DE69916651T2

DE69916651T2 - Verfahren und vorrichtung zum mischen von hochmolekularen materialien mit flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69916651T2
Application number: DE69916651T
Authority: DE
Inventors: Victor V. Babenko
Original assignee: Cortana Corp
Current assignee: Cortana Corp
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2019-12-31
Also published as: ES2222049T3; PT1140341E; ATE264707T1; WO2000038827A1; EP1140341B1; DE69916651D1; US6200014B1; EP1140341A1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Verringern des Oberflächenreibungswiderstands eines Fluids, das über eine Oberfläche strömt. Es hat sich gezeigt, dass das Einspritzen von Materialien mit hohem Molekulargewicht wie etwa von Polymeren in die Grenzschicht einer Fluidströmung den Oberflächenreibungswiderstand sowohl bei Schiffen, die sich durch das Wasser bewegen, als auch bei Rohrleitungsanwendungen bedeutend verringert.
Stand der Technik
Die Moleküle von Materialien mit hohem Molekulargewicht wirken mit Turbulenzen in dem wandnahen Bereich zusammen, absorbieren Energie und verringern die Häufigkeit des Auftretens von Ausbruch- und Mitrisszyklen. "Ausbrüche", wie sie hier bezeichnet werden, beziehen sich auf Fälle, in denen sich ein energiereiches Fluid von der Wand wegbewegt, und "Mitreißen" bezieht sich auf Fälle, in denen ein energiearmes Fluid das energiereiche Fluid in der Nähe der Wand ersetzt. Das verminderte Auftreten von Ausbrüchen führt zu einem kleineren Energieverlust an der Wand und kann zu Verringerungen des Oberflächenreibungswiderstands um bis zu 80% führen. Versuche haben gezeigt, dass die Wirksamkeit von Polymermolekülen bei der Widerstandsverringerung eng mit ihrem Molekulargewicht und mit dem Grad, bis zu dem sie abgewickelt, verlängert oder gestreckt (nachstehend als "aufbereitet" bezeichnet) worden sind, verbunden ist.
Leider lassen sich typische Polymere mit hohem Molekulargewicht zur Widerstandsverringerung schwer mit Flüssigkeiten mischen und lösen sich sehr langsam in eine Lösung auf. Die für die Aufgabe entworfenen Mischer erfordern häufig Leistungsquellen, um aktiv Mischmechanismen anzutreiben, sowie das Bereithalten von Tanks, damit sich das Polymer auflösen kann. Diese Mischer können groß, komplex und teuer sein. Bei einigen Anwendungen wurden Polymergemische in Schüben vorgemischt und vor dem Ausstoß in eine zu behandelnde Wasserströmung gespeichert. Der beträchtliche Zeit-, Gewichts- und Raumbedarf von vorgemischten Polymerlösungen hat viele Anwendungen ihrer Widerstandsverringerungseigenschaften unpraktisch und teuer gemacht.
US 3 900 043 offenbart ein hydrodynamisches Widerstandsverringerungs-Verteiler-Dosiersystem mit einem Ausgabetank, der eine Trägerflüssigkeit enthält und verteilt, die ein Reibungsverringerungsmittel enthält, und mit dem Ausgabetank zugeordneten Propellermitteln, um unterschiedliche Mengen an Trägerflüssigkeit zu bewegen. Das Dokument befasst sich mit dem Steuern einer Gelbildung in der Leitung, wenn das System außer Betrieb ist. Dort sind Gelentfernungsmittel zum Beseitigen der Gelbildung in der Leitung vorgesehen.
Ein effizienteres Verfahren und eine effizientere Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und Polymeren, die für eine optimale Speicherung konzentriert worden sind, mussten ersonnen werden, um für praktische Anwendungen nützlich zu sein. Im Stand der Technik existieren viele Mischer für verschiedene Anwendungen, wobei jedoch kein bekannter Mischer die Konstruktion oder die Verfahren der vorliegenden Erfindung zum "Aufbereiten" (d. h. zum Entspiralisieren, zum Verlängern oder zum Strecken) der Materialien mit hohem Molekulargewicht wie etwa eines Polymers verwendet.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen effizienteren Mischer oder ein effizienteres Verfahren zum Mischen von Flüssigkeiten mit widerstandsreduzierenden Mitteln zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Mischer gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 besitzt. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Systeme, die dafür entworfen sind, eine Substanz schnell und vollständig in eine Flüssigkeit zu mischen, insbesondere Systeme, die ein Partikelmaterial mit hohem Molekulargewicht in eine Flüssigkeit mischen/in dieser auflösen und die sowohl eine komplette Hydratation als auch eine Aufbereitung der Moleküle des Partikelmaterials in der Flüssigkeit erfordern.
Die innovativen Aspekte des Mischers der vorliegenden Erfindung ermöglichen, dass widerstandsreduzierende Materialien mit hohem Molekulargewicht wie etwa ein Polymer oder Polymergemische in einer Vielfalt von Formen gespeichert werden, um den Speicher- und Aufbereitungsvolumenbedarf im Vergleich zu Syste men des Standes der Technik um einen Faktor von zwei bis drei zu verringern. Die Verwendung einer Strömungsgeometrie und von Strömungsstrukturen, um die widerstandsreduzierenden Moleküle vor dem Ausstoß in ein Fluid aufzubereiten, ermöglicht, dass das widerstandsreduzierende Material sofort nach dem Ausstoß in die Fluidströmung wirksam wird, was folglich den Verbrauch verringert und eine Widerstandsverringerungseffizienz erzielt, welche den Volumenbedarf des Widerstandsverringerungssystems weiter verringern kann. Nachstehend wird der Mischer der vorliegenden Erfindung wegen der "Schnecken"-Form (d. h. der Form einer spiralförmigen Muschelschale ähnlich) der Mischkammer, die in dem Mischer als der wesentliche Mischerbestandteil dient, als "Schnecken"-Mischer bezeichnet.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der unten gegebenen ausführlichen Beschreibung und aus der beigefügten Zeichnung verstanden, die lediglich veranschaulichend gegeben ist und folglich die vorliegende Erfindung nicht einschränkt, in der:
1A eine Längsschnittansicht des Mischers der vorliegenden Erfindung mit befestigten Zusatzteilen zum Zuführen der zu mischenden Komponenten darstellt, und Strömungen in verschiedenen Teilen des Mischers zeigt;
1B eine vergrößerte Ansicht der 1A ist, jedoch ohne die für das Zuführen der Materialien in den Mischer verwendeten Zusatzkomponenten und ohne die Pfeile der 1A, die Strömungsbilder des Fluids in dem Mischer zeigen;
2 eine Seitenansicht der in 1A und 1B gezeigten Schneckenmischkammer zeigt, jedoch wie von einer von jenen Ansichten stromabseitigen Position aus gesehen;
3 eine schematische Darstellung ist, die die Dimensionen einer ursprünglich ebenen Fläche veranschaulicht, die dann zu einer Spirale geformt wird, um die Außenwand der Schnecke zu bilden;
4 eine schematische Darstellung ist, die die Dimensionen der Außenwand der Schnecke, nachdem sie zu einer Spirale geformt worden ist, wie in der Frontansicht gesehen veranschaulicht. 4 zeigt ebenfalls die Dimensionen einer ur sprünglich ebenen Fläche, die dann längs der gezeigten Spirallinien geschnitten und gedehnt wird, um die stromabseitige Wand der Schnecke zu bilden.
Beste Ausführungsform der Erfindung
1A zeigt eine Längsschnittansicht des Schneckenmischers der vorliegenden Erfindung mit befestigten Zusatzteilen zur Lieferung zu mischender Komponenten. Der Mischer ist aus einer zylindrischen Mischerummantelung 1 mit einem Innendurchmesser D gebildet. Der Mischer der bevorzugten Ausführungsform ist dafür vorgesehen, dass er ununterbrochen unter Verwendung von Polymerpulver, Polymerpaste oder Polymer-Wasser-Glyzerin-Zusammensetzungen ein Gemisch/eine Lösung aus aufbereitetem Polymer und Wasser erzeugt. Polymerpasten, Polymeremulsionen und Polymerlösungen können direkt in einen Ladezylinder 2 zugeführt werden, während Polymerpulver möglicherweise vor dem Eintritt in den Ladezylinder 2 in eine Wasserströmung dispergiert werden muss. Der Schneckenmischer ist so gestaltet, dass sich der Polymerverbrauch automatisch mit der Wasserströmungsrate ändert, so dass das spezifische Polymergewicht in der Lösung ungeachtet der Wasserströmungsrate im Wesentlichen automatisch konstant sein wird, wenn das Mischen im Gang ist. Ein Strömungsadapter 3 (eine Zusatzkomponente an dem Mischer) kann verwendet werden, um die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeiten) in der Mischerummantelung zu regulieren, damit sie in einem bevorzugten Bereich von 1,6 bis 4,6 Metern pro Sekunde liegt. Die optimalen Lösungskonzentrationen und die optimalen Volumenströme werden wie bei jeder Anwendung gefordert bestimmt.
Der primäre Mischmechanismus des Schneckenmischers hydratisiert Polymermoleküle und bereitet sie auf, um ihre Widerstandsverringerungseigenschaften zu verbessern. Die Funktion des Mischmechanismus ist unten beschrieben.
Ein widerstandsreduzierendes Material mit hohem Molekulargewicht, wie etwa Polymerpulver, Polymerpaste, Polymerlösung oder Polymeremulsion, wird durch den Ladezylinder 2 geladen, wobei, wie in 1A gezeigt ist, ein Fluid wie etwa Wasser aus dem rechten Ende des Mechanismus eintritt. Wenn das Wasser, das durch den Propeller 4 (der dadurch, dass er durch eine Feder 5 gegen ein feststehendes Gehäuse 6 vorbelastet wird, wie am besten in 1B zu sehen ist, zeitweilig an der Drehung gehindert wird) strömt, eine vorgegebene Strömungsrate erreicht, drückt es die Feder 5 zusammen, um zwischen dem Gehäuse 6 und einer Gummidichtung 7 an der Stirnfläche der Propellernabe 8 einen ersten Spalt zu erzeugen. Der erste Spalt ermöglicht, dass sich der Propeller 4 frei in der Wasserströmung dreht. Während er sich dreht, dreht er eine archimedische Schraube 9 in dem Gehäuse 6. Die archimedische Schraube 9 befördert widerstandsreduzierendes Material wie etwa ein Polymer aus dem Trichter 10 (1A) über den Ladezylinder 2 durch den anpassungsfähigen ersten Spalt, der sich zwischen dem Gehäuse 6 und der Gummidichtung 7 bildet, in das strömende Wasser. Dieses Übertragungssystem bewirkt, dass die Übertragungsrate von der Wasserströmungsrate abhängig ist, sobald der anpassungsfähige erste Spalt auftritt, so dass sich die Polymerkonzentration in der Lösung bei Strömungsraten über einem vorgegebenen Schwellenwert automatisch entsprechend einstellt. Folglich kann der Entwurf des Propellers 4, der Feder 5 und der archimedischen Schraube 9 für eine bestimmte gewünschte Konzentration des widerstandsreduzierenden Materials gewählt werden, um bei Strömungsgeschwindigkeiten, die einen vorgegebenen Betrag überschreiten, die richtige Menge widerstandsreduzierenden Materials pro Wasservolumeneinheit zu liefern. Während sich die widerstandsreduzierenden Partikel durch den ersten Spalt zwischen der Gummidichtung 7 und dem Gehäuse 6 bewegen, verleiht ihnen die rotierende Gummidichtung 7 Winkelgeschwindigkeit, wobei Zentrifugalwirkungen dabei helfen, sie in die Wasserströmung einzuleiten. Die Wasserströmung bewegt die Partikel entlang einer gewölbten Coanda-Fläche an der Propellernabe 8. Während das Gemisch/die Lösung entlang dieser Fläche strömt, verstärkt die Drehung des Propellers durch das Erzeugen spiralförmiger Wirbelbilder das Mischen.
Das Gemisch/die Lösung folgt danach einer von drei möglichen Strecken in dem Mischer. Der überwiegende Teil der widerstandsreduzierenden Partikel bildet ein Gemisch, das sich von der Rückseite der gewölbten Coanda-Fläche an der Nabe 8 des Propellers 4 trennt, und wird in Niederdruck-Wirbelstrukturen, die sich in einem zweiten Spalt hinter der Nabe 8 bilden, sowie in Strukturen, die sich direkt stromabseitig davon bilden, gezogen. Nach einem weiteren Mischen in durch den zweiten Spalt erzeugten Wirbeln bewegt sich das Gemisch/die Lösung in die Schnecke 11. Die innere spiralförmige Geometrie der Schnecke 11 ruft Taylorwirbel in der Fluidströmung im Inneren der Schnecke 11 hervor.
In 2 bereiten diese Wirbel die widerstandsreduzierenden Moleküle weiter auf, während sie durch kleine Perforationen 12 in der Außenwand 13 der Schneckenstruktur geschleudert werden. Die kombinierten Wirkungen der Taylorwirbel und der Innenlänge der Schnecke 11 erzeugen gegenüber jenen Partikeln, die nicht in die Schnecke eintreten, eine Folge zunehmender Größenordnung der Strecke, die von den widerstandreduzierenden Partikeln, die in die Schnecke eintreten, zurückgelegt wird. Diese Vervielfachung der zurückgelegten Strecke verlängert den Zeitraum, der zur Verfügung steht, um das widerstandsreduzierende Material in der Lösung aufzulösen.
Die Struktur der Schnecke 11 besitzt einen maximalen Außendurchmesser d von:
d = 0,488D,
wobei D der Innendurchmesser der Mischerummantelung 1 ist, und eine Gesamtlänge I von
I = 0,7D,
wobei D wie oben definiert ist.
Die Außenwand 13 der Schnecke 11 bildet eine Spirale mit der Steigung λ_s, die durch:
λs = 0,0625D gegeben ist, wobei D wie oben definiert ist, und die auf ihrer Innenoberfläche die folgenden Merkmale aufweist:
sechs spiralförmige Rillen auf der Innenoberfläche der Wand der Schnecke 11, wobei jede Breite w_s, Tiefe d_s bzw. jeder Abstand λ_p durch:
w_s = 0,029D,
d_s = 0,015D und
λ_p = 0,073D gegeben ist, wobei D wie oben definiert ist.
In jeder spiralförmigen Rille befinden sich Perforationen mit einem Durchmesser d_p gleich 0,0125D, wobei der Abstand λ_p gleich 0,058D ist, wobei D wie oben definiert ist.
Die Rillen- und Perforationsmerkmale zeigen sich nach der ersten vollen Drehung der Außenwand der Schnecke 11. Sie sind in der Weise angeordnet, dass sie Materialien 11, die in der Schnecke strömen, ermöglichen, sich durch die Außenwand der Schnecke 11 und in die Strömung außerhalb der Schnecke 11 zu bewegen.
In 3 sind die Dimensionen einer ursprünglich ebenen Fläche gezeigt, die dann zu einer Spirale geformt wird, um die Außenwand 13 (2) der Schnecke zu bilden, wobei der Bereich, der die kleinen Perforationen 12 (2) aufweist, gezeigt ist. Der besseren Übersichtlichkeit der Figur wegen sind die Perforationen in 3 größer als in Wirklichkeit gezeichnet, so dass in 3 weniger als 6 Reihen Perforationen (die den sechs Rillen entsprechen) gezeigt sind. Die veranschaulichten Dimensionen sind in Bezug auf D, den Innendurchmesser der Mischerummantelung, gegeben.
4 zeigt die Dimensionen der Außenwand 13 (2) der Schnecke, nachdem die Fläche von 3 zu einer Spirale geformt worden ist. Wieder sind die veranschaulichten Dimensionen in Bezug auf D, den Innendurchmesser der Mischerummantelung, gegeben.
Die zweite mögliche Strecke für das widerstandsreduzierende Gemisch/die widerstandsreduzierende Lösung ist, sich von der gebogenen Propellernabe 8 zu trennen, sich durch den Propeller 4 zu bewegen und stromabwärts in nächste Nähe zur Außenwand der Schnecke 11 zu strömen. Jede schrittweise Verminderung des Durchmessers der Außenwand der Schnecke 11 schafft, von einem Partikel aus gesehen, das sich auf der Strömungsaußenseite der Schnecke 11 in Strömungsrichtung bewegt, unmittelbar stromabseitig der Stufe eine Niederdruckverwirbelung. In nächster Nähe zur Schnecke 11 strömendes widerstandsreduzierendes Material und Wasser werden in diese Niederdruckwirbel gezogen, wo sie sich mit lang gestreckten widerstandsreduzierenden Molekülen und mit Wassermolekülen mischen, während sie aus den Perforationen 12 in der Schneckenaußenwand 13 geschleudert werden. Diese Niederdruckwirbel an der Außenfläche der Außenwand 13 der Schnecke ergänzen außerdem die Zentrifugalwirkungen auf die Strömung in der Schnecke, indem sie Wasser und widerstandsreduzierendes Material durch die Schneckenperforationen ziehen.
Eine dritte mögliche Strecke für das widerstandsreduzierende Gemisch/die widerstandsreduzierende Lösung, das bzw. die in diesem Fall sehr wenig widerstandsreduzierendes Material aufweist, ist, sich durch den Propeller 4 und mit einem ausreichenden Abstand um die Schnecke 11 zu bewegen, so dass es keine Wechselwirkung mit den Wirbeln gibt, die stromabseitig von jeder offensichtlichen schrittweisen Abnahme des Durchmessers der Schneckenaußenwand 13 erzeugt werden. Entlang dieser Strecke tritt wenig Mischen auf.
In 1A bewegen sich alle oben beschrieben Strömungen stromabwärts zu dem Turbulenzerzeuger, der ein modularer Bestandteil des Mischers ist, der mit wei teren Systemen als ein Strömungsaufbereiter verwendet werden kann. Der Turbulenzerzeuger ist aus einem Stützrahmen 14 gebildet, der eine Reihe von Toroiden 15 trägt, die jeweils einen Durchmesser besitzen, der mit jedem stromabseitigen Toroid abnimmt. Die Toroide 15 sind längs der Achse der Mischerummantelung 1 angeordnet. Folglich bildet die Reihe von Toroiden 15 eine konisch geformte Struktur, wie in der Seitenansicht zu sehen ist, wobei jedes Toroid stromabseitig von der Mittelposition eines jeweiligen 180 Grad-Abschnitts einer stromabseitigen Wand 16 (2) der Schnecke 11 etwa denselben axialen Abstand besitzt. Die Toroide 15 besitzen einen Durchmesser d_toroid, der durch:
d_toroid = 0,025D
gegeben ist, wobei D der Innendurchmesser der Mischerummantelung ist, und wobei ein Längsabstand (in Strömungsrichtung):
λ_Toroid = 0,1D
ist, wobei D wie oben definiert ist.
Die Verwirbelung, die sich hinter den Toroiden 15 des Turbulenzerzeugers verliert, erzeugt über den gesamten Querschnitt des Mischers eine im Wesentlichen isotrope Turbulenz, bereitet die widerstandsreduzierenden Moleküle weiter auf und verbessert das Mischen des widerstandsreduzierenden Materials mit dem Fluid.
Das Gehäuse 6 wird durch die ersten Traglamellen 17 getragen, von denen eine den Ladezylinder 2 enthält. Die Vorderseite des Gehäuses 6 enthält ein Gleitlager 18, das eine gemeinsame Welle trägt, auf der die archimedische Schraube 9 und der Propeller 4 angebracht sind. Die Vorderseite des Gehäuses 6 ist durch einen Stöpsel 19 verschlossen, der durch eine axiale Schraube an seinem Platz gehalten wird. Die Strömungsrichtung des Fluids, das in den Mischer eintritt, ist durch den Pfeil 20 gezeigt. Die zweiten Traglamellen 21 tragen sowohl die Schnecke 11 als auch eine Tragkonstruktion, die das stromabseitige Ende der gemeinsamen Welle trägt. Um die Nabe 8 mit einem gewünschten Abstand von der Tragkonstruktion, die direkt stromabseitig von der Nabe 8 liegt, anzuordnen, kann eine Passscheibe 22 vorgesehen sein. Folglich wird durch die Passscheibe 22 ein zweiter (nicht bezeichneter) Spalt zwischen der Nabe 8 und der Tragkonstruktion direkt hinter der Nabe erzeugt. Die rotierende Nabe erzeugt auf ihrer stromaufseitigen Oberfläche Wirbel und auch in einem zweiten Spalt hinter der Nabe bilden sich Wirbel. Diese Wirbel unterstützen das Mischverfahren. Außerdem bildet der Führungszapfen 23 die Mitte der Struktur der Schnecke 11 und trägt ebenfalls den Hinter abschnitt der Propellernabe 8. Schließlich kann ein Kugellager 24 verwendet werden, um die linke Seite der Feder 5 aufzunehmen.
Nun wieder zu 4. Diese Figur veranschaulicht ebenfalls die Dimensionen einer ursprünglich ebenen Fläche, die dann längs der gezeigten Spirallinie geschnitten und gedehnt wird, um die stromabseitige Wand 16 der Schnecke zu bilden. Die stromabseitige Wand ist an der Außenwand 13 befestigt, wie am besten in 2 gezeigt ist, um eine wasserdichte Ecknaht zu bilden. Wenn die Schnecke aus Kunststoff hergestellt ist, kann diese Naht warmverschweißt oder geklebt werden. Wenn die Schnecke aus Metall wie etwa aus Messing hergestellt ist, kann diese Naht weich- oder hartgelötet werden. Die Schnecke ist an ihrem stromaufseitigen Ende in der Strömung mittels einer oder mehrerer Traglamellen und an ihrem stromabseitigen Ende durch den Führungszapfen 23, der eng anliegend in die Spitze 25 der Schneckenstruktur passt, befestigt.
Selbstverständlich soll der Mischer dieser Erfindung nicht auf die genauer veranschaulichte Ausführungsform beschränkt werden. Der Umfang der Erfindung soll vielmehr definiert werden, wie er in den folgenden Ansprüchen und in ihren gesetzlichen Äquivalenten dargelegt ist. Im Ergebnis des Lesens der obigen Beschreibung fallen dem Fachmann auf dem Gebiet verschiedene Änderungen ein, wobei alle diese Änderungen, die für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich sind, im Umfang der offenbarten Erfindung liegen sollen.

1: Ummantelung
2: Ladezylinder
3: Strömungsadapter
4: Propeller
5: Feder
6: Gehäuse
7: Gummidichtung
8: Nabe
9: archimedische Schraube
10: Trichter
11: Schnecke
12: Perforationen
13: Außenwand
14: Rahmen
15: Toroide
16: stromabseitige Wand
17: Traglamellen
18: Gleitlager
19: Stöpsel
20: Pfeil
21: zweite Traglamellen
22: Passscheibe
23: Führungszapfen
24: Kugellager
25: Spitze

Claims

Mischer zum Mischen eines widerstandsreduzierenden Materials in eine strömende Flüssigkeit, um für Strömungsgeschwindigkeiten oberhalb eines gegebenen Schwellenwertes eine im Wesentlichen konstante Konzentration des widerstandsreduzierenden Materials in der strömenden Flüssigkeit zu erzeugen, wobei der Mischer umfasst: eine Mischkammer und eine Übertragungseinrichtung, die das widerstandsreduzierende Material von der Quelle (10) des widerstandsreduzierenden Materials zu der Mischkammer mit einer Rate überträgt, die für Strömungsgeschwindigkeiten oberhalb des gegebenen Schwellenwerts zu der Geschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Strömungsweg im Wesentlichen proportional ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Mischkammer in einem Strömungsweg der Flüssigkeit positioniert ist, – die Übertragungseinrichtung eine archimedische Schraube (9) in einem Gehäuse (6) umfassen, wobei ein erstes Ende des Gehäuses mit einer Versorgungsquelle des widerstandsreduzierenden Materials in Verbindung steht, – wobei die archimedische Schraube (9) durch Drehen eines drehbaren Elements, das im Strömungsweg stromaufseitig von der Mischkammer angeordnet ist, rotatorisch angetrieben wird, um dadurch bei jeder Drehung des drehbaren Elements eine dosierte Menge des widerstandsreduzierenden Materials zu der Mischkammer zu befördern, wobei das drehbare Element in Abhängigkeit von der Strömungsrate im Strömungsweg axial beweglich ist und so vorbelastet ist, dass sie gegen ein zweites Ende des Gehäuses drückt, wo sich eine an dem drehbaren Element befestigte Dichtung (7) befindet, die das zweite Ende des Gehäuses (2) abdichtet, wenn sich das drehbare Element nicht dreht.
Mischer nach Anspruch 1, der ferner umfasst: eine Turbulenzerzeugungseinrichtung, die sich im Strömungsweg stromabseitig von der Mischkammer befindet und eine Reihe von Toroiden (15) besitzt, die über den gesamten Querschnitt von Fluid von der Mischkammer eine im Wesentlichen gleichmäßige, isotrope Turbulenz erzeugen.
Mischer nach Anspruch 2, bei dem die Toroide (15) unterschiedliche Durchmesser besitzen und längs einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.
Mischer nach Anspruch 3, bei dem die Toroide (15) mit unterschiedlichem Durchmesser längs des Strömungswegs in der Reihenfolge abnehmenden Durchmessers angeordnet sind, wobei sich das Toroid mit dem größten Durchmesser am nahesten bei der Mischkammer befindet.
Mischer nach Anspruch 4, wobei die Mischkammer ferner schneckenförmig ist.
Mischer nach Anspruch 1, wobei die Mischkammer ferner eine Schnecke (11) mit einer spiralförmigen Außenwand (13) ist, wovon ein Abschnitt Perforationen (12) aufweist.
Mischer nach Anspruch 6, bei dem die Perforationen (12) in der Außenwand (13) in Rillen auf der inneren Oberfläche der Außenwand angeordnet sind.
Mischer nach Anspruch 1, ferner mit einer Einrichtung, die den Partikeln des widerstandsreduzierenden Materials eine Winkelgeschwindigkeit verleiht, wenn sie in den Strömungsweg eingeleitet werden, wodurch eine Zentrifugalwirkung hervorgerufen wird, die das Einleiten und Mischen des widerstandsreduzierenden Materials unterstützt.
Mischer nach Anspruch 1, bei dem die Dichtung (7) an dem drehbaren Element befestigt ist und dem widerstandreduzierenden Material eine Winkelgeschwindigkeit verleiht, wenn es in den Strömungsweg eingeleitet wird, wodurch eine Zentrifugalwirkung ausgenutzt wird, um das Einleiten des widerstandsreduzierenden Materials in den Strömungsweg und das Mischen des widerstandsreduzierenden Materials mit der Flüssigkeit im Strömungsweg zu unterstützen, wenn das drehbare Element gedreht wird.
Mischer nach Anspruch 1, bei dem die Mischkammer am stromaufseitigen Ende eine offene Blende besitzt, die von dem Strömungsweg ankommende Flüssigkeit aufnimmt, und bei dem die Übertragungseinrichtung das widerstandsreduzierende Material stromaufseitig von der offenen Blende in dem Strömungsweg liefert.
Mischer nach Anspruch 1, bei dem die Form der Mischkammer eine Schnecke (11) ähnlich wie jene einer konischen Muschelschale ist und das größere Ende der Schnecke eine Öffnung für die Aufnahme von in dem Strömungsweg strömender Flüssigkeit sowie für die Aufnahme wenigstens eines Teils des durch die Übertragungseinrichtung übertragenen widerstandsreduzierenden Materials besitzt.
Mischer nach Anspruch 1, bei dem das drehbare Element ein Propeller (4) ist, der axial beweglich ist und eine Dichtung (7) enthält, wobei der Propeller und die Dichtung durch ein Federelement (5) vorbelastet sind, um die Dichtung gegen eine feste Oberfläche der Übertragungseinrichtung zu drükken und um dadurch eine Drehung des Propellers (4) und ein Entweichen des widerstandsreduzierenden Materials in den Strömungsweg zu verhindern, bis eine vorgegebene Schwellengeschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Strömungsweg erreicht ist.
Verfahren zum Mischen eines widerstandsreduzierenden Materials mit einer Flüssigkeit, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Strömungswegs der Flüssigkeit; Beaufschlagen des widerstandsreduzierenden Materials mit einer Winkelgeschwindigkeit und Einleiten des Materials in die Strömung der Flüssigkeit mit einer Rate, die für Strömungsraten oberhalb eines gegebenen Schwellenwertes zu der Strömungsrate der Flüssigkeit im Wesentlichen proportional ist, indem der Mischer nach Anspruch 1 verwendet wird; Verwenden einer Mischkammer stromabseitig von dem Ort, an dem das widerstandsreduzierende Material in die Flüssigkeit eingeleitet wird, wobei die Mischkammer einen Wandabschnitt enthält, der in der Strömung Wirbel induziert, wobei der Wandabschnitt (13) Perforationen (12) aufweist, die die Moleküle des widerstandsreduzierenden Materials verlängern, wenn sie von der Mischkammer in den Strömungsweg eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner den Schritt enthält, bei dem stromabseitig von der Mischkammer eine im Wesentlichen isotrope Turbulenz geschaffen wird.