HU184588B - Method and apparatus for separating medium into components of different density - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás közeg különböző sűrűségű összetevőkre való szétválasztására, amihez centrifugális erőt és szabályozatlan örvényáramlást alkalmazunk és a nagyobb sűrűségű részecskéket az elválasztó örvény külső részén koncentráljuk, a kisebb sűrűségű részecskéket pedig az örvény forgástengelyének körzetében koncentráljuk.

A találmány tárgya továbbá berendezés közeg különböző sűrűségű összetevőkre való szétválasztására.

Ismeretesek különböző típusú örvényszétválasztók, mint például a ciklonok, amelyek örvénykorlátozó hengeres, illetve kúpos kialakításúak. Az örvény- vagy pergetőkamra általában síma felületű és a kamra fala folyamatos kialakítású az örvényáramlás irányában. Ilyen független működésű örvényszétválasztók párhuzamos egymásmellé helyezésével alakíthatók ki például a multiciklonok. Ilyen megoldást mutat be a 3 747 306 sz. USA szabadalom. Továbbá néhány szabadalmi közlemény olyan örvényszétválasztókat ismertet, amelyekben két szétválasztóörvény érintőlegesen össze van kapcsolva egymással, lehetővé téve bizonyos méretű részecskék áthaladását egyik szétválasztóörvényből a másikba.

Ismeretes továbbá olyan örvényrendszer, amelyben az összetevőire szétválasztandó közeget érintőlegesen táplálják két szétválasztóörvény közé. Erre hoz példát a 4 248 699 sz. USA szabadalom.

Ismert örvényszétválasztók hátránya, hogy a centrifugális erő a szétválasztandó közegörvényt a külső határoló felülethez nyomja. Ezáltal a súrlódás a szétválasztóörvény sebességét csökkenti és a falak közelében turbulenciát eredményez. A súrlódás és az ennek nyomában fellépő turbulencia jelentős energiaveszteséget okoz. Az alacsonyabb kerületi sebesség következtében a centrifugális erő és a szétválasztó erő csökken. Továbbá a tubrulencia a már szétválasztott közegrészeket újra összekeveri. A korábbi műszaki szinthez tartozó multiciklonok nagyméretűek és súlyosak. A súrlódás következtében fellépő energiaveszteségek miatt a forgalomban lévő örvényszétválasztókkal nehéz olyan nagy örvénysebességet elérni, amely például gázoknak gázkeverékekből történő szétválasztásához szükséges. A súrlódás a sebesség növekedésével számottevően nő. A súrlódás fékező hatása miatt az összetevőire szétválasztandó közeg nem marad forgásban és ezáltal a szétválasztás periódusa hosszú.

A közeg kifejezés alatt ömlesztett porszerű és rostos szilárd anyagokat, folyadékokat, folyadékcseppeket és gázokat, továbbá ezek keverékét értjük. Ugyanúgy a ,részecske” szó alatt szilárd anyagrészeket, folyadékcseppeket, folyadékmolekulákat vagy gáz atomokat értünk. A szétválasztó kamra jelentése a különböző örvénykamrákon túl kiterjed az áramlási csövekre, valamint az áramlási kamrákra, ahol a centrifugális erő révén a szétválasztás lezajlik.

A találmány feladata a fenti hiányosságok kiküszöbölése, azaz, a közegrészecskék szétválasztásának tökéletesítése, amelyet jobb hatásfok jellemez, mint az ismert megoldásokat.

A találmány feladata továbbá az adott közeget különböző sűrűségű összetevőkre bontó berendezés továbbfejlesztése, amely az ismert megoldásoknál lényegesen jobb hatásfokkal működik.

A találmány alapja az a felismerés,hogy a kitűzött feladat megoldódik, ha a szétválasztó örvény és a külső határolófelületei között a súrlódást csökkentjük, továbbá a szétválasztó örvényben hullámmozgást hozunk létre.

A találmány alapja továbbá az a felismerés, hogy a szétválasztó örvények, örvénykamrák és áramláselosztók meghatározott elrendezésével a kitűzött feladat megoldódik.

A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy érintőlegesen kettő vagy több szétválasztó örvényt helyezünk el párosával egymás mellett, a szomszédos örvényeket ellentétes forgásiránnyal alakítjuk ki és 0-90°-os szög alatt ütköztetjük.

Célszerű az olyan foganatosítási mód az egyszerű megvalósíthatóság miatt, amelynél a szétválasztó örvények forgásközéppontjaiból tengelyirányból nézve szabályos négyzethálót alkotunk és így az egymás melletti szétválasztó örvényekből örvényrendszert építünk fel.

A technológia egyszerűsítése szempontjából előnyös az olyan kiviteli alak, amelynél az egymás melletti szétválasztó örvényekből álló örvénylési rendszert úgy alakítjuk ki, hogy a szétválasztó örvény körül kerülete mentén további szétválasztó örvényeket helyezünk el.

A technológia továbbfejlesztése szempontjából előnyös az olyan foganatosítási mód, hogy az egymás melletti szétválasztó örvényekből álló örvényrendszert úgy alakítjuk ki, hogy a szétválasztó örvények foigásközéppontjait szimmetrikusan helyezzük el az egyik forgásközépponthoz képest.

Továbbá a kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy párhuzamos örvény szétválasztok örvénykamrái párosával, részben egymással érintkezőén ütközőterületekkel vannak kialakítva, ahol a párhuzamos szétválasztó örvények forgásiránya ellenkező.

A találmány szerinti eljárást a továbbiakban foganatosítási példa segítségével ismertetjük.

Az eljárással a szétválasztó örvény és az azt határoló külső felület közötti érintkezést csökkentjük és azon hátrányokat küszöböljük ki, amelyek ezen kontaktusból adódnak.

Ezért a szétválasztó örvény külső határoló felületét vagy egy részét eltávolítjuk. A külső határoló felület támasztó funkcióját, amely a szétválasztó örvényt befelé tereli, az egymás mellett működő két szétválasztó örvény helyettesíti, amelyek forgás közben egymást belső részük irányába terelik. A kis szöget bezárva egymásba futó szétválasztó örvények nem hoznak létre turbulenciát és közöttük súrlódás gyakorlatilag nincs, feltéve, hogy forgásuk kerületi sebessége azonos. Az eljárással megoldjuk továbbá, hogy a szétválasztandó közegben az örvény sugárirányában hullámmozgást keltsünk az örvények ütközésénél. A sugárirányú hullámmozgás elősegíti a különböző sűrűségű közegrészecskék szétválasztását. Az ütközési pontokat egymástól azonos távolságra kialakítva, az örvényben szabályos hullámmozgás hozható létre, amely gyakorlatilag a forgás sugárirányában terjed, és a szétválasztandó közegrészecskéket váltakozva hozza egymáshoz közelebb, illetve távolabb a forgási sugárirányában. A külső kerületről sugárirányban befelé irányuló impulzus nagyobb sebességet adhat a könnyebb részecskéknek, mint a nehezebbeknek, amelyeknek tehetetlensége, illetve a rájuk ható centrifugális erő egyaránt nagyobb.

A találmány szerinti berendezést az alábbiakban rajzon, kiviteli példák segítségével ismertetjük.

A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti örvényrendszer, egymás mellett párosával elhelyezett szétválasztó örvényekkel, egymás oldalával érintkezőleg,

184 588 a 2, ábra a találmány szerinti örvényrendszer, amelyben az örvények keresztmetszete ellipszis alakú, a 3. ábra a találmány szerinti ciklonrendszer oldalnézete, a 4. ábra a 3. ábra IV-IV. vonalával jelzett metszet, az 5. ábra a találmány szerinti ciklonrendszer forgástengely menti metszete, a 6. ábra az 5. ábra VI-VI. vonalával jelzett metszete, a 7. ábra az áramláselosztó egyik kiviteli alakjának axonometrikus képe, a 8. ábra az áramláselosztó másik kiviteli alakjának axonometrikus képe, a 9. ábra a 8. ábrán bemutatott áramláselosztó keresztmetszeti változata, a 10. ábra az áramláselosztó 8. ábra szerinti alakjának forgástengely menti metszete, a 11. ábra a 6. ábra szerinti tangenciális közegellátó egyik kiviteli alakja oldalnézetben, a 12. ábra a találmány szerinti ciklonrendszer perspektivikus képe, ahol az örvények kúposak, a 13. ábra az áramláselosztók axonometrikus képe egy ciklonrendszerben, ahol az örvények kúposak, a 15. ábra a találmány szerinti örvénykamra rendszer, amelyben az egyik örvénykamra kerülete mentén további örvénykamrákkal van körülvée, aló. ábra a találmány szerinti ciklonrendszer axonometrikus képe, amelyikben a közegellátás a ciklon közepén van megoldva, a 17. ábra centrifuga keresztmetszeti képe, amelynek forgástengelye körül, kerülete mentén helyezkedik el a találmány szerinti ciklonrendszer, a 18. ábra a 17. ábra tengelymenti, XVIII.-XVIII. vonallal jelzett metszete, a 19. ábra a találmány szerinti ciklon tengelymenti metszete, amelyben az örvények kúposak, az egyes örvények közötti közbülső falak nélkül, a 20. ábra a kisebb áramláselosztó működési elve és a közelében levő örvények.

Az 1. ábrán a találmány szerinti örvénykamra rendszer látható, ahol egymás mellett szabályos négyzetháló alakban 10 örvénykamrák helyezkednek el. A 10 örvénykamrákat vagy szétválasztó tereket egymás oldalával (hengeralkotók mentén) érintkezőleg úgy alakítjuk ki, hogy a négyzetháló belsejében lévő kamrák falfelületének mintegy felét eltávolítjuk. Az eltávolított falfelületek helyén 40 ütközőterületet alakítottunk ki, ahol a különböző kamrák 2 örvényei egymásba futnak. Az 1. ábrán bemutatott esetben az örvények száma 4x4, de az örvénykamra rendszert kialakíthatjuk tetszőleges számú 2 szétválasztó örvényből, amelyeket egymás mellett párosával, egymás oldalával érintkezőleg helyezzük el. Az

1. ábrán látható, hogy az örvények között 39 áramláselosztók maradnak, amelyek négyoldalú keresztmetszetűek és méretük változó lehet. A 39 áramláselosztók formája szintén változhat. Például a hullámos felületkialakítás elősegíti a hullámmozgást.

A 2. ábra a találmány szerinti olyan örvényrendszert mutat, ahol 2 szétválasztó örvények ellipszis alakúak a sugárirányú impulzusok felerősítése céljából. A 2. ábra szerinti esetben az ellipszis nagytengelyei egymásra merőlegesek. Váltakozva egy ellipszis nagytengelyét párhuzamosan alakíthatjuk ki. A találmány szerinti örvényrendszert felépíthetjük akár más formájú örvényekből, például lekerekített oldalú háromszöghöz vagy négyszöghöz hasonlókból.

A 3. ábrán a találmány szerinti örvényrendszer oldalirányú metszete látható 4x4 ciklonból kialakított örvényrendszerrel. Az ábrán a ciklonok közegbevezetését nem ábrázoltuk. Az elválasztandó közeg bevezetését a ciklonokba tengely- vagy érintő irányban oldhatjuk meg. Az ábrán a szétválasztott közegrészek kivezetése tengelyirányú, de érintőleges kivezetése ugyan csak kialakítható.

A 4. ábrán egy örvényrendszer metszete látható a 3. ábra IV-IV vonala mentén, ahol az egyes 10 örvénykamrák azonos méretűek. Ez előnyös az ütközési impulzus szempontjából, amely a különböző örvényekben azonosan alakul. Ebben az esetben a 39 áramláselosztót négy síma hengeres felület határolja.

Az 5. ábrán egy örvényrendszer metszete látható a 12 tangenciális bevezető csővel, amely bevezetést 2 szétválasztó örvények közé illesztjük.

A 6. ábrán ugyanazon 12 tangenciális bevezetőcsöveket felülnézetben láthatjuk az 5. ábra VI-VI vonala menti metszetéről.

A 7. ábrán a 39 áramláselosztó látható, amelyet az örvények áramlási irányában éles bordák közötti csatornaszerű hornyokkal alakítottunk ki. Ilyen csatornaszerű kialakítással oldható meg, hogy 2 szétválasztó örvény tengelykeresztmetszeti alakját a forgás különböző fázisaiban módosítsunk. Az egyes 2 szétválasztó örvények 40 ütközőterületén belül az örvények áthatása síkfelület, azaz a 2 szétválasztó örvény tengelymetszete lineáris. Amint a közegrészecskék a 39 áramlásélosztóhoz érkeznek, az a szóbanforgó részecskéket részben tengelyirányú mozgásra készteti. Ezáltal a különböző sűrűségű közegrészecskék könnyebben haladhatnak el egymás mellett a szétválasztásnak megfelelő irányban. Az áramláselosztó szintén lehet kör- vagy ellipszis keresztmetszetű.

A 8, 9, és 10. ábrán bemutatott 39 áramláselosztó tengelykeresztmetszete hullámos formájú. A hullámgerincek között mélyedések vannak, amelyekbe 2 szétválasztó örvények kényszerülnek. A szabályozott 2 szétválasztó örvény tengely- és sugárirányban egyaránt javítja a szétválasztást.

All. ábrán az 5. és 6. ábrán jelölt tangecniális bevezetőcső illesztésének részletes elrendezési vázlata látható.

A 12. és 13. ábrán a kúpos örvénykamrák összeállításának egyik kiviteli alakja látható. A 40 ütközési terület szélessége szükség szerint határozható meg. A 39 áramláselosztók sírna kúpos felületűek, hullámosítottak, vagy bordázott kialakításúak lehetnek 2 örvény haladási irányában, vagy tengelyirányban hornyos kialakításúak.

A 15. ábrán látható a találmány szerinti örvényrendszer olyan kiviteli alakja, ahol egy nagyobb 2 elválasztó örvény kerülete mentén számos kisebb 2 elválasztó örvény helyezkedik el. A 40 ütközőterületen belül a nagyobb 2 szétválasztó örvény és a kisebb 2 szétválasztó örvények kerületi sebessége azonos, a kisebb 2 szétválasztó örvények kerületi sebessége azonos, a kisebb 2 szétválasztó örvények szögsebessége nagyobb. A kisebb 2 szétválasztó örvény centrifugális erejét csökkenti a nagyobb 2 szétválasztó örvényhez viszonyított kisebb tömege, másrészt a kisebb 2 szétválasztó örvénynek a nagyobb 2 szétválasztó örvényhez viszonyított kisebb sugara növeli centrifugális erejét. Ezáltal a különböző méretű 2 szétválasztó örvények centrifugális erejüket illető3

-3184 588 en egyensúlyban vannak. A 15. ábra szerinti kiviteli példa esetében a nagyobb 2 szétválasztó örvény közegrészecskéi 18 alkalommal ütköznek egy fordulat alatt. A nagyobb 2 szétválasztó örvény külső kerületén tangendálisan elhelyezkedő 40 ütköző területek hossza azonos, a 40 ütköző területek közötti kerületi ív hosszával. Ezáltal a nagyobb 2 szétválasztó örvényt szabályos hullámmozgásba hozzuk.

A 16. ábrán látható a találmány szerinti örvényrendszer, ahol a ciklonok tengelyirányban lépcsőzetes elrendezésűek. A szétválasztandó közeget a legfelső középső ciklonba vezetjük be, amelyből a közegrészecskék áthaladhatnak részben az alacsonyabban elhelyezett ciklonokba a 40 ütközőterületeken keresztül. Az alacsonyabban lévő ciklonokba áthaladva a közegrészek nagyobb sűrűségüknél fogva a 10 örvénykamrák felső részén helyezkednek el. A tengelyirányban különböző szinteken elhelyezett ciklonokból kisebb és nagyobb sűrűségű különböző mértékben koncentrálódott közegrészek nyerhetők a 13 és 14 tangenciális kivezető csöveken keresztül. Ezek közül néhány a középső ciklonon újra átáramoltatható a 12 tangenciális bevezetőcsővel a hatékony koncentráció céljából. A különböző szinteken elhelyezett ciklonok 13 és 14 tangenciális kivezetőcsöve méretének és nyomásának szabályozásával lehetséges a különböző ciklonok közegrészecske összetételének szabályozása. Eszerint lehetséges olyan ciklonrendszerek építése, ahol a középső ciklont 3, 4, 5 stb. ciklon veszi körül szabályos közökkel és az utóbbi ciklonok további ciklonokkal vannak összekötve.

A 17. ábrán látható a találmány szerinti olyan ciklon rendszer, amely egy centrifuga kerülete mentén a 490 forgástengely körül van elhelyezve. A centrifuga forgása a ciklonok forgásával együtt hullámmozgást hoz létre a ciklon örvényeiben, elősegítve a közegszétválasztást. A hullámmozgást elősegíti az a tény, hogy a szomszédos örvények egymással ütköznek.

A 18. ábrán egy centrifuga tengelymetszete látható. Az örvények 49 forgási tengelye és a centrifuga 490 forgási tengelye által bezárt szög a ciklonok kúposságától vagy hengerességétől függően, továbbá a 40 ütközési terület hosszától függően változhat.

A 19. ábrán a 2 kúpos szétválasztó örvények 49 forgástengelyeinek egymáshoz viszonyított szimmetrikus elrendezése látható tengelymetszetben, ahol a 2 szétválasztó örvények felső részéről az egyes örvények közötti falat eltávolítottuk. A 49 forgástengelyek négyzethálós elhelyezkedését a 47 örvénykamrafedél gömbfelszínén mérjük.

A 20. ábrán négy 2 szétválasztó örvény látható, amelyek között két 60 kisebb áramláselosztó van egy 39 nagyobb áramlásé losztó helyett. Ezáltal a 2 szétválasztó örvényekre vonatkozóan megállapított súrlódási felület kisebb lesz. A 2 szétválasztó örvények és a kisebb 60 áramláselosztók között ellenörvények alakulnak ki, amelyek oldalról támasztják a 2 szétválasztó örvényeket.

A találmány szerinti megoldás a felsorolt kiviteli példákon túl, a leírt alapelveknek megfelelően számtalan hasonló, konstrukcióban kivitelezhető.

A találmány szerinti megoldás előnye, hogy jelentősen csökken a szétválasztó örvény és a külső határoló felület közötti súrlódás. Kedvezőbb hatásfokkal hozható létre a közegrészecskéket szétválasztó centrifugális erő, továbbá a közegben kialakuló hullámmozgás a közegrészecskék jobb hatásfokú szétválasztását eredményezi.

Claims (16)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás közeg különböző sűrűségű összetevőkre való szétválasztására, amihez centrifugális erőt és szabályozatlan örvényáramlást alkalmazunk és a nagyobb sűrűségű részecskéket az elválasztó örvény külső részén koncentráljuk, a kisebb sűrűségű részecskéket pedig az örvény forgástengelyének körzetében koncentráljuk, azzal jellemezve, hogy érintőlegesen kettő vagy több szétválasztó örvényt helyezünk el párosával egymás mellett, a szomszédos örvényeket ellentétes forgásiránnyal alakítjuk ki és 0-90°-os szög alatt ütköztetjük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a szétválasztó örvények forgásközéppontjaiból tengelyirányból nézve szabályos négyzethálót alkotunk és így az egymás melletti szétválasztó örvényekből örvényrendszert építünk fel.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az egymás melletti szétválasztó örvényekből álló örvénylési rendszert úgy alakítjuk ki, hogy a szétválasztó örvény körül kerülete mentén további szétválasztó örvényeket helyezünk el.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az egymás melletti szétválasztó örvényekből álló örvényrendszert úgy alakítjuk ki, hogy a szétválasztó örvények forgásközéppontjait szimmetrikusan helyezzük el az egyik forgásközépponthoz képest.
5. 5. Berendezés különösen az 1-4. igénypontok szerinti eljárás foganatosítására, azzal jellemezve, hogy párhuzamos örvényszétválasztók örvénykamrái (10) párosával, részben egymással érintkezőén ütközőterületekkel (40) varrnak kialakítva, ahol a párhuzamos szétválasztó örvények (2) forgásiránya ellenkező.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a szétválasztandó közeget bevezető cső (12) az örvénykamrák (10) közötti ütközőterületekbe (40) van illesztve.
7. 7. Az 5. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az örvénykamrák (10) szabályos négyzethálóban, egymással párhuzamosan vannak elhelyezve.
8. 8. Az 5. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy egy örvénykamra kerülete mentén további örvénykamrák (10) vannak elhelyezve.
9. 9. Az 5-7. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kamrafalak (1) a párhuzamos örvénykamrák (10) között el vannak távolítva.
10. 10. Az 5-7. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy négy párhuzamos örvénykamra (10) között négyszög keresztmetszetű áramláselosztók (39) vannak.
11. 11. Az 5-7. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy négy párhuzamos örvénykamra (10) között kettő kisebb áramláselosztó (60) van,
12. 12. Az 5-7. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy négy párhuzamos örvénykamra (10) között kör keresztmetszetű áramláselosztó (39) van.
13. 13. A 10-12. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az áramláselosztó (39) hornyos kialakítású a szétválasztó örvény (2) hullámterjedése irányában.

    184 588
14. 14. A 10. igénypont szerinti berendezés kiviteh alakja, azzal jellemezve, hogy az áramláselosztó (39) bordá zott kialakítású a szétválasztó örvény (2) hullámterjedése irányában.
15. 15. A 3. vagy 4. igénypont szerinti eljárás foganatosítására szolgáló berendezés kiviteli alakja, azzal jelle mezve, hogy az egymás melletti örvénykamrák (10) tengelyirányban lépcsőzetes elrendezésűek.
16. 16. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítására szolgáló berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy g a berendezés örvénykamrái a centrifuga forgástengelye körül és kerülete mentén vannak elhelyezve.

    21 db ábra