DK153290B - Apparat til udskillelse af gas fra en vaeske - Google Patents

Description

i

DK 153290 B

Opfindelsen angår et apparat til udskillelse af gas fra en væske, hvilket apparat omfatter en på en fælles midtlinie beliggende tilgangsstuds og afgangsstuds og et mellem disse studse anbragt cylindrisk arbejdskammer, som har en tangential ind-5 strømningskanal, en åbning for tilledning af en væske-gasblanding til a^bejdskammeret, en særlig udstrømningsåbning for den afgassede væske og en aksialt rettet forlængelsesreces, som fører til et udluftningsorgan, og som tjener til bortledning af gassen, hvilket arbejdskammer er således anbragt i 10 forhold til studsene, at en snitlinie, som fremkommer ved skæring mellem en gennem studsenes fælles midtlinie lagt første plan og et gennem kammerets akse gående og vinkelret på det første plan stående andet plan, sammen med den nævnte midtlinie danner en vinkel på 45°.

15

Fra USA patentskrift nr. 3.976.452 kendes et apparat til udskillelse af gas fra en væske, og som er monteret ved sugesiden af en centri fuga 1 pumpe. Efter at være trådt ind i et ar-bejdskammer i apparatet vil gasboblerne i væsken strømme til 2Q den ene side, dvs. skråt opad, mens væsken strømmer til den anden side og ud af apparatet og ind gennem pumpens sugestuds.

Den udskilte gas siver ud gennem en lodret udluftningsstuds øverst i arbejdskammeret. Dette apparat er ikke helt tilfredsstillende, fordi det for at virke må anbringes, så at udluft-25 ningsstudsen er lodret. Apparatet virker ikke, hvis det drejes f.eks. 90*. Hertil kommer, at den strømhvirve1, som dannes i arbejdskammeret, og som indeholder en indre gaskeg le, ikke er tilstrækkeligt styret. Den nederste ende af hvirvlen kan risikere at blive revet med ud sammen med den afgassede væske, 30 hvorved apparatets gasudskillelsesevne reduceres betydeligt.

Især i pumpeanlæg forekommer mange forstyrrelser på grund af luft eller gas i den væske, som skal pumpes. Forstyrrelserne lader sig stort set inddele i to grupper. Den første gruppe vedrører forstyrrelser i selve anlægget. Der kan her være tale 35 om utilstrækkelig smøring af lejerne, hvis pumpen f.eks. skal pumpe olieskum, eller det kan dreje sig om støjproblemer i opvarmningsanlæg hidrørende fra luftbobler i den pumpede vand-

DK 153290 B

2 strøm. Den anden gruppe forstyrrelser vedrører pumpens funktion og sikkerhed. Det er i denne forbindelse almindeligt kendt at drøvlingskurven falder med gasandelen og giver problemer med drift af pumpen ved delvis belastning, fordi selv 5 små forstyrrelser på pumpens sugeside kan føre til afbrydelse af den væskestrøm, der skal pumpes.

Når gas- eller luftbobler i anlægget forener sig, så at der opstår en forholdsvis stor gasblære, f.eks. på grund af visse styringsoperationer, og denne gasblære sammen med den pumpede væskestrøm når ind i pumpens løbehjul, vil pumpen sædvanligvis falde ud. Gasblæren vil nemlig i løbehjulets centr ifugal felt blive fortrængt til feltets omdrejningsakse, hvor den vil spærre ved pumpens sugeside, så at væsketransporten gennem jg pumpen stoppes.

Dette er særlig uheldigt i forbindelse med vådløbs-cirkulati-onspumper til opvarmningsanlæg, hvor pumpernes lejer smøres af den pumpede væske. En stor gasblære ved omdrejningsaksen vil spærre for væsketilstrømningen til lejet, som så løber tør.

20 Tørt løbende lejer vil hurtigt ødelægges, så at pumpen og dermed opvarmningsanlægget falder ud. Dette problem, som er almindeligt kendt, har man søgt at løse ved at udvikle selvstændige gasudskillere, som arbejder efter tyngdekraft- eller centrifugalprincippet, ligesom man har udviklet pumper med speci -25 elt udformede sugehuse, jvf. de tyske offentliggørelsesskrifter nr. 1.653.727, 1.937.119 og 2.810.583. Separate gasudskillere har gennemgående den ulempe, at de ikke kan indbygges uden hensyn til deres slutposition, og de er temmelig store og dyre. De kendte specialpumper er også underkastet begræns-30 mnger med hensyn til indbygninger og har desuden den ulempe, at indbygningernes gasudski11 el sesevne afhænger meget af den væskestrøm, der skal pumpes. De nævnte forstyrrelser i pumpeanlæggene har hidtil ikke kunnet fjernes.

35 Det er formålet med opfindelsen at anvise et apparat af den indledningsvis nævnte art, hvis gasudskillelsesevne er stærkt øget, og som - idet apparatet enten er et selvstændigt udstyr eller en integrerende bestanddel af en pumpe - kan indbygges

DK 153290B

3 såvel i vandret for.løbende som i lodret forløbende rørledninger, og som uanset hældningen i monteringspositionen giver lige gode gasudskiΠelsesresu1 tater i hele sit arbejdsområde, og som desuden fylder og vejer forholdsvis lidt. Desuden må 5 apparatet være simpelt og billigt i fremstilling og uden van skelighed kunne kombineres med en pumpe.

Apparatet ifølge opfindelsen er ejendommelig ved at arbejds-kammeret i nærheden af udstrømni ngsåbni ngen har en i ndbyg- jq ningsenhed, som reducerer den effektive længde af arbejdskam- meret i området for kammerets akse y fra L til 1, hvor det gælder at 0,1 < -^ < °'9· Herved opnås, at når gas-væske-blandingen træder ind gennem arbejdskammerets tilledningsåbning og danner en strømhvirvel (en gaskegle) omkring arbejdskammerets 1 5 længdeakse, vil hvirvlen - som grundet uregelmæssigheder og tryksvingninger i væsken sædvanligvis har en tendens til at svinge omkring nævnte længdeakse - stabiliseres, fordi indbygningsdelen medvirker til at forkorte hvirvlen. Den nederste del af hvirvlen ville, hvis indbygningsdelen ikke havde været

2 O

der, let blive trukket med den afgassede væske, så at appara-tets gasudskillelsesevne ville være nedsat. Apparat er desuden funktionsdueligt, uanset om det sidder i en vandret rørledning eller en lodret, fordi de kræfter, der påvirker gasboblerne i strømhvirvlen, er såvel centr ifugal kræfter som opdrift (tyng-25 den).

Ifølge opfindelsen kan indbygningsenheden have en på tværs af arbejdskammerets akse (y) forløbende flade. Herved bliver strømhvirvlen i arbejskammeret særlig effektivt afgrænset.

30

Desuden kan ifølge opfindelsen indbygningsenheden, når den ses i udstrømningsretningen, dække en del af udstrømningsåbningen, hvorved strømningsforholdene i arbejdskammeret bliver særligt gunstige.

3 5

Desuden kan ifølge opfindelsen forholdet mellem diameteren d i indbygningsenhedens omskrevne cirkel og diameteren D af ar- ^1 bjedskammeret være således valgt, at 0,1 < — < 0,9. Dette in-

D

DK 153290B

4 terval er særligt hensigtsmæssigt. Indbygningsenheden behøver således ikke være cylindrisk.

Fremdeles kan ifølge opfindelsen den i arbejdskammeret indra-5 gende indbygningsenhed være støbt ud i ét med apparatets hus, hvorved omkostningerne til apparatets fremstilling reduceres betyd!igt.

Fremdeles kan ifølge opfindelsen den i arbejdskammeret indragende indbygningsenhed være en løsbart fastgjort del, som er 10 skruet ind i et gevindhul i huset. Derved opnås, at det bliver lettere at lave forsøg med apparatet og finde den indbygningsenhed, som passer bedst til et givet anvendelsesområde.

Fremdeles kan ifølge opfindelsen den aksialt rettede forlæn-15 gelsesreces have et tværsnit, som er mindre end arbejdskam- merets tværsnit, hvorhos der i forlængelsesrecessen kan udmunde to vinkelret på hinanden stående udboringer, af hvilke, afhængigt af to mulige monter ingspostioner, den ene altid forløber lodret og den anden vandret, ligesom udi uftningsorganet 20 kan være tilsluttet til den lodrettet udboring, medens den vandrettet udboring kan være lukket med en prop. Derved opnås et apparat, som er særligt anvendeligt til montage i en lodret rørledning, men hvis udluftningsorganet tilsluttes til den vandrette udboring og proppen anbringes i den lodrette udbo-25 ring, vil apparat være lige så funktionsdueligt i en vandret rørledning som i den lodrette.

Endelig kan ifølge opfindelsen indstrømningskanalen i området for arbejdskammerets tilledningsåbning have et fra den cirku-3Q lære form afvigende tværsnit, hvorhos den lodrette afstand a mellem den gennem tyngdepunktet af indstrømningstværsnittet gående strømningsvektor og arbejdskammerets akse kan have en sådan størrelse, at a > (R - r), hvor R er radius i arbejds-kammeret og r er radius i indstrømningskanalen. Derved opnås 35 gunstige indstrømningsforhold i arbejdskammeret, idet strømningstabene i arbejdskammeret bliver særlig små.

Opfindelsen forklares nedenfor under henvisning til tegningen, hvor 5

DK 153290 B

fig. 1 skematisk viser strømningsforløbet i et apparat ifølge opfindelsen, fig. 2 en udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen ind-g bygget i en pumpe, idet det hele dels er snittet af et plan, der går gennem apparatstudsenes midtlinie x og er vinkelret på pumpeaksen, dels er snittet af et plan, som er nærmere beskueren end det første plan, hvilket andet plan går gennem appa-ratets arbejdskammer, og 10 fig. 3 samme i snit efter linien A-A i fig. 2.

Konstruktionspr i ncippet for apparatet ifølge opfindelsen er vist i fig. 1 og 2 i forbindelse med et rumligt retvinklet koordinatsystem, med koordinatakserne u', ν', w*. Apparat har en 15 tilgangsstuds 2 og en afgangsstuds 3, og disses fælles midtlinie x falder sammen med koordinataksen ν'. Koordinatakserne u' og ν' fastlægger et plan A. Fra et punkt P på omdrejningsaksen y (apparatets arbejdskammers 4 akse) for centr i fuga!feltet C i arbejdskammeret nedfældes den vinkelrette på planet A, og 20 denne linie fastlægger sammen med omdrejningsaksen y et plan B, som står vinkelret på planet A. Skær ings1 inien z mellem planerne A og B danner sammen med studsene 2 og 3’s midtlinie x en vinkel α = 45°.

25 I et apparat, der er udformet som et selvstændigt udstyr, vil midtlinien x og aksen y i almindelighed ligge i et og samme plan, så at akserne x og y i dette tilfælde er sammenfaldende. Derimod gælder, at i apparater, som er en del af sugesiden på et pumpehus, må man som vist anbringe arbejdskammerets akse y 3ø ovenover det gennem studsene 2 og 3 gående plan A, og ofte må man også anbringe aksen y vindskævt.

I det følgende antages apparatets arbejdskammer 4 at stå i en skrå position. De kræfter som virker på en gasboble i væsken i centr ifugal feltet i arbejdskammeret vil være som følger:

Opdriften og centrifugalkraften F£. Idet V står for boblevolumen, pp står for væskens massefylde, pø står for gassens massefylde, u står for gasboblens tangentialhastigheden, r 35

DK 153290B

6 står for gasboblens afstand fra omdrejningsaksen y og g står for tyngdeaccelerationen, får man følgende udtryk for opdriften Fs: 5 Fg = V * pp g - V · pg · g

PG

= V * pp · g (1-- ) » V · pp · 9

pF

For centrifugalkraften Fz, der svarer til den centrifugalkraft 10 der virker på det af boblen fortrængte væskevolumen, fås: FZ = V · pp · jé _ v . pG . Ji! r r = V · pp . jij ( 1-—G) « V · pF · ϋ£ r pp r 15 Såfremt centr ifugalfeltets akse er lodret vil en bloble, som kommer flydende i en roterende væske, følge en slags kegleformet skruelinie, idet den bevæger sig ind mod nævnte akse. Er centr ifugalfeltets akse imidlertid vandret, vil boblen kun ud- 20 føre denne bevægelse, hvis radialkraften er større end tyngde- 2 kraften, altså når Fz > Fs og — > g. Man ser heraf, at det af r positionsuafhængige apparater til udskillelse af gas fra væske-gasblandinger må kræves, at der i apparaterne findes en __ roterende strømning, hvor centrifugalaccelerationen er 25 p større end tyngdeaccelerationen eller at centrifugal feltets akse ikke er vinkelret på tyngdekraftens retning. Da pumpen og apparatet i praksis fortrinsvis er indbygget i vertikalt eller horisontalt forløbende rørledninger, og centr i fuga!fel-30 tet C's akse y altid er skrå i forhold til gennemløbsretningen x, er der i de to indbygningstilfælde altid god mulighed for udskillelse af gas fra væske-gasblandingen.

Foruden at de ovenfor angivne adskillelsesbetingelser må være 35 opfyldt, må der være truffet visse foranstaltninger til fjernelse af gasboblerne fra den væske-gas-strøm, der skal pumpes. Væske-gas-blandingen vil straks, når den indtræder i arbejds-kammeret 4, dele sig, idet den omkring aksen y danner en gas-

DK 153290B

7 kegle, medens den afgassede væske, idet denne følger en skrue-linieformet bane med stor radius, strømmer hen til arbejdskam-meret 4’s udstrømningsåbning 12. Den udskilte gas fjernes straks, hvilket sker via et til arbejdskammeret tilsluttet ud-5 luftningsorgan.

Med henblik på gassens fjernelse har arbejdskammeret 4 ved sin i monteringspositionen øverste ende en forlængelsesreces 8 med et tværsnit, som er mindre end kammeret 4's tværsnit, i hvilk- jq ken forlængelsesreces der udmunder to vinkelret på hinanden stående udboringer 9 og 10. Afhængigt af apparatets to mulige monteringspositioner vil den ene altid forløbe lodret og den anden altid vandret. Udluftningsorganet (en ventil) tilsluttes da til den enhver tid den lodrette udboring, medens den til enhver tid vandrette udboring lukkes med en prop. I øvrigt kunne udluftningsorganet også være tilsluttet til den vandrette udboring, fordi det kan ventilere selv i vandret position. Udluftningsorganet (ventilen) kan altså altid monteres parallelt med eller vinkelret på den såkaldte "Inline"-retning.

20

Apparatets gasudskillelsesevne afhænger også i betydelig grad af størrelse, form og position, af den tilledningsåbning 6, hvorigennem væske-gas-b1 and i ngen løber ind i arbejdskammeret 4. Desuden gælder, at jo større indløbshastighed og jo større indløbsradius for væske-gas-blandingen desto bedre gasudskillelsesevne.

Den omkring centrifugal feltets akse beliggende gaskegle kan svinge noget omkring arbejdskammerets akse y på grund af uregelmæssigheder og svingninger i den pumpede væskestrøm, 30 Derfor har man i kammeret 4 indsat en indbygningsenhed 7 til at forkorte og dermed stabilisere keglen. Indbygningsenheden 7 hindrer gaskeglens nedre ende i at blive trukket ud gennem udstrømningsåbningen 12 for den afgassede væske. Indbygningsenheden befinder sig i kammeret i det område, hvor udstrøm-35 ningsåbningen 12 findes. Indbygningsenheden 7, som omskylles af afgassede, væske fungerer godt, når den reducerer længden i kammeret 4 i området for omdrejningsaksen y fra L til 1, hvor det gælder, at 0,1 < - < 0,9. L og 1 er tydeligt markeret i

L

DK 153290B

8 fig. 2.

Er der tale om en centr ifugal pumpe kombineret med apparatet ifølge opfindelsen er det en fordel at vælge strømningsforlø-5 bet i arbejdskammeret 4 og centrifugalfeltets omdrejningsretning y således, at den afgassede væske træder ud af kammerets udstrømningsåbning 12 og ind i pumpens løbehjul med konstant rotation. Herved vil sugeforholdene på i og for sig kendt måde blive generelt forbedret og for så vidt angår cirkulationspum-10 per vil disses støjniveau blive reduceret betydeligt.

I det følgende henvises til f i g. 2 og 3, der viser nogle udførelsesformer for apparatet, idet dette er en integrerende del af en pumpe.

15

Tilgangsstudsen 2 (eller sugstudsen), som går over i pumpehuset 1, samt afgangsstudsen (eller trykstudsen) 3 har en fælles midtlinie κ, som ligger i planet A(se fig. 1). I et andet plan, som ligger over planet A, findes det i hovedsagen cylindrisk arbejdskammer 4, hvis akse falder sammen med omdrej- 20 ningsaksen y for centrifugalfeltet C (se fig. 1). Væske-gasblandingen løber ind i pumpehuset 1 via studsen 2 og når via indstrømningskanalen 5 og tilledningsåbningen 6 tagnentialt ind i arbejdskammeret 4.

25 Fig. 3 viser særlig tydeligt det sted, hvor udstrømningskanalen 5 indmunder i arbejdskammeret 4. Det er her vigtigt, at tyngdepunktet S for indløbstværsnittetet har størst mulig afstand a fra det lodrette plan, der går gennem omdrejningsaksen y. Dette kan opnås ved, at man giver indstrømningskanalen en 30 indsnævring ved indmundinsgtværsnittet 6. Dette må afvige fra cirkulært tværsnit, således at den nævnte afstand a fra strømningsvektoren V gennem tyngdepunktet S og ned på arbejdskam-merets 4 akse y kommer til at opfylde betingelsen a > (R-r). R er kammerets radius, og r er radius i den cylindriske ind-3® strømningskanal 5.

Arbejdskammeret 4 i fig, 2 viser tydeligt indbygningsenheden 7. Ovenover indstrømningstværsnittet 6 findes den aksialt for-

DK 153290B

9 løbende forlængelsesreces 8, som har et tværsnit, der er mindre end arbejdskammerets tværsnit. I denne forlængelsesreces findes to vinkelret på hinanden stående gevindboringer 9 og 10 af hvilke, afhængigt af to mulige monteringspositioner af ap-5 paratet, den ene altid forløber lodret og den anden vandret.

Et ikke nærmere vist udi uftningsorgan (ventil) kan f.eks. være skruet på i den lodrette udboring, medens den vandrette udboring er lukket med skrueproppen 11. Forlængelsesrecessen 8, som altså sidder for oven i arbejdskammeret 4, er vist i ho-10 vedsagen cylindrisk, men den kan også have andre former, f.eks. keglestubf aeon. I øvrigt vil kun den ene af de to udboringer 9 og 10 være forsynet med udluftningsventil, da sidstnævnte er virksom såvel ved vandret som lodret monteringsposition. Den afgassede væske strømmer ud af arbejdskam-15 meret 4 gennem udstrømningsåbm'ngen 12 og løber derfra frem til det ikke viste pumpe-løbehjul, som så trykker væsken ud gennem afgangsstudsen 3 i rørledningssystemet.

Afgasningen bliver bedst, hvis den førnævnte indbygningsenhed 2Q 7 har en flade 13, som er vinkelret på arbejdskammerets 4 akse y, og på hvilken den i kammeret dannede gaskegle kan ligge an.

Ved hjælp af indbygningsenheden 7 reduceres gaskeglens bevægelseområde og kammerets effektive længde 1 bliver mindre end kammerets normale længde L. Som ovenfor nævnt gælder, at 0,1 < 25 I < °'9· I øvrigt vil indbygningsenheden 7 set i retning af udstrøm- ningretningen dække en del af udstrømningsåbningen 12, jf.

fig. 2. Ved forsøg har man fundet, at forholdet mellem diarae-30 teren b af indbygningsenheden 7's omskrevne cirkel og di arne-

-I

teren 0 af kammeret 4 bør ligger i intervallet 0,1 < — < 0,9,

D

idet indbygningsenheden ikke nødvendigvis behøver at være cylindrisk. Afgørende er nemlig først og fremmest, at fladen 13 35 er således udformet, at den kan tjene som støtteflade for gaskeglen. Fladen 13 behøver ikke ubetinget af være plan. Den kan eventuelt være en smule konkav.

Claims (7)

1. 2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at indbygningsenheden (7) har en på tværs af arbejdskammerets (4) akse (y) forløbende flade (13).
2. 3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at indbygningsenheden set i udstrømningsretningen dækker en del af udstrømningsåbningen (12).
3. 4. Apparat ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at forholdet mellem diameteren d i indbygningsenhedens (7) omskrevne cirkel og diameteren D af arbejdskammeret (4) er -I således valgt, at 0,1 < — < 0,9. D
4. 5. Apparat ifølge et eller flere af kravene 1-4, kende-15 tegnet ved, at den i arbejdskammeret (4) indragende indbygningsenhed (7) er støbt ud i et med apparatets hus (1).
5. 6. Apparat ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at den i arbejdskammeret (4) indragende indbygningsenhed (7) er en løsbart fastgjort del, som er skruet 20 ind i et gevindhul i huset (1).
6. 7. Apparat ifølge et eller flere kravene 1-6, kendetegnet ved, at den aksialt rettede forlængelsesreces (8) har et tværsnit, som er mindre end arbejdskammerets (4) tvær- 25 snit, og at der i forlængelsesrecessen (8) udmunder to vinkelret på hinanden stående udboringer (9 og 10), af hvilke, afhængigt af to mulige monteringspositioner, den ene altid forløber lodret og den anden vandret, og at udluftningsorganet et tilsluttet til den lodrette udboring (9), mens den vandrette? 3° udboring (10) er lukket med en prop (11).
7. 8. Apparat ifølge et eller flere af kravene 1-7, kendetegnet ved, at indstrømningskanalen (5) i området for arbejdskammerets (4) tilledningsåbning (6) har et fra den cir- 35 kulære form afvigende tværsnit, og at den lodrette afstand (a) mellem den gennem tyngdepunktet (S) af indstrømningstværsnittet gående strømningsvektor (V) og .arbejdskammerets akse (y) har en sådan størrelse at a > (R-r), hvor R er radius i arbe jdskammeret (4) og r er radius i indstrømningskanalen (5).