FI71886B - Virvelseparator foer separering av ett medium i olika komponenter - Google Patents

Description

71886

Pyörre-erotin väliaineen jakamiseksi komponentteihin. -Virvelseparator för separering av ett medium i olika komponenter.

Tämä keksinö koskee pyörre-erotinta , jossa kahden kannen välissä on pyörrekammio, mistä raskas komponentti poistetaan poispäin pyörintäkeskiöakselista ja kevyt komponentti poistetaan aksiaalisessa suunnassa kahdesta poistcputkesta.

Termi "väliaine", jota käytetään tässä selostuksessa, on tarkoitettu käsittämään jauhemaiset ja kuituiset virtaavat kiinteät aineet, virtaavat nesteet, nestepisarat ja kaasut sekä näiden erilaiset seokset. Termi "raskas komponentti" on tarkoitettu käsittämään myös kaikki ne partikkelit, jotka käyttäytyvät pyörteessä massaltaan raskaan partikkelin tavoin johtuen esim. muodosta, vaikka massaeroa ei todellisuudessa olisikaan tai se on päinvastainen.

Ennestään tunnetaan pyörre-erottimia, joissa on kahden kannen välissä pyörrekammiot, mistä raskas komponentti poistetaan pyörintäkeskiakselista ulospäin ja kevyt komponentti aksiaalisessa suunnassa yhdestä tai kahdesta poistoputkesta. Näistä on esimerkkejä US-patenttijulkaisuissa 474 490, 535 099, 3 017 993 ja 4 205 965 sekä GB-patenttijulkaisussa 1 23ώ 904. Lisäksi tunnetaan syklonierottimia, joissa on kartiomainen alaosa raskaan komponentin poistamista ja sisäkkäisten pyörteiden synnyttämistä varten. Tästä on esimerkki US-patentti-julkaisussa 2 746 604. Pyörresarjaerotin on esitetty FI-pa-tenttihakemuksessa n:o 830199.

Tunnettujen kartio 11isten syklonien haittana on se, että raskas komponentti joutuu pyörimään ulkopyörteessä kartion pintaa pitkin kartion huippuun aiheuttaen voimakasta kulumista. Myös kevyt komponentti käy kääntymässä lähellä kartion huippua, ennenkuin se menee sisäpyörteeseen. Tällöin on vaarana erityisesti kartion kapeimman osan tukkeutuminen, koska kaikki materiaali käy lähellä sitä. Erityisesti karkein materiaali, o L·.

71 886 joka halutaan johtaa kapeasta aukosta, synnyttää tukkeumia.

Tunnetuissa pyörre-erottimissä, joissa pyörrekammio en kahden kannen välissä, on haittana puutteellinen erotustulos erityisesti kevyen komponentin osalta. Sisäpyörteeseen joutuvilla raskaan komponentin partikkeleilla on huono mahdollisuus päästä uudelleen pyörteen ulko-osiin ja raskaaseen komponenttiin, koska ulkopyörteen puolelta tulee päälle uutta virtausta. Tällä tavoin joutuu helposti raskaita partikkeleita virheellisesti kevyen komponentin poistoputkiin.

Tämän keksinnön tarkoituksena on vähentää edellä mainittuja haittoja ja se saadaan aikaan keksinnön mukaisella pyörre-ercttimella siten, että ainakin yksi kevyen komponentin aksiaalisista pcistoputkista on tehty poiste-virtauksen suunnassa kapenevaksi suppilomaiseksi putkeksi.

Keksintöä voidaan soveltaa käytännöllisesti katsoen kaikkiin erotustehtäviin. Esimerkkejä ovat kiintoaineen erottaminen kaasuista, kiintoaineen erottaminen nesteestä, kiintoaine-hiukkasten lajittelu ja luokittelu, sakeuttaminen ja konsentroiminen yleensä, kaasuseosten fraktiointi, emulsioiden erottaminen jne.

Keksintöä havainnollistetaan seuraavin kuvin.

Kuvio 1 esittää leikkauspiirrosta eräästä keksinnön mukaisesta pyörre-erottimesta.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista pyerre-erotinta ylhäältäpäin nähtynä.

Kuvio 3 esittää periaatteellisesti sisäkkäisiä pyörteitä eräässä keksinnön mukaisessa pyörre-ero11imessa.

Kuvio h esittää leikkauspiirrosta eräästä keksinnön mukaisesta pyörresarjaerottimesta.

3 718 8 6

Kuvio 5 esittää leikkausta pitkin viivaa V - V kuviossa 4.

Kuvio 6 esittää erästä vaihtoehtoista leikkauspiirrosta keksinnön mukaisesta pyörresarjaerottimesta.

Kuvio 7 esittää kolmatta vaihtoehtoista leikkauspiirrosta eräästä keksinnön mukaisesta pyörresarjaerottimesta.

Kuvio 8 esittää leikkauspiirrosta eräästä keksinnön mukaisesta pyörre-erottimesta, jossa on irroitettava suppilo-osa.

Kuvio 9 esittää vaihtoehtoista leikkausta keksinnön mukaisesta pyörre-erottimesta, jossa on irroitettava suppilo-osa.

Kuvio 10 esittää leikkauspiirrosta eräästä keksinnön mukaisesta pyörresarjaerottimesta, jossa rinnakkaiset ja peräkkäiset pyörteet tukeutuvat toisiinsa.

Kuvio 11 esittää leikkauspiirrosta eräästä keksinnön mukaisesta pyörre-erottimesta sekä periaatteellisesti sekundää-rivirtauksia sovellutuksessa, jossa käytetään vastakkaisia kartioita.

Tämän keksinnön keskeisenä sisältönä on muodostaa sisäkkäisiä erotusvaiheita siten, että raskain komponentti saadaan pysymään pyörteiden ulkokehällä. Näin se ei aiheuta kulumista eikä tukkeutumista sisempiin erotusvaiheisiin, joissa käytetään suppiloita. Sisäkkäisistä eri erot usvaiheist a on mahdollista saada haluttaessa erilaisia fraktioita siten, että kevyt komponentti jaetaan vielä eri fraktioihin. Sisäkkäiset ero-tusvaiheet voidaan haluttaessa säätää toimimaan eri tavoin esim. siten, että uloimpana oleva raskaan komponentin erottaminen tapahtuu muototekijän perusteella ja sisempänä suppilossa tapahtuva erottuminen painon perusteella tai päinvastoin.

Kun raskas komponentti eli suurin hiukkaskuormitus pidetään jatkuvasti ulkokehän tuntumassa, voidaan sisempänä olevat 4 7188 6 suppi1oerottimet mitoittaa vapaammin toimimaan halutulla tavalla ilman pelkoa tukkeutumista. Esim. suppiloiden pienimmät aukot voidaan tehdä entistä ahtaammiksi haluttaessa tai säädellä ka rtiosuppil on kartiokulmaa vapaasti.

Raskaan komponentin pysyessä pyörteiden ulko-osissa voidaan suppilo-osat mitoittaa keksinnön mukaisissa pyörre-erottimissa usein varsin pieniksi verrattuna tavanomaisiin kartiosyklo-neihin. Pienempi suppilo-osa alentaa laitteen hintaa ja vähentää laitteen kokonaiskorkeutta, mikä on usein ongelmana suurissa kartiosykloneissa.

Seuraavissa kuvissa on esimerkinomaisesti esitetty muutamia keksinnön sovellutusmuotoja sekä havainnollistettu keksinnön toimintatapaa. Todellisuudessa keksinnölle voidaan löytää suuri määrä erilaisia sovellutusmuotoja. Keksinnön mukaisten laitteiden muodot ja mittasuhteet valitaan kulloisenkin käyttötarkoituksen mukaan. Valinta voidaan tehdä kokeellisten tutkimusten ja teoreettisen tarkastelun avulla eri tilanteissa.

Kuvioissa esitettyjen osien nimitykset ovat: 1. pyörrekammion seinämä 2. pyörteen yleispiirteinen liikesuunta 12. tangentiaalinen syöttökanava 13. kevyen komponentin poistoputki 14. raskaan komponentin aksiaalinen poistoputki 39. virtauksen jakaja eri pyörteiden erottamiseksi toisistaan 40. aukko, jossa vierekkäiset pyörteet tukeutuvat toisiinsa 47. pyörrekammion kansi 49. pyörintäkeskiöakseli 68. pyörrekammion pohja eli toinen kansi 70. raskaan komponentin tangentiaalinen poistokanava 71. raskaan komponentin periaatteellinen liikerata 93. suppilomainen poistoputki kevyelle komponentille 94. sy1 interimäinen putkenosa 95. mahdollinen väliseinä 9 718 8 6 96. keräyssäiliö raskasta komponenttia varten 97. kiinnityspultti 98. ruuvi-kierre

Kuvioissa 1 ja 2 on eräs keksinnön mukainen pyörre-erotin, jossa erotettava seos syötetään sisään tangentiaalisesta syöttökanavasta ]2. Raskas komponentti jää keskipakovoiman vaikutuksesta pyörteen ulko-osiin ja poistetaan tangentiaalisesta poistonavasta 70. Pyörrekammion keskiosassa sijaitsevat poistoputket 13, 93 synnyttävät pyörteen keskelle matalamman paineen, mikä pitää pyörre1iikettä yllä muuttaen paine-energiaa liike-energiaksi. Paine-ero syynnyttäa virtausta pyörteen ulko-osista keskiosiin päin, jolloin kevyemmät partikkelit kulkeutuvat tämän radiaalisen virtauksen mukana kohden pyörteen keskiosaa kevyeksi komponentiksi, joka poistuu putkien 13 ja 93 kautta.

Kuviossa 3 on esitetty periaatteellisesti kuvion 1 mukaisen laitteen sisäkkäisiä pyörteitä. Uloimpaan pyörteen osaan rikastuu vähitellen raskas komponentti. Kevyen komponentin poistoputkien 13 ja 93 välille muodostuu sykloniefekti sisäkkäisine kaksoispyörteineen. Tällöin kevyt komponentti jakautuu vielä kahteen fraktioon siten, että raskaampi osa siitä poistuu suppi1oputken 93 huipusta ja kevyempi osa menee sisäpyörteenä putkeen 13. Toimintatapa voidaan säätää kulloistenkin tarpeiden mukaan valitsemalla sopivat maksimiläpimittojen ja aukkojen suhteet. Yleensä toiminnan kannalta on edullista, että suppilo-osan 93 suurin sisäläpi-mitta on suurempi kuin kevyen komponentin poistoputken 13 sisäläpimitta. Läpimitat voivat olla kuitenkin myös yhtä suuret. Kuvion 3 esittämässä tapauksessa suppilo-osasta 93 työntyy pyörrekammioon sy1interimäinen reunus 94, joka estää raskainta komponenttia kulkeutumasta pohjakantta 68 pitkin suppilo-osaan 93. Kuvion 3 esimerkissä raskas komponen11i poist et a a n suhteellisen pientä poistokanavaa 70 pitkin, mutta vaihtoehtoisesti voidaan käyttää muitakin raskaan komponentin poistotapoja ulkokehältä. Jos laite 6 71 886 sijoitetaan siten, että pyörintäkeskiöakseli 49 on vaakasuorassa, voidaan raskas komponentti kerätä pyörrekammion yhteyteen tehtävään laskeutustilaan. Tällaisia käytetään esim. pneumaattisissa luokittimissa, kuten edellä mainituissa patenttijulkaisuissa on esitetty. Kuvion 3 esimerkissä suppilo-osa on tehty kartiopinnasta, mutta myös muun muotoiset suppilot saavat aikaan poistoputkien 13, 93 välille halutun sykloniefektin. Kuvioissa 1-3 kannet 47 ja 68 on esitetty tasapintoina , mitkä ovat usein halvimpia tehdä, mutta kaaret 47, 68 on mahdollista tehdä myös muun muotoisiksi esim. lujuuden lisäämiseksi. Esim. loivasti kuppimainen rakenne on erittäin luja. Kuvioissa 1 - 3 on esitetty pienehkö tangentiaa1inen syöttökanava 12, mutta myös muita syöttötapoja voidaan käyttää. Pyörre-erottimissa käytetään usein esim. syöttöä eri siipien avulla aksiaa-lisesti pyörrekammion ulkokehälle.

Kuvion 3 mukaisesti keksinnön mukainen laite voidaan säätää toimimaan esim. pölynerottimena siten, että suurin osa pölystä poistuu ulkokehältä kanavaa 70 pitkin ja pyörteen keskiosiin päässyt kaikkien hienojakoisin pöly poistetaan suppilo-osan 93 kärjestä, jolloin putkesta 13 saadaan kahdessa eri vaiheessa puhdistettua ilmaa.

Kuvion 3 mukainen laite voidaan saada toimimaan esim. mineraalihiukkasten märkäluokittimena siten, että raskaimmat partikkelit poistuvat sakeana lietteenä kanavan 70 kautta, jolloin laimentunut kevyitä hiukkasia sisältävä liete hakeutuu pyörteen keskelle. Tällöin voidaan suppilo-osassa 93 kevyt komponentti sakeuttaa ja poistaa sakeana suppilon kärjen kautta, kun taas lietteen neste poistuu putken 13 kautta. Vaihtoehtoisesti voidaan putken 13 kautta poistaa nesteen mukana kolmatta fraktiota.

Kuvioissa 4 ja 5 on esitetty eräs keksinnön mukainen pyörresarjaerotin, missä raskas komponentti siirtyy aina edullisesti pyörteestä seuraavaan kevyen komponentin 71886 hakeutuessa pyörteiden keskiosiin, missä se käsitellään edellä esitetyillä tavoilla putkien 13 ja 93 avulla.

Tässä tapauksessa raskas komponentti poistetaan lopuksi tangentiaalisia poistokanavia 70 pitkin. Ne on yleensä edullista sijoittaa kansien 47 ja 68 läheisyyteen.

Kuviossa 6 on esitetty eräs vaihtoehtoinen ratkaisu keksinnön mukaisesta pyörresarjaerottimesta, jossa raskas komponentti poistetaan viimeisessä pyörteessä aksiaalisessa suunnassa kartion 14 kautta. Edellisissä pyörteissä suppilo-osat 93 eivät työnny pyörrekammioihin 1 sisään lainkaan, jolloin niihin pääsee helpommin osittain myös raskaan komponentin hiukkasia kannen 68 pinnasta.

Kuviossa 7 on esitetty kuvion 6 tapainen laite, joka on varustettu raskaan komponentin keräyssäiliöllä 96. Suppiloputkista 93 tuleva aines kerätään myös säiliöön.

Eri säiliöt voidaan jakaa väliseinällä 93, jos halutaan eri fraktioita. Jos taas kysymyksessä on esim. pölyn erottaminen ilmasta, voidaan käyttää yhteistä pölysäiliötä eri suppiloista tulevalle pölylle ilman väliseinää 95 edellyttäen, että painetasot suppiloiden kärjissä ovat samat. Tämä puolestaan edellyttää yleensä lähes samansuuruisia poistoaukkoja eri suppiloissa.

Kuviossa 8 on esitetty eräs keksinnön mukainen pyörre-erotin, jossa on vaihdettava suppilo-osa 93. Tässä tapauksessa kiinnitys on suoritettu laippa1iitoksella pultein. Suppilo-osan 93 vaihdettavuus on tärkeä laitteen toimintatavan säädön kannalta. Muuttamalla esim. erilainen kartiokulma, suurin sisäläpimitta tai pienin aukko suppilo-osaan 93, voidaan muuttaa erotustapahtuman luonnetta. Esimerkiksi voidaan muuttaa erotusrajaa, erotusterävyyttä sekä sakeuksia eri fraktioissa. Putken 13 vaihtaminen eri kokoiseksi tai eri pituiseksi on myös mahdollista samanaikaisesti.

Kuviossa 9 on esitetty ratkaisu, jossa suppilo-osa 93 71886 on kiinnitetty ruuvikierteellä kanteen 68, jolloin se voidaan vaihtaa ja sen ulottumaa pyörrekammion sisään voidaan säätää.

Kuviossa 10 on esitetty eräs keksinnön mukainen pyörresarja-erotin, jossa eri pyörteet muodostavat pyörrekentän tukeutuen toisiinsa sekä sivu- että pituussuunnassa.

Raskas komponentti poistetaan tässä tapauksessa tangentiaa-lisesti pyörteiden välistä kanavia 70 pitkin. Virtausta kanavissa 70 voidaan säädellä esim. venttiilien tai aukko-suhteiden avulla. Kanavien 70 virtausosuus syöttökanavien 12 virtauksesta säädetään kulloistenkin erotustarpeiden mukaan. Eräissä tapauksissa kanavista 70 on edullista poistaa vain pieni osa syöttövirtauksesta eli kaikkein raskain komponentti, kun taas suurin osa virtauksesta poistuu putkien 13 tai suppilo-osien 93 kautta, jotka suorittavat pääosan erotustehtävästä. Tällöin ei ole kuitenkaan haittaa raskaimman komponentin kulutuksesta tai tukkeutumisriskeistä. Pyörrekenttä antaa putkien 93, 13 väliseen erotustapahtumaan hyvän syötön. Eri pyörteisiin tapahtuvan materiaalin laatua voidaan säädellä radiaalivirtausnopeuden säädöllä, mikä tapahtuu putkien 13, 93 poikkipintojen valinnalla.

Kuviossa 11 on esitetty eräs keksinnön mukainen ratkaisu, jossa samassa pyörrekammiossa vastakkaiset kevyen komponentin poistoputket 93 ovat suppilomaisia. Säätämällä suppiloiden suurimmat läpimitat ja poistoaukot keskenään erilaisiksi, voidaan synnyttää useita sisäkkäisiä pyörteitä, joiden aksiaaliset liikkeet on esitetty periaatteellisesti kuviossa 11 suppilo-osien 93 läheisyydessä. Laite voidaan mitoittaa esim. kuvion mukaisesti siten, että ylemmästä suppilo-osasta 93, jossa on pienempi poistoaukko, saadaan sakeutunut kevyt komponentti. Vastaavasti virtausväliaine, esim. lietteen vesi poistetaan alemman suppilon suuremman aukon keskeltä. Alemman suppilon ulko-osista poistuu sisäpyör-teeseen osittain päässyttä raskasta komponenttia.