EP1153651B1 - Static mixer with profiled layers - Google Patents
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- EP1153651B1 EP1153651B1 EP01810360A EP01810360A EP1153651B1 EP 1153651 B1 EP1153651 B1 EP 1153651B1 EP 01810360 A EP01810360 A EP 01810360A EP 01810360 A EP01810360 A EP 01810360A EP 1153651 B1 EP1153651 B1 EP 1153651B1
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- mixer
- layers
- static mixer
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/432—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa
- B01F25/4322—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa essentially composed of stacks of sheets, e.g. corrugated sheets
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/434—Mixing tubes comprising cylindrical or conical inserts provided with grooves or protrusions
Definitions
- the invention relates to a static mixer with profiled layers as well Uses of such a mixer.
- EP-A 0 697 374 is a static mixer with an annular space shape known, in the corrugated layers of a cross-channel structure with inclined, itself forming open intersecting flow channels.
- the layers are flat and parallel to a main flow direction.
- DE-A-32 29 486 discloses a static mixer according to the preamble of claim 1 with profiled layers, which are arranged in an annular space.
- the Layers consist of concentric tubes, on their inner and / or outer surface each helical grooves are arranged. Such Location has a geometry that does not fold by a foil-like Material strip can be produced.
- annular space mixer When drilling for oil and / or natural gas is a Drilling channel generated in which between a jacket tube and a Drill pipe an annular space channel remains open. Through the annulus Material is conveyed in the axial direction, which is released at the drill head and that is a fluid mixture of liquids (water, petroleum) and gases may include. In depth and at a vertical distance from the Deposits, the advance of such holes is usually from the vertical direction deflected in a direction in which the hole in the Extreme case runs horizontally.
- the object of the invention is a static mixer for a fluid mixture to create, which consists of phases of different density and that in Axial direction is to be transported through an annular space, wherein the axis of the annulus may be horizontal or inclined. This task is done by solved defined in claim 1 mixer.
- the static mixer includes profiled layers that are in an annulus are arranged and inclined to a central axis, intersecting Contain flow channels.
- a fluid mixture is in the axial direction under a To transport mixed action.
- Each layer extends over an area the transverse to the axis a closed or largely closed Scope forms.
- Each layer includes equivalent channels that are on one inner or outer side of the situation about at least approximately the same long stretches from a first to a second cross section of the Annular space extend so that each channel to him flowing through Fluid mixture imposes an azimuthal velocity component for all equivalent channels are essentially the same size.
- Figures 1 and 2 show a mixer according to the invention with two Concentric layers 1 and 2, an oblique view of the layers and a cross section.
- the two layers 1, 2, taken together, a mixer element 30th form, are in an annular space 3 between a jacket tube 10 and a Inner tube 20 is arranged.
- a central axis z and an angle ⁇ ( Azimuth) drawn.
- the widths of the layers 1 and 2 with a or b denotes the corresponding ring surfaces with A and B.
- the layers 1, 2 form a cross-channel structure with open-ended flow channels 14 and 24; There is a thorough mixing.
- the marginal channels 14 'and 24' force an azimuthal rearrangement.
- Each layer 1, 2 extends over a surface that is transverse to the axis z a closed perimeter forms.
- the channels 14, 14 ', 24 and 24' respectively form equivalent channels: you extend on an inner or outer side of the layer 1, 2 via equal distances from a first to a second cross section of Annulus, so that the channels to the fluid mixture flowing through a imposing azimuthal velocity components 40 and 41, respectively, in all equivalent channels is largely the same size. It is now assumed that the central axis z is aligned horizontally and a Gas / liquid mixture partially segregated in the mixer element 30th flows. Thanks to the azimuthal velocity components 40 and 41 the gas phase is transported down, the liquid phase up, so that results in a mixing of the two phases. An inhomogeneity decreases thanks to the azimuthal velocity components 40 and 41 strong from.
- the layers 1, 2 do not necessarily have along their circumference be completely closed. It is sufficient if the layers to cylinders formed strips are formed, which extend in the axial direction Strip ends in each case form a joint. Instead of the shock may also there is a gap or an overlap. Between the layers 1, 2 can also be inserted a sheet, so that the channels 14, 24 are not open cross. In this case, the fluid mixture through the channels in subdivided differently directed sub-streams; a mixture takes place Exit from the mixer element 30 instead.
- the layers 1, 2 are made by folding strips of material. Each folded strip is formed into a cylinder which is attached to a lateral, axially oriented impact point completely or - up to a narrow open strip - almost completely closed.
- the Profiling of the layers 1, 2 is advantageously designed so that the Channel walls on the aforementioned impact point match.
- Fig. 3 shows a piece of a folded film 1 ', the part of a layer 1 of inventive mixer.
- the same film (1 ') in unfolded Condition is shown in Fig. 4.
- an outer folding edge 11 (as Double line shown) and an inner fold edge 12 (double line) is located approximately parallelogram-shaped surface piece 16, in which the through Faltkanten 11 and 12 formed side edges only approximately parallel to each other.
- piece 16 is a diagonal folding edge. 6 (simple line) provided.
- the folding edge 6 divides the patch 16 in two Triangles 16a and 16b, between the edges 11 and 6 or 12 and 6 lie. Thanks to the diagonal folding edge 6, the two triangles 16 a and 16b just trained. It can also be the other diagonal of the patch 16 can be selected as folding edge.
- the strip 1 'of the Fig. 4 so fold that the edges 12 a cylindrical surface 5 (for example the surface of the inner wall 20 in Fig. 2) on a circle 50 in points 15th touch. Each edge 12 intersects the circle 50 at the same angle.
- the free ends 13 of the layer 1 and the circle 50 lie on parallel planes (not shown) with respect to which the z-axis is perpendicular. in the unfolded state, see Fig. 4, the free ends 13 form a Zigzag line.
- mixer elements 31, 32, 33 which have small heights h, axially to each other arranged as follows: see Fig. 5 So that also a radial mixing is possible, mixer elements 7 can be inserted, the radial, Also, a cross channel structure forming layers 71, 72 include: Fig. 6. Such mixer elements 7 are already known.
- the mixer according to the invention comprises at least two consecutive arranged mixer elements 31, 32, so they can azimuthally be offset from each other.
- At the junction 80 (FIG. 5) of FIG Mixer elements 31, 32 then exist between layers 1, in the axial Direction adjacent, passages from inner to outer channels or vice versa from outer to inner channels. In such a Arrangement flows fluid from the outer to the inner channels and vice versa.
- FIGS. 7-10 show an overview of four different configurations. wherein that of Fig. 7 corresponds to the configuration shown in Fig. 5.
- FIG. 8 shows a configuration in which gaps 8 between adjacent ones Mixer elements of the elements 31 - 33 are left open. In these Gaps 8 may take place a radial mixing. The length of the gap 8 is advantageously smaller than five times the radial width of the annular space 3.
- FIG. 9 shows a configuration in which mixing elements 7 are provided according to FIG. 6.
- FIG. 10 shows a configuration. at the adjacent mixer elements 31, 32 'or 32', 33 each one opposite inclined channel direction in corresponding positions 1 or 2 (see Fig. 1, 5).
- more than two layers 1, 2 in a mixer element 30 may be provided.
- their number is even, especially then if it is desired that the total spin of the pumped fluid be practical Is zero. So that the total spin largely disappears, is at a even number of layers to request that the layers in one Cross-section of the annulus stress subfaces, which for each layer have at least approximately the same size areas.
- the ply widths a and b must be chosen so that the Ring surfaces A and B are the same size.
- the embodiments shown in the drawings show static Mixers with channels whose cross sections are triangular.
- the profiles of the layers can also be wavy or otherwise formed; for example, the Channel cross-sections be trapezoidal.
- the mixer according to the invention can advantageously be used for axial transport a fluid mixture can be used through an annular space 3, if the to be transported fluid mixture 4 of different density phases consists. It can be a group or several groups of Be provided mixer elements, each having a plurality of the same and comprise successively arranged mixer elements.
- the Central axis z of the mixer can be compared to a horizontal plane one Inclination angle included, which is smaller than 90 ° and in extreme cases even 0 °.
- One use of the mixer according to the invention is in a bore particularly suitable for crude oil and / or natural gas.
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Description
Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer mit profilierten Lagen sowie Verwendungen eines solchen Mischers.The invention relates to a static mixer with profiled layers as well Uses of such a mixer.
In statischen Mischern werden mittels feststehender Einbauten Fluide, die diese Einbauten durchstömen, homogenisiert. Es gibt eine Vielfalt von Bauformen. Bei den meisten statischen Mischern sind die Einbauten in Form gleichartiger Elemente in einem Rohr oder einem Kanal eingebaut. Sie sind dabei regelmässig angeordnet, so dass sich über den ganzen Rohrquerschnitt eine Homogensierung der zu mischenden Komponenten ergibt. Es sind auch statische Mischer bekannt, bei denen die Einbauten jeweils in einem Ringraum zwischen zwei konzentrischen Wänden angeordnet sind. In einem Übersichtsartikel mit dem Titel "Statische Mischer und ihre Anwendung" (M. H. Pahl, E. Muschelknautz; Chem.-Ing.-Techn. 52 (1980) Nr. 4, S. 285 - 291) ist ein Mischer dieser Art beschrieben (Abb. 1e): Eine Serie von jeweils vier verdrillten Leitblechen sind abwechselnd links- und rechtsgängig auf einem zylindrischen Innenkörper befestigt.In static mixers are by means of fixed internals fluids, the poke through these internals, homogenized. There is a diversity of Designs. For most static mixers, the internals are in shape similar elements installed in a pipe or a channel. you are doing so regularly, so that spread over the whole Tube cross-section homogenization of the components to be mixed results. There are also static mixer known in which the internals each in an annulus between two concentric walls are arranged. In a review entitled "Static Mixers and their application "(M.H.Pahl, E. Muschelknautz, Chem.-Ing.-Techn (1980) No. 4, pp. 285-291) a mixer of this type is described (Fig. 1e): A series of four twisted baffles are alternately left and right-handed mounted on a cylindrical inner body.
Aus der EP-A 0 697 374 ist ein statischer Mischer mit einer Ringraumform
bekannt, in dem gewellte Lagen eine Kreuzkanalstruktur mit geneigten, sich
offen kreuzenden Strömungskanälen bilden. Die Lagen sind eben und parallel
zu einer Hauptströmungsrichtung. DE-A- 32 29 486 offenbart einen statischen
Mischer
gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1
mit profilierten Lagen, die in einem Ringraum angeordnet sind. Die
Lagen bestehen aus konzentrischen Rohren, auf deren inneren und/oder
äusseren Oberfläche jeweils helixförmige Nuten angeordnet sind. Eine solche
Lage weist eine Geometrie auf, die sich nicht durch Falten eines folienartigen
Materialstreifens herstellen lässt. From EP-A 0 697 374 is a static mixer with an annular space shape
known, in the corrugated layers of a cross-channel structure with inclined, itself
forming open intersecting flow channels. The layers are flat and parallel
to a main flow direction. DE-A-32 29 486 discloses a static
mixer
according to the preamble of
Es gibt Problemstellungen im Zusammenhang mit Homogenisierungen von Fluiden, für deren Lösung sich Ringraummischer als besonders vorteilhaft anbieten. Ein Beispiel: Bei Bohrungen nach Erdöl und/oder Erdgas wird ein Bohrkanal erzeugt, bei dem zwischen einem Mantelrohr und einem Bohrgestänge ein ringraumförmiger Kanal offen bleibt. Durch den Ringraum wird in axialer Richtung Material gefördert, das beim Bohrkopf freigesetzt wird und das ein Fluidgemisch aus Flüssigkeiten (Wasser, Erdöl) und Gasen umfassen kann. In der Tiefe und in einem vertikalen Abstand von den Lagerstätten wird der Vortrieb solcher Bohrungen in der Regel aus der vertikalen Richtung in eine Richtung umgelenkt, in der die Bohrung im Extremfall horizontal verläuft. Es wird eine Vielzahl solcher Bohrungen hergestellt, die strahlenförmig von einer zentralen Bohrung gegen die Peripherie eines Feldes führen, aus dem Erdgas und/oder Erdöl gewonnen werden soll. Beim Fördern der zu gewinnenden Stoffen liefern die einzelnen Bohrungen in der Regel Stoffgemische unterschiedlicher Qualität. Es sind zur Überwachung der Qualität Überwachungsgeräte vorgesehen, die in den Bohrkanälen bis zur Tiefe der Lagerstätten eingeschoben werden. Mit Hilfe von Sensoren in den Überwachungsgeräten können die Anteile der Phasen (Oel, Wasser und/oder Gas) im durchströmenden Fluidgemisch bestimmt werden.There are problems related to homogenisations of Fluids, for the solution of annular space mixer are particularly advantageous to offer. An example: When drilling for oil and / or natural gas is a Drilling channel generated in which between a jacket tube and a Drill pipe an annular space channel remains open. Through the annulus Material is conveyed in the axial direction, which is released at the drill head and that is a fluid mixture of liquids (water, petroleum) and gases may include. In depth and at a vertical distance from the Deposits, the advance of such holes is usually from the vertical direction deflected in a direction in which the hole in the Extreme case runs horizontally. There will be a variety of such holes made radiating from a central bore against the Periphery of a field lead, obtained from the natural gas and / or oil shall be. When conveying the substances to be won deliver the individual Drilling usually mixtures of different quality. It is to Monitoring quality monitoring devices provided in the Drilling channels are pushed to the depth of the deposits. With help of sensors in the monitoring devices, the proportions of the phases (Oil, water and / or gas) determined in the flowing fluid mixture become.
Um repräsentative Messresultate sicherzustellen, ist es bei der Überwachung der Qualität erforderlich, dass die verschiedenen Phasen des Fluidgemisches, die unterschiedliche Dichten haben, mit einer gleichmässigen Verteilung durch die Messbereiche der Sensoren strömen. Daher sind in einem dem Überwachungsgerät vorgelagerten Homogenisierungsbereich statische Mischerelemente einzubauen. Da in einem horizontalen oder geneigten Rohr verschieden dichte Phasen sich entmischen, muss der statische Mischer so ausgebildet sein, dass eine solche Entmischung weitgehend verhindert wird oder - falls bereits eingetreten - rückgängig gemacht werden kann. Den bekannten Ringraummischern fehlt diese Eigenschaft weitgehend.To ensure representative measurement results, it is in the monitoring the quality required that the different phases of the fluid mixture, which have different densities, with a uniform distribution flow through the measuring ranges of the sensors. Therefore, in a the Monitor upstream homogenization area static Install mixer elements. As in a horizontal or inclined tube different dense phases segregate, the static mixer must be so be formed such that such segregation is largely prevented or - if already occurred - can be reversed. The known annular space mixers lack this property largely.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen statischen Mischer für ein Fluidgemisch
zu schaffen, das aus Phasen unterschiedlicher Dichte besteht und das in
axialer Richtung durch einen Ringraum zu transportieren ist, wobei die Achse
des Ringraums horizontal oder geneigt sein kann. Diese Aufgabe wird durch
den im Anspruch 1 definierten Mischer gelöst.The object of the invention is a static mixer for a fluid mixture
to create, which consists of phases of different density and that in
Axial direction is to be transported through an annular space, wherein the axis
of the annulus may be horizontal or inclined. This task is done by
solved defined in
Der statische Mischer umfasst profilierte Lagen, die in einem Ringraum angeordnet sind und die zu einer Zentralachse geneigte, sich kreuzende Strömungskanäle enthalten. Ein Fluidgemisch ist in Achsrichtung unter einer Mischeinwirkung zu transportieren. Jede Lage erstreckt sich über eine Fläche, die quer zur Achse einen geschlossenen oder weitgehend geschlossenen Umfang bildet. Jede Lage umfasst äquivalente Kanäle, die sich auf einer inneren oder äusseren Seite der Lage über zumindest angenähert gleich lange Strecken von einem ersten zu einem zweiten Querschnitt des Ringraums erstrecken, so dass jeder Kanal dem ihn durchströmenden Fluidgemisch eine azimutale Geschwindigkeitskomponente aufzwingt, die für alle äquivalenten Kanäle im wesentlichen gleich gross ist.The static mixer includes profiled layers that are in an annulus are arranged and inclined to a central axis, intersecting Contain flow channels. A fluid mixture is in the axial direction under a To transport mixed action. Each layer extends over an area the transverse to the axis a closed or largely closed Scope forms. Each layer includes equivalent channels that are on one inner or outer side of the situation about at least approximately the same long stretches from a first to a second cross section of the Annular space extend so that each channel to him flowing through Fluid mixture imposes an azimuthal velocity component for all equivalent channels are essentially the same size.
Die abhängigen Ansprüche 2 bis 8 betreffen vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Mischers. Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Mischers sind jeweils Gegenstand der Ansprüche 9 und 10.The dependent claims 2 to 8 relate to advantageous embodiments of the mixer according to the invention. Uses of the The mixer according to the invention are each the subject matter of claims 9 and 10th
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- zwei konzentrische Lagen eines erfindungsgemässen Mischers, die eine Kreuzkanalstruktur bilden,
- Fig. 2
- ausschnittsweise einen Querschnitt durch den erfindungsgemässen Mischer,
- Fig. 3
- ein Stück einer gefalteten Folie, die sich zur Ausbildung einer Lage des erfindungsgemässen Mischers eignet,
- Fig. 4
- die Folie der Fig. 3 vor dem Falten mit eingezeichneten Faltkanten,
- Fig. 5
- eine Konfiguration mit mehreren Mischerelementen, die einen erfindungsgemässen Mischer bilden,
- Fig. 6
- ein Mischerelement nach dem Stand der Technik, das radiale Lagen einer Kreuzkanalstruktur enthält,
- Fig. 7
- eine stark vereinfachte Darstellung der Konfiguration der Fig. 5,
- Fig. 8 - 10
- weitere Konfigurationen.
- Fig. 1
- two concentric layers of a mixer according to the invention, which form a cross-channel structure,
- Fig. 2
- a detail of a cross section through the mixer according to the invention,
- Fig. 3
- a piece of folded film suitable for forming a layer of the mixer according to the invention,
- Fig. 4
- the film of FIG. 3 before folding with pleated edges,
- Fig. 5
- a configuration with several mixer elements, which form a mixer according to the invention,
- Fig. 6
- a mixer element according to the prior art, which contains radial layers of a cross-channel structure,
- Fig. 7
- a highly simplified representation of the configuration of FIG. 5,
- Fig. 8 - 10
- further configurations.
Die Figuren 1 und 2 zeigen zu einem erfindungsgemässen Mischer mit zwei
konzentrische Lagen 1 und 2 ein Schrägbild der Lagen und einen Querschnitt.
Die beiden Lagen 1, 2, die zusammen genommen ein Mischerelement 30
bilden, sind in einem Ringraum 3 zwischen einem Mantelrohr 10 und einem
Innenrohr 20 angeordnet. In Fig. 1 sind eine Zentralachse z und ein Winkel ϕ
(= Azimut) eingezeichnet. In Fig. 2 sind die Breiten der Lagen 1 und 2 mit a
bzw. b bezeichnet, die entsprechenden Ringflächen mit A und B. Die Lagen 1,
2 bilden eine Kreuzkanalstruktur mit sich offen kreuzenden Strömungskanälen
14 und 24; dort findet eine Durchmischung statt. Die randständigen Kanäle
14' und 24' erzwingen eine azimutale Umlagerung. Jede Lage 1, 2 erstreckt
sich über eine Fläche, die quer zur Achse z einen geschlossenen Umfang
bildet. Die Kanäle 14, 14', 24 bzw. 24' bilden jeweils äquivalente Kanäle: Sie
erstrecken sich auf einer inneren oder äusseren Seite der Lage 1, 2 über
gleich lange Strecken von einem ersten zu einem zweiten Querschnitt des
Ringraums, so dass die Kanäle dem sie durchströmenden Fluidgemisch eine
azimutale Geschwindigkeitskomponente 40 bzw. 41 aufzwingen, die in allen
äquivalenten Kanälen weitgehend gleich gross ist. Es sei nun angenommen,
dass die Zentralachse z horizontal ausgerichtet ist und ein
Gas/Flüssigkeitsgemisch teilweise entmischt in das Mischerelement 30
einströmt. Dank der azimutalen Geschwindigkeitskomponenten 40 und 41
wird die Gasphase nach unten, die Flüssigkeitsphase nach oben befördert, so
dass sich eine Vermischung der beiden Phasen ergibt. Eine Inhomogenität
nimmt dank den azimutalen Geschwindigkeitskomponenten 40 und 41 stark
ab.Figures 1 and 2 show a mixer according to the invention with two
Die Lagen 1, 2 müssen nicht notwendigerweise längs ihres Umfangs
vollständig geschlossen sein. Es genügt, wenn die Lagen aus zu Zylindern
geformten Streifen gebildet sind, deren in axialer Richtung verlaufenden
Streifenenden jeweils eine Stossstelle bilden. Statt der Stossstelle darf auch
eine Lücke oder eine Überlappung vorliegen. Zwischen den Lagen 1, 2 kann
auch ein Blech eingelegt sein, so dass sich die Kanäle 14, 24 nicht offen
kreuzen. In diesem Fall wird das Fluidgemisch durch die Kanäle in
verschieden gerichtete Teilströme unterteilt; eine Vermischung findet nach
Austritt aus dem Mischerelement 30 statt.The
Die Lagen 1, 2 werden durch Falten von Materialstreifen hergestellt.
Dabei wird jeder gefaltete Streifen zu einem Zylinder geformt, der an einer
seitlichen, in Achsrichtung orientierten Stossstelle vollständig oder - bis auf
einen schmalen offenen Streifen - beinahe vollständig geschlossen ist. Die
Profilierung der Lagen 1, 2 wird mit Vorteil so ausgebildet ist, dass die
Kanalwände an der genannten Stossstelle aufeinander passen.The
Fig. 3 zeigt ein Stück einer gefalteten Folie 1', das Teil einer Lage 1 des
erfindungsgemässen Mischers ist. Die gleiche Folie (1') in nicht gefaltetem
Zustand ist in Fig. 4 abgebildet. Zwischen einer äusseren Faltkante 11 (als
Doppellinie dargestellt) und einer inneren Faltkante 12 (Doppellinie) liegt ein
angenähert parallelogrammförmiges Flächenstück 16, bei dem die durch die
Faltkanten 11 und 12 gebildeten Seitenränder nur näherungsweise parallel
zueinander sind. In diesem Flächenstück 16 ist eine diagonale Faltkante 6
(einfache Linie) vorgesehen. Die Faltkante 6 teilt das Flächenstück 16 in zwei
Dreiecke 16a und 16b, die zwischen den Kanten 11 und 6 bzw. 12 und 6
liegen. Dank der diagonalen Faltkante 6 sind die beiden Dreiecke 16a und
16b eben ausgebildet. Es kann auch die andere Diagonale des Flächenstücks
16 als Faltkante gewählt werden.Fig. 3 shows a piece of a folded film 1 ', the part of a
Bei richtiger Wahl der Abmessungen, die sich berechnen oder mit Methoden
der darstellenden Geometrie bestimmen lassen, lässt sich der Streifen 1' der
Fig. 4 so falten, dass die Kanten 12 eine zylindrische Fläche 5 (beispielsweise
die Oberfläche der Innenwand 20 in Fig. 2) auf einem Kreis 50 in Punkten 15
berühren. Jede Kante 12 schneidet den Kreis 50 im gleichen Winkel. Die
freien Enden 13 der Lage 1 und der Kreis 50 liegen auf parallelen Ebenen
(nicht dargestellt), bezüglich denen die z-Achse senkrecht steht. Im
ungefalteten Zustand, siehe Fig. 4, bilden die freien Enden 13 eine
Zickzacklinie. With correct choice of dimensions that can be calculated or with methods
of the representative geometry, the strip 1 'of the
Fig. 4 so fold that the edges 12 a cylindrical surface 5 (for example
the surface of the
Im gefalteten Zustand besteht am Ende 13 eine Lücke zwischen den
Faltkanten 12 und der Zylinderfläche 5, deren senkrecht zur Zylinderfläche 5
gemessene Breite in Fig 3 mit c bezeichnet ist. Je kleiner die Höhe h der Lage
1 ist, desto kleiner ist c. Die Höhe h soll so gross gewählt werden, dass sich
die Kanten 11 und 12 der Lagen 1 bzw. 2 mindestens zweimal kreuzen, so
dass sich die Lagen 1, 2 an den Kreuzungspunkten miteinander verbinden
lassen. Die genannte Lücke der Breite c soll möglichst klein und folglich die
Höhe h kurz sein. In der Ausführungsform der Fig. 1 ist dies nicht der Fall.
Daher ist dort eine Taillierung der Lage 1 gut erkennbar. Eine Taillierung liegt
zwar immer vor; sie soll aber weniger ausgeprägt als in Fig. 1 sein. Durch
geeignete Wahl der Lagenbreite a und des Neigungswinkels der Faltkanten
11, 12 kann eine optimale Höhe h bestimmt werden.In the folded state is at the end of 13 a gap between the
Um eine gute Mischwirkung zu erzielen, wird eine Vielzahl von
Mischerelementen 31, 32, 33, die kleine Höhen h haben, axial aufeinander
folgend angeordnet: siehe Fig. 5 Damit auch eine radiale Vermischung
möglich ist, können Mischerelemente 7 eingeschoben werden, die radiale,
ebenfalls eine Kreuzkanalstruktur bildende Lagen 71, 72 enthalten: Fig. 6.
Solche Mischerelemente 7 sind bereits bekannt.To achieve a good mixing effect, a variety of
Umfasst der erfindungsgemässe Mischer mindestens zwei hintereinander
angeordnete Mischerelemente 31, 32, so können diese azimutal
gegeneinander versetzt angeordnet werden. An der Stossstelle 80 (Fig. 5) der
Mischerelemente 31, 32 bestehen dann zwischen Lagen 1, die in axialer
Richtung benachbart sind, Durchgänge von inneren zu äusseren Kanälen
bzw. umgekehrt von äusseren zu inneren Kanälen. Bei einer solchen
Anordnung strömt Fluid aus den äusseren in die inneren Kanäle und
umgekehrt.The mixer according to the invention comprises at least two consecutive
arranged
Die Figuren 7 - 10 zeigen im Überblick vier verschiedene Konfigurationen,
wobei jene der Fig. 7 der in Fig. 5 dargestellten Konfiguration entspricht. Fig.
8 zeigt eine Konfiguration, bei der Lücken 8 zwischen benachbarten
Mischerelementen der Elemente 31 - 33 offen gelassen sind. In diesen
Lücken 8 kann eine radiale Vermischung stattfinden. Die Länge der Lücke 8
ist mit Vorteil kleiner als das Fünffache der radialen Breite des Ringraums 3. FIGS. 7-10 show an overview of four different configurations.
wherein that of Fig. 7 corresponds to the configuration shown in Fig. 5. FIG.
8 shows a configuration in which
Fig. 9 stellt eine Konfiguration dar, bei der zusätzlich Mischerelemente 7
gemäss der Fig. 6 vorgesehen sind. In Fig. 10 ist eine Konfiguration zu sehen,
bei der benachbarte Mischerelemente 31, 32' oder 32', 33 jeweils eine
entgegengesetzt geneigte Kanalrichtung in entsprechenen Lagen 1 oder 2
(vgl. Fig. 1, 5) aufweisen.FIG. 9 shows a configuration in which
Selbstverständlich können mehr als zwei Lagen 1, 2 in einem Mischerelement
30 vorgesehen sein. Mit Vorteil ist deren Anzahl gerade, insbesondere dann,
wenn gewünscht wird, dass der Gesamtdrall des geförderten Fluids praktisch
Null ist. Damit der Gesamtdrall weitgehend verschwindet, ist bei einer
geradzahligen Anzahl der Lagen zu fordern, dass die Lagen in einem
Querschnitt des Ringraums Teilfächen beanspruchen, die für jede Lage
zumindest angenähert gleich grosse Flächeninhalte aufweisen. Im Beispiel
der Fig. 2 müssen die Lagenbreiten a und b so gewählt werden, dass die
Ringflächen A und B gleich gross sind.Of course, more than two
Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen statische Mischer mit Kanälen, deren Querschnitte dreieckig sind. Die Profile der Lagen können auch gewellt oder anders ausgebildet sein; beispielsweise können die Kanalquerschnitte trapezförmig sein.The embodiments shown in the drawings show static Mixers with channels whose cross sections are triangular. The profiles of the layers can also be wavy or otherwise formed; for example, the Channel cross-sections be trapezoidal.
Der erfindungsgemässe Mischer kann mit Vorteil beim axialen Transport
eines Fluidgemisches durch einen Ringraum 3 verwendet werden, wenn das
zu transportierende Fluidgemisch 4 aus Phasen unterschiedlicher Dichte
besteht. Es kann dabei eine Gruppe oder mehrere Gruppen von
Mischerelementen vorgesehen sein, die jeweils eine Mehrzahl gleicher und
aufeinander folgend angeordneter Mischerelemente umfassen. Die
Zentralachse z des Mischers kann gegenüber einer horizontalen Ebene einen
Neigungswinkel einschliessen, der kleiner als 90° ist und der im Extremfall
sogar 0° beträgt.The mixer according to the invention can advantageously be used for axial transport
a fluid mixture can be used through an
Eine Verwendung des erfindungsgemässen Mischers ist bei einer Bohrung nach Erdöl und/oder Erdgas besonders geeignet. Bei dieser Verwendung wird ein Ringraum eines Bohrkanals mit Einbauten des statischen Mischers ausgestattet, die bei einem Überwachungsgerät angeordnet werden, wobei das Überwachungsgerät für ein den Ringraum durchströmendes Fluidgemisch vorgesehen ist, um eine Messung von Phasenanteilen des Fluidgemisches durchzuführen.One use of the mixer according to the invention is in a bore particularly suitable for crude oil and / or natural gas. In this use will an annulus of a drilling channel with built-in static mixer equipped, which are arranged at a monitor, wherein the monitoring device for a flowing through the annulus Fluid mixture is provided to measure a phase of the Perform fluid mixture.
Beispiele für weitere Verwendungsmöglichkeiten sind wie folgt:
Claims (10)
- A static mixer with profiled layers (1,2) which are arranged in a ring space (3) and which contain mutually crossing flow channels (14, 24) which are inclined relative to a central axis (z), wherein
a fluid mixture (4) is to be transported in the axial direction in the presence of a mixing action,
each layer extends over a surface which forms a closed or largely closed periphery transverse to the axis (z),
each layer includes equivalent channels (14, 14', 24 and 24' respectively) which extend on an inner or outer side of the layer over at least approximately equally long paths from a first to a second cross-section of the ring space, so that each channel imposes an azimuthal velocity component (40, 41) onto the fluid mixture which flows through it which is substantially equally large for all equivalent channels,
characterized in that the layers (1) are produced by folding material strips and each folded strip is shaped into a cylinder. - Static mixer in accordance with claim 1, characterized in that the ring space (3) is bounded by at least one circular cylindrical surface, for example by the inner surface of a jacket tube (10) and/or the outer surface of an inner tube (20).
- Static mixer in accordance with claim 1 or claim 2, characterized in that the layers (1, 2) are arranged in a plurality of mixer elements (31, 32, 33) which follow one another axially; and in that gaps (8) without installed elements can be present between all or individual mixer elements (31, 32, 33), with the length of the gap advantageously being less than five times the radial width of the ring space (3).
- Static mixer in accordance with claim 3, characterized in that further mixer elements (7) which have radial layers (71, 72) with profiling are arranged between all or individual mixer elements (31, 32).
- Static mixer in accordance with any one of the claims 1 to 4, characterized in that the profiling of the layer (1) is formed such that the channel walls fit onto one another at the ends of the strips oriented in the axial direction.
- Static mixer in accordance with claim 5, characterized in that an approximately parallelogram-shaped surface element (16) lies in the layers (1) in each case between an outer and an inner folded edge (11 and 12 respectively); and in that a diagonal folded edge (6) is provided in this surface element.
- Static mixer in accordance with any one of the claims 1 to 6, characterized in that the number of layers (1, 2) is even, in particular amounts to two; and in that the layers occupy partial surfaces (A, B) in a cross-section of the ring space (3) which have at least approximately equally large areas for each layer.
- Static mixer in accordance with any one of the claims 1 to 6, characterized in that at least two mixer elements (31, 32) are arranged one behind the other and, in this process, are arranged mutually displaced azimuthally, so that passages arise from inner to outer channels and/or vice versa from outer to inner channels respectively at the meeting point (80) of the mixer elements between layers (1) which are adjacent in the axial direction.
- Use of a static mixer in accordance with any one of the claims 4 to 8, characterized in that the fluid mixture (4) to be transported consists of phases of different density; in that one or more groups of mixer elements (31, 32, 33) are provided which in each case include a plurality of mixer elements which are the same and are arranged to follow one another; and in that in particular the central axis (z) of the mixer includes an angle of inclination with respect to a horizontal plane which is less than 90° and which amounts to 0° in the extreme case.
- Use of a static mixer in accordance with claim 9 in a borehole for petroleum and/ or natural gas, in which a ring space of a borehole passage is equipped with installed elements of the static mixer and in which a monitoring device for a fluid mixture which flows through the ring space is provided by means of which a measurement of phase components of the fluid mixture can be carried out.
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