FR2554738A1 - TOURBILLON EXTRACTOR AND METHOD FOR MIXING A FLUID CURRENT WITH A SECOND LOW PRESSURE FLUID CURRENT - Google Patents
TOURBILLON EXTRACTOR AND METHOD FOR MIXING A FLUID CURRENT WITH A SECOND LOW PRESSURE FLUID CURRENT Download PDFInfo
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- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/10—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components
Abstract
UN MELANGEUR A TOURBILLON COMPREND UNE CHAMBRE SENSIBLEMENT CYLINDRIQUE 10 COMPORTANT UNE PAROI PERIPHERIQUE 11 ET DES PAROIS D'EXTREMITE 12, 13; UNE ENTREE TANGENTIELLE 14 TRAVERSE LA PAROI PERIPHERIQUE ET UNE ENTREE AXIALE 16 TRAVERSE L'UNE 12 DES PAROISD'EXTREMITE; UNE SORTIE 15 TRAVERSE L'AUTRE PAROI D'EXTREMITE DE MANIERE QU'UN FLUIDE SOUS HAUTE PRESSION ENTRANT PAR L'ENTREE TANGENTIELLE FORME UN TOURBILLON DE FLUIDE 29 A L'INTERIEUR DE LA CHAMBRE; UN SECOND FLUIDE ENTRANT DANS LA CHAMBRE PAR L'ENTREE AXIALE EST MELANGE AVEC LA MATIERE QUI EST INJECTEE DANS LA CHAMBRE DE TOURBILLON PAR L'ENTREE AXIALE. LE FLUIDE ET LA MATIERE SONT MELANGES ENSEMBLE DANS LE TOURBILLON ET EXTRAITS PAR LA SORTIE AXIALE.A WHIRLPOOL MIXER INCLUDES A SENSITIVELY CYLINDRICAL CHAMBER 10 INCLUDING A PERIPHERAL WALL 11 AND END WALLS 12, 13; A TANGENTIAL ENTRY 14 CROSSES THE PERIPHERAL WALL AND AN AXIAL ENTRY 16 CROSSES ONE 12 OF THE END WALLS; AN OUTPUT 15 CROSSES THE OTHER END WALL SO THAT A HIGH PRESSURE FLUID ENTERING THROUGH THE TANGENTIAL INPUT FORMS A VIRGIN OF FLUID 29 INSIDE THE CHAMBER; A SECOND FLUID ENTERING THE CHAMBER THROUGH THE AXIAL ENTRY IS MIXED WITH THE MATERIAL WHICH IS INJECTED INTO THE TOURBILLON CHAMBER THROUGH THE AXIAL ENTRY. THE FLUID AND THE MATERIAL ARE MIXED TOGETHER IN THE VIRGIN AND EXTRACTED BY THE AXIAL OUTLET.
Description
Mélangeur à tourbillon et procédé pour mélanger un courant de fluide avecVortex mixer and method for mixing a stream of fluid with
un second courant de fluide sous basse pression Le brevet US nQ 4 333 499 délivré le 8 juin 1982, ayant pour titre 'tPressure Dissipation Apparatusw, au nom de Jeffrey L. Beck et William T. Sweeney, décrit un vortex ou tourbillon d'entrée tangentielIe-à haute pression et sortie axiale. Les fluides entrant dans la chambre de tour- billon sont amenés à passer d'une faible vitesse sous haute pression à une vitesse élevée sous faible pression lorsqu'ils sortent par la sortie axiale. Une tubulure est prévue dans ce dispositif pour diminuer la vitesse de rotation élevée a second stream of fluid under low pressure US Pat. No. 4,333,499 issued June 8, 1982, titled 'tPressure Dissipation Apparatusw, in the name of Jeffrey L. Beck and William T. Sweeney, describes an entry vortex or vortex tangentialIe-at high pressure and axial outlet. The fluids entering the swirl chamber are caused to pass from a low speed under high pressure to a high speed under low pressure when they exit through the axial outlet. Tubing is provided in this device to decrease the high rotation speed
des fluides lorsqu'ils quittent la sortie axiale. fluids when they leave the axial outlet.
La demande de brevet US 439 67I déposée le 8 novembre 1982, intitulée "Multipoint Slurry Injection Junction", Patent application US 439 67I filed on November 8, 1982, entitled "Multipoint Slurry Injection Junction",
au nom de Ahmed El-Saie, décrit une structure conique com- in the name of Ahmed El-Saie, describes a conical structure
portant des entrées tangentielles qui sont inclinées par rapport à l'axe de la structure conique. La boue entre dans la structure conique et se mélange avec un fluide en rotation lors de sa sortie de la structure conique. La demande décrit un moyen pour mélanger un fluide tel que de l'eau ou une boue avec un courant entrant, qui peut également contenir carrying tangential entries which are inclined with respect to the axis of the conical structure. The mud enters the conical structure and mixes with a rotating fluid as it leaves the conical structure. The application describes a means for mixing a fluid such as water or mud with an incoming stream, which may also contain
de l'eau, une boue ou des solides. L'appareil est relative- water, mud or solids. The device is relative-
ment grand et, en conséquence, est coûteux à fabriquer et large and therefore expensive to manufacture and
exige un espace approprié pour son installation. requires adequate space for installation.
La présente invention enseigne une autre manière de mélanger des solides ou des fluides tels qu'une boue avec un courant entrant, et réalise ceci à l'aide d'un extracteur à. tourbillon. Les extracteurs sont communément utilisés pour mélanger des solides avec des courants à grande vitesse, puis pour convertir la vitesse, qui est de l'énergie cinétique, The present invention teaches another way of mixing solids or fluids such as mud with an incoming stream, and achieves this using a vacuum extractor. whirlwind. Extractors are commonly used to mix solids with high speed currents, and then to convert speed, which is kinetic energy,
en une pression, qui est de l'énergie potentielle; cepen- in a pressure, which is potential energy; however
dant, ces appareils nécessitent un étranglement dans la con- However, these devices require a constriction in the con-
duite à haute vitesse. Un tel étranglement n'autorisera - 2- pas le passage de courants de fluide contenant de grosses pick at high speed. Such a constriction will not allow - 2- not the passage of currents of fluid containing large
particules, tels que les schlamms ou boues de charbon. particles, such as schlamms or carbon mud.
La présente invention, au contraire, ne comporte aucun étranglement dans le courant d'entrée et, de ce fait, de grosses particules ou matières particulaires pourront - The present invention, on the contrary, does not include any constriction in the input current and, therefore, large particles or particulate matter may -
être incluses dans le courant d'entrée sans danger d'obs- be included in the input current without danger of
truction ou d'érosion importante de la partie d'entrée du mélangeur. Le mélangeur comprend principalement une chambre de tourbillon comportant une entrée tangentielle à haute pression et une sortie axiale. Le fluide ou la boue entrant par l'entrée tangentielle aura généralement une haute pression et une faible vitesse. Lorsque la boue sort par la sortie axiale, elle sera convertie en un fluide à pression moyenne et à vitesse élevée. Une seconde entrée axiale permet l'injection dans le tourbillon d'un fluide ou d'un solide à basse pression provenant d'une autre source. Un dispositif ante-vide est prévu dans le cas o la chambre de tourbillon développe une pression inférieure à la pression atmosphérique, afin d'empêcher la cavitation significant erosion or erosion of the inlet part of the mixer. The mixer mainly comprises a vortex chamber having a tangential high pressure inlet and an axial outlet. The fluid or mud entering through the tangential inlet will generally have high pressure and low speed. When the sludge comes out of the axial outlet, it will be converted into a medium pressure and high speed fluid. A second axial inlet allows the injection into the vortex of a fluid or a solid at low pressure coming from another source. An ante-vacuum device is provided in the event that the vortex chamber develops a pressure below atmospheric pressure, in order to prevent cavitation
à l'intérieur de la chambre.inside the room.
- Plus spécifiquement, un premier aspect de l'invention porte sur un mélangeur à tourbillon qui se caractérise essentiellement en ce-qu'il comprend: (a) une chambre sensiblement cylindrique comportant une paroi périphérique et des parois d'extrémité; (b) une entree tangentielle traversant ladite paroi périphérique; (c) une entrée axiale traversant l'une desdites parois d'extrémité, et (d) une sortie traversant l'autre paroi-d'extrémité, ce gràce à quoi du fluide sous haute pression entrant par ladite entrée tangentielle forme un tourbillon de fluide à l'intérieur de ladite chambre, ce fluide sortant de la chambre à travers ladite sortie axiale, et la matière entrant par ladite entrée axiale se mélangeant avec le - 3 - fluide dans le tourbillon et sortant par ladite sortie - More specifically, a first aspect of the invention relates to a vortex mixer which is essentially characterized in that it comprises: (a) a substantially cylindrical chamber comprising a peripheral wall and end walls; (b) a tangential entry crossing said peripheral wall; (c) an axial inlet passing through one of said end walls, and (d) an outlet passing through the other end wall, due to which high pressure fluid entering through said tangential inlet forms a vortex of fluid inside said chamber, this fluid leaving the chamber through said axial outlet, and the material entering through said axial inlet mixing with the fluid in the vortex and leaving through said outlet
accompagné du fluide provenant de l'entrée tangentielle. accompanied by the fluid coming from the tangential entry.
Un second aspect de l'invention porte sur un procédé pour mélanger un courant de fluide avec un courant sous basse pression, caractérisé en ce qu'il comprend les A second aspect of the invention relates to a method for mixing a stream of fluid with a stream under low pressure, characterized in that it comprises
étapes consistant à.stages consisting of.
(a) former un tourbillon à l'aide d'un fluide sous haute pression, ledit tourbillon comportant un axe de rotation à basse pression; (a) forming a vortex using a fluid under high pressure, said vortex comprising an axis of rotation at low pressure;
(b) retirer le fluide du tourbillon en formant une en- (b) remove the fluid from the vortex by forming an
veloppe de fluide en rotation comportant un noyau creux; (c) injecter axialement dans le noyau creux ledit second courant; ce grâce à quoi le second courant se mélange avec la rotating fluid velocity including a hollow core; (c) axially injecting said second stream into the hollow core; whereby the second current mixes with the
première matière injectée.first material injected.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la The invention will be better understood on reading the
description détaillée qui suit donnée à titre d'exemple detailed description which follows given by way of example
et faite en référence au dessin annexes, sur lequel: la fig. 1 est une vue en perspective du mélangeur à_tourbillon, une partie de la chambre étant partiellement arrachée, illustrant la sortie et la rotation des fluides lorsqu'ils quittent la sortie axiale, et and made with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 1 is a perspective view of the whirlpool mixer, a part of the chamber being partially cut away, illustrating the outlet and rotation of the fluids when they leave the axial outlet, and
la fig. 2 est une vue de côté du mélangeur repré- fig. 2 is a side view of the mixer shown
senté sur la fig. 1, qui comporte également une partie felt in fig. 1, which also includes a part
arrachée, illustrant la répartition des fluides à l'inté- torn away, illustrating the distribution of fluids inside
rieur de la chambre de tourbillon et de la sortie. laughter of the whirlpool chamber and the outlet.
En référence à l'ensemble des figures et en parti- With reference to all of the figures and in particular
culier à la fig. 1, une chambre de tourbillon, globalement désignée par la flèche 10, comporte une paroi d'extrémité 11, une paroi latérale 12 et une seconde paroi latérale culier in fig. 1, a vortex chamber, generally designated by the arrow 10, has an end wall 11, a side wall 12 and a second side wall
13. Une entree tangentielle à haute pression 14 est mon- 13. A high pressure tangential inlet 14 is shown
tée de manière à s'ouvrir dans la chambre 10. Une sortie axiale 15 est montée sur la paroi latérale 13 de manière à déboucher dans la chambre 10. Une entree axiale 16 est montée dans la paroi latérale 12 et s'étend dans la chambre - 4 - 10. L'entrée axiale 16 comporte un dispositif anti- vide, indiqué par la flèche 17, destiné à permettre à l'air d'entrer à l'intérieur de la chambre 10, comme indiqué par la flèche 21, dans le cas ou la pression dans la chambre devient inférieure à la pression atmosphérique. Un tel agencement empêche la cavitation à l'intérieur de la chambre 10. Une vanne 18 contrôle l'écoulement de fluide d'un tuyau d'entrée 19 vers l'entrée 16. Le tuyau d'entrée 16 comporte un prolongement 20 dans la chambre 10, à des fins qui seront explicitées dans la partie de tee so as to open in the chamber 10. An axial outlet 15 is mounted on the side wall 13 so as to open into the chamber 10. An axial inlet 16 is mounted in the side wall 12 and extends into the chamber - 4 - 10. The axial inlet 16 comprises an anti-vacuum device, indicated by arrow 17, intended to allow air to enter inside the chamber 10, as indicated by arrow 21, in the case where the pressure in the chamber becomes lower than atmospheric pressure. Such an arrangement prevents cavitation inside the chamber 10. A valve 18 controls the flow of fluid from an inlet pipe 19 to the inlet 16. The inlet pipe 16 has an extension 20 in the room 10, for purposes which will be explained in the part of
la description relative au fonctionnement. the description relating to operation.
Le mélangeur à tourbillon fonctionne de la manière suivante. Les fluides sous haute pression pénètrent dans le sens de la flèche 22 dans l'entrée tangentielle à haute pression 14. Les fluides passent alors dans la chambre 10 et tournent à grande vitesse le long de la paroi extérieure de la chambre 10. La vitesse de rotation amène la matière ou les fluides à s'écouler dans le sens de la flèche 23 The vortex mixer works as follows. The fluids under high pressure penetrate in the direction of arrow 22 into the tangential inlet at high pressure 14. The fluids then pass into the chamber 10 and rotate at high speed along the outer wall of the chamber 10. The speed of rotation causes the material or fluids to flow in the direction of the arrow 23
pour créer une région de tourbillon 29 entre le prolonge- to create a vortex region 29 between the extension
ment de tuyau 20 et le tuyau de sortie axiale 15. La matière entrant dans l'orifice de sortie 24 est alors en rotation à une vitesse extrêmememnt élevée et à une pression très faible. Elle va donc continuer à tourner le long du tuyau 15, comme illustré par la flèche 25. Le fluide ou les solides peuvent être injectés dans le sens de la flèche 26 dans le tuyau 19 à travers la vanne 18 et dans le tuyau d'entrée axiale 16 qui débouche dans la chambre 10. Les fluides seront alors injectés dans la chambre 10 à une pression légèrement supérieure à celle qui règne dans le tourbillon 29 ou centre de la chambre pipe 20 and the axial outlet pipe 15. The material entering the outlet 24 is then rotated at an extremely high speed and at a very low pressure. It will therefore continue to rotate along the pipe 15, as illustrated by the arrow 25. The fluid or the solids can be injected in the direction of the arrow 26 into the pipe 19 through the valve 18 and into the inlet pipe axial 16 which opens into the chamber 10. The fluids will then be injected into the chamber 10 at a pressure slightly greater than that which prevails in the vortex 29 or center of the chamber
10. Cette matière passera alors vers l'orifice de sor- 10. This material will then pass to the exit orifice.
tie 24 de la sortie axiale 15, o elle sera mélangée avec les fluides en rotation et éjectée par la sortie axiale tie 24 of the axial outlet 15, where it will be mixed with the rotating fluids and ejected through the axial outlet
à moyenne pression 15.at medium pressure 15.
En se reportant à la fig. 2, on peut observer plus -5 - en détail la répartition des fluides. Dans la chambre 10 vont circuler des fluides qui ont été injectés dans celle-ci dans le sens de la flèche 22. Lorsqu'ils entrent dans la chambre de tourbillon 10, les fluides tournent autour de la chambre 10. Les fluides entrent dans la cham- bre 10 sous haute pression et à faible vitesse, et sortent sous basse pression et à haute vitesse. Alors que la vitesse diminue dans la partie aval de la sortie 15, il existe une récupération partielle de la pression, de sorte que le fluide est sous moyenne pression et à faible vitesse. Le Referring to fig. 2, we can observe more -5 - in detail the distribution of fluids. In the chamber 10 will circulate fluids which have been injected therein in the direction of the arrow 22. When they enter the vortex chamber 10, the fluids revolve around the chamber 10. The fluids enter the chamber - bre 10 under high pressure and at low speed, and exit under low pressure and at high speed. As the speed decreases in the downstream part of the outlet 15, there is a partial recovery of the pressure, so that the fluid is under medium pressure and at low speed. The
fluide ou la boue tendra à former un tourbillon entre l'ex- fluid or the mud will tend to form a vortex between the ex-
trémité du prolongement de tuyau 20 et à s'écouler sensible- end of the pipe extension 20 and to flow substantially-
ment à travers l'orifice 24 pour entrer dans le tuyau de through hole 24 to enter the hose
sortie axiale 15. Le tourbillon 29 peut alors recevoir l'en- axial outlet 15. The vortex 29 can then receive the
trée du tuyau 16, dans le sens de la flèche 28 entrant dans le tourbillon 29. Dans le cas o le tuyau 16 est trop grand par rapport au diamètre intérieur du tuyau 15, il est possible que le tourbillon tende à se former également à l'intérieur du tuyau 16, pour provoquer un écoulement de fluide en sens inverse le long du tuyau 16. Si une telle situation apparaît, les diamètres du tuyau 16 et du tuyau 15 doivent être ajustés (ou bien le tuyau 16 étant rendu plus petit, ou bien le tuyau 15 étant rendu plus grand) afin entry of the pipe 16, in the direction of the arrow 28 entering the vortex 29. In the case where the pipe 16 is too large in relation to the internal diameter of the pipe 15, it is possible that the vortex tends to form also at the inside the pipe 16, to cause a reverse flow of fluid along the pipe 16. If such a situation occurs, the diameters of the pipe 16 and of the pipe 15 must be adjusted (or else the pipe 16 being made smaller, or the pipe 15 being made larger) so
d'empêcher le reflux des fluides.prevent backflow of fluids.
Le prolongement 20 devra s'étendre aussi loin que possible dans la chambre 10, afin de contribuer à empêcher le reflux de fluide; cependant, il ne devra pas s'étendre The extension 20 should extend as far as possible into the chamber 10, in order to help prevent backflow of fluid; however, it should not extend
trop loin pour que la dimension entre l'extrémité du prolon- too far for the dimension between the end of the extension
gement 20 du tuyau et l'orifice 24 ne soit pas inférieure au diamètre des particules solides injectées par l'entrée tangentielle 14. Les fluides seront alors éjectés du tuyau gement 20 of the pipe and the orifice 24 is not less than the diameter of the solid particles injected by the tangential inlet 14. The fluids will then be ejected from the pipe
16 dans le sens de la flèche 28 pour entrer dans le tour- 16 in the direction of arrow 28 to enter the turn-
billon formé au niveau de l'orifice 24 de la sortie axiale 15. A cet endroit, les fluides seront mélangés avec un log formed at the orifice 24 of the axial outlet 15. At this point, the fluids will be mixed with a
fluide à vitesse de rotation élevée dans la sortie 15. fluid at high speed in outlet 15.
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La matière entrant par l'entrée tangentielle 14 et la ma- The material entering through the tangential input 14 and the ma-
tière entrant par l'entrée axiale 16 sortiront par le tuyau dans le sens de la flèche 30. Il faut noter que le tuyau d'entrée 16 devra être d'un diamètre inférieur à celui du tuyau de sortie axiale 15. En fait, le diamètre du tuyau axial 15 devra être tel qu'il puisse accepter les écoulements provenant à la fois des tuyaux d'entrée 14 et 16. Si l'air The inlet entering through the axial inlet 16 will exit through the pipe in the direction of the arrow 30. It should be noted that the inlet pipe 16 must be of a smaller diameter than that of the axial outlet pipe 15. In fact, the diameter of the axial pipe 15 must be such that it can accept flows from both the inlet pipes 14 and 16. If the air
entraîné à l'intérieur du tourbillon vient à créer un pro- entrained inside the whirlpool comes to create a pro-
blème en un point quelconque en aval de la sortie axiale 15, un agent tensio-actif pourra alors être ajouté par l'entrée 31 à partir d'une source 32 et sera mélangé avec la matière entrant à l'intérieur de la chambre de tourbillon 10. Un tel agent tensio-actif provoquera le mouillage de la matière à l'intérieur de la sortie 15 et le développement en mousse de celle-ci, pour ainsi produire un mélange plus uniforme problem at any point downstream of the axial outlet 15, a surfactant can then be added via the inlet 31 from a source 32 and will be mixed with the material entering the interior of the vortex chamber 10. Such a surfactant will cause the material inside the outlet 15 to wetting and foaming thereof, thereby producing a more uniform mixture.
en aval de la sortie axiale 15.downstream of the axial outlet 15.
L'agent tensio-actif devra être un agent tensio-actif non ionique ayant l'une des compositions suivantes: 1) alcool éthoxylé comportant une chaîne alcoyle comprise entre C10O et C18, avec un taux d'éthoxylation compris entre The surfactant must be a nonionic surfactant having one of the following compositions: 1) ethoxylated alcohol comprising an alkyl chain between C10O and C18, with an ethoxylation rate between
et 80 pour-cent; -and 80 percent; -
2)éthoxylate de alcoyle-phénol comportant une chaine alcoyle de 8 à 9 carbones et un taux d'éthoxylation compris entre 30 et 80 pour-cent; ou 2) alkyl phenol ethoxylate comprising an alkyl chain of 8 to 9 carbons and an ethoxylation rate of between 30 and 80 percent; or
3) copolymères séquences (copolymères block) de polyoxy- 3) block copolymers (block copolymers) of polyoxy-
propylène et de polyoxyéthylène.propylene and polyoxyethylene.
Il est bien entendu que des variantes ou modifications pourront être apportées à l'appareil décrit ci-dessus sans It is understood that variants or modifications may be made to the device described above without
sortir de la portée de l'invention. go beyond the scope of the invention.
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Claims (9)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |