DK164491B

DK164491B - cyclone

Info

Publication number: DK164491B
Application number: DK448886A
Authority: DK
Inventors: Gavan James Joseph Prendergast
Original assignee: Conoco Specialty Prod
Priority date: 1985-01-22
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1992-07-06
Also published as: NL8520210A; WO1986004271A1; DK448886D0; GB2191720B; EP0240486A4; EP0240486A1; DE3580112D1; DK448886A; GB2191720A; BR8507311A; GB8716797D0; DK164491C; EP0240486B1; IT1212056B; IT8548392A0

Description

iin

DK 164491 BDK 164491 B

Den foreliggende opfindelse angår en cyklonseparator til at adskille en tungere komponent i en fluidblanding fra dennes lettere komponent, hvilken separator er af den type, som har et aksi alt udstrakt adskillelseskammer, der ved sin ene ende har indløbsorganer for blandingens 5 tilførsel med en tangential strømningskomponent, hvilket adskillelseskammer har et aksialt overstrømsudløb nærliggende nævnte ene ende, og hvilket adskillelseskammer har en stort set tilspidset form med et relativt stort tværsn its areal ved nævnte ene ende og et relativt lille tværsnitsareal ved et aksialt anbragt understrømsudløb ved den ende af 10 adskillelseskammeret, der er tilvejebragt modstillet nævnte ene ende, hvorhos en del af adskillelseskammeret har en længde, der er mindst 10 gange så stor som denne dels maksimale diameter.The present invention relates to a cyclone separator for separating a heavier component in a fluid mixture from its lighter component, which is of the type having an axially extended separation chamber having at one end inlet means for supplying the mixture with a tangential flow component. said separating chamber having an axially overcurrent outlet adjacent said one end, and said separating chamber having a substantially tapered shape having a relatively large cross-sectional area at said one end and a relatively small cross-sectional area at an axially disposed undercurrent outlet at said end of said separating chamber which is provided opposite said one end, wherein a portion of the separation chamber has a length at least 10 times the maximum diameter of this portion.

Cyklonseparatorer af denne type er beskrevet i US patentskrifterne nr.Cyclone separators of this type are described in U.S. Pat.

15 4.237.006 samt nr. 4.576.724. I disse patentskrifter beskrives cyklo ner, der er fremstillet for adskillelse af en væske/væskeblånding. I brug ledes den tungere af de to væskekomponenter, der skal adskilles, til understrømsudløbet på en sådan måde, at den omslutter en aksialt indre anbragt kerne af den lettere komponent, som i det mindste over 20 en væsentlig del af sin længde udsættes for et trykdifferentiale for at bringe den til at strømme mod overstrømsudløbet.No. 4,237,006 and No. 4,576,724. These patents describe cyclones made for separation of a liquid / liquid mixture. In use, the heavier of the two liquid components to be separated is directed to the undercurrent outlet in such a way that it encloses an axially inner core of the lighter component which is exposed to a pressure differential at least over a substantial portion of its length. to cause it to flow toward the overcurrent outlet.

Før tilvejebringelsen af de cyklonseparatorer, der er beskrevet i de to US patentskrifter, blev cyklonseparatorer kun i lille udstrækning 25 anvendt til adskillelse af en væske/væskeblåndings komponenter fra hinanden. Tidligere kendte cyklonseparatorer blev primært brugt alene til adskillelse af faststoffer fra opslæmninger i et fluid. De separatorer, der er beskrevet i de to US patentskrifter, har vist sig at være meget tilfredsstillende ved adskillelse af væske/væskeblandinger, 30 navnlig ved adskillelse af olie fra en olie/vandblånding.Prior to providing the cyclone separators described in the two U.S. patents, cyclone separators were only used to a small extent to separate components of a liquid / liquid mixture. Prior art cyclone separators were used primarily to separate solids from slurries in a fluid. The separators described in the two US patents have been found to be very satisfactory in separating liquid / liquid mixtures, in particular in separating oil from an oil / water mixture.

De arrangementer, som er beskrevet i de to US patentskrifter, er tilvejebragt med to eller flere med afstand langs omkredsen anbragte fø-deindløb, der er arrangeret tangenti alt for at tilvejebringe de tan-35 genti ale indløbsstrømme, der er nødvendig for at drive separatoren.The arrangements described in the two US patents are provided with two or more spaced feed inlets arranged tangentially to provide the tangential inlet flows necessary to drive the separator. .

Tilvejebringelsen af to sådanne indløb eller en flerhed heraf har hidtil været betragtet som nødvendig for en effektiv drift af disse separatorer for på korrekt måde at stabilisere den indre kerne af det lettere materiale. Denne kernes stabilitet er væsentlig, da det er nød-The provision of two such inlets, or a plurality thereof, has heretofore been considered necessary for the efficient operation of these separators to properly stabilize the inner core of the lighter material. The stability of this core is essential since

DK 164491 BDK 164491 B

2 vendigt, at det lettere materiale i denne kerne bevæger sig i en retning, der er modsatrettet bevægelsesretningen for den tungere komponent gennem separatoren. Hvis der ikke optræder en tilstrækkelig stabilisering af kernen, vil materialet inde i denne bevæge sig i separa-5 torens radiale retning og blive blandet med materialet i den omsluttende modsatstrømmende tungere væskekomponent og vil således forringe adski11el seseffekten.2, the lighter material in this core moves in a direction opposite to the direction of movement of the heavier component through the separator. If there is insufficient stabilization of the core, the material within it will move in the radial direction of the separator and be mixed with the material in the enclosing countercurrent heavier liquid component, thus reducing the separation effect.

På trods af den tilfredsstillende adskillelse har det i en tid været 10 erkendt, at behovet for anvendelse af to eller flere indløb udgør et væsentligt teknisk problem. Dette problem opstår navnlig, da det er almindeligt at anvende cyklonseparatorer i grupper bestående af flere cyklonseparatorer. Således vil den nødvendige rørføring til sikring af en korrekt fremføring til flere fødeindløb i høj grad komplicere sepa-15 rationsanlæggene. Rørføringen, der i sig selv er fordyrende, vanskeliggør endvidere vedligeholdelse og eventuel adskillelse af separationsanlæg, hvor cyklonseparatorerne anvendes.Despite the satisfactory separation, it has for some time been recognized that the need for the use of two or more inlets presents a significant technical problem. This problem arises in particular, as it is common to use cyclone separators in groups of multiple cyclone separators. Thus, the necessary piping to ensure a correct feed for multiple feed inlets will greatly complicate the separation plants. Furthermore, the piping, which is expensive in itself, makes maintenance and eventual separation of separation plants difficult, where the cyclone separators are used.

Det har imidlertid nu vist sig, at det i modsætning til tidligere an-20 tageiser er muligt at fremstille en separator med en tilfredsstillende udformning, og som kan virke effektivt med et enkelt fødeindløb, hvis dette indløb er fremstillet med en korrekt konfiguration.However, it has now been found that, contrary to previous assumptions, it is possible to produce a separator of a satisfactory design and which can operate effectively with a single feed inlet if this inlet is made with the correct configuration.

Det er således formålet med den foreliggende opfindelse at tilveje-25 bringe en cyklonseparator af den indledningsvis nævnte type, hvori der kan opnås en tilfredsstillende drift ved en reduktion af antallet af fødeindløb for derved i væsentlig grad at reducere de ulemper, der er forbundet med den komplicerede rørføring, som skal benyttes ved kendte cyklonseparatorer.Thus, it is the object of the present invention to provide a cyclone separator of the type mentioned in the first, wherein satisfactory operation can be obtained by reducing the number of feed inlets, thereby substantially reducing the disadvantages associated with the complicated piping to be used with known cyclone separators.

3030

Dette opnås ifølge den foreliggende opfindelse med en cyklonseparator, som er særpræget ved, at indløbsorganerne omfatter mindst en indløbstrakt, der har indre og ydre i hovedsagen plane vægge, der forløber efter i det væsentlige evolventeformede profiler, således som set ak-35 si alt i forhold til separatoren, hvorhos det ydre profil forløber fra et første sted, ved hvilket det møder adskillelseskammerets omkreds, og hvorhos i det mindste en indefterrettet forlængelse af det indre profil forløber fra et andet sted, ved hvilket det indre profil eller nævnte forlængelse møder omkredsen, og at profilerne er defineret ved:This is achieved in accordance with the present invention with a cyclone separator, which is characterized in that the inlet means comprise at least one inlet funnel having substantially inner and outer planar walls extending along substantially evolved profiles, as seen in nearly all of the present invention. relative to the separator, wherein the outer profile extends from a first location at which it meets the perimeter of the separation chamber, and wherein at least an inward extension of the inner profile extends from a second location at which the inner profile or said extension meets the perimeter; and that the profiles are defined by:

DK 164491 BDK 164491 B

3 (a) en første vektor T, der beskriver stedet for et hvilket som helst punkt på det ydre profil, og som er indeholdt i et plan vinkelret i forhold til aksen, og som har sit begyndelsespunkt ved nævnte første sted, er tilvejebragt, således at en vinkel Θ mellem vektoren T og den 5 tangent til omkredsen, der passerer gennem nævnte første sted, når vektoren Τ's størrelse forøges, aldrig formindskes væsentligt og aldrig bliver mindre end minus 0,1 radian, (b) en anden vektor U, der beskriver stedet for ethvert punkt på det indre profil, og som har sit begyndelsespunkt ved nævnte andet sted, 10 er tilvejebragt, således at en vinkel^ mellem vektoren U og den tangent til omkredsen, som passerer gennem det andet sted, når størrelsen af vektoren U forøges, aldrig formindskes og aldrig bliver mindre end -0,52 radian i det mindste for store størrelser af vektoren U.3 (a) a first vector T describing the location of any point on the outer profile and contained in a plane perpendicular to the axis and having its starting point at said first location is provided, thus that an angle Θ between the vector T and the 5 tangent to the perimeter passing through said first location as the size of the vector Τ is never significantly reduced and never becomes less than minus 0.1 radian, (b) another vector U which describes the location of any point on the inner profile having its starting point at said second location, 10 such that an angle en between the vector U and the tangent to the perimeter passing through the second location reaches the size of the vector U increases, never decreases and never becomes less than -0.52 radian at least for large sizes of the vector U.

15 Det har vist sig, at det ved at udforme indløbet i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse ikke er nødvendigt at tilvejebringe mere end én indløbsåbning for at opnå en tilfredsstillende drift, og der opnås således en væsentlig besparelse i den ydre rørføring, hvilket muliggør lettere vedligeholdelse og eventuel adskillelse af et 20 anlæg, hvori cyklonseparatorer anvendes i grupper.It has been found that, by designing the inlet in accordance with the present invention, it is not necessary to provide more than one inlet opening to achieve satisfactory operation, and thus a substantial saving in the outer piping is achieved, allowing easier maintenance and optionally separating a plant wherein cyclone separators are used in groups.

Det er ikke helt klart, hvilke årsagssammenhænge, der frembringer ovennævnte effekt. Det antages imidlertid, at den specielle evolvente-formede udformning af indløbstrakten, der defineres af det indre og 25 ydre profil, hvoraf det ydre profil har størst betydning for strømningen, bibringer den strøm, som trænger ind gennem indløbet en sådan strømlinet laminar bevægelse, at den gradvis bibringes et impulsmoment. Gennem denne gradvise ændring minimeres de forskydningsspændinger, som optræder i den indkommende væske, således at sandsynligheden 30 for at den ene fase dispergeres i den anden fase mindskes betydeligt eller endda forhindres. En sådan dispergering ville stort set umuliggøre en senere adskillelse af de to væskefaser i cyklonseparatoren, og det er derfor ønskeligt at forhindre dispergeringen for at opnå en tilfredsstillende drift i en cyklonseparator, der er forsynet med kun 35 én indløbsåbning.It is not entirely clear which causal relationships produce the above effect. However, it is believed that the particular evolved shape of the inlet funnel, defined by the inner and outer profile, of which the outer profile is most important for the flow, imparts to the stream which penetrates through the inlet such a streamlined laminar motion that it is gradually imparted to a moment of impulse. Through this gradual change, the shear stresses occurring in the incoming liquid are minimized so that the probability of dispersing one phase in the second phase is significantly reduced or even prevented. Such a dispersion would substantially impede a later separation of the two liquid phases in the cyclone separator, and it is therefore desirable to prevent the dispersion in order to achieve satisfactory operation in a cyclone separator provided with only one inlet opening.

I en udførelsesform af opfindelsen er der tilvejebragt en cyklonseparator, således som først beskrevet ovenfor, hvor en endevæg af adskillelseskammeret, hvorigennem overstrømsudløbet står i forbindelse medIn one embodiment of the invention, there is provided a cyclone separator, as first described above, wherein an end wall of the separation chamber through which the overcurrent outlet communicates with

DK 164491 BDK 164491 B

4 adskillelseskammeret, er udformet med en krum konfiguration, som for eksempel konkav eller konveks, når den ses i aksi alt snit.4, the separation chamber is configured with a curved configuration, such as concave or convex, when viewed in axial section.

Ifølge en anden udførelsesform af opfindelsen er der tilvejebragt en 5 cyklonseparator, som først beskrevet ovenfor, hvorhos overstrømsudløbet er tilvejebragt i form af en kanal, der strækker sig gennem en endevæg for adskil!el seskammeret, og som forløber ind i adskil!el seskammeret .According to another embodiment of the invention there is provided a cyclone separator, as first described above, wherein the overcurrent outlet is provided in the form of a channel extending through an end wall of the separating chamber and extending into the separating chamber.

10 Opfindelsen er, som et eksempel, yderligere beskrevet under henvisning til den medfølgende tegning, hvor fig. 1 viser et skematisk snitbillede gennem en separator, der er fremstillet i overensstemmelse med den foreliggende opfin-15 del se, fig. 2 et snit stort set taget langs linien 2-2 i fig. 1, fig. 3 og 4 illustrationer af alternative udformniner for en endevæg for det i fig. 1 viste adskillelseskammer, fig. 5 en illustration af en aiterativ udformning for overstrømsud-20 løbet for den i fig. 1 viste separator, fig. 6 et detaljeret aksi alt snit gennem indløbsorganerne for en separator, der er fremstillet i overensstemmelse med opfindelsen, fig. 7 et snit svarende til fig. 6, men til illustration af fore-25 trukne indløbstraktprofiler, og fig. 8 en fragmentarisk aksial illustration af en modificeret indløbstrakt.The invention is, by way of example, further described with reference to the accompanying drawing, in which: 1 is a schematic sectional view through a separator made in accordance with the present invention, see FIG. 2 is a sectional view taken substantially along line 2-2 of FIG. 1, FIG. 3 and 4 illustrate alternative designs for an end wall of the one shown in FIG. 1; FIG. 5 is an illustration of an aiterative embodiment of the overcurrent outlet of the one shown in FIG. 1; FIG. 6 is a detailed sectional view through the inlet means of a separator manufactured in accordance with the invention; FIG. 7 is a sectional view similar to FIG. 6, but to illustrate preferred inlet funnel profiles; and FIG. 8 is a fragmentary axial illustration of a modified inlet funnel.

Separatoren 10 består af et adskillelseskammer 12 med tre koaksialt 30 anbragte adskillelseskammerdele 14,16 og 18 med cylindrisk konfiguration. Disse har diametre og længder , 1 ^henholdsvis d3,lj. Delen 14 har en større diameter end delen 16, og delen 18 har en mindre diameter end delen 16. Således som beskrevet i beskrivelsen til international patentansøgning PCT/AU83/00028 kan strømningsbegrænsende 35 organer (ikke vist) være tilvejebragt ved udløbet fra den cylindriske del 18, men i dette tilfælde er udløbsenden vist som værende forsynet med et understrømsudløb 24 fra den cylindriske del 18. En tilspidset sektion 17 kan være tilvejebragt mellem delene 14 og 16. Selv om den viste del 16 har en første sektion med parallelle sider efterfulgt afThe separator 10 consists of a separation chamber 12 with three coaxially disposed separation chamber portions 14, 16 and 18 of cylindrical configuration. These have diameters and lengths, 1 ^ and d3, respectively, lj. The portion 14 has a larger diameter than the portion 16 and the portion 18 has a smaller diameter than the portion 16. As described in the disclosure of International Patent Application PCT / AU83 / 00028, flow limiting means (not shown) may be provided at the outlet of the cylindrical portion. 18, but in this case the outlet end is shown to be provided with an undercurrent outlet 24 from the cylindrical portion 18. A tapered section 17 may be provided between the portions 14 and 16. Although the portion 16 shown has a first parallel side section followed by

DK 164491 BDK 164491 B

5 en tilspidset sektion, er det i praksis muligt at danne delen 16 med en konstant tilspidsning over hele sin længde.5 in a tapered section, it is practically possible to form the portion 16 with a constant taper over its entire length.

Et evolventeformet indløbsrør 20 er tilvejebragt på adskil 1 elseskam-5 merdelen 14 og udmunder i adskillelses- kammerets sidevæg ved en indløbsåbning 23. På aksen for adskil!el seskammerdel en 14 er der tilvejebragt et overstrømsudløb 25, som fører til et aksi alt overstrømsrør 27. Således som vist i fig. 2 er det evolventeformede indløbsrør 20 gennem en spiralformet bane ført omkring adskillelseskammerdelen 14's 10 omkreds og udviser et gradvis formindskende tværsnitsareal, efterhånden som det kommer nærmere åbningen 23. Røret 20 og åbningen 23 kan have et rektangulært tværsnit.An evolved inlet tube 20 is provided on separator 1 of the chamber 5 and opens into the side wall of the separation chamber at an inlet opening 23. On the axis of separable chamber portion 14, an overcurrent outlet 25 is provided which leads to an axis 27 all overstream. Thus, as shown in FIG. 2, the evolved inlet tube 20 is passed through a helical path around the circumference of the separation chamber portion 10 and exhibits a progressively diminishing cross-sectional area as it approaches aperture 23. The tube 20 and aperture 23 may have a rectangular cross section.

Separatoren 10 vil i brug generelt virke i overensstemmelse med almin-15 delig praksis, idet væskeblandingen, der, via indløbsrøret 20, indføres i adskil!el seskammeret udsættes for en centrifugal virkning, der vil bevirke, at de adskilte væskekomponenter udsendes dels fra udløbet 24 og dels gennem udløbet 25. Således vil den fase med tungere materi« ale strømme mod understrømsudløbet 24 i en strømning med et ringformet 20 tværsnit langs adskillelseskammerets væg, medens den lettere fase danner en central kerne, som er udsat for en diffenrential trykvirkning, som fører væsken deri ud af overstrømsudløbet 25.In use, the separator 10 will generally operate in accordance with general practice in that the liquid mixture which, via the inlet tube 20, is introduced into the separating chamber is subjected to a centrifugal action which will cause the separated liquid components to be partly dispensed from the outlet 24 and partly through the outlet 25. Thus, the phase of heavier material will flow toward the undercurrent outlet 24 in a flow of annular cross-section along the wall of the separation chamber, while the lighter phase forms a central core subjected to a differential pressure effect leading to the liquid therein out of the overcurrent outlet 25.

Det har vist sig, at det ved anvendelse af det evolventeformede rør 20 25 er muligt kun at anvende en enkelt åbning 23, medens der tidligere har været tilvejebragt flere indløbsåbninger. Disse har medført den ulempe, navnlig i de tilfælde hvor der skal samles grupper af separatorer, at den samlede installation har en relativ stor kompleksitet. Følgeligt kan der ved anvendelse af et enkelt indløbsrør opnås en formind-30 skelse af antallet af nødvendige rørforbindelser. Endvidere har det vist sig, at det evolventeformede rør 20 letter adskillelsesvirknin-gen, da den indkommende væskeblanding allerede er udsat for nogen adskil! el sesvirkning under centri fuga!virkningen, når den i spiralform føres ind i adskille!seskammeret 14.It has been found that using the evolved tube 20 25 it is possible to use only a single aperture 23, while several inlet openings have previously been provided. These have led to the disadvantage, especially in cases where groups of separators are to be assembled, that the overall installation has a relatively large complexity. Accordingly, by using a single inlet tube, a reduction in the number of pipe connections required can be achieved. Furthermore, it has been found that the evolved tube 20 facilitates the separation effect, since the incoming liquid mixture is already subjected to some separation. electric action under the centrifugal action as it is spirally inserted into the separating chamber 14.

3535

Adskillelseskammeret 12 kan være fremstillet stort set i overensstemmelse med angivelserne i beskrivelsen til AU patentansøgning nr. 47105/79. I beskrivelsen til AU patentansøgning nr. 47105/79 er adskille! seskammeret beskrevet som havende følgende dimensionsmæssigeThe separation chamber 12 may be made substantially in accordance with the disclosures in the specification of AU Patent Application No. 47105/79. In the description of AU patent application no. 47105/79 are separate! The chamber described as having the following dimensional

DK 164491 BDK 164491 B

6 forbindelser: 10 < l2/d2 < 25 0,04 < 4A,/* dj s 0,10 5 0,1 s dyd, i, 0,10 dl >d2 d2>d3 hvor A.. er det totale tværsnitsareal af tilførselsindløbet, som er 10 tilvejebragt af indløbsåbningen 23, dQ er diameteren for overstrømsudløbet 25, og hvor de resterende udtryk har de ovenfor beskrevne betydninger. I beskrivelsen til AU patentansøgning nr. 84713/ 82 er der også beskrevet en variant af denne konstruktion med parametre som de ovenfor beskrevne med undtagelse af, at forholdet dQ/d2, som i dette 15 tilfælde er specificeret til at være mindre end 0,1. Separatorer, der er fremstillet i overensstemmel se med denne variantform, kan også være egnet til brug i den foreliggende opfindelse. I alle tilfælde er separatoren ifølge den foreliggende opfindelse karakteriseret ved at have forholdet l2/d2 1 det m^nc^ste ^9 10. For separatorer, der er beregnet 20 til at adskille relativt små mængder lettere væske, som for eksempel olie fra relativt større mængder af en tungere væske, som for eksempel vand, kan forholdet dj/d2 være i området fra 1,5 til 3,0, som for eksempel 2,0.6 compounds: 10 <l2 / d2 <25 0.04 <4A, / * dj s 0.10 5 0.1 s virtue, i, 0.10 dl> d2 d2> d3 where A .. is the total cross-sectional area of the supply inlet 10 provided by the inlet opening 23, dQ is the diameter of the overcurrent outlet 25, and the remaining terms have the meanings described above. In the specification of AU Patent Application No. 84713/82, a variant of this construction is also described with parameters such as those described above except that the ratio dQ / d2, which in this case is specified to be less than 0.1 . Separators made in accordance with this variant form may also be suitable for use in the present invention. In all cases, the separator according to the present invention is characterized by having the ratio of I2 / d2 in the minimum of 9 10. For separators intended to separate relatively small amounts of lighter fluid, such as oil from greater amounts of a heavier liquid, such as water, the ratio dj / d2 may be in the range of 1.5 to 3.0, such as 2.0.

25 Det har imidlertid i praksis vist sig, at det ikke er nødvendigt at fastholde kravet til området for overstrømsudløbets dimensioner, således som beskrevet ovenfor.However, in practice, it has been found that it is not necessary to maintain the requirement for the area of the overflow outlet dimensions, as described above.

Der henvises herefter til fig. 6, hvor et indløbsprofil ifølge den fo-30 religgende opfindelse er vist mere detaljeret. Her er separatorens indløbsorganer vist som omfattende en indløbstrakt 80 samt en del af separatorens adskillelseskammer, som i længderetningen er nærliggende dertil. Selv om separatoren, der er vist i fig. 1, er beskrevet som havende tre adskilte dele med successivt mindre diameter, er det ikke 35 væsentligt, at separatoren generelt er udformet således, idet den for eksempel kan udvise en hvilken som helst tilspidsningskonfiguration, der forløber fra en ende med en større diameter nærliggende overstrømsudløbet til en ende med mindre tværsnit nærliggende understrømsudløbet. Trakten 80 er vist med en ydre profil 82 og en indre profilReferring now to FIG. 6, where an inlet profile according to the present invention is shown in more detail. Here, the inlet means of the separator are shown as comprising an inlet funnel 80 as well as a portion of the separator chamber of the separator which is longitudinally adjacent thereto. Although the separator shown in FIG. 1, described as having three discrete portions of successively smaller diameter, it is not essential that the separator is generally designed such that it may exhibit, for example, any taper configuration extending from an end with a larger diameter adjacent the overcurrent outlet. to an end with smaller cross-section near the undercurrent outlet. The funnel 80 is shown with an outer profile 82 and an inner profile

DK 164491 BDK 164491 B

7 84. Her svarer diameteren D for cyklonseparatoren, således som vist i fig. 6, til diameteren dj i fig. 1, da indløbstrakten 80 (således som det var tilfælde i den i fig. 1 viste konstruktion) står i forbindelse med adskil!el seskammeret ved dettes ende med størst diameter.7 84. Here, the diameter D corresponds to the cyclone separator, as shown in FIG. 6, for the diameter dj of FIG. 1, as the inlet funnel 80 (as was the case in the construction shown in Fig. 1) communicates with the separating chamber at its largest diameter end.

55

Trakten 80 betragtes som forløbende fra et sted, der generelt er indikeret med henvisningsbetegnelsen 85 indefter mod adskil!el seskammeret. Stedet 85 er defineret som et punkt udover hvilket, regnet i retning indefter mod adskil!el seskammeret, den indstrømmende væske ikke kan 10 beskrives ved hjælp af enkle strømningsligninger. Mere specifikt er punkterne 83,87, der er tilvejebragt på det ydre og indre profil, og som ligger på en linie, der går gennem stedet 85, punkter, hvor separatoren, hvis profilerne blev forlænget udefter i retning fra adskillelseskammeret sideløbende med hinanden dannende et kileformet indløb, 15 ville virke i alt væsentligt på samme måde, som hvis profilerne blev forlænget med en profilkonfiguration, som er defineret i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse. Ved udtrykket "udefter forlænget" menes en forlængelse fra det respektive profil, som i alt væsentligt er tangential ved forbindelsespunktet med det respektive profil, 20 hvorved indløbet bliver kileformet. Fra de respektive punkter 83,87 på det ydre henholdsvis indre profil, forløber profilerne spiralformet indefter for at møde adskil!el seskammerets omkredsflade 86. De steder hvor profilerne således møder omkredsen 86 er henholdsvis betegnet med bogstaverne "C" og "E". Selv om profilet 84 er vist som værende for-25 bundet med omkredsen 86 ved udstrækning af profilet indefter, indtil det møder omkredsen 86 ved punktet "E" er det i praksis ofte enklere og mere effektiv at afrunde forbindelsen mellem profilet 84 og omkredsen 86 ved at tilvejebringe en afrundet del 84a (indikeret med stiplede linier).The funnel 80 is considered to be extending from a location generally indicated by the reference numeral 85 inwards towards the separating chamber. The location 85 is defined as a point beyond which, directed inwards towards the separating chamber, the flowing liquid cannot be described by simple flow equations. More specifically, the points 83,87 provided on the outer and inner profiles, which lie on a line passing through the site 85, are points where the separator, if the profiles were extended outwards in the direction of the separation chamber, parallel to one another wedge-shaped inlet 15 would operate substantially in the same way as if the profiles were extended with a profile configuration defined in accordance with the present invention. By the term "outwardly extended" is meant an extension from the respective profile which is essentially tangential at the junction with the respective profile, whereby the inlet becomes wedge-shaped. From the respective points 83,87 on the outer and inner profile, respectively, the profiles extend helically inward to meet the circumferential surface 86 of the separating chamber. The places where the profiles thus meet the circumference 86 are denoted by the letters "C" and "E" respectively. Although the profile 84 is shown to be connected to the perimeter 86 by extending the profile inward until it meets the perimeter 86 at the point "E", it is in practice often easier and more efficient to round off the connection between the profile 84 and the perimeter 86 by providing a rounded portion 84a (indicated by dashed lines).

3030

De indre og ydre profiler beskrives fortrinsvis generelt ved følgende uligheder: (a) α < η < In + α, 35 (b) 0,35 < α < 1,5, hvor η0 er længden af indløbstraktens ydre profil 82, således som set aksi-alt i forhold til adskil!el seskammeret, D er diameteren for den del af adskille!seskammeret ved hvilken omkredsen 86 optræder. Denne profil-The inner and outer profiles are preferably generally described by the following inequalities: (a) α <η <In + α, 35 (b) 0.35 <α <1.5, where η0 is the length of the outer profile 82 of the inlet funnel, as seen axially relative to the separating chamber, D is the diameter of the portion of the separating chamber at which the circumference 86 occurs. This profile-

DK 164491 BDK 164491 B

8 længde er den som er udstrakt mellem punkterne C og 83. oD er længden af det indre profil 84, således som set aksialt i forhold til adskillelseskammeret. Denne profil!ængde er den som er udstrakt mellem punkterne E og 87.8 length is that which extends between points C and 83. oD is the length of the inner profile 84, as seen axially with respect to the separation chamber. This profile is the amount that is extended between points E and 87.

55

Det ydre profil 82 er tilvejebragt, således at en vektor T, som beskriver placeringen af et hvilket som helst punkt på det ydre profil, og som er indeholdt i et plan vinkelret på aksen, og som har sit begyndelsespunkt ved stedet C, er tilvejebragt, således at en vinkel Θ 10 mellem vektoren T og den tangent 92 til omkredsen 86, der passerer gennem stedet C, når størrelsen af vektoren T forøges, aldrig formindskes og aldrig bliver mindre end minus 0,1 radian for alle størrelser af T, der er mindre end Όη.The outer profile 82 is provided such that a vector T describing the location of any point on the outer profile and contained in a plane perpendicular to the axis and having its starting point at the point C is provided. such that an angle Θ 10 between the vector T and the tangent 92 to the circumference 86 passing through the site C as the size of the vector T increases is never reduced and never becomes less than minus 0.1 radian for all sizes of T that are less than Όη.

15 (d) På tilsvarende måde er en vektor U, som beskriver placeringen af et hvilket som helst punkt på det indre profil 84, og som har sit begynde! sesspunkt ved stedet E, tilvejebragt således at vinklen mellem vektoren U og den tangent 93 til omkredsen, som passerer gennem stedet E, aldrig formindskes og aldrig bliver mindre end minus 0,52 20 radian, når størrelsen af vektoren U forøges, for alle størrelse af vektorer U, der er mindre end aD i det mindste for store størrelser af vektoren U. Ved store størrelser for vektoren U menes, at vektoren U i nærheden af punktet E ikke kan være defineret på grund af en eventuel runding af det indre profil, således som beskrevet ovenfor.(D) Similarly, a vector U which describes the location of any point on the inner profile 84 and which has its origin! point point at location E, provided that the angle between the vector U and the tangent 93 to the circumference passing through the site E is never diminished and never becomes less than minus 0.52 radius as the size of the vector U increases, for all sizes of vectors U smaller than aD at least for large sizes of the vector U. Large sizes for the vector U mean that the vector U near the point E cannot be defined due to a possible rounding of the internal profile, thus as described above.

2525

Tværsnitsarealet for trakten 80 målt i et radialt og aksialt plan, som passerer gennem stedet, hvor det indre profil 84 faktisk ender (stedet "E" eller enden af delen 84a afhængigt af hvad der faktisk gælder) er fortrinsvis defineret som: 30 0,04 < 4Α./πϋ2 < 0,1The cross-sectional area of the funnel 80 measured in a radial and axial plane passing through the site where the inner profile 84 actually ends (the site "E" or the end of the part 84a, as the case may be) is preferably defined as: 0.04 <4Α. / Πϋ2 <0.1

Det foretrækkes også at følgende forbindelse fastholdes mellem konstanten η og a 35 o. < η < 2ττ + αIt is also preferred that the following connection be maintained between the constant η and α 35 o. <Η <2ττ + α

Den beskrevne forbindelse mellem konstanterne α og η er mest hensigtsmæssig i tilfælde, hvor separatoren har en maksimal diameter, som erThe described connection between constants α and η is most convenient in cases where the separator has a maximum diameter which is

DK 164491 BDK 164491 B

9 større end diameteren for understrømsudløbet. I det tilfælde hvor dette forhold er relativt lille, som for eksempel mindre end 3, kan det imidlertid foretrækkes at tilvejebringe større restriktioner på de relative værdier for konstanterne or og η. Følgende forbindelser kan da 5 være hensigtsmæssige: D/d < 3 α < η < 2κ + α, og 0,35 < α < 2.9 greater than the diameter of the undercurrent outlet. However, in the case where this ratio is relatively small, such as less than 3, it may be preferable to provide greater restrictions on the relative values of the constants or and η. The following compounds may then be appropriate: D / d <3 α <η <2κ + α, and 0.35 <α <2.

1010

Her repræsenterer d understrømsudløbets diameter svarende til diameteren d3 i fig. 1.Here, d represents the diameter of the undercurrent outlet corresponding to the diameter d3 of FIG. First

Idet der herefter henvises til fig. 7 ses en konstruktion i overens-15 stemmel se med den foreliggende opfindelse, hvor vinklen p målt omkring separatorens akse mellem punkterne C og E var 86°. Det indre profil 84 blev bestemt af en krummet del 84a, som var forbundet med omkredsen 86, og som havde en krumning på tilnærmelsesvis 0,5 mm og anbragt ca.Referring now to FIG. 7, a construction is seen in accordance with the present invention, where the angle p measured around the axis of the separator between points C and E was 86 °. The inner profile 84 was determined by a curved portion 84a, which was connected to the circumference 86, which had a curvature of approximately 0.5 mm, and placed approx.

110* fra punktet C omkring separatorens akse. I dette tilfælde viste 20 det sig, at følgende matematiske forbindelse var hensigtsmæssig for at beskrive profilerne 82,84: rQ = 0,5 D + 0,0143 D zj’4 + 0,0057 D zj’8 + 0,00157 D Zj*’8 + 0,00286 D Z4’5 25 r. = 0,5 D + 0,0714 D Z? + 0,00714 D Z? + 0,0143 D Z4 + 0,00714 D Z? hvor rg er afstanden fra separatorens akse til et specifikt punkt på 30 det ydre profil 82, hvor r^ er afstanden fra separatorens akse til et specifikt punkt på det indre profil 84, hvor Zq er vinklen regnet fra en linie 91, som forbinder separatorens akse og punktet C målt i urets retning omkring separatorens akse til et hvilket som helst punkt på det ydre profil 82, og hvor Z^ er vinklen, der er regnet fra linien 35 100 i urets retning til et specifikt punkt på det indre profil 84.110 * from point C around the separator axis. In this case, the following mathematical compound was found to be useful in describing profiles 82.84: rQ = 0.5 D + 0.0143 D zj'4 + 0.0057 D zj'8 + 0.00157 D Zj * '8 + 0.00286 D Z4'5 25 r. = 0.5 D + 0.0714 DZ? + 0.00714 D Z? + 0.0143 D Z4 + 0.00714 D Z? where rg is the distance from the axis of the separator to a specific point on the outer profile 82, where r ^ is the distance from the axis of the separator to a specific point on the inner profile 84, where Zq is the angle calculated from a line 91 connecting the axis of the separator and the point C measured in the clockwise direction about the axis of the separator to any point on the outer profile 82, and where Z1 is the angle calculated from the line 100 in the clockwise direction to a specific point on the inner profile 84.

Disse ligninger, der beskriver profilerne 82,84, kan generelt gælde for vinkler ZQ, Z^ i områdetThese equations describing the profiles 82,84 can generally apply to angles ZQ, Z ^ in the region

DK 164491 BDK 164491 B

10 0° < Z0 < 150° 0° < Z.j < 60° eller i det mindste i området 5 24° < Z. < 60°10 0 ° <Z0 <150 ° 0 ° <Z.j <60 ° or at least in the range 5 24 ° <Z. <60 °

Trakten 80 kan have et rektangulært tværsnit og for eksempel have længere sider, der er udstrakt parallelt med separatorens akse, og som har en længde W samt kortere sider, der er indeholdt i normalplaner 10 til separatorens akse, og som har en længde t. I dette tilfælde kan følgende forhold gælde t x W = A., og D/35 < t < D/6 15 W vil generelt være større end t.The funnel 80 may have a rectangular cross-section and, for example, have longer sides extending parallel to the axis of the separator, having a length W as well as shorter sides contained in normal planes 10 to the axis of the separator and having a length t. in this case, the following ratio may apply tx W = A., and D / 35 <t <D / 6 15 W will generally be greater than t.

Fig. 8 viser en yderligere modifikation for separatoren ifølge den foreliggende opfindelse, hvor indløbstrakten 84 er vist som forløbende 20 med sin middel strømningsbane 93 for væskestrøm som værende tilvejebragt under en vinkel i forhold til separatorens akse 85, i stedet for at være vinkelret i forhold dertil, således som vist i fig. 1. I dette tilfælde danner trakten 80's akse 93 sammen med separatorens akse en vinkel i området: 25 80° < p < 95°FIG. 8 shows a further modification of the separator of the present invention, wherein the inlet funnel 84 is shown as extending 20 with its mean fluid flow path 93 for being at an angle to the axis of the separator 85, rather than being perpendicular thereto; as shown in FIG. 1. In this case, the axis 93 of the funnel 80 together with the axis of the separator forms an angle in the range: 80 ° <p <95 °

Hvor trakten har et rektangulært tværsnit foretrækkes det, at den har et sådant rektangulært tværsnit, at q, i det mindste over en længde q^ 30 er mindre end a.Where the funnel has a rectangular cross section, it is preferred that it has such a rectangular cross section that q, at least over a length q ^ 30 is less than a.

I denne beskrivelse er alle vinkler underforstået som udtrykt i radia-ner med mindre andet er angivet.In this specification, all angles are understood as expressed in radians unless otherwise indicated.

35 Den beskrevne konfiguration for separatorens indløb kan let anvendes i de tilfælde, hvor der er tilvejebragt mere end en trakt 80.35 The described configuration for the inlet of the separator can easily be used in cases where more than one funnel 80 is provided.

I dette tilfælde skal det totale tværsnitsareal for alle trakte, således som målt radialt i forhold til separatoren gennem respektive punkIn this case, the total cross-sectional area for all funnels, as measured radially relative to the separator, through respective points

DK 164491 BDK 164491 B

11 ter E, være identisk med aralet A.., således at der i de tilfælde hvor t x W = A. optræder i en formel, skal A. erstattes af A./n, hvor n er antallet af trakte 80. Det bemærkes også, at ikke alle trakte behøver at være identiske. I de tilfælde, hvor de ikke er identiske, er det 5 totale areal A. relateret til længderne og bredderne for tilførsels-traktene ved de relevante tværsnit som følger: anxWn = A1- 10 hvor tn og Wn er bredden henholdsvis længden af den n trakt.11ter E, be identical to the aromatic A .. such that in cases where tx W = A. occurs in a formula, A. must be replaced by A./n, where n is the number of funnels 80. It is also noted that not all tracts need to be identical. In cases where they are not identical, the total area A. is related to the lengths and widths of the supply funnels at the relevant cross sections as follows: anxWn = A1-10 where tn and Wn are the width and length of the n funnel, respectively. .

Den beskrevne separator har vist sig at tilvejebringe udmærkede driftsegenskaber ved adskillelse af mindre mængder olie fra større mængder vand.The described separator has been found to provide excellent operating properties by separating smaller amounts of oil from larger amounts of water.

15 ‘15 '

Fig. 3 viser en modifikation af separatoren i fig. 1. Her er adskillelseskammerdelen 14's endevæg 50 nærliggende overstrømsudløbet 25 dannet med konkav form. I fig. 4 er endevæggen 50 vist i en yderligere modifikation, hvori den udviser en konveks form, således som set i ak- 20 si alt tværsnit. Fig. 5 viser en yderligere modifikation, hvor overstrømsudløbet 25 er dannet af et rør 27 med en del 27a, der forløber gennem væggen 50 (i dette tilfælde vist lineært i aksi alt tværsnit) og et lille stykke ind i adskillelseskammeret 14.FIG. 3 shows a modification of the separator of FIG. 1. Here, the end wall 50 of the separation chamber portion 14 adjacent the overcurrent outlet 25 is formed in concave shape. In FIG. 4, the end wall 50 is shown in a further modification in which it exhibits a convex shape, as seen in nearly all cross sections. FIG. 5 shows a further modification in which the overcurrent outlet 25 is formed by a pipe 27 with a part 27a extending through the wall 50 (in this case shown linearly in axial cross-section) and a small distance into the separation chamber 14.

25 Selv om det, såfremt separatorens indløbsorganer udformes med de beskrevne konfigurationer, er muligt kun at anvende et enkelt indløb, kan de beskrevne konfigu- rationer fordelagtigt anvendes, selv i de tilfælde hvor mere end et indløb er tilvejebragt.Although, if the inlet means of the separator are designed with the described configurations, it is possible to use only a single inlet, the configurations described can advantageously be used, even in cases where more than one inlet is provided.

30 Udtrykket "evolvent" er i den foreliggende beskrivelse anvendt for at beskrive en kurve, som er det geometriske sted ved enden af et stykke snor, der afvikles fra en basiscirkel. Det indre og ydre profil for indløbstrakten eller -traktene er således som beskrevet generelt dannet som evolventekurver. Hvert profil kan imidlertid have sammenfal- 35 dende sektioner, som er defineret af sammenfaldende evolventekurver, der har respektive definerende basiscirkler med forskellige diametre, eller de projekterede startpunkter på de respektive basiscirkler kan være indbyrdes adskilte langs omkredsen.The term "evolvent" is used in the present specification to describe a curve which is the geometric location at the end of a piece of string that is unwound from a base circle. Thus, the inner and outer profile of the inlet funnel (s) is generally formed as evolving curves. However, each profile may have coinciding sections defined by coincident evolve curves having respective defining base circles of different diameters, or the projected starting points of the respective base circles may be spaced apart along the circumference.

1212

DK 164491 BDK 164491 B

Det beskrevne arrangement er alene beskrevet som forklaring, og der kan foretages mange modifikationer uden at forlade ideen og omfanget for opfindelsen, således som defineret i de efterfølgende krav.The arrangement described is described for explanation only, and many modifications can be made without departing from the idea and scope of the invention, as defined in the appended claims.

5 10 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 35

Claims

A cyclone separator for separating a heavier component of a fluid mixture from its lighter component, which separator is of the type having an axially extended separation chamber having at one end inlet means for supplying the mixture with a tangential flow component, said separating chamber has an axially overcurrent outlet adjacent said one end, and said separating chamber has a generally tapered shape having a relatively large cross-sectional area 10 at said one end and a relatively small cross-sectional area at an axially disposed undercurrent outlet at that end of said separation chamber , which is opposed to said one end, wherein a portion of the separation chamber has a length at least 10 times the maximum diameter of this part, characterized in that the inlet means comprises at least one inlet funnel having internal and exterior substantially planar walls extending in substantially evolved profiles, wherein the outer profile, as seen axially relative to the separator, proceeds from a first location at which it meets the circumference of the separating chamber and at least an inward extension of the inner profile proceeds from a second one. a location at which the inner profile or said extension meets the circumference and said profiles are defined by: (a) a first vector T describing the location of any point on the outer profile and contained in a plane perpendicular in relation to the axis, having its starting point at said first location, such that an angle Θ between the vector T and the tangent to the perimeter passing through said first location as the size of the vector T is never substantially reduced and never becomes less than minus 0.1 radian, 30 (b) another vector U describing the location of any point on the inner profile and having its starting point provided by said second st oath, is provided so that an angle s? between the vector U and the tangent to the circumference passing through said site as the size of the vector U grows, never decreases and never becomes less than minus 0.52 radian at least for large sizes of the vector U.

Cyclone separator according to claim 1, characterized in that, when the size of the first vector T is increased, the angle Θ is never significantly reduced and never becomes less than minus 0.1 radian for all sizes of the vector T less than ηΌ, and that the angle of when said second vector U is increased is never substantially reduced and never becomes less than minus 0.52 radian for all sizes of the vector U, 5 which is less than aD at least for large sizes of the vector U, where (c) a <η <2jt + α, (d) 0.35 <α <1.5, where 10 tfD is the length of the inlet funnel outer profile, as seen axially with respect to the separation chamber, D is the diameter of said part of the separation chamber, aD is the length of the inner profile of the inlet funnel, as seen axially with respect to the separation chamber, ηΰ is measured from a first location at which the outer profile meets the circumference of said part of the separation chamber and where aD is measured from another location at which at least an inward extension of the inner profile meets said circumference.

Cyclone separator according to claim 2, characterized in that: (e) 0.04 <4Ai / TrD2 <0.1 where A .. is the cross-sectional area of the funnel or the total cross-sectional area of all said funnels if more than one is provided. and where the cross-sectional area or cross-sectional areas are measured in a plane substantially perpendicular to the inlet flow of the funnel and intersecting the end point of said inner profile.

The cyclone separator according to claim 3, characterized in that (f) α <η <τ + α

The cyclone separator according to claim 3 or 4, characterized in that the funnel or funnels have a rectangular cross-section over at least a length qD for q <α, which cross-section has a length Wn and a width tn, where DK 164491 B ( g) Σΐη x Wn - Ai, and (h) D / 35 <t <D / 6 fa 5 where Wn is the length of the cross section of the n funnel and tn is the width of the nth funnel.

Cyclone separator according to claim 5, characterized in that the sides of the cross-section or cross-sections of length U are substantially aligned with the axial direction of the separator and that the side or sides of width t are generally perpendicular to the axis of the separator.

Cyclone separator according to claim 6, characterized in that W> t. 15

A cyclone separator according to any one of claims 1-7, characterized in that the funnel or each funnel extends at a respective angle with respect to the axis of the separator, as seen perpendicular to the axis where the respective angle p between The axis and the mean inlet flow direction of the liquid mixture when supplied through a respective inlet funnel at the point where the mean flow path intersects said respective funnel at which the area is measured is 25 (j) 80 * <p <95 * where the angle p is defined, thus the fluid flow, in use, into the separation chamber along said flow path, for values less than 90 °, has a motion component directed from the end of the separator chamber of larger diameter to the end of smaller diameters.

A cyclone separator according to any one of claims 1-8, characterized in that D / d> 3, where d is the diameter of the undercurrent outlet.

Cyclone separator according to any one of claims 1-8, characterized in that 5 D / d <3 a <η <2π + α, and 0.35 <a <2.

Cyclone separator according to claim 1, characterized in that the size of the angle Θ is in the range of 0 to 0.1 radian.

Cyclone separator according to claim 1, characterized in that the magnitude of the angle s 1 is in the range of 0 to 0.52 radian. 15 20 25 30 35