HU193792B

HU193792B - Method and apparatus for separating individual phases of multiple-phase flowable media

Info

Publication number: HU193792B
Application number: HU272285A
Authority: HU
Inventors: Zsigmond Kaplar; Istvan Belhazy; Gyoergy Turi
Original assignee: Koezponti Banyaszati Fejleszte
Priority date: 1985-07-16
Filing date: 1985-07-16
Publication date: 1987-11-30
Also published as: FI862816A0; DE3623892A1; GB8617182D0; FI862816A; SE8603080D0; SE8603080L; FR2589755A1; HUT41655A; GB2177951A

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés többfázisú, áramoltatható közegek egyes fázisainak szétválasztására.

Gázokból és szilárd szemcsés anyagokból álló keverékek fázisainak szétválasztására általánosan ismert az ún. aerociklonok alkalmazása. Folyadékokból és szilárd szemcsés anyagokból álló keverékeket általában az ún. hidrociklonokkal választanak fázisokra. A hidrociklon alkalmas keveréket alkotó folyadékok egyes fázisainak elkülönítésére is, ha a fázisok nem alkotnak emulziót egymással és sűrűségük különböző. Mindkét típusú ciklonnal centrifugális erőtérben áramoltatják a fázisokra bontandó közeget, és a centrifugális erőtérnek azt a hatását hasznosítják, hogy a nagyobb sűrűségű fázisokat jobban kiszorítja, mint a kisebb sürűségűeket.

Bár a különféle ciklonok a gyakorlatban jól beváltak, megmutatkozott az a hiányosságuk, hogy nem képesek teljesen tiszta fázisokat elkülöníteni erősen zavart áramlási viszonyaik miatt. Az áramlási viszonyokkal kapcsolatos problémák a geometriai kialakításból fakadnak. A zavart áramlások viszont mindig energiaveszteséget eredményeznek, ami egyrészt rontja a hatásfokot, másrészt hátrányosan befolyásolja a szétválasztás minőségét.

A ciklonoknál az áramlási keresztmetszet és az áramlás iránya egyes helyeken ugrásszerűen változik, ami aszimmetrikus áramlást eredményez. A beléptetés során kialakuló aszimmetrikus áramlás a ciklon hengeres részében, majd kúpos alsó részében és a kivezető csövekben szimmetrikus térbe kényszerül anélkül, hogy ott szimmetrikussá tudna válni. A megelőző aszimmetrikus szakaszban ugyanis olyan nagyok az energiaveszteségek, hogy a megmaradó töredékenergia csak arra elegendő, hogy a szimmetrikus geometrián fenntartsa az aszimmetrikus áramlást, az átalakulás energiaigényét már nem képes fedezni.

Az áramlás csak a ciklon kúpos részének alsó szakaszán javul valamelyest, ahol egyre kisebb sugarú pályán kénytelen haladni a közeg, és keringési sebessége (potenciális energiája rovására) egyre nő.

A keringési sebesség mindaddig nő, amíg a potenciális energia teljes egészében át nem alakul kinetikus energiává, természetesen fedezve az energiaátalakulás veszteségeit is. Ekkor az áramlás pályájának sugara tovább már nem csökkenhet, mert nem áll rendelkezésre az ehhez szükséges energia. Ennek megfelelően ún. áramcső alakul ki, amely a fizikai törvények értelmében sem folyadékban, sem gazban nem végződhet.

Ha a ciklon alsó keresztmetszetének sugara nagyobb mint az áramcsőé, akkor az áramcső kilép a ciklonból, ha kisebb, felfelé áramlik, és a felső ún. örvénycsővön át lép ki, 2 feltéve, hogy ennek sugara nagyobb mint az áramcsőé. Ha az alsó és felső kivezető keresztmetszetek arányát megfelelően választják meg, az áramcső mind alul, mind felül kilép, és környezetét gerjesztve mindkét irányban magával ragadja a külső közeget is. Az áramlás tehát a kúp alsó régiójában, a még rendelkezésre álló töredék energia potenciális részének átalakulása árán kívülről befelé haladva hoz létre áramcsővet.

Tekintettel arra, hogy a ciklonokban általában két, egymástól eltérő jellegű fázis áramlik együtt (pl. levegő és szilárdanyag vagy víz és szilárdanyag), a nagyobb sűrűségű fázis a centrifugális erő hatására a ciklon fala felé igyekszik. A ciklonfalat elért fázis (szilárdanyag) a kúp alsó régiójában koncentrálódik, így az áramcső a szilárdanyagon keletkezik, illetve ezen végződik. Tekintettel arra, hogy az áramcső felületén át sem ki, sem be nem léphet anyag, az áramcsővet csak azok a fáziselemek (gáz- vagy folyadékelemek) alkotják, amelyek a keletkezésében részt vettek, valamint azok a szilárdanyag szemcsék, amelyeket a gáz-, illetve folyadék-ellenállás a koncentrálódott szemcsékből magával ragad. Természetesen azok a szemcsék, amelyek eleve nem centrifugálódtak ki, szintén elemei lesznek az áramcsőnek.

A mondottak értelmében ciklonnal még akkor sem lehetne tiszta gáz- vagy folyadékfázist elkülöníteni, ha a szemcsék tökéletesen kicentrifugálódnának az áramcső környezetéből, mivel a koncentrálódott szilárdanyagon végződő (vagy részben végződő) áramcső keletkezése pillanatában magával ragadja a szemcséket.

A tiszta fázis elkülönítésének ellene dolgozik egy másik jelenség is a ciklonoknál, nevezetesen az, hogy a felső elvezető általában rövidebb mint a hengeres rész magassága, és benne a környezet nyomása uralkodik, tehát a rajta átfolyó fázis szabad kiömléssel távozik, így tekintélyes mennyiségű vegyes fázis lép ki a szabadba, mielőtt a centrifugális erőtér kiválaszthatná a szilárd szemcséket.

Hiányossága a hidrociklonoknak az is, hogy sűrítésre, fázisszétválasztásra, osztályozásra csak úgy alkalmazhatók viszonylag eredményesen, ha mindkét kifolyónyílásnál biztosítják a szabad kiömlést. A kiömlési veszteségek viszont felemésztik az energia megmaradt részét. Más szavakkal: a ciklonokban teljesen elhasználódik az az energia, amelyet a bevezető csatornánál a kinetikus és a potenciális energia összegeként betáplálnak.

összefoglalva: a ciklonok hatásfoka meszsze elmarad a korszerű berendezéseknél megkívánttól, mert áramlástechnikai és energetikai szempontból előnytelen a kialakításuk.

A találmány célja a felsorolt hiányosságok kiküszöbölése.

A találmány feladata olyan eljárás és berendezés létrehozása többfázisú, áramoltat-2193792 ható közegek egyes fázisainak szétválasztására, amelyek lehetővé teszik a szétválasztás minőségének nagy mértékű javítását és energiaigényének csökkentését.

A találmány alapja az a felismerés, hogy az örvényes áramlás zavarmentessége csak akkor biztosítható, ha az áramlási teret áramfelület mentén határoljuk. Az áramfelületek olyan felületek, amelyeken az örvényben áramló közege elemei nem lépnek át, más szóval: azok a felületek, amelyek mentén ezek az elemek áramlanak. Ha tehát egy összefüggő áramfelülettel (örvénytölcsér) az áramlási teret lehatároljuk, az áramíelületen belüli örvényrész pontosan ugyanazt az áramlási életet éli, mint az elválasztás előtt (feltéve, hogy azonos minőségű és mennyiségű energiaellátást biztosítunk). Ilyen áramfelületekkel határolva kívülről és belülről az áramlási teret minimálissá tesszük az energiaveszteségeket. Ha mármost a külső felülethez torlódott sűrűbb fázist olyan „lehámozó” csatorna segítségével különítjük el, amelyet szintén áramfelületek határolnak, a kiléptetésnél is minimális lesz az energiaveszteség. Ily módon a szétválasztás minősége is nagy mértékben javul, és az energiamérleg is igen kedvezően alakul. Felismertük továbbá, hogy a bevezetési veszteségek nagy mértékben csökkenthetők, és az áramlás gyakorlatilag teljes szimmetriája már a beléptetésnél biztosítható, ha az örvénytér felső végénél köröskörül mindenütt egységnyi keresztmetszeten egységnyi idő alatt azonos mennyiségű közeget vezetünk be.

Ezen felismerések alapján az elsődleges feladat megoldása olyan eljárás többfázisú, áramoltatható közegek egyes fázisainak szétválasztására, amelynek során a közeget centrifugális erőtérben növekvő sebességű, csavarvonal menti áramlásra kényszerítjük, és az egyes fázisokat a centrifugális erőtér tengelyétől számított távolságuk szerint különítjük el egymástól, és amelynél a találmány értelmében a közeget potenciálos örvénylésre kényszerítjük, és az egyes fázisokat az örvény tér áramfelületei által határolt lehámozó csatornák segítségével különítjük el egymástól. A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módjánál a lehámozó csatornákat energetikailag és áramlástechnikailag illesztjük az örvénytérhez.

Előnyös, ha 3 többfázisú közeget az örvénytérhez sugárirányban kívülről csatlakozó, azzal koaxiális körkörös beömlőcsatornán át, hegyesszög alatt, tangenciálisan léptetjük be.

Előnyös továbbá, ha a hordozó fázist az örvénytér tengelye mentén kialakuló áramcsőben visszafordulásra kényszerítve vezetjük el.

A másodlagos feladat megoldása olyan berendezés többfázisú, áramoltatható közegek egyes fázisainak szétválasztására, amelynek beömlőnyílással és kiömlőnyílással rendelke4 ző, szűkülő keresztmetszetű, forgástest alakú áramlási teret határoló háza van, és amelynél a találmány értelmében a háznak az áramlási teret határoló felülete potenciálos örvény áramfelületét követő kialakítású.

A találmány szerinti berendezés egy előnyős kiviteli alakjánál az áramlási tér nagyobb keresztmetszetű végéhez kötkörös beömlőnyílás mentén csatlakozó, spirális vezetésű, lineárisan csökkenő keresztmetszetű beömlőcsatornát alkalmazunk.

Előnyös, ha a berendezésnek téglalap keresztmetszetű beömlőcsatornája van, amelynek sugárirányú mérete állandó, és amelynek alkotói párhuzamosak a ház tengelyével.

Előnyös továbbá, ha a beömlőnyílásnak a ház áramlási teret határoló felületéhez csatlakozó belső felülete van. Egy másik előnyös kiviteli alaknál a beömlőcsatornához a beömlőnyíláson kívül körkörös elvezető nyílás és ezen át bővülő keresztmetszetű, spirális elvezető csatorna van csatlakoztatva.

Egy további előnyös kiviteli alaknál a beömlőcsatornának* a beömlőnyílást belülről szűkítő, a ház tengelyével koncentrikus, körgyűrű alakú torlasztófelülete van.

Előnyös, ha a ház áramlási teret határoló felülete a beömlőnyílás és a kiömlőnyílás között legalább két, különböző áramfelületet követő felületszakaszból van kialakítva.

A találmány szerinti berendezés egy másik előnyös kiviteli alakjánál a ház áramlási te'et határoló felületén a beömlőnyílás és a kiömlőnyílás között legalább egy körkörös lehámozó nyílás van kialakítva, amelyhez növekvő keresztmetszetű, spirális elvezető csatorna van csatlakoztatva.

Egy további előnyös kiviteli alak esetében a ház tengelyében elvezető.cső van koncentrikusan elrendezve, amelynek a ház kiömlőnyílása felőli vége a ház belső terébe torkollik, másik vége pedig a beömlőnyílás fölött ki van vezetve a házból.

Előnyös, ha a berendezés el van látva az elvezető cső tengelyirányú mozgatására alkalmas szerkezettel is.

Előnyös továbbá, ha az elvezető cső kiömlő nyílás felőli vége és a kiömlőnyílás között visszatérítő elem van elrendezve, amelynek a ház felületéhez illeszkedő és az elvezető cső belsejébe visszavezetett koaxiális felületbe átmenő áramfelülete van.

Egy másik előnyös kiviteli alaknál a víszszatérítő elem az elvezető cső belsejében elrendezett működtettő rúdhoz van erősítve, amely tengelyirányú mozgatásra alkalmas szerkezettel van összekapcsolva.

Egy további előnyös kiviteli alaknál a viszszatérítő elem kiömlőnyílás felőli oldala kúpos mélyedéssel van ellátva. Előnyös lehet egyes esetekben, ha a ház áramlási teret határoló felületének kiömlőnyílás felőli szakasza a ház tengelye felől nézve konkáv kialakítású.

Végül előnyös, ha a ház kiömlőnyílás felőli vége visszatérítő elemként van kiképezve, 3

-3193792 és a kíömlőnyílás a ház áramlási terei határoló felületéhez sugárirányban csatlakozó körkörös elvezető nyílásként van kialakítva.

A találmány szerinii eljárással és berendezéssel az eddigiekhez képest lényegesen javítható a szétválasztás minősége, ugyanakkor jelentős energiamegtakarítás érhető el.

Lehetőség nyílik a be- és kilépési veszteségek csökkentésére, valamint a szétválasztási folyamai szabályozására is.

A kilépő fázisoknak megfelelő potenciális energiát tudunk adni a továbbszállításhoz.

A találmányt a következőkben a csatolt rajzokon vázolt kiviteli példák kapcsán ismertetjük. Az

1. ábra az első példa szerinti berendezés háza egy részletének vázlata hosszmetszetben; a

2. ábra az első példa szerinti berendezés

1. ábra szerinti részlete felső peremének síkba kiterített vázlata, a szétválasztandó közeg beléptetésének módját szemléltető diagrammal; a

3. ábra az első példa szerinti berendezés beömlőcsatornájának vázlatos elölnézete; a

4. ábra az első példa szerinti berendezés beömlőcsatornájának vázlatos felülnézete; az

5. ábra az első példa szerinti berendezés háza egy részletének vázlatos hosszmetszete, a hozzá csatlakozó beömlőcsatorna feltüntetésével; a

6. ábra a második példa szerinti berendezés beömlőcsatorna felőli részének vázlatos hosszmetszete'; a

7. ábra a 6. ábra szerinti berendezés vázlatos felülnézete; a

8.. ábra a harmadik példa szerinti berendezés részben elölnézeti, részben hosszmetszeti képe; a

9. ábra a negyedik példa szerinti berendezés kiömlőnyílás felőli végének hosszmetszete; a

10. ábra az ötödik példa szerinti berendezés kiömlőnyílás felőli végének hosszmetszete; a

11. ábra a hatodik példa szerinti berendezés kiömlőnyílás felőli végének hosszmetszete; a

12. ábra a hetedik példa szerinti berendezés kiömlőnyílás felőli végének hosszmetszete; a

13. ábra a nyolcadik példa szerinti berendezés kiömlőnyílás felőli végének hosszmetszete; és a

14. ábra a kilencedik példa szerinti berendezés részben elölnézeti , részben hosszmetszeti képe.

Az első példa szerinti berendezésnek forgástest alakú 1 háza van, amelyet felülről az 1 ház 2 szimmetriatengelyére merőleges sík határol. Az 1 ház belső felületének és a síknak a metszete ρ sugarú kört képez. Az ház fala a 2 szimmetriatengellyel koaxiális potenciálos örvény egy áramfelületét követő belső 31 felülettel rendelkezik. Az adott esetben a 31 felület a 2 szimmetriatengely felől nézve konvex kialakítású, ez azonban nem szükségszerű. Lényeges viszont, hogy az 1 ház keresztmetszete a belépési oldaltól (3 sík) az 1. ábrán nem látható kilépési oldal felé haladva legalább szakaszonként folytonosan csökkenjen.

Az 1 ház falának 31 felülete áramlási 32 teret határol, amelybe a szétválasztandó közeg a 3 sík és a 31 felület η sugarú kört képező metszésvonala mentén 4 nyilak iránya szerint lép be. A 4 nyilakkal jelölt belépési irány a 31 felülethez simuló görbe. Természetesen a belépéshez Ah magasságú, gyűrű alakú keresztmetszet szükséges. A Ah méret nagyságát a 3 sík és az 1 ház 31 felületének metszésvonalától befelé a 3 sík mentén kialakított 7 beömlőnyílás szélessége határozza meg (5. ábra).

A megkívánt szimmetria fenntartása érdekében a 7 beömlőnyílás minden elemi keresztmetszetén az időegység alatt azonos közegmennyiségnek kell beáramolnia. E célból a 7 beömlőnyiláshoz olyan, téglalap keresztmetszetű, körkörös 5 beömlőcsatorna van csatlakoztatva, amelynek alkotói párhuzamosak a szimmetriatengellyel, sugárirányú s mérete (szélessége) állandó, tengelyirányú h mérete (magassága) viszont egy teljes Κ=2π rf kerületi menet alatt h=h értékről h=0 értékre csökken (2. ábra). Ezt oly módon valósítjuk meg, hogy az 5 beömlőcsatornát a 3 sík fölött kezdve a szögű menetsüllyedéssel körültekerjük egy képzeletbeli rf sugarú henger belső palástfelületén, és a 3 sík alatti részeket levágjuk (3. ábra), mimellett tg a— g—· ·

Az 5 beömlőcsatorna külső oldala célszerűen magasabb rendű simulógörbéje a képzeletbeli rf sugarú hengerpalástnak (lásd a 165 483 sz. magyar szabadalmi leírást) azon a részen, ahol eltávolodik az 1 háztól (4. ábra). Az 5 beömlőcsatornának az 1 házat elhagyó, részleteiben nem ábrázolt beömlőcsonkban végződő szakaszán a keresztmetszet az említett simulógörbe érintési pontjáig folyamatosan csökken (4. ábra).

Az 5 beömlőcsatorna alsó oldalán a 3 síkban körgyűrű alakú koncentrikus 6 torlasztófelület van kialakítva (5. ábra). A körkörös 7 beömlőnyílást tehát az 5 beömlőcsatorna rf sugarú külső fala és a 6 torlasztófelület külső pereme határolja.

A 6 torlasztófelület meggátolja, hogy a kisebb sűrűségű fázis (hordozófázis) előbb lépjen be az 1 ház 32 terébe, mint a nagyobb sűrűségű fázis.

A 6. és 7. ábra szerinti berendezés annyiban különbözik a fentitől, hogy az 5 beömlőcsatorna 2 szimmetriatengellyel párhuzamos külső fala lefelé meg van hosszabítva, és a 7

-4193792 beömlőnyílástól kifelé körkörös, gyűrű alakú átvezető 8 csatorna van kialakítva, amelyhez az 1 ház körül spirálisan vezetett, folyamatosan bővülő, téglalap keresztmetszetű elvezető 9 csatorna (ún. csigaház) van csatlakoztatva.

Ennél a berendezésnél mód van arra, hogy az 5 beömlőcsatornában kiváló durvább szemcséket a 9 csatornán át a 10 nyíl irányában közvetlenül elvezessük. így a durva szemcsék nem fogják koptatni a 31 felületet, nem fogják akadályozni a 32 térben a finomabb szemcsék kiválását, tehát javul a berendezés szelektivitása és hatásfoka. Ez a megoldás olyan közegeknél előnyös, amelyeknek fázisai viszonylag könnyen különülnek el egymástól (pl. levegő és szilárdanyag keveréke, vizes szuszpenzió stb.).

Az elvezető 9 csatorna keresztmetszete nem szükségszerűen téglalap alakú. Bármely más profil (pl. kör keresztmetszet) is alkalmazható.

A folyamatosan (célszerűen lineárisan) bővülő keresztmetszetű elvezető 9 csatorna a kinetikus energia rovására növeli az elvezetett anyagáram potenciális energiáját. Ezzel egyrészt csökkenti a kilépési veszteséget, másrészt lehetővé teszi az elvezetett közeg továbbítását pl. a berendezés szintjénél magasabb szintre is.

A 8. ábra szerinti berendezésnél az 5 beömlőcsatorna, a 7 beömlőnyílás és a 6 torlasztófelűlet kialakítása a 3-5. ábráknak megfelelő, az 1 ház áramlási 32 terét azonban felülről a 3 síkhoz simuló, a 2 szimmetriatengely felől nézve konvex 33 íelület határolja. A 33 felület szintén az áramlási térben kialakuló potenciálos örvény egy áramfelületét követő kialakítású.

Az 1 ház 2 szimmetriatengelye körül koncentrikus elvezető 17 cső van elrendezve, amelynek felső vége a 7 beömlőnyílás és az 5 beömlőcsatorna fölött ki van vezetve az 1 házból, alsó vége pedig az 1 ház szűkebb keresztmetszetű alsó vége tartományába nyílik, de az 1 ház alsó végén kialakított, lefelé kúposán kiszélesedő koncentrikus 21 kiömlőnyílást nem éri el, A 33 felület alsó része az elvezető 17 csőhöz simulva hengerfelületbe megy át. Az elvezető 17 cső nem ábrázolt szerkezet segítségével a 2 szimmetriatengely irányában mindkét értelemben elmozdítható, és adott határon belül tetszőleges helyzetben rögzíthető.

Az 1 ház belső 31 felületéhez kb. a felső 1/3 után körkörös lehámozó 13 nyílás csatlakozik, amelyet 11, 12 felületek határolnak. A 11, 12 felületek ugyancsak áramfelületek. A lehámozó 13 nyíláshoz csatlakozik a 6-7. ábrák kapcsán már ismertetett spirális vezetésű, folytonosan bővülő keresztmetszetű elvezető 9 csatorna. A jelen példa esetében a 9 metszet is lehetséges.

A lehámozó 13 nyílás után az 1 ház belső oldala 14 felületben folytatódik, amely szin£1 tén áramfelület, de a 31 felület képzeletbeli folytatásán belül (a 2 szimmetriatengelyhez közelebb) helyezkedik el.

A lehámozó 13 nyíláshoz csatlakozó elvezető 9 csatornát energetikailag és áramlástechnikailag illesztjük az áramlási 32 térhez (örvénytérhez).

Az energetikai illesztés azt jelenti, hogy az áramló közeg kinetikus és potenciális energiája és ezek összege az örvénytér és a lehámozó nyílás csatlakozási helyének mindkét oldalán azonos. Az áramlástani illesztés azt jelenti, hogy a csatlakozásnál az áramlás eredő sebességének abszolutértéke, valamint a domináns keringtető sebesség nagysága és irányra nézve is mindkét oldalon azonos.

Az elvezető 17 cső alsó vége és a 21 kiömlőnyílás között visszatérítő 16 elem van elrendezve, amelynek az 1 ház 14 felületéhez illeszkedő (a 8. ábra szerinti helyzetben azzal párhuzamos) 15 felülete van, amely a 2 szimmetriatengely felé visszaíorduló szakaszon át a 16 elemet hordozó, a 17 cső belsejében koncentrikusan elrendezett 34 rúd hengerfelületébe átmenőén van kialakítva. A 16 elem 21 kiömlőnyílás felőli (alsó) oldala koncentrikus kúpos 22 mélyedéssel van ellátva.

A 16 elem legalsó helyzetében (11) az 1 ház alsó végéhez belülről illeszkedve teljesen lezárja a 21 kiömlőnyílást, legfelső helyzetében (I) pedig az elvezető 17 cső alsó végéhez illeszkedve ez utóbbit zárja le. A 34 rúdhoz annak tengelyirányú mozgását lehetővé tevő (nem ábrázolt) szerkezet van kapcsolva.

A 8. ábra szerinti berendezés a következőképpen működik;

A többfázisú közeget az 5 beömlőcsatornén és a 7 beömlőnyíláson át oly módon vezetjük be, hogy a kerület mentén az időegység alatt mindenütt azonos mennyiség lép be. A 6 torlasztófelület meggátolja, hogy a hórdozófázis előbb lépjen be az áramlási 32 térbe mint a sűrűbb fázis.

A 32 térben a közeg gyakorlatilag energiaveszteség nélkül egyre gyorsuló örvénylő mozgásba jön a 31, 33 felületek között, miközben a sűrűbb fázis a 31 felülethez, a ritkább fázis a 3 felülethez torlódik.

A lehámozó 13 nyílásnál az áramfelületeket követő 31, 14 felületek közötti részáram (sűrűbb fázis) leválasztása gyakorlatilag szintén energiaveszteség nélkül történik, mivel az elkülönített rész és a 32 térben maradó rész is áramíelületek között áramlik tovább, és az elvezető 9 csatorna a csatlakozási helyen a fentiek szerint illesztve van a 32 térhez.

Természetesen nincs akadálya annak, hogy egymás alatt több lehámozó 13 nyílást és elvezető 9 csatornát alkalmazzunk, amelyek mindig egy-egy belső áramielület mentén vé geznek leválasztást. így tetszőleges számú frakcióra bonthatjuk a szétválasztandó közeget.

Az 1 ház alsó részében a közeg még megmaradó sűrüb fázisát a 14, 15 felületek között 5

-5193792 vezetjük a 21 kiömlőnyíláshoz. A ritkább (hordozó) fázist viszont a 16 elem segítségével visszafordítjuk, és a 17 csövön át a 20 nyíl irányában vezetjük el.

A sűrűbb és ritkább fázis részarányát a visszatérítő 16 elem 18 nyíllal jelölt emelésével, illetve süllyesztésével szabályozhatjuk. A szabályozás intervallumát a 17 cső 19 nyíllal jelölt emelésével, illetve süllyesztésével tágíthatjuk, illetve szűkíthetjük.

Igen kedvező a szétválasztás minősége szempontjából, hogy a 7 beömlőnyílástól a 21 kiömlőnyílás felé haladva egyre finomabb szemcsék torlódnak a 17 cső közelében. Minél finomabbak azonban a szemcsék, annál kisebb a süllyedési sebességük. Ugyanakkor viszont egyre kisebb utat is kell megtenniük a 14 felület eléréséhez, és egyre nagyobb centrifugális erőtérben is kerülnek. Ez a többlethatás természetesen akkor is érvényesül, ha azonos halmazállapotú fázisokat (pl. víz-olaj elegyet) kívánunk szétválasztani.

A 16 elem alsó oldalán kiképzett 22 mélyedés a sűrűbb fázis elvezetésekor kialakuló 23 légörvénycső stabilizálását szolgálja.

A 8. ábra szerinti berendezésnél csak az 5 beömlőcsatornát, a 31 felületet, a 11, 12 felületeket és az elvezető 9 csatornát kell kopásálló bevonattal ellátni. A 6-7. ábrák szerinti berendezésnél viszont csak az 5 beömlőcsatornát, az átvezető 8 csatornát és az elvezető 9 csatornát kell kopásálló anyaggal bélelni.

A 9. ábra szerinti berendezés annyiban tér el a 8. ábra szerintitől, hogy a 16 elem legfelső helyzetének (I) megfelelő szinten a 14 felület sugárirányban ki van tágítva, hogy a 16 elem 15 felületével a hordozó fázist nagyobb tisztassággal tudjuk elválasztani.

A 10. ábra szerinti megoldásnál a 16 elem legfelső helyzetének (I) megfelelő színt alatt egészen a 21 kiömlőnyílásig kitágított (öblös), a szimmetriatengely felől nézve konkáv 24 felületet alkalmazunk, ugyancsak nagyobb tisztaságú hordozó fázis elvétele céljából.

A 11. ábra szerinti megoldásnál a 21 kiömlőnyílást oldalsó körkörös lehámozó 26 nyílás képezi, amely a 8. ábrával kapcsolatban ismertetett lehámozó 13 nyíláshoz hasonlóan van kialakítva, és az ottani elvezető 9 csatornához hasonló, de téglalap keresztmetszetű elvezető 27 csatornával van ellátva.

Az 1 ház alsó vége a 8-10. ábrákkal kapcsolatban ismertetett visszatérítő 16 elemekhez hasonlóan van kialakítva (azzal az eltéréssel, hogy tengelyirányú helyzete természetesen nem változtatható), és belső 15 felülete a közölt módon vezeti a 17 cső belsejébe a hordozó fázist. Ebben az esetben a 17 cső belsejében nincs 34 rúd, így annak helyét is 25 légörvénycső foglalhatja el. A szabályozás itt egyrészt a 17 cső emelésével, illetve süllyesztésével, másrészt a 27 csatorna fojtásának változtatásával valósítható meg.

A 12, ábra szerinti megoldásnál nincs elvezető 17 cső (a 32 teret csak felülről határolja 6 szerkezetileg kialakított áramfelület, nevezetesen az 5. ábra szerinti 3 sík). Ekkor az áramlás a lehető legkisebb belső sugárig terjed, amelyen belül 25 légörvénycső alakul ki. A lehámozó 26 nyílás és az elvezető 27 csatorna ugyanolyan mint a 11. ábránál, a 21 kiömlőnyílás viszont a 8-10. ábrák szerintihez hasonló. A hordozó fázis itt a 21 kiömlőnyíláson át távozik.

A 13. ábra szerinti megoldás abban különbözik a 12. ábra szerintitől, hogy a 15 felülethez is lehámozó 28 nyílás csatlakozik (ez a 8. ábra lehámozó 13 nyílásához hasonló, azzal az eltéréssel, hogy 12 felülete a szimmetriatengelyig ér, és ott a 25 légörvénycső talppontját képezi). A 28 nyílás alkotja a kiömlőnyílást. Elvezető 29 csatornája hasonló a 8. ábra szerinti 9 csatornához. Ennél a megoldásnál a hordozó fázis a 29 csatornán át távozik, amelyben potenciális energiája a kinetikus energia rovására megnő, tehát kedvező feltételekkel szállítható tovább.

Végül a 14. ábra arra mutat példát, hogy minden egyes részáram, tehát nemcsak a 13, 26 nyílások (és a nem ábrázolt esetleges további közbenső nyílások) által leválasztott fázisok, hanem a hordozó fázis is, elvehető egy-egy hasonló elvezető 9, 27, 29 stb. csatorna segítségével.

A 14. ábra szerinti megoldásnál a 25 légörvénycső a 32 teret felülről határoló 3 sík közepén kialakított 30 furaton át biztosított kommunikáció folytán a külső környezet nyomásán van.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás többfázisú, áramoltatható közegek egyes fázisainak szétválasztására, amelynek során a közeget centrifugális erőtérben növekvő sebességű, csavarvonal menti áramlásra kényszerítjük, és az egyes fázisokat a centrifugális erőtér tengelyétől számított távolságuk szerint különítjük el egymástól, azzal jellemezve, hogy a közeget potenciálos örvénylésre kényszerítjük, és az egyes fázisokat az örvénytér áramfelületei által határolt lehámozó csatornák segítségével különítjük el egymástól.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lehámozó csatornákat energetikailag és áramlástechnikailag illesztjük az örvénytérhez.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a többfázisú közeget az örvénytérhez sugárirányban kívülről csatlakozó, azzal koaxiális körkörös beömlőcsatornán át, hegyesszög alatt, tengenciálisan léptetjük be.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hordozó fázist az örvénytér tengelye mentén kialakuló áramcsőben visszafordulásra kényszerítve vezetjük el.
5. Berendezés., többfázisú, áramoltatható közegek egyes fázisainak szétválasztására,

-6193792 amelynek beömlőnyílással és kiömlőnyílással rendelkező, szűkülő keresztmetszetű, forgástest alakú áramlási teret határoló háza van, azzal jellemezve, hogy a háznak (I) az áramlási terét (32) határoló felülete (31) potenciálos örvény áramfelületét követő kialakítású.
6. Az 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az áramlási tér (32) nagyobb keresztmetszetű végéhez körkörös beömlőnyílás (7) mentén csatlakozó spirális vezetésű, lineárisan csökkenő keresztmetszetű beömlőcsatornája (5) van.
7. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy téglalap keresztmetszetű beömlőcsatornája (5) van, amelynek sugárirányú mérete állandó, és amelynek alkotói párhuzamosak a ház (1) tengelyével.
8. A 6. vagy 7, igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a beömlőnyílásnak (7) a ház (1) áramlási terét (32) határoló felületéhez (31) csatlakozó belső felülete (35) van.
9. A 6. vagy 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a beömlőcsatornához (5) a beömlőnyíláson (7) kívül körkörös elvezető nyílás (8) és ezen át bővülő keresztmetszetű, spirális elvezető csatorna (9) van csatlakoztatva.
10. A 6-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a beömlőcsatornának (5) a beömlőnyílást (7) belülről szűkítő, a ház (1) tengelyével koncentrikus, körgyűrű alakú torlasztófelülete (6) van.
11. Az 5-10. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a ház (1) áramlási teret határoló felülete (31) a beömlőnyílás (7) és a kiömlőnyílás (21) között legalább két, különböző áramfelületet követő felületszakaszból (31, 14) van kialakítva.
12. Az 5-11. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a ház (1) áramlási terét (32) határoló felületén (31) a beömlőnyílás (7) és a kiömlőnyílás (21) között legalább egy körkörös lehámozó nyí12 lás (13) van kialakítva, amelyhez a növekvő keresztmetszetű, spirális elvezető csatorna (9) van csatlakoztatva.
13. Az 5-12. igénypontok bármelyike sze5 rinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a ház

J) tengelyében elvezető cső (17) van koncentrikusan elrendezve, amelynek a ház (1) kiömlőnyílása (21) felőli vége a ház (1) belső terébe torkollik, másik vége pedig a beöm10 lőnyílás (7) fölött ki van vezetve a házból (1).
14. A 13. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az elvezető cső (17) tengelyirányú mozgatására alkalmas szerkezete van.
15 15. A 13. vagy 14. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az elvezető cső (17) kiömlőnyílás (21) felőli vége és a kiömlőnyílás (21) között visszatérítő elem (16) van elrendezve, amelynek a ház (1) felületé20 hez (31) illeszkedő és az elvezető cső (17) belsejébe visszavezetett koaxiális felületbe átmenő áramfelülete van.
16. A 15. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a visszatérítő elem

25 (16) az elvezető cső (17) belsejében elrendezett működtető rúdhoz (34) van erősítve, amely tengelyirányú mozgatásra alkalmas szerkezettel van összekapcsolva.
17. A 15. vagy 16. igénypont szerinti beren30 dezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a visszatérítő elem (16) kiömlőnyílás (21) felőli oldala kúpos mélyedéssel (22) van ellátva.
18. Az 5-17. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a ház (1)

35 áramlási terét (32) határoló felületének (14) kiömlőnyílás (21) felőli szakasza a ház (1) tengelye felől nézve konkav kialakítású.
19. Az 5-18. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a ház

40 (1) kiömlőnyílás (21) felőli vége visszatérítőelemként (16) van kiképezve, és a kiömlőnyílás (21) a ház (1) áramlási terét (32) határoló felületéhez (14) sugárirányban csatlakozó körkörös elvezető nyílásként (26) van kialakítva.