DE69510191T2

DE69510191T2 - Hochleistungsseparator für schiffanwendungen

Info

Publication number: DE69510191T2
Application number: DE69510191T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Fewel; Alan Hashem; Kevin Rainey; David Taylor
Original assignee: Peerless Manufacturing Co
Current assignee: Peerless Manufacturing Co
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1995-03-23
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2015-03-24
Also published as: NO964091L; KR970702096A; ATE180990T1; US5653786A; AU2228495A; ES2135053T3; JPH09511178A; AU704956B2; KR100394519B1; EP0752907B1; NO964091D0; WO1995026803A1; DE69510191D1; JP4148478B2; EP0752907A1; CA2186454A1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Separator für eine Schiffsantriebsanlage zum Abscheiden von Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen aus einem Luftstrom.

Hintergrund der Erfindung

Wenn die für eine Verbrennung für eine Schiffsantriebsanlage zur Verfügung gestellte Luft von Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen gereinigt ist, erhöhen sich die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Antriebsanlage. Das gilt für Benzin- und Dieselmotoren und speziell für Gasturbinentriebwerke. In der Vergangenheit wurden Feuchtigkeit und Verunreinigungen durch einen Feuchtigkeitsseparator beseitigt, dessen eine Ausführung einen Trägheitsflügelradseparator, gefolgt von einem Feuchtigkeitskoaleszer enthält, welchem wiederum ein zweiter Trägheitsflügelradseparator folgt.
Trägheitsflügelradseparatoren funktionieren so, daß sie einen mehrfach gekrümmten Weg für die Luftströmung zur Verfügung stellen, um die Abscheidung der Feuchtigkeit aus der Luft durch eine so schnelle Veränderung der Luftrichtung zu erzwingen, daß die Feuchtigkeit durch die Trägheitseffekte abgeschieden wird und an den Flügelrädern des Separators nach unten abfließt, um ausgestoßen zu werden. Der Koaleszer wird durch poröse Matten aus Fasermaterial gebildet, die so wirken, daß kleine Tropfen, die durch Trägheit schwierig abzuscheiden sind, koaleszieren (zusammenfließen). Diese Koaleszer sind normalerweise Faserkoaleszer und verwenden gewebte oder nichtgewebte Materialien aus dünnen Fäden mit normalerweise einem Durchmesser zwischen 0,254 und 0,0254 mm (0,010 und 0,001 Zoll). Der zweite Träg heitsflügelradseparator bewirkt das Abscheiden der Koaleszer- Tropfen durch Trägheitseffekte und, da die koaleszierten Tropfen normalerweise einen größeren Durchmesser als 50 Mikron aufweisen, ist das leicht zu erreichen.
Frühere Schiffs-Feuchtigkeitsseparatorkonstruktionen, wie zum Beispiel jene, welche von dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung, der Peerless Manufacturing Company, Dallas, Texas, geliefert werden, waren auf Luftgeschwindigkeiten im Bereich von etwa 1,5-9,1 Meter (5 bis 30 Standardfuß) pro Sekunde (sfps) begrenzt. Höhere Geschwindigkeiten waren wegen des übermäßigen Druckverlustes, des Zerspringens der Tropfen und des nachfolgenden erneute Mitreißens von größeren Wassertropfen nicht praktisch. Mit diesen Beschränkungen mußte der Feuchtigkeitsseparator oft eine sehr große Konstruktion sein, um eine ausreichende Luftströmung für den Betrieb der Antriebsanlage zu sichern. Es besteht Bedarf für ein leistungsstarkes Feuchtigkeitsseparatorsystem, das Feuchtigkeit und Verunreinigungen aus der Luftströmung bei höheren Geschwindigkeiten, als sie vorher möglich waren, abscheiden kann. Das würde eine Separatorausführung mit geringen Abmessungen und die Verwendung für Schiffsantriebsanlagen höherer Leistung ermöglichen. Somit bietet die vorliegende Erfindung die Vorteile einer wirksamen Beseitigung einer wirksameren Beseitigung von Wasser und gestattet höhere Geschwindigkeiten sowie die Verwendung von leichteren Separatoren.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Schiffs-Hochleistungsseparator, wie er in Anspruch 1 beansprucht ist, und ein Verfahren, wie es in Anspruch 15 beansprucht ist, zur Verfügung gestellt. Der Schiffsseparator weist eine Koaleszer-Stufe auf, die bezüglich der Luftströmungsrichtung geneigt ist. Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkel zwischen etwa 10º und etwa 45º bezüglich der Vertikalen, wenn die Luftströmung horizontal ist. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist der Koaleszer ein Paar von geriffelten Platten auf, die ein Fasermaterial dazwischen einschließen. Das Fasermaterial hat vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als 0,0254 mm (0,001 Zoll).
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Schiffsseparator stromaufwärts von der Koaleszer-Stufe einen Trägheitsflügelradseparator auf. Ein zweiter Trägheitsflügelradseparator kann stromabwärts von der Roaleszer-Stufe vorgesehen sein. Die Verwendung einer geneigten Koaleszer-Stufe stellt eine größere Oberfläche für die Luftströmung zur Verfügung, welche die Luftgeschwindigkeit und den Druckverlust verringert. Weiterhin erhöht die geneigte Koaleszer-Stufe die Ablaufgeschwindigkeit des Wassers, welches sich an dem Koaleszer wegen der nach unten gerichteten Ablenkung der Luftströmung an der Vorderseite des Koaleszers ansammelt. Ferner verbessert die Koaleszer-Stufe die Luftströmungsverteilung in dem zweiten Trägheitsflügelradseparator, da die Luftströmungsgeschwindigkeiten nahe den oberen Bereichen des zweiten Trägheitsflügelradseparators größer sind, als die Geschwindigkeiten nahe den unteren Bereichen. Das ermöglicht höhere Ablaufgeschwindigkeiten für die Feuchtigkeit, die in dem zweiten Trägheitsflügelradseparator aufgefangen wird.
Bezüglich eines anderen Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Schiffsseparator zur Verfügung gestellt, um Feuchtigkeit aus Luft abzuscheiden, welche in einer Luftströmungsrichtung strömt. Der Schiffsseparator weist einen ersten Trägheitsflügelradseparator, einen Koaleszer stromaufwärts von dem ersten Trägheitsflügelradseparator und einen zweiten Trägheitsflügelradseparator stromabwärts von dem Koaleszer auf. Jeder der Trägheitsflügelradseparatoren weist ein erstes Bauteil auf, welches sich in einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Luftströmungsrichtung von einer vorderen zu einer hinteren Kante erstreckt. Das erste Bauteil weist eine stromaufwärts gelegene Hohlkammer, die darin ausgebildet ist, und eine stromabwärts gelegene Hohlkammer, die darin ausgebildet ist, auf. Ein zweites Bauteil erstreckt sich von der hinteren Kante des ersten Bauteils in einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Luftströmungsrichtung, wobei das zweite Bauteil eine stromaufwärts gelegene Hohlkammer aufweist, die darin ausgebildet ist und eine stromabwärts gelegene Hohlkammer, die darin ausgebildet ist. Eine erste Seite des erste Bauteils hat erste und zweite längsgerichtete Schlitze, die senkrecht zu der Luftströmungsrichtung darin ausgebildet sind. Jeder der Schlitze öffnet sich zu einer der Hohlkammern hin. Eine zweite Seite des zweiten Bauteils weist erste und zweite Schlitze auf, die senkrecht zu der Luftströmungsrichtung darin ausgebildet sind, wobei sich jeder der Schlitze zu einer Hohlkammer in dem zweiten Bauteil hin öffnet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Koaleszer-Stufe bezüglich der Luftströmungsrichtung geneigt.

Beschreibung der Zeichnungen

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun Bezug auf die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen genommen. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 einen horizontalen Querschnitt eines bekannten Flügelradseparators, der in Schiffssystemen verwendet wird;
Fig. 2 einen horizontalen Querschnitt eines bekannten Feuchtigkeitsseparators, der in einer Schiffsumgebung verwendet wird;
Fig. 3 einen horizontalen Querschnitt des Trägheitsflügelradseparators, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 eine horizontale Querschnittsansicht des Koaleszers, der in der Konstruktion verwendet wird;
Fig. 5 eine vertikale Querschnittsansicht der Anordnung des Koaleszers und des ersten und zweiten Trägheitsflügelradseparators;
Fig. 6 einen vertikalen Querschnitt, der die Luftströmungsverteilung zu dem zweiten Trägheitsflügelradseparator darstellt;
Fig. 7 eine Seitenansicht eines modifizierten Trägheitsflügelradseparators, die einen rückwärts geneigten Koaleszer darstellt, und
Fig. 8 eine Seitenansicht eines zweiten, modifizierten Trägheitsflügelradseparators, die einen modifizierten Koaleszer darstellt.

Ausführliche Beschreibung

Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile in allen verschiedenen Ansichten bezeichnen, stellen Fig. 1 und 2 einen bekannten Schiffs-Feuchtigkeitsseparator 10 dar, der eine erste, von einem Trägheitsflügelradseparator 12 gebildete Stufe, eine zweite, von einem Feuchtigkeitskoaleszer 14 gebildete Stufe und einen zweiten Trägheitsflügelradseparator 16 aufweist. Die Flügelradseparatoren dieses Typs werden als Flügelräder mit der Bezeichnung P35 und P25 von der Peerless Manufacturing Company, Dallas, Texas, vertrieben. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weisen die bekannten Flügelradseparatoren 12 und 16 normalerweise einen Abstand zwischen den einzelnen Flügelrädern 18 von weniger als 25,4 mm (1 Zoll) und eine Wellenlänge von weniger als 76,2 mm (3 Zoll) auf. Die Separatoren weisen weiterhin Taschen 20 auf, welche die Luftströmung in einem gewissen Maße behindern und bewirken, daß sich die Luft zusammenzieht und ausdehnt, um an einer Tasche vorbeizuströmen.
Der Feuchtigkeitskoaleszer 14 ist normalerweise ein Faserkoaleszer und weist gewebte oder ungewebte Materialien aus dünnen Fäden mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 0,254 bis 0,0254 mm (0,010 bis 0,001 Zoll) auf. Der Feuchtigkeitskoaleszer dieses Typs ist auf Oberflächen- oder Vorderseiten-Luftgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 1,5-9,1 Meter (5 bis 30 Standardfuß) pro Sekunde begrenzt. Höhere Geschwindigkeiten sind wegen des übermäßigen Druckverlustes, unzureichender Seewasserbehandlungskapazitäten bei diesen Geschwindigkeiten, Zerspringen der Tropfen und nachfolgendes erneutes Mitreißen der zersprungenen Salzwassertropfen nicht praktisch.
Nun auf Fig. 3 bis 6 bezugnehmend, wird ein verbesserter Feuchtigkeitsseparator 30 erläutert. Die Betriebs-Vorderseitengeschwindigkeit des verbesserten Feuchtigkeitsseparators 30 liegt im Bereich von etwa 3-15 m (10 bis 50 Standardfuß) pro Sekunde, wodurch eine viel höhere Luftleistung als bei den früheren Konstruktionen erzeugt wird. Bei diesen Betriebsgeschwindigkeiten kann der Separator 30 eine ausreichende Flüssigkeitsablaufleistung und einen akzeptablen Druckabfall erreichen.
Bezugnehmend auf Fig. 3 ist ersichtlich, daß der verbesserte Feuchtigkeitsseparator 30 einen ersten, stromaufwärts gelegenen Trägheitsflügelradseparator 32 und einen im wesentlichen identischen, stromabwärts gelegenen, zweiten Trägheitsflügelradseparator 34 aufweist. Die Flügelräder sind in Übereinstimmung mit den Inhalten des US-Patentes Nr. 5,104,431, veröffentlicht am 14. April 1992, konstruiert. Spezifischer ausgedrückt, die Trägheitsflügelradseparatoren 32 und 34 weisen eine Vielzahl von Flügelrädern 12 auf, bei denen es sich im Vergleich zu den bereits vorhandenen um Flügelräder mit äußerst hoher Leistungsfähigkeit handelt, die es ermöglichen, daß der Separator für eine vorgegebene Leistungsanforderung kompakter gestaltet werden kann.
Die Flügelräder sind aus stranggepreßtem Aluminium hergestellt, das eine Reihe von kastenähnlichen Bauteilen 16 und 18 bildet, die sich im allgemeinen entlang der Luftströmungsrichtung, jedoch in einem vorbestimmten Winkel dazu, erstrecken. Jedes der Bauteile ist hohl und definiert zumindest zwei Hohlkammern, eine stromaufwärts gelegene Hohlkammer 20 und eine stromabwärts gelegene Hohlkammer 22, die sich über die gesamte Höhe der Flügelräder erstrecken. Eine längsgerichtete, stromaufwärts gelegene Öffnung oder ein längsgerichteter, stromaufwärts gelegener Schlitz 24 erstreckt sich durch eine erste Seite 26 des Bauteils zu der stromaufwärts gelegenen Hohlkammer hin. Ein ähnlicher Schlitz 28 öffnet sich zu der stromabwärts gelegenen Hohlkammer hin.
Eine zweite Seite 30 des Bauteils, auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden Seite, weist ähnliche Schlitzöffnungen zu den ähnlichen Hohlkammern hin auf. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, tritt, wenn Feuchtigkeit enthaltende Luft in Pfeilrichtung strömt, ein gewisser Teil der Luft in die Hohlkammern des Bauteils ein, wo die entstehende, verwundene und in mehreren Richtungen verlaufende Luftströmung die dichtere Feuchtigkeit abscheidet und die abgeschiedene Feuchtigkeit entlang den Hohlkammern zu dem unteren Bereich des Separators abläuft. Gleichermaßen trifft die Luftströmung, die durch das erste Bauteil strömt, auf die ähnlichen Schlitze in dem Bauteil des benachbarten Flügelrades, das weiter dahingehend wirkt, den Luftstrom zu entfeuchten.
Es ist zu erkennen, daß jede Hohlkammer in Querrichtung eine Dicke oder eine Tiefe D aufweist, die im allgemeinen senkrecht zu der Luftströmungsrichtung verläuft. Vorzugsweise ist diese Abmessung D kleiner als 1/45 der Wellenlänge W&sub1; und kleiner als 1/14 der Spitze-zu-Spitze-Amplitude A des Flügelrades, wobei noch ein Ablaufraum zur Verfügung gestellt wird, der größer ist als 50% der Querschnittsfläche des Flügelrades. Die Abmessung D sollte jedoch nicht zu klein sein, so daß eine Oberflächenspannung erzeugt wird, die Einfluß auf das Ablaufen der entlang den Hohlkammern abgeschiedenen Flüssigkeiten hat.
Der Ablaufraum, auf den Bezug genommen wird, stellt effektiv das Volumen jeder Hohlkammer, dividiert durch die Höhe H dar. Dieses Volumen ist durch die Länge S jeder Hohlkammer, welche im allgemeinen parallel zu der Luftströmungsrichtung liegt, sowie durch die Tiefe D und die Höhe H des Flügelrades definiert. Die Querschnittsfläche des Flügelrades würde die Breite W&sub1;, multipliziert mit der Dicke DV des Flügelrades sein. Die Flügelräder sind vorzugsweise größer als 76,2 mm (drei Zoll) in der Wellenlänge und sie sind um mehr als 25,4 mm (ein Zoll) voneinander beabstandet. Vorzugsweise werden nur zwei Bauteile (Prallflächen) oder eine Wellenlänge pro Flügelrad verwendet, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
Diese Verhältnisse ermöglichen eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Luftströmung durch die Flügelräder ohne erneutes Mitreißen der abgeschiedenen Flüssigkeiten. Dadurch wird die Leistung der Flügelräder gegenüber früheren Konstruktionen erhöht. Mit einer solchen Konstruktion bewirken die Flügelräder eine Kontraktion der Strömung auf weniger als 33%, die erforderlich ist, um das Flügelrad zu durchströmen, während eine ausreichende Ablenkung zur Abscheidung von Tropfen, die einen kleineren Durchmesser als 10 Mikron im Durchmesser haben, mit 95% Wirksamkeit beibehalten wird.
Nach dem Durchströmen des ersten Trägheitsflügelradseparators durchströmt der Luftstrom eine Koaleszer-Stufe 36. Die Koaleszer-Stufe weist eine erste geriffelte Platte 38, eine zweite geriffelte Platte 40 und Fasermaterial 42 auf, das zwi schen den beiden geriffelten Platten 38 und 40 eingeschlossen ist. Die geriffelten Platten falten das Fasermaterial, um den Druckverlust zu minimieren. Die Platten können flach sein, wobei flache Platten jedoch weniger bevorzugt werden, weil sie normalerweise einen höheren Druckverlust bewirken.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß die Koaleszer-Stufe 36 bezüglich der Luftströmungsrichtung geneigt ist, wie am besten in Fig. 6 zu sehen ist. Spezifischer ausgedrückt, das untere Ende der Koalszer- Stufe ist weiter stromabwärts gelegen, als das obere Ende. Der geneigte Koaleszer bietet mehr Oberfläche für die Luftströmung. Dadurch wird die Luftgeschwindigkeit verringert und die Druckverluste beim Durchströmen des Koaleszers werden verringert, die Ablaufgeschwindigkeit des Wassers wird durch die Ablenkung der Luftströmung an der Vorderseite des Koaleszers nach unten erhöht und die Geschwindigkeit des erneuten Mitreißens des Seewassers wird verringert. Der Koaleszer ist vorzugsweise in einem Winkel zwischen etwa 10º bis etwa 45º bezüglich der Vertikalen geneigt, wenn die Luftströmung horizontal ist. Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkel etwa 25º bis etwa 35º.
Der Koaleszer ist vorzugsweise unter Verwendung eines Fasermaterials aufgebaut, das zufällig ausgerichtete Fasern mit Durchmessern von 0,0254 mm (0,001 Zoll) oder weniger aufweist. Das bevorzugte Fasermaterial ist ungewebtes Polyester. Andere Materialien, die für die Verwendung als Fasermaterial geeignet sind, schließen Weißfasermaterial ein. Ein Teil des Fasermaterials kann einen Durchmesser über 0,0254 mm (0.001 Zoll) haben, solange der größte Teil der Fasern, d. h. über 50% oder die effektive Menge unter Berücksichtigung von Größe und Gestalt einen Durchmesser von 0,0254 mm (0,001 Zoll) oder weniger aufweist. Die geriffelten Platten 38 und 40 sind vorzugsweise aus Aluminium oder aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Der Koaleszer ist vorzugsweise so konstruiert, daß der Druckabfall über den Koaleszer, gemessen in der Strömungsmitte, geringer ist als etwa 10,2 cm (4,0 Zoll) Wassersäule. Der Druckabfall wird hauptsächlich durch die Dicke und die Dichte des Fasermaterials des Koaleszers und durch den Winkel der Koaleszer-Stufe zu der Luftströmung beeinflußt. Die Ausgestaltung der Halteplatten für das Fasermaterial kann den Druckabfall ebenfalls beeinflussen. Der Kolaseszer kann in jeder gewünschten Weise konstruiert sein. Die speziell gewählte Konstruktion sowie der Neigungswinkel beeinflussen den auftretenden Druckabfall.
Im allgemeinen wurde ermittelt, daß ein Neigungswinkel zwischen etwa 25º und etwa 35º bezüglich der Vertikalen für eine horizontale Luftströmung eine gute Entfernung des Wassers und eine gute Wasserströmung zu dem unteren Ende des Koaleszers erzeugen. Je nach Konstruktion des Koaleszers und seiner Ausrichtung kann ein Druckabfall von weniger als etwa 7,5 mm Quecksilbersäule (vier Zoll Wassersäule) erhalten werden. Somit sollte der Koaleszer so konstruiert sein, daß er nach seiner Ausrichtung gute Strömungskennwerte für das Entfernen des Wassers aufweist, und daß er keinen übermäßigen Druckabfall erzeugt. Es wurde ermittelt, daß ein Koaleszer, der aus einem Fasermaterial mit einer Dicke von etwa 9,5 mm (3/8 Zoll) aus ungewebten Polyesterfasern mit einem Durchschnittsdurchmesser von etwa 0,016 mm (0,00063 Zoll), die zwischen zwei geriffelten Platten auf eine Dicke von etwa 3,2 mm (1/8 Zoll) zusammengepreßt sind, gute Betriebskennwerte zur Verfügung stellt, wenn er mit 30º Neigung angeordnet ist.
Die Korrelation zwischen Druckabfall und dem Neigungswinkel kann für Winkel von 0º bis 45º für eine spezielle Koaleszerkonstruktion unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden:
Darin ist
ΔP = Druckabfall
θ = Winkel des Koaleszers - gemessen von der Längsachse der Strömung
K&sub1;, K&sub2; = Konstanten
Q = Gasströmungsgeschwindigkeit
h = Kanalhöhe
w = Kanalbreite
Die Formel basiert auf einer Zunahme der Länge des Koaleszers, wenn er nach vorn geneigt ist. Die K-Werte in der obigen Gleichung können experimentell nach dem folgenden Verfahren bestimmt werden.
Es ist zu sichern, daß die Koaleszereinheit vollständig trocken ist und es ist der barometrische Druck zu bestimmen. Die Abmessungen und die Stirnfläche des Koaleszers sind festzuhalten. In der Mitte der Luftströmung sind stromaufwärts und stromabwärts von dem Koaleszer Manometer anzubringen. Der Flüssigkeitsstand der Manometer ist so einzustellen, daß 0 mm (Zoll) Wassersäule (WS) bei einer Luftströmung von Null abgelesen werden. Zum Prüfen der inneren Abscheidungskennwerte in der Kanalkonfiguration wird der Druckabfall unter Verwendung von Meßfühlern für den statischen Druck vom Nachschlepptyp stromaufwärts und stromabwärts von der Testeinheit ermittelt. Der stromaufwärts gelegene Meßfühler sollte zwischen 0,3 und 0,9 m (ein und drei Fuß) vor der Testeinheit in der Mitte des Kanals angeordnet sein und der stromabwärts gelegene Meßfühler sollte zwischen 0,3 und 0,9 m (ein und drei Fuß) stromabwärts von der Testeinheit, ebenfalls in der Mitte des Kanals, angeordnet sein. Die Luftströmung sollte dann reguliert werden, um die gewünschte scheinbare Standardgeschwindigkeit an der Vorderseite zu erhalten. Vor dem Ablesen des Druckabfalls ist sicherzustellen, daß die Flüssigkeitsstände der Manometer den Gleichgewichtszustand erreichen. Der annubare Kanaldruck, die Strömungstemperatur und die Druckabfallablesungen sind aufzuzeichnen. Die Tests sind mit verschiedenen scheinbaren Vorderseitengeschwindigkeiten zu wiederholen und sie sind fortzusetzen, bis der Druckabfall für zumindest acht bis zehn Strömungsgeschwindigkeiten bekannt ist. Aus den erhaltenen Daten ist es dann möglich, eine Kurve des Druckabfalls über der Strömungsgeschwindigkeit zu zeichnen. Für eine vollständig ausgebildete turbulente Strömung, wie sie in Düsen- und Flügelradseparatoreineiten vorkommt, sollte das Diagramm des Druckabfalls über der Geschwindigkeit eine gerade Linie ergeben, wenn die Aufzeichnung auf Papier mit logarithmischen Koordinaten erfolgt. Ein Widerstandskoeffizient (K-Faktor) kann aus den folgenden Gleichungen berechnet werden:
K = ΔP / DP
ρ = Standarddichte der Luft = 0,0763 (lbm/ft³)
V = Standard-Luftgeschwindigkeit (ft/s)
0,1922 = Umrechnungsfaktor (PSF = Pfund pro Quadratfuß → Zoll Wassersäule)
gc = Gravitationskonstante =
ΔP = gemessener Druckabfall (Zoll Wassersäule)
DP = dynamischer Druck (Zoll Wassersäule)
K = K-Faktor-Widerstandskoeffizient (dynam. Druckhöhen)
Wenn die ausgewählte Koaleszer-Ausführung nicht die gewünschten Leistungsanforderungen erfüllt, kann die Ausführung des Koaleszers verändert werden. Es wurde ermittelt, daß im allgemeinen ein Koaleszer, der eine Fasermatte mit einer Dicke von etwa 6,4 mm (0,25 Zoll) bis etwa 12,7 mm (0,5 Zoll) mit Fasern mit einem Durchmesser von etwa 0,0254 mm (0,001 Zoll) bis etwa 0,00254 mm (0,0001 Zoll) aufweist, akzeptable Betriebskennwerte liefert.
Die Verwendung einer geneigten Koaleszer-Stufe hat eine Anzahl von Vorteilen. Die geneigte Koaleszer-Stufe bietet eine größere wirksame Oberfläche für die Luftströmung und verringert somit die Luftgeschwindigkeit und den Druckabfall über die Koaleszer-Stufe. Außerdem ist eine Vergrößerung der Ablaufgeschwindigkeit des Wassers vorhanden, das sich im Koaleszer ansammelt. Das ist auf die nach unten gerichtete Ablenkung der Luftströmung an der Vorderseite des Koaleszers zurückzuführen, die das koaleszierte Wasser nach unten treibt. Weiterhin wird die Luftströmungsverteilung zu dem zweiten Trägheitsflügelradseparator 34 verbessert, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist. Die ideale Verteilung ist nicht eine gleichmäßige Luftgeschwindigkeit über den gesamten Flügelradseparator. In der Praxis ist es vorteilhaft, etwas höhere Geschwindigkeiten nahe dem oberen Bereich des zweiten Trägheitsflügelradseparators 34 zu haben, als im unteren Bereich. Diese Verteilung wird durch die geneigte Koaleszer-Stufe bestimmt, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. Ein Merkmal dieser speziellen Luftströmungsverteilung ist die Tatsache, daß eine höhere Ablaufgeschwindigkeit des von dem zweiten Trägheitsflügelradseparator aufgefangenen Seewassers ohne erneutes Mitreißen gestattet wird, da sich der größte Teil der Feuchtigkeit im unteren Bereich des zweiten Trägheitsflügelradseparators sammelt, wo die Luftgeschwindigkeit minimiert ist und daher ein bedeutendes erneutes Mitreißen verhindert wird.
Die Platten, die das Fasermattenmaterial halten, sind vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt, wie zum Beispiel Glasfasern, Aluminium, rostfreier Stahl oder Kunststoff. Die Platten sollten auch einen ausreichend offenen Raum aufweisen, um die Luftströmung nicht zu behindern.
Fig. 7 zeigt einen modifizierten Schiffsseparator 100, der im wesentlichen mit dem Schiffsseparator 30 identisch ist, mit der Ausnahme, daß die Koaleszer-Stufe 102 bezüglich der Luftströmung in eine entgegengesetzte Richtung wie bei dem Separator 30 geneigt ist. Das würde eine weniger vorteilhafte Ausführung sein, da die Neigung der Koaleszer-Stufe bewirken würde, daß die Luftströmung der Abwärtsbewegung der Feuchtigkeitspartikel an der stromaufwärts gelegenen Vorderseite der Koaleszer-Stufe einen Widerstand entgegensetzt. Diese Ausführung weist jedoch den Vorteil einer vergrößerten Strömungsoberfläche auf.
Fig. 8 zeigt einen noch anderen modifizierten Schiffsseparator 110 mit einer V-förmigen Koaleszer-Stufe 112. Auch diese Ausführung würde weniger vorteilhaft sein, als der Separator 30. Sie weist jedoch den Vorteil einer vergrößerten Oberfläche und eines Bereiches der Koaleszer-Stufe auf, die geneigt ist, um Flüssigkeit in den unteren Bereich des Separators zu treiben. Andere Ausführungen sind möglich, wie mehrfach-V-förmige, L-förmige usw.. Der Koaleszer kann auch bezüglich der Luftströmungsrichtung in einem schiefen Winkel zur Horizontalen angeordnet sein, so daß eine vertikale Seite des Koaleszers größer ist, als die andere vertikale Seite.
Wenn auch nur eine Ausführung der Erfindung in den beigefügten Zeichnungen erläutert und in der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung beschrieben wird, ist es doch so zu verstehen, daß die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführung beschränkt ist, sondern daß zahlreiche Neuanordnungen, Modifikationen und Substitutionen von Teilen und Elementen möglich sind, wenn sie in den Schutzumfang der Patentansprüche fallen.

Claims

1. Schiffs-Hochleistungsseparator für die Abscheidung von Feuchtigkeit aus dadurch hindurchströmender Luft, wobei:

- der Schiffs-Hochleistungsseparator (30) eine Oberflächenluftgeschwindigkeit von bis zu etwa 15, 2 Standardmeter pro Sekunde hat, wobei der Schiffs-Hochleistungsseparator (30) eine Koaleszer-Stufe (36), einen ersten Trägheitsflügelradseparator (32) mit Flügelrädern (12) stromaufwärts der Koaleszer-Stufe (36) und einen zweiten Trägheitsflügelradseparator (34) mit Flügelrädern (12) stromabwärts der Koaleszer-Stufe (36) aufweist, wobei die Koaleszer-Stufe bezüglich der Luftströmungsrichtung geneigt ist.

2. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 1, bei dem die Koaleszer-Stufe (36) durch erste und zweite geriffelte Platten (38, 40) gebildet ist, wobei zwischen diesen Fasermaterial (42) enthalten ist.

3. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 2, bei dem das Fasermaterial (42) einen Durchmesser von weniger als 0,025 Millimeter hat.

4. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 1, mit einer Oberflächenluftgeschwindigkeit von zwischen etwa 3,0 und 15,2 Standardmetern pro Sekunde bei einem Druckabfall über der Koaleszer-Stufe (36) von weniger als etwa 1 kPa (7,5 Millimeter Quecksilber).

5. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 1, bei dem die Koaleszer-Stufe (36) bezüglich der Vertikalen mit einem Winkel zwischen 10º und 45º geneigt ist, wenn die Luftströmung im wesentlichen horizontal ist.

6. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 5, bei dem die Koaleszer-Stufe (36) aus einer ersten und zweiten Platte (38, 40) gebildet ist, wobei zwischen diesen Fasermaterial (42) enthalten ist.

7. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 6, bei dem das Fasermaterial (42) eine Mehrzahl von Fasern hat, die einen Durchmesser von 0,025 Millimeter oder weniger haben.

8. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 8, bei dem die Flügelräder (12) Hohlkammern (20, 22) haben, wobei die Hohlkammern (20, 22) mit den Flügelrädern (12) fluchtend sind, um eine Behinderung der Luftströmung zu verhindern.

9. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 1, bei dem die Koaleszer-Stufe (36) durch eine Fasermatte (42) mit einer Dicke von etwa 6,4 Millimeter bis etwa 12,7 Millimeter gebildet ist, die Fasern enthält, die einen Durchmesser von etwa 0,0254 Millimeter bis etwa 0,00254 Millimeter haben.

10. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 1, bei dem, wenn ein gewünschter Druckabfall Δp gewünscht ist, sich der Neigungswinkel θ für den Koaleszer aus der Formel bestimmt:

wobei: θ Winkel vom Koaleszer, gemessen von der Längsachse der Strömung

K&sub1;, K&sub2; Konstanten

Q Gasströmungsgeschwindigkeit

h Kanalhöhe

w Kanalbreite

11. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 1, bei dem der erste und zweite Trägheitsflügelradseparator (32, 34) eine Kontraktion der Strömung auf weniger als 33% bewirken, während eine ausreichende Ablenkung zur Abscheidung von Tropfen, die einen kleineren Durchmesser haben als 0,254 mm (10 Mikron), mit 95% Wirksamkeit beibehalten wird.

12. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 1, bei dem durch die Neigung des Koaleszers (36) die Luftströmung umgeleitet wird, um nahe einem Bereich des zweiten Trägheitsflügelradseparators (34) eine höhere Luftströmungsgeschwindigkeit zu bewirken als in einem anderen Bereich.

13. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 1, bei dem jeder Trägheitsflügelradseparator (32, 34) ein Flügelrad (12) aufweist, mit:

einem ersten Bauteil (16) und einem zweiten Bauteil (18), wobei sich das erste Bauteil mit einem vorbestimmten Winkel relativ zu der Luftströmungsrichtung von einer vorderen Kante zu einer hinteren Kante erstreckt, wobei das erste Bauteil (16) eine stromaufwärts gelegene Hohlkammer (20), die darin gebildet ist, und eine stromabwärts gelegene Hohlkammer (22) hat, die darin ausgebildet ist;

einem zweiten Bauteil (18), das sich von der hinteren Kante des ersten Bauteils (16) mit einem zweiten vorbestimmten Winkel relativ zu der Luftströmungsrichtung erstreckt, wobei das zweite Bauteil (18) eine stromaufwärts gelegene Hohlkammer (20), die darin ausgebildet ist, und eine stromabwärts gelegene Hohlkammer (22) hat, die darin ausgebildet ist; und

einer ersten Seite (26) des ersten Bauteils (16), die erste und zweite längsgerichtete Schlitze (24, 28) hat, die darin senkrecht zu der Richtung der Luftströmung ausgebildet sind, wobei sich jeder der Schlitze (24, 28) zu einer der Hohlkammern (20, 22) hin öffnet, einer zweiten Seite (30) des zweiten Bauteils (18), die erste und zweite Schlitze (24, 28) hat, die darin ausgebildet sind, um sich senkrecht zu der Richtung der Luftströmung zu erstrecken, wobei sich jeder der Schlitze (24, 28) zu einer der Hohlkammern (20, 22) in dem zweiten Bauteil hin öffnet.

14. Schiffs-Hochleistungsseparator (30) nach Anspruch 1, bei dem das Auslaßflüssigkeitsströmungsmuster vom oberen Teil des Trägheitsflügelradseparators (34) zum unteren Teil des zweiten Trägheitsflügelradseparators (34) größer wird, wobei die Geschwindigkeit der Luft, die durch den zweiten Trägheitsflügelradseparator (34) strömt, vom oberen Teil des zweiten Trägheitsflügelradseparators (34) zum unteren Teil des zweiten Trägheitsflügelradseparators (34) kleiner wird.

15. Verfahren zum Abscheiden von Feuchtigkeit aus Luftströmung an Bord eines Schiffes, wobei das Verfahren umfaßt:

- Strömenlassen von Luft durch einen Schiffs-Hochleistungsseparator (30), der an Bord eines Schiffes angebracht ist, mit einer Oberflächenluftgeschwindigkeit von bis zu etwa 15,2 Standardmeter pro Sekunde, wobei der Schiffs- Hochleistungsseparator (30) einen ersten Trägheitsflügelradseparator (32) mit Flügelrädern (12) aufweist, gefolgt von einer Koaleszer-Stufe (36) und einem zweiten Trägheitsflügelradseparator (34) mit Flügelrädern (12), wobei die Koaleszer-Stufe bezüglich der Luftströmungsrichtung geneigt ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, außerdem mit dem Schritt des Koaleszierens von Feuchtigkeit aus der Luftströmung in dem Koaleszer (36) bei einem Druckabfall von weniger als etwa 1 kPa (7,5 Millimeter Quecksilbersäule).

17. Verfahren nach Anspruch 15, außerdem mit dem Schritt des Neigens des Koaleszer (36), so daß die nach unten gerichtete Luftströmungsablenkung an der Vorderseite des Koaleszers (36) die Feuchtigkeit zum unteren Teil des Koaleszers (36) treibt.

18. Verfahren nach Anspruch 15, außerdem mit dem Schritt des Bildens des Koaleszers (36) aus einem Fasermattenmaterial (42) von etwa 9,5 Millimeter Dicke, das nichtgewebte Fasern aus Polyester mit einem Durchschnittsdurchmesser von etwa 0,016 Millimeter aufweist, die zwischen zwei geriffelten Platten (38, 40) auf eine Dicke von etwa 3,2 Millimeter zusammengedrückt sind.

19. Verfahren nach Anspruch 15, außerdem mit dem Schritt des Neigens der Koaleszer-Stufe (36), um nahe des oberen Bereiches des zweiten Trägheitsflügelradseparators (34) höhere Geschwindigkeiten zu erreichen als im unteren Bereich.

20. Verfahren nach Anspruch 15, außerdem mit dem Schritt des Vorbeiführens von Luft über fluchtend ausgestaltete Taschen (20, 22) in dem ersten Trägheitsflügelradseparator (32).

21. Verfahren nach Anspruch 15, außerdem mit dem Schritt des Neigens der Koaleszer-Stufe (36) für einen ausgewählten Druckabfall Δp mit einem Winkel θ, der durch die Formel bestimmt ist:

wobei: θ Winkel vom Koaleszer, gemessen von der Längsachse der Strömung

K&sub1;, K&sub2; Konstanten

Q Gasströmungsgeschwindigkeit

h Kanalhöhe

w Kanalbreite

22. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt des Strömenlassens von Luft durch den Schiffs-Hochleistungsseparator (30) den Schritt der Kontraktion der Strömung auf weniger als 33% durch den ersten und zweiten Trägheitsflügelradseparator (32, 34) umfaßt, während eine ausreichende Ablenkung zur Abscheidung von Tropfen, die einen kleineren Druchmesser haben als 10 mu, mit 95% Wirksamkeit beibehalten wird.

23. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt des Strömenlassens von Luft durch den Schiffs-Hochleistungsseparator (30) außerdem den Schritt des Strömenlassens von Luft über ein erstes Bauteil (16) und ein zweites Bauteil (18) in jedem des ersten und zweiten Trägheitsflügelradseparators (32, 34) umfaßt, wobei sich das erste Bauteil mit einem vorbestimmten Winkel relativ zu der Luftströmungsrichtung von einer vorderen Kante zu einer hinteren Kante erstreckt, wobei das erste Bauteil (16) eine stromaufwärts gelegene Hohlkammer (20), die darin ausgebildet ist, und eine stromabwärts gelegene Hohlkammer (22) aufweist, die darin ausgebildet ist, wobei sich ein zweites Bauteil (18) von der hinteren Kante des ersten Bauteils (16) mit einem zweiten vorbestimmten Winkel relativ zu der Luftströmungsrichtung erstreckt, wobei das zweite Bauteil (18) eine stromaufwärts gelegene Hohlkammer (20), die darin ausgebildet ist, und eine stromabwärts gelegene Hohlkammer (22) aufweist, die darin ausgebildet ist, wobei die erste Seite (26) des ersten Bauteils (16) erste und zweite längsgerichtete Schlitze (24, 28) hat, die darin senkrecht zur Richtung der Luftströmung ausgebildet sind, wobei sich jeder der Schlitze (24, 28) zu eine der Hohlkammern (20, 22) hin öffnet, und eine zweite Seite (30) des zweiten Bauteils (18) erste und zweite Schlitze (24, 28) hat, die darin ausgebildet sind, um sich senkrecht zu der Richtung der Luftströmung zu erstrecken, wobei sich jeder der Schlitze (24, 28) zu einer der Hohlkammern (20, 22) in dem zweiten Bauteil hin öffnet.

24. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt des Strömenlassens von Luft durch den Schiffs-Hochleistungsseparator (30) außerdem den Schritt des horizontalen Strömenlassens der Luft durch einen zweiten Trägheitsflügelradseparator (34) umfaßt, der für horizontale Strömung ausgebildet ist, wobei die Strömung durch die Koaleszer-Stufe (36) die Luftströmung in Richtung zum oberen Teil des zweiten Trägheitsflügelradseparators (34) umlenkt, um Luftströmung gegen ein erneutes Mitgerissenwerden von der Flüssigkeit abzutrennen, wobei Flüssigkeiten, die koalesziert und von der Luftströmung stromabwärts der Koaleszer-Stufe (36) mitgerissen werden, in dem unteren Bereich des zweiten Trägheitsflügelradseparators (34) gesammelt werden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Schritt des horizontalen Strömenlassens von Luft durch den Schiffs-Hochleistungsseparator (30) den Schritt des Ausstoßens der Luft aus dem zweiten Trägheitsflügelradseparators (34) umfaßt, mit höherer Geschwindigkeit in Richtung des oberen Teils des zweiten Trägheitsflügelradseparators (34) und mit geringerer Geschwindigkeit nahe des unteren Teils des zweiten Trägheitsflügelradseparators (34).

26. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Schritt des Strömenlassens von Luft durch den Schiffs-Hochleistungsseparator (30) außerdem den Schritt des Vorbeiführens von Luftströmung über fluchtend ausgestaltete Taschen (20, 22) in dem ersten und zweiten Trägheitsflügelradseparator (32, 34) umfaßt.

27. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Schritt des Strömenlassens von Luft durch den Schiffs-Hochleistungsseparator (30) außerdem den Schritt des Neigens der Koaleszer-Stufe (36) mit einem Winkel umfaßt, der größer als 45º bezüglich der Horizontalen bezüglich der Luftströmung ist, wobei die Luftströmung, die auf die stromaufwärts gelegene Fläche des Koaleszers (36) auftrifft, horizontal ist und durch den Koaleszer (36) umgelenkt wird, um die Luftströmung an dem oberen Teil des zweiten Trägheitsflügelradseparators (34) zu konzentrieren, wobei die horizontale Luftströmung, die auf die stromaufwärts gelegene Fläche des Koaleszers (36) auftrifft, eine vertikal nach unten gerichtete Bewegung des Wassers zu unterstützen, das aus der Luftströmung an der stromaufwärts gelegenen Fläche des Koaleszers (36) abgeschieden wurde, wobei die nach oben gerichtete Luftströmung stromabwärts des Koaleszers (36) die Bewegung der großen koaleszierten Tropfen von dem Koaleszer (36) zum unteren Teil des zweiten Trägheitsflügelradseparators (34) nicht negativ beeinflußt.