DK176946B1 - Centrifugalseparator og et væskefaseafløbsportelement - Google Patents

Description

i DK 176946 B1

Foreliggende opfindelse angår en centrifugalseparator omfattende en tromle, der under anvendelse roterer omkring en omdrejningsakse, hvilken omdrejningsakse strækker sig i en længderetning for tromlen, en radial retning strækkende sig vinkelret på længderetningen, 5 en bundplade tilvejebragt ved tromlens ene ende i forhold til længderetningen, hvilken bundplade har en indvendig side og en udvendig side, en udløbsåbning tilvejebragt i bundpladen, et hus, der rager frem ved udløbsåbningen på den udvendige side af bundpladen, hvilket hus omfatter en husside, hvor en normal til nævnte husside strækker sig under 10 en spids vinkel i forhold til nævnte bundplade, og en afløbsåbning er tilvejebragt i nævnte husside.

En centrifugalseparator af denne art kendes fra US 2004072668, som beskriver et hus med en dyse tilvejebragt i hussiden.

Over huset, det vil sige nærmere længdeaksen kan en overløbskant væ-15 re tilvejebragt. Dybden af en væskemængde i tromlen bestemmes af dysens diameter, forudsat tilstrømningen til separatoren er konstant.

En anden sådan centrifugalseparator kendes fra US 7022061 som beskriver en væskefaseafløbsport med et rørformet element med en vinkelbøjning.

20 US-A-4 575 370 beskriver en centrifugalseparator med en tromle med en bundplade og væskefaseudløbsåbninger tilvejebragt i bundpladen. Udløbsåbningerne er delvis dækkede af overløbsplader for at justere væskeniveauet eller dybden af en væskemængde i tromlen.

Generelt sikrer anvendelsen af en overløbsplade at niveauet af væske i 25 tromlen ikke væsentligt kan overskride overløbspladens niveau fordi åbningsarealet over overløbspladen udfra en praktisk betragtning er ubegrænset. Ifølge US-A-4 575 370 er et hak tilvejebragt i overløbskanten af overløbspladen eller et gennemgående hul er tilvejebragt i overløbspladen for at muliggøre i en opstartfase af separatorens drift at opnå 30 drift med et lavere væskeniveau ved et mindre flow af tilløb til separatoren.

Et problem ved en sådan centrifugalseparator er, at væske, der strømmer ud over overløbskanten af overløbspladen, er tilbøjelig til at hænge ved ydersiden af bundpladen og derved blive accelereret, 2 DK 176946 B1 hvilket er energiforbrugende og således bevirker energitab og dermed et ekstra energiforbrug på op til 15%. Desuden accelereres tilløbet ved indgang i tromlen til en omdrejningshastighed, og den således forbrugte energi mistes, når væskefasen træder ud over overløbskanten ved udlø-5 bet i bundpladen.

Separatoren i ovennævnte US 2004072668 forsøger at løse dette problem. Imidlertid medfører anvendelsen af en dyse med en given diameter, at ved varierende tilløbshastighed vil niveauet af væske i tromlen også variere.

10 Den foreliggende opfindelse sigter derfor mod at tilvejebringe en centrifugalseparator, som eliminerer eller reducerer de ovennævnte problemer.

Ifølge et første aspekt af opfindelsen opnås dette formål ved at tilvejebringe en centrifugalseparator af den indledningsvis nævnte art i 15 hvilken afløbsåbningen er begrænset i radial retning udadtil af et overløb med en overløbskant, og nævnte afløbsåbning strækker sig radialt indad til en position over det højst tilsigtede niveau for væske i tromlen.

Ved at placere overløbet ved afløbsåbningen sikres at niveauet for væske i tromlen forbliver i det væsentlige konstant ved alle tilstrøm-20 ningshastigheder, fordi den udløbende væske simpelthen strømmerover toppen af overløbspladen, hvorved overløbspladen bestemmer niveauet for væske i huset og derved i tromle. Ved at flytte afløbsåbningen og overløbet væk fra udløbsåbningen sikres, at ingen væske vil hænge ved ydersiden af bundpladen. Derved kan undgås et energitab i størrelses-25 orden 10% til 15%. Yderligere kan genvindes energi fra den roterende væske ved afløbsåbningen, hvilket resulterer i energiindvinding i størrelsen 10% til 15%, når væsken afledes i modsat retning i forhold til omløbsretningen.

Normalt er adskillige udløb tilvejebragt i bundpladen placeret 30 med ens afstand på en fælles radius.

Ifølge en foretrukken udførelsesform for opfindelsen ligger den spidse vinkel i området mellem 0° og 60°' fortrinsvis mellem 5° og 35°, og videre fortrinsvis mellem 15° og 30°. En spids vinkel på 0° eller tæt på 0° vil give den største indvinding af energi. I tilfælde af flere udløb 3 DK 176946 B1 med huse ragende frem fra bundpiaden af tromlen kan en vinkel på 0° imidlertid resultere i at væske afledt fra ét udløb kolliderer med et nabohus, som rager frem fra bundpladen af tromlen. Dette undgås ved at tilvejebringe en større vinkel. I tilfælde af kun få, eksempelvis to, udløb 5 eksisterer kollisionsproblemet ikke.

Ifølge en særlig foretrukken udførelsesform for opfindelsen har overløbet et hul. Hullet forhindrer væske i at strømme ud af tromlen gennem fastfaseudgangsåbningen under opstartsperioden ved at tilvejebringe et væskeudløb, der er effektivt ved opstartsbetingelser med en 10 lav tilledningshastighed, for at tilvejebringe et lavt væskeniveau i tromlen således som det generelt kendes fra ovennævnte US-A-4,575 370.

Ifølge en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er overløbet tilvejebragt som en udskiftelig overløbsplade, hvorved niveauet af overløbskanten kan ændres for at svare til det ønskede niveau i trom-15 len. Ifølge en videre foretrukken udførelsesform for opfindelsen er riller tilvejebragt ved afløbsåbningen, hvilke er indrettet til at modtage nævnte overløbsplade. Herved er processen med udskiftning af overløbspladen lettet betragteligt, og korrekt installation af overløbspladen er til enhver tid sikret.

20 Ifølge en anden foretrukken udførelsesform for opfindelsen har huset en krum væg, der strækker sig fra bundpladen til en fjern side af hussiden, idet en side af afløbsåbningen er i niveau med den krumme væg. Sådan en konfiguration tilvejebringer en indvendig overflade af huset, som kun bevirker lidt turbulens i den udløbende væske, hvorved 25 energiforbruget yderligere reduceres.

Ifølge en yderligere foretrukken udførelsesform for opfindelsen mødes den krumme væg og nævnte husside under en i det væsentlige ret vinkel.

Ifølge et andet aspekt af opfindelsen opfyldes formålet af et 30 væskefaseafløbsportelement indrettet til at blive placeret over en udløbsåbning af en tromle af en centrifugalseparator, omfattende en flange, hvor en indløbsåbning er tilvejebragt i flangen, et hus, der rager frem ved indløbsåbningen på en side af flangen, hvilket hus omfatter en husside, hvor en normal til nævnte husside strækker sig under en spids 4 DK 176946 B1 vinkel i forhold til flangen, og en afløbsåbning er tilvejebragt i hussiden, hvilken væskefaseafløbsport er særegen ved, at afløbsåbningen er begrænset af et overløb med en overløbskant.

Yderligere foretrukne udførelsesformer, som giver et væskefa-5 seafløbselement de ovennævnte fordele, fremgår af de afhængige krav 9 til 14.

Med et væskefaseafløbsportelement ifølge opfindelsen er det muligt at indrette en eksisterende een trif ug alseparator til at opnå ovennævnte fordele ved simpelthen at anbringe et væskefaseafløbsportele-10 ment ifølge opfindelsen over væskefaseudløbsåbningerne af separatoren.

Fortrinsvis har flangen af væskefaseafløbsportelementet huller indrettet til at modtage fastgøringsmidler såsom bolte.

Opfindelsen vil i det følgende blive beskrevet nærmere ved 15 hjælp af ikke begrænsende eksempler på udførelsesformer med henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et skematisk billede af en kendt centrifugalseparator, fig, 2 et frontbillede af en kendt udløbsåbning af centrifugalse-20 paratoren hvor udløbsåbningen er forsynet med en overløbsplade, fig. 3 et snit langs linien III-III i fig. 2, fig. 4 et perspektivbillede af et væskefaseafløbsportelement ifølge opfindelsen, fig. 5 et perspektivisk billede oppefra af væskefaseafløbsporte-25 lementet i fig. 4, fig. 6 et billede oppefra af væskefaseafløbselementet, fig. 7 et frontbillede af væskefaseafløbsportelementet anbragt på en bundplade af en centrifugalseparator, og fig. 8 et billede bagfra af væskefaseafløbsportelementet.

30 En kendt centrifugalseparator 1 vist i fig. 1 omfatter en tromle 2 og en snegletransportør 3, som er monteret på en aksel 4 således, at de kan bringes til at rotere om en omdrejningsakse 5, hvor omdrejningsaksen 5 strækker sig i en længderetning for tromlen. Endvidere har centrifugalseparatoren 1 en radial retning 5a, der strækker sig vink- 5 DK 176946 B1 leret på længderetningen.

For nemheds skyld anvendes heri retningerne "op" og "ned" for henholdsvis en radial retning mod omdrejningsakselen 5 og væk fra omdrejningsaksen 5.

5 Tromlen 2 omfatter en bundplade 6 tilvejebragt ved tromlen 2's ene ende i forhold til længderetningen, hvilken bundplade 6 har en indvendig side 7 og en udvendig side 8. Bundpladen 6 er forsynet med et antal væskefaseudløbsåbninger 9. Endvidere er tromlen 2 ved en ende modsat bundpladen 6 forsynet med fastfaseudgangsåbninger 10.

10 Endvidere omfatter snegletransportøren 3 indløbsåbninger 11 for tilledning af eksempelvis en opslæmning til separatoren 1, hvor opslæmningen omfatter en let fase eller væskefase 12 og en tung fase eller faststoffase 13. Under rotation af centrifugalseparatoren som tidligere beskrevet opnås separation af væskefasen 12 og faststoffasen 13.

15 Væskefasen afledes gennem udløbsåbningerne 9 i bundpladen 6, mens snegletransportøren 3 transporterer faststoffasen 13 mod fastfaseud-gangsibningerne 10, gennem hvilke faststoffasen 13 endeligt afledes.

Med henvisning til fig. 2 kan hver væskefaseudløbsåbning 9 ifølge kendt teknik være delvis dækket af en overløbsplade 14, Over-20 løbspladen 14 bestemmer niveauet 15 af væske (jf. fig. 3) i tromlen, hvilket i det væsentlige ikke overstiger overløbskanten 17 af overløbspladen, fordi arealet 16 af åbningen over overløbspladen 14 ud fra et praktisk væskesynspunkt er ubegrænset. Overløbspladen er sikkert fastgjort til bundpladen 6 ved hjælp af fastgøringsorganer (ikke vist) i 25 form af eksempelvis bolte, der strækker sig gennem huller 18 i en perifer del 19 af en bæreindretning 21. I fastgjort tilstand dækker den perifere del 19 i det mindste en del af randen 20 af væskefaseudløbsåbningen 9, og bæreindretningen 21 dækker delvis overløbspladen 14 til et niveau indikeret ved 22 i fig. 2, 30 Fig. 3 viser et tværsnit gennem væskefaseudløbsåbningen 9 langs linien III-III i fig, 2 og indikerer niveauet 15 af væske, som i det væsentlige er sammenfaldende med overløbskanten 17 af overløbspladen 14.

Et problem ved den kendte teknik angår væske, der strømmer 6 DK 176946 B1 over overløbskanten 17 af afløbspladen og er tilbøjelig til at hænge ved den udvendige overflade af bundpladen 6, idet den fanges af bæreindretningen 21, hvilket bevirker ekstra energiforbrug.

For at overvinde denne ulempe kan centrifugalseparatoren 1 5 ifølge opfindelsen forsynes med væskefaseafløbsportelementer anbragt over en udløbsåbning 9 af tromlen 2 af centrifugalseparatoren 1 i stedet for afløbspladen 14 og dens bæreindretning 21.

En udførelsesform for et væskefaseafløbsportelement 30 er vist set fra forskellige vinkler i fig. 4 til 8 og vil blive forklaret nedenfor som 10 en eksempelvis, men på ingen måde begrænsende udførelsesform for opfindelsen.

Idet der navnlig henvises til fig. 4 og 5 omfatter vækefa-seafløbsportelementet 30 en flange 31, i hvilken er tilvejebragt en indløbsåbning 32 (ses bedst i fig. 8), og et hus 33 rager frem ved indløbs-15 åbningen 32 på en side af flangen 31. Huset 33 omfatter en husside 34, hvor en normal 35 (vist i fig. 6) til hussiden 34 strækker sig under en spids vinkel β (ligeledes vist i fig. 6) i forhold til flangen 31. I hussiden 34 er tilvejebragt en afløbsåbning 36, som er begrænset af et overløb, der udgøres af en overløbsplade 45 med en overløbskant 39.

20 I en monteret stilling har overløbskanten 39 en i det væsentlige fast afstand til omdrejningsaksen 5 af centrifugalseparatoren 1. Dette er indikeret ved en radius 46 i fig. 7, hvilken radius 46 er vinkleret på overløbskanten 39, og nævnte radius har en pil 47, som peger mod omdrejningsaksen for centrifugalseparatoren.

25 Med denne konfiguration er niveauet af væske i tromlen 2 af centrifugalseparatoren bestemt ved niveauet af overløbskanten 39 af overløbspladen 45. Således kan væskeniveauet i tromlen 2 holdes det væsentlige konstant ved alle tilløbshastigheder.

Ifølge en foretrukken udførelsesform ligger den ovennævnte 30 spidse vinkel β i området mellem 0° og 60°' fortrinsvis mellem 5° og 35°, og endvidere fortrinsvis mellem 15° og 30°, eksempelvis cirka 25° som vist.

I den viste udførelsesform omfatter væskefaseafløbsportele-mentet 30 et hul 37, som tilvejebringer et ekstra væskeudløb under 7 DK 176946 B1 overløbskanten 39. Dette ekstra væskeudløb kan på en i og for sig kendt måde tilvejebringe mulighed for at drive centrifugalseparatoren med et lavt væskeniveau i tromlen 2 under en opstartsfase (jf. US-A-4 575 370).

5 Overløbspladen 45 er i den foreliggende udførelsesform udskif telig, og med henblik på let udskiftning af overløbspladen 45 er tilvejebragt riller 38 ved afløbsåbningen 36, hvilke riller 38 er indrettet til at modtage overløbspladen 45, som fastgøres med en skrue 50. Med denne konfiguration kan niveauet af overløbskanten 39 på en enkel måde 10 ændres til at modsvare et ønsket niveau for væske i tromlen 2.

I figurerne er hussiden 34 vist omfattende en øvre tværgående sektion 44. Formålet denne øvre tværgående sektion 44 er imidlertid kun at afstive huset 33 og den kan derfor udelades, hvis styrken af huset 33 selv og resten af hussiden 34 er tilstrækkelig til at modstå tryk-15 ket fra den udløbende væske uden at deformeres.

Huset 33 omfatter en krum væg 49, der strækker sig fra flan- 1* gen 31 til en fjern side 40 af hussiden 34, hvor en side 43 af afløbsåbningen 36 er i niveau med den krumme væg 40. Denne konfiguration tilvejebringer en indvendig overflade 41 af huset, som bevirker lidt eller 20 ingen turbulens af den udløbende væske. Den krumme væg 49 og hussiden 34 mødes under en i det væsentlige ret vinkel.

Endvidere er fortrinsvis tilvejebragt gennemgående huller 42 i flangen 31. De gennemgående huller 42 kan anvendes til at fastgøre væskefaseafløbsportelementet 30 til bundpladen 6 af centrifugalsepara-25 toren 1 ved anvendelse af fastgørelsesmidler (ikke vist) såsom bolte eller lignende.

Toppen af huset er i den viste udførelsesform åben. Huset kan være lukket af en topvæg, men idet den væskefase, som forlader tromlen 2 gennem udløbsåbningerne 9, vil strømme ud gennem den nedre 30 del af afløbsåbningen 36 lige over overløbskanten 39 uden at udfylde den øvre del af afløbsåbningen 36, vil sådan en topvæg være overflødig, i det mindste fra et strømningssynspunkt.

I en alternativ udførelsesform for den foreliggende opfindelse er huset integreret i bundpladen af centrifugalseparatoren i stedet for at 8 DK 176946 B1 være fastgjort dertil ved hjælp af flangen 31. Sammenlignet med den overfor beskrevne udførelsesform vil udløbsåbningerne i bundpladen i en sådan alternativ udførelsesform være identiske med indløbsåbningerne af husene.

5 En centrifugalseparator forsynet med væskefaseafløbsportele- menter 30 virker som følger:

Tromlen 2 og snegletransportøren 3 bringes til at rotere om deres fælles omdrejningsakse 5 i samme retning, men ved forskellige omdrejningshastigheder. En substans indeholdende en væskefase 12 og en 10 fastefase 13 ledes ind i tromlen gennem indløbsåbningerne 11. Faststoffasen 13 vil blive separeret fra væskefasen 12 og på grund af forskellen i omdrejningshastighed blive bragt mod fastfaseafgangsåbningerne 10.

Samtidig strømmer væskefasen mod udløbsåbningerne 9 i bundpladen 10 og udledes dér gennem væskefaseafløbsportelementerne 30. På 15 grund af tromlen 2's rotation vil væskefaseafløbsportelementerne 30 bevæge sig i retningen indikeret ved pilen 48 (fig. 7).

Det skal bemærkes at for en centrifuge med modsat omløbsretning skal væskefaseudløbselementerne spejlvendes i forhold til radius.

Afløbsåbningerne 36 af væskefaseafløbsportelementerne 30 er 20 placeret således, at de vender bagud i forhold til omdrejningsretningen 48, hvorved væskefasen afledes i det væsentlige i omkredsretning modsat omløbsretningen.

Væskefasen fylden den nedre del af huset 33 og flyder over overløbskanten 39. Den krumme facon af huset 33 og den glatte over-25 gang mellem huset 33 og hussiden 34 sikrer en jævn strømning af væske gennem huset 33, hvorved væsken forlader huset i retning af normalen 35.

Væskefasen afledes efterfølgende gennem afløbsåbningen 36 med et strømningsprofil, der hæver sig lidt over overløbskanten 39. I 30 opstartfasen, hvor niveauet 15 af væske ligger under overløbskanten 39, kan væskefasen afledes gennem et hul 37 i overløbspladen som beskrevet ovenfor. Ved fuldlastdrift kan mellem 30% og 70%, eksempelvis cirka 50% af væskefasen blive afledt gennem hullet eller hullerne 37. Afhængigt af den tilledning, som skal behandles i centrifugen, kan det

P

DK 176946 B1 9 foretrækkes kun at forsyne nogle af overløbspladerne med huller. Derved kan tilvejebringes færre, større huller med mindre tendens til tilstopning, idet de færre, større huller samlet har samme kapacitet som mindre huller tilvejebragt i hver overløbsplade.

5 Orienteringen af overløbspladen 45 og dermed af overløbskan ten 39 i den spidse vinkel β (jf. fig, 6) sammen med dens position i huset 33, hvorved den er løftet fra bundpladen 6, sikrer at den væske, som strømmer over overløbskanten, hverken vil hænge ved ydersiden af bundpladen 6 af tromlen 2 eller interfererer med nabovæskefa-10 seafløbsportelementer 30 placeret ved naboudløbsåbninger 9 i bundpladen 6, men blot blive afledt med væsentligt små eller ingen rester efterladt på bundpladen 6 eller væskefaseafløbsportelementerne 30.

Overløbskanten 39 sikrer et i det væsentlige konstant niveau af væske i tromlen 2 selv ved varierende tilledningshastigheder, 15 Det skal bemærkes at ovenstående beskrivelse af foretrukne udførelser blot er et eksempel, og at fagmanden vil vide at adskillige variationer er mulige uden at forlade rammerne for kravene. I tilfælde af en centrifuge, der separerer eksempelvis to væskefaser, er der muligt at anvende væskefaseafløbsportelementerne ifølge den foreliggende opfin-20 delse ved udløbene for denne ene af væskefaserne kun, eller for begge.

Claims (14)

1. Centrifugalseparator (1) omfattende: en tromle (2), der under anvendelse roterer omkring en omdrejningsakse (5), hvilken omdrejningsakse strækker sig i en længde-5 retning for tromlen, en radial retning (5a) strækkende sig vinkelret på længderetningen, en bundplade (6) tilvejebragt ved tromlens ene ende i forhold til længderetningen, hvilken bundplade har en indvendig side (7) og en 10 udvendig side (8), en udløbsåbning (9) tilvejebragt i bundpladen, et hus (33), der rager frem ved udløbsåbningen på den udvendige side af bundpladen, hvilket hus omfatter en husside (34), hvor en normal (35) til 15 nævnte husside (34) strækker sig under en spids vinkel (β) i forhold til nævnte bundplade (6), og en afløbsibning (36) tilvejebragt i nævnte husside, kendetegnet ved, at afløbsåbningen er begrænset i radial retning udadtil af et overløb (45) med en overløbskant (39), og at 20 nævnte afløbsibning strækker sig radialt indad til en position over det højst tilsigtede niveau for væske i tromlen.

2. Centrifugalseparator ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den spidse vinkel ligger i området mellem 0° og 60°' fortrinsvis mellem 5° og 35°, og videre fortrinsvis mellem 15° og 30°.

3. Centrifugalseparator ifølge krav 1 eller 2, kendeteg net ved, at overløbet omfatter et hul (37).

4. Centrifugalseparator ifølge ethvert af kravene 1-3, kendetegnet ved, at overløbet er tilvejebragt som en udskiftelig overløbsplade.

5. Centrifugalseparator ifølge krav 4, kendetegnet ved, at riller (38) tilvejebragt ved afløbsåbningen, hvilke er indrettet til at modtage nævnte overløbsplade.

6. Centrifugalseparator ifølge ethvert af kravene 1-5, kendetegnet ved, at huset omfatter en krum væg (49), der strækker sig 11 DK 176946 B1 fra bundpladen til en fjern side (40) af hussiden, idet en side af afløbs-åbningen er i niveau med den krumme væg.

7. Centrifugalseparator ifølge krav 6, kendetegnet ved, at den krumme væg og nævnte husside mødes under en i det væsentli- 5 ge ret vinkel.

8. Væskefaseafløbsportelement (30) indrettet til at blive placeret over en udløbsåbning (9) af en tromle (2) af en centrifugalseparator (1), omfattende: en flange (31), 10 en indløbsåbning (32) tilvejebragt i flangen, et hus (33), der rager frem ved indløbsåbningen på en side af flangen, hvilket hus omfatter en husside (34), hvor en normal (35) til nævnte husside strækker sig under en spids vinkel (β) i forhold til flan-15 gen, og en afløbsåbning (36) tilvejebragt i hussiden, kendetegnet ved, at afløbsåbningen er begrænset af et overløb (45) med en overløbskant (39).

9. Væskefaseafløbsportelement ifølge krav 8, kendeteg-20 net ved, at den spidse vinkel ligger i området mellem 0° og 60°' fortrinsvis mellem 5° og 35°, og videre fortrinsvis mellem 15° og 30°.

10. Væskefaseafløbsportelement ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at overløbet omfatter et hul (37).

11. Væskefaseafløbsportelement ifølge ethvert af kravene 8-10, 25 kendetegnet ved, at overløbet er tilvejebragt som en udskiftelig overløbsplade.

12. Væskefaseafløbsportelement ifølge krav 11, kendetegne t ved, at riller (38) tilvejebragt ved afløbsåbningen, hvilke er indrettet til at modtage nævnte overløbsplade. 30

13. Væskefaseafløbsportelement ifølge ethvert af kravene 8-12, kendetegnet ved, at huset omfatter en krum væg (49), der strækker sig fra bundpladen til en fjern side (40) af hussiden, idet en side af afløbsåbningen er i niveau med den krumme væg.

14. Væskefaseafløbsportelement ifølge krav 13, kendeteg- 12 DK 176946 B1 net ved, at den krumme væg og nævnte husside mødes under en i det væsentlige ret vinkel.