe in die betreffende Anlage eingebaut. Ihre Wirkung geht auf die Schwerkraft oder Zentrifugalkraft zurück.

Die meisten der bisher bekannten Gasabscheider arbeiten nicht zufriedenstellend, weil physikalische Gesetze bei ihrer Konstruktion unbeachtet geblieben sind oder keine klare. Trennung von Abscheide- und Gassammelraum vorgenommen wurden. Ein großer Nachteil ist auch der, daß ihre Funktion lageabhängig ist, d.h., daß der Verwender
von Abscheidern beim Einbau insoweit nicht frei ist. Da Pumpenanlagen außerdem häufig mit veränderlichem Förderstrom betrieben werden, ist weder der Schwerkraft- noch der Zentrifugalabscheider als optimale Problemlösung anzusehen. Schwerkraftabscheider haben gute Abscheidegrade bei kleinen Förderströmen und schlechte bei großem
Durchsatz; Zentrifugalabscheider zeigen das gegensätzliche Verhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Mangel zu beheben und einen Gasabscheider zu schaffen, der auch bei schwankendem Durchsatz einen in weiten Bereichen gleich guten Abscheidegrad hat und der außerdem sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Einbaulage funktionsfähig ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei der eingangs erwähnten Abscheidevorrichtung das Flüssigkeit-Gas-Gemisch in die untere öffnung eines koaxial in der Kammer angeordneten Siebrohres eingeleitet wird, dessen obere öffnung auf die Ablaßöffnung gerichtet ist und den Siebrohrraum im Hauptschluß mit dem Austrittsstutzen verbindet, während die Siebrohrdurchbrechungen einen Nebenschluß zum Austrittsstutzen bilden. Hierdurch ergeben sich für das in den Eintrittsstutzen gelangende Fluid zwei Strömungswege durch die Abscheidekammer zum Austrittsstutzen/ und zwar der erste Weg für das Flüssigkeit-Gas-Gemisch in axialer Richtung durch das Siebrohr und der zweite Weg für die vom Gas befreite Flüssigkeit durch die öffnungen des Siebrohres.

Bekanntlich lassen sich Gasblasen mit beweglicher Grenzfläche mit Hilfe von Sieben lenken. In Heizungsanlagen kommen vorzugsweise Kugelblasen und elliptische Blasen vor. Wenn das Flüssigkeit-Gas-Gemisch mit Drall in das erwähnte Siebrohr eintritt, dann werden die Gasblasen durch die Zentripetalbeschleunigung zum Drehzentrum, also zur Siebrohrachse hin verdrängt und mit dem Fluid zur oberen Ablaßöffnung gebracht. Ein Teil der Flüssigkeit fließt dabei im Nebenschluß durch die öffnungen des Siebes direkt zum Austrittsstutzen des Abscheiders, so daß die Axialkomponente der Strömungsgeschwindigkeit im Siebrohr mit dem Strömungsweg stetig abnehmen wird, während die schräg auf die Siebfläche auftreffenden Gasblasen abprallen werden. Bei entsprechend dimensioniertem Siebrohr ist die Axialgeschwindigkeit des Fluids im Einsatzbereich des Abschei-

ders in der oberen öffnung des Siebrohres kleiner als die Schwebegeschwindigkeit der Gasblasen, so daß diese nicht von der oben aus dem Siebrohr austretenden und im Hauptschluß in den Austrittsstutzen des Abscheiders eintretenden Flüssigkeit mitgerissen werden können. Das gilt auch bei plötzlich starkem Gasanfall, der im übrigen wegen des Siebrohres nicht zu einem Durchschlagen des Abscheiders führen kann.

Im übrigen sollte die Vorrichtung so konstruiert werden, daß die Mittellinie der Abscheidekammer und des Siebrohres bei vertikaler oder horizontaler Einbaulage des Abscheiders schräg zum Erdschwerefeld liegt. Vorzugsweise wird ein Winkel von 45° zum Erdschwerefeld gewählt. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß bei kleinem Flüssigkeitsdurchsatz und damit langer Verweilzeit des Fluids in der Abscheidekammer die Gasblasen aufgrund der Auftriebskraft von der Flüssigkeit getrennt werden und vom Siebrohr geführt zur Ablaßöffnung gelangen, sofern die Gasblasen im Betrieb überhaupt mit dem Siebrohr in Kontakt gelangen. Mit größer werdendem Durchsatz nimmt der Drall des Fluids und damit die Zentripetalbeschleunigung zu, die die Gasblasen zur Mittellinie der Abscheidekammer bzw. des Siebrohres hin verdrängt, um die sie dann kreisend zur Ablaßöffnung bzw. in einen Gassammeiraum aufsteigen.

Da die Gasblasen nicht in den Austrittsstutzen des Abscheiders gelangen sollen, muß, wie bereits erwähnt wurde, die Axialgeschwindigkeit des Fluids in der oberen öffnung des Siebrohres kleiner

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sein als die Schwebegeschwindigkeit der Gasblasen. Außerdem soll aus gleichem Grund die obere öffnung des Siebrohres auf gleicher Höhe oder höher liegen als der Austrittsstutzen des Abscheiders.

Schließlich sei noch erwähnt, daß der Abscheider mit einer Gasablaß vor richtung kombiniert werden kann. Zu diesem Zweck wird
über der Abscheidekammer ein Raum vorgesehen, in dem die Niveausteuerung eines gesonderten Ablaßventils untergebracht ist. In
diesem Bereich sollte die Drehbewegung des Fluids möglichst klein oder Null sein.

In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung und
Figur 2 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie A-A in Figur 1.

Das Flüssigkeit-Gas-Gemisch gelangt durch den Eintrittsstutzen 1 in den Abscheider. Es fließt durch den drallerzeugenden Leitapparat 2, der entsprechend Figur 2 mehrere Schaufeln 3 zur Stromführung hat, in die untere öffnung 4a des Siebrohres 4. Anstelle des gezeigten Leitapparates 2 könnte zur Erzeugung des erforderlichen Dralls auch ein Spiralgehäuse verwendet werden. Das Siebrohr 4 liegt koaxial im Zentrum der Abscheidekammer 5, an deren zylindrischen Teil sich ein nach oben gerichteter kegelstumpffor-

miger Einsatz 6 anschließt.

Im Fliehkraftfeld bildet sich dann eine schematisch angedeutete Gastrombe 7 im Siebrohr 4 aus, die über die Ablaßöffnung 8 des Einsatzes 6 in einen Gassammeiraum 9 gelangt und nach außen abgeführt wird, während das aus der oberen Siebrohröffnung 4b austretende Wasser im Hauptschluß in Richtung des Pfeiles a in den Austrittsstutzen 10 gelangen wird- Das direkt durch das Siebrohr 4 tretende und in Richtung des Pfeiles b strömende Wasser enthält ebenfalls keine Gasblasen. Auch dieses Wasser verläßt den Abscheider durch den Austrittsstutzen 10.

Die beschriebene Vorrichtung entspricht in ihrer Stromführung im Prinzip einem Freiflußventil und hat daher besonders niedrige Widerstandsbeiwerte. Das Durchschlagen von Gasbiasen in den Austrittsstutzen 10 wird durch das im Nebenschluß zur HauptStrömungsrichtung liegende Siebrohr 4 verhindert, so daß es nicht zu einem Blockieren des Abscheiders kommen kann.

Im Gassainmelraum 9 kann ein Schwimmerventil eingebaut sein, über das das Gas nach außen abgeführt wird. Im übrigen sollte hier ein evtl. noch vorhandener Drall des Fluids gebrochen werden. Zu diesem Zweck können mehrere radial stehende Rippen 11 vorgesehen werden, die mit dem Einsatz 6 verbunden sind.

Die geometrischen Abmessungen des Siebrohres 4 bewegen sich zweckniäßigerweise in folgenden Grenzen, nämlich 1 ^ 1/d ^ 6 und

0,5 ^ d/D ^. 2. Dabei ist d der Innendurchmesser des Siebrohres 4, D der Durchmesser des Austrittsstutzens 10 und 1 die wirksame Länge des Siebrohres.

Die Figur 1 zeigt die Abscheidevorrichtung in einer für eine horizontale Rohrleitung geeigneten Einbaulage. Die Einbaulage für eine vertikale Rohrleitung ergibt sich, wenn die Darstellung nach Figur 1 um 90° entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn verdreht wird. In beiden Fällen liegen die Ein- und Austrittsstutzen 1, 10 auf der gemeinsamen Mittellinie x, während die Mittellinie y der Kammer 5 und des Siebrohres 4 im Winkel von 45° zum Erdschwerefeld liegen. Andere Winkellagen wären ebenfalls möglich, obwohl der erwähnte Winkel von 45° bevorzugt ist, sofern nur ein Einbau in entweder horizontal oder vertikal verlaufende Rohrleitungen in Betracht kommt.

Abschließend wird noch darauf hingewiesen, daß die Anwendung der Erfindung nicht auf Gasabscheidevorrichtungen in Form von eigenständigen Baueinheiten beschränkt ist, da die Vorrichtung z.B. auch als integrierter Bestandteil einer Zentrifugalpumpe Verwendung finden kann. In diesem Fall bildet der Stutzen 1 gleichzeitig den Eintrittsstutzen des Pumpenaggregates, während der Stutzen 10 bzw. ein entsprechender Kanal so auf das Pumpenlaufrad ausgerichtet ist, daß dessen Drehachse in der Verlängerung der Achse χ liegt.

Leerseite

Claims

Patentanwälte " " ' "' . "

Dr. Hugo VVilcken ■ - - ο η ο Q / C η

Dipl.-fng. Thomas VVifcken ■■-*·.■ . J U J J 4 0 U

Musterbahn 1-2400 Lübeck 1

Anmelder: Grundfos A/S,

Oestre Ring Vej 7-11, DK-8850 Bjerringbro

Patentansprüche

1j Vorrichtung zur Abscheidung von Gas aus Flüssigkeiten mit einer zwischen ihren Ein- und Austrittsstutzen befindlichen Abscheidekammer, der das Flüssigkeit-Gas-Gemisch drallbehaftet zugeführt wird, wobei das Gas im Zentrifugalfeld der Strömung zu dem in die Mittellinie der Kammer fallenden Drehzentrum hin verdrängt wird und zu einer Ablaßöffnung gelangt, während die entgaste Flüssigkeit am Umfang der Kammer zum Austrittsstutzen abfließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeit-Gas-Gemisch in die untere öffnung (4a) eines koaxial in der Kammer (5) angeordneten Siebrohres (4) eingeleitet wird, dessen obere Öffnung (4b) auf die Ablaßöffnung (8) gerichtet ist und den Siebrohrraum im Hauptschluß mit dem Austrittsstutzen (10) verbindet, während die Siebrohrdurchbrechungen einen Nebenschluß zum Austrittsstutzen bilden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Austrittsstutzen (1, 10) auf einer gemeinsamen Mittellinie (x) liegen und daß die Mittellinie (y) der Kammer (5) und des Siebrohres (4) bei Einbaulage schräg, vorzugsweise im Winkel von 45°, zum Erdschwerefeld liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Austrittsstutzens (10) unterhalb der oberen Öffnung (4b) des Siebrohres (4) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den zylindrischen Teil der Abscheidekammer (5) ein nach oben gerichteter kegelstumpfförmiger Einsatz (6) mit der Gasablaßöffnung (8) anschließt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis A, dadurch gekennzeichnet, daß sich die geometrischen Abmessungen des Siebrohres (4) in folgenden Grenzen bewegen, nämlich 1 ^ 1/d ^. 6 und 0,5 ^ d/D ^r 2, wobei d der Durchmesser des Siebrohres, D der Durchmesser des Austrittsstutzens (10) und 1 die wirksame Länge des Siebrohres ist.