KR20190015921A - 가변 수력 디스크 분리장치 - Google Patents

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Abstract

유체 유입부를 통해 유입된 유체는 유체유입 임펠러에 의해 회전축 쪽으로 모아진 후, 유체가속 임펠러에 의해 회전 로터와 같은 각속도로 가속된 후 유체 분리 챔버 내부로 유입되어 고정된 챔버 벽면과 회전 로터 간에 형성되는 테일러-큐트 흐름 (Taylor-Couette Flow)의 난류가 최소화 되며, 직경이 작은 디스크와 큰 직경 디스크 등 두 디스크를 조를 이루어 연속 배치하여 큰 직경의 디스크에 접하는 난류의 영향을 완충하여, 작은 직경의 디스크와 유체가 함께 강체 회전(Rigid Body Rotation)이 유지되게 하면, 원심력 하에서 밀도가 적은 경 유체는 콘형 디스크 윗면을 따라 회전축 쪽으로 흐른 후 회전축에 형성된 경유체 흐름로를 따라 경유체 배출부를 통해 배출되며, 상대적으로 밀도가 큰 중유체는 챔버 베이스의 중유체 배출부를 통해 배출되며, 유체보다 밀도가 큰 고형물은 디스크 밑면을 따라 아래 쪽으로 흐른 후, 고정 챔버 내면을 따라 흘러 내려 고형물 배출 챔버의 하단에 접선 방향으로 부착된 고형물 배출부를 통해 연속으로 기기에서 배출되는 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.

Description

가변 수력 디스크 분리장치 {Controlled Hydrodynamic Disk Separator}
원심 침전을 기조로 하는 고형물-액체, 액체-액체 분리기는 고형물과 액체 또는 액체와 액체 간의 밀도 차이에 의존한다. 원심분리기 내에서 밀도가 큰 고형물 입자는 원심력을 받게 되면 방사상 바깥쪽으로 이동하며 가벼운 액체는 회전 중심축 쪽으로 이동한다.
디스크원심분리기는 정화 및 분리 용도에 주로 사용되며 수직으로 설치된다. 디스크는 원추형 콘 형상으로 강하고 단단하다. 용도에 따라 보통 50~150개의 디스크가 적용된다. 원심력으로 부유 입자를 디스크 아래 면에 침적되게 하기 위해 디스크 간격은 좁다. 일반적으로 디스크 사이의 간격은 0.4~3mm이다. 시료는 유입구를 경유하여 기기로 유입되고 방사상 날개로 접선 방향으로 가속된 후 간격이 적은 콘형 디스크와 함께 강체 회전(Rigid Body Rotation) 을 보인다. 원심력하에서 밀도가 큰 고형물 입자는 디스크 밑면을 따라 콘형 디스크 아래쪽으로 흐르며 가벼운 유체는 콘형 디스크 위쪽으로 떠오른다. 디스크원심분리기는 액-액 분리 용도로도 사용된다. 이 경우 무거운 액체상은 큰 반경의 배출구로, 가벼운 액체상은 작은 반경의 배출구로 배출된다.
고형물은 수동식, 연속식 또는 간헐식으로 기기에서 배출된다. 수동식은 소형 용량의 용도로 주로 사용되며, 원심분리기 정지 후 고형물을 수동으로 배출한다.
연속식은 부피 대비 20% 정도까지의, 흐름성이 좋은 고농도 시료를 고형물-액체로 분리한 후 고형물을 회전 보올의 외주면에 배치된 노즐을 통해 연속적으로 배출한다. 이 방식은 노즐의 막힘과 마모를 방지하기 위한 설계 및 재질이 요구된다.
간헐식은 자체 세정 분리기로서 부피 대비 10%까지의 농도 시료를 고형물-액체로 분리한 후 분리된 고형물을 보올 내부의 수집 공간에 보관하고 있다가 주기적으로 자동 배출한다. 이때에도, 시료는 멈추지 않고 계속 주입된다.
디스크 원심분리기는 보올과 디스크 및 채워진 시료가 함께 강체 회전(Rigid Body Rotation) 하여 고형물을 분리하고, 동 고형물을 배출하는 공정이 요구된다. 연속식의 경우 노즐의 막힘과 마모를 방지하기 위한 특별한 고려가 필요하다. 간헐식의 경우 고형물을 배출할 때 미분리 시료 등이 함께 배출되어 고형물의 농도를 희석시키며(예; 선박용 벙커유 정제기에서 배출된 고형물에 함유된 수분 농도가 30~50%에 달함), 시료의 농도가 높을 경우 고형물 수집 공간이 한정되어 있어 빈번하게 고형물을 배출해야 한다.
미국 특허 제5160633(1992.11.3)은 고정된 챔버 내부에 타공된 회전 가능한 실린더를 장착하여 고형물을 분리한다. 고정된 챔버와 실린더 간의 분리공간으로 고형물이 함유된 액체가 유입되면 회전하는 실린더 외면에 균등하게 타공된 구멍을 통해 액체는 실린더 내부를 지나 액체 배출구로 배출되며, 분리된 고형물은 분리 공간 하단의 고형물 배출구를 통해 배출되므로, 특별한 고려 없이도 고형물-액체 분리 및 고형물 배출을 연속적으로 실행한다.
동일한 축을 중심으로 바깥쪽에서 반대방향 또는 정지된(회전속도: 0 rpm) 관 형상의 회전체와 안쪽에서 순방향으로 회전하는 실린더 형상의 회전체 사이의 공간에 유체가 유입되면 두 회전체 간의 속도에 상응하여 난류가 발생 되는 현상은 테일러-큐트 흐름(Tayor-Couette Flow)으로 정의된다. 바깥쪽의 회전체 속도가 0 rpm 인 경우 그 회전체는 정지 상태이며, 동 바깥쪽 회전체의 내 측면을 접한 유체는 자유 흐름 (Free Flow)을 보이고 내 측면에서의 접선 속도는 0에 가까우며, 순방향으로 회전하는 실린더에 접한 유체의 접선 속도는 실린더의 접선 속도에 영향을 받는다. 따라서, 두 회전체 사이에서 흐르는 유체의 접선 속도는 회전축에서의 위치에 연관하여 실린더의 접선속도에서 점차 감소하여 0이 된다.
실린더 내부에 채워진 유체는 실린더와 함께 강체 회전(Rigid Body Rotation)을 보이고, 유체에 함유된 미세 고형물은 원심력의 영향으로 유체 보다 밀도가 큰 입자는 회전 축에서 멀어져 회전체 외주면 쪽으로 이동하며, 유체는 회전 축 쪽으로 이동한다.
본 특허는 안쪽의 실린더를, 0.4~3mm 동일한 간격으로 쌓아 올린 원추형 디스크로 대체하여 정지된 바깥 챔버 내에서 회전하는 디스크로 구성된 가변 수력 디스크 분리 장치로서, 원심력하에서 유체보다 비중이 큰 고형물은 디스크 밑면을 따라 콘형 디스크 아래쪽으로 흐르며 가벼운 유체는 콘형 디스크 위쪽으로 떠오른 후 회전 축 가까이 형성된 유로를 따라 배출되며, 고형물은 챔버 내면을 따라 흘러내린 후 챔버 하단에 위치한 고형물 배출부를 통해 연속으로 기기에서 배출된다. 가변 수력 디스크 분리기는 액-액 분리 용도로 사용된다. 이 경우 무거운 액체상은 큰 반경의 배출구로, 가벼운 액체상은 작은 반경의 배출 구로 배출된다.
가변 수력 디스크 분리기의 디스크는 원추형 콘 형상으로 강하고 단단하다. 용도에 따라 보통 50~160개의 디스크가 적용된다. 원심력으로 부유 입자를 디스크 아래 면에 침적되게 하기 위해 디스크 간격은 좁다. 디스크 사이의 간격은 일반적으로 0.4~3mm이다. 동 간격은 채널의 막힘을 방지할 만큼 충분해야 한다. 침전을 위한 원심력은 유체와 고형물 간의 밀도 차이, 중력 가속도 및 콘 형상의 디스크 경사각에 따라 결정된다. 디스크분리기의 다른 장점은 디스크의 숫자와 경사면만큼 침전 분리 면적을 크게 넓힐 수 [확장 분리 면적: (N-1) * A * Sin θ, N: 디스크 수, A: 디스크 단위 면적, θ: 콘의 경사각] 있는 점이다. 디스크에 요구되는 다른 사항은 원심력에 의해 모아진 침전물이 경사면을 따라 연속적으로 제거되어야 하는 것이다. 이러한 고려에 따라 수평면과 콘형 디스크가 형성하는 경사각에 의해 침전물에 G * Cos θ(G: 중력가속도, θ: 콘의 경사각)의 힘이 작용하여 노즐 또는 별도의 장치 없이 고정된 챔버 내 측면을 따라 챔버 하단에 위치한 고형물 배출구를 통해 배출된다.
기존의 디스크원심분리기는 보울 내부에 콘 형상의 디스크를 배치하여 유체가 디스크와 함께 강체 회전(Rigid Body Flow)함에 따라 유체에 함유된 고형물을 분리한 후, 수동식, 노즐 연속식 또는 간헐식 배출 방법으로 배출함으로써,
- 노즐 연속식의 경우 노즐의 마모와 노즐 직경의 한계
- 간헐식의 경우 별도의 배출 장치가 부가되며, 고형물을 배출할 때 미분리 시료 등이 함께 배출되어 고형물의 농도를 희석시키며(예; 선박용 벙커유 정제기에서 배출된 고형물에 함유된 수분 농도가 30~50%에 달함), 시료의 농도가 높을 경우 고형물 수집 공간이 한정되어 있어 빈번하게 고형물을 배출해야 한다.
본 출원에서는 고정된 챔버 내에 콘 형상의 디스크를 배치한 후 유체와 함께 고속 회전시켜 유체에 함유된 고형물-유체 또는 유체-유체를 밀도 차이에 따라 분리하며, 동시에 분리된 고형물을 연속으로 배출하는 가변 수력 디스크 분리 장치를 제공코자 한다.
고정된 챔버 내에 콘 형상의 디스크를 배치한 후 유체와 함께 고속 회전시켜, 유체에 함유된 고형물-유체 또는 유체-유체를 밀도 차이에 따라 분리하며, 정지된 챔버와 회전하는 디스크 사이의 공간에서 흐르는 유체가 형성하는 테일러-큐트 흐름(Tayor-Couette Flow)에 따른 난류의 영향을 최소화하고, 분리된 고형물을 연속으로 배출하기 위하여,
1. 시료 유입 챔버 내부에 유체유입 임펠러를 배치하여 유체를 회전축 쪽으로 모은 후 유체가속 임펠러를 통해 회전하는 디스크와 같은 각속도로 유체를 가속시킨 후, 분리 챔버로 유입시켜 챔버와 디스크 간에 발생하는 테일러- 큐트 흐름(Taylor- Couette Flow)의 난류의 영향을 최소화 하며,
2. 분리 챔버 내부에 콘 형상의 디스크를 큰 직경 및 작은 직경으로 조를 이루어 25~80조를 연속 배치하여, 큰 직경의 디스크에 접하는 자유 흐름(Free Flow) 유체가 형성하는 난류의 영향을 완충하여, 작은 직경의 디스크와 시료가 함께 강체 회전(Rigid Body Rotation)이 유지되게 한다.
3. 분리된 시료는 노즐 또는 별도의 부가장치 없이 챔버의 내 측면을 따라 챔버 하단에 위치한 고형물 배출구를 통해 연속으로 배출되게 한다.
고정된 챔버 내에 콘 형상의 디스크를 배치한 후 유체와 함께 고속 회전시켜, 유체에 함유된 고형물-유체 또는 유체-유체를 밀도 차이에 따라 분리된 고형물의 배출이 노즐 또는 별도의 부가장치 없이 챔버의 내 측면을 따라 챔버 하단에 위치한 고형물 배출구를 통해 연속으로 배출되게 함으로써, 기기의 구조가 간결해지고 제작 및 유지관리비가 절감된다. 예를 들면, 기존의 선박용 벙커유 정제기에서 배출된 고형물에 함유된 수분 농도가 30~50%에 달하지만, 본 발명의 기기는 고형물을 포함하는 폐액이 10% 이하임으로 폐액의 총량을 기존 기기의 1/3 이하로 줄일 수 있어 선박에서의 폐액 적재공간을 줄일 수 있고 이에 연관된 유지관리비 또한 절감시킬 수 있다.
도1. CHDS 구성 및 유체 흐름도
도2. 로터 단면도
도3. CHDS 디스크 및 회전축 배치도
도4. 유체 유입 임펠러 및 유체 가속 임펠러 (부분 절단면)
도5. 쓰러스트 베어링 구성도 (부분 절단면)
도6. 콘 형상 디스크 사시도
본 발명은 고정된 챔버 내에 콘 형상의 디스크를 배치한 후 유체와 함께 고속 회전시켜 유체에 함유된 고형물-유체 또는 유체-유체를 밀도 차이에 따라 분리하며, 동시에 분리된 고형물을 연속으로 배출하는 장치에 관한 것이다.
도1에 도시한 바와 같이, 가변 수력 디스크 분리 장치는 유체 유입부(1), 고정 챔버, 회전 로터, 경 유체 배출부(2), 중유체 배출부(3) 및 분리된 고형물 배출부(4)와 이에 따른 부속품으로 구성된다.
고정 챔버는 접선 방향으로 고정된 유체 유입부(1)를 갖추고 중공부 형상인 유체 유입챔버(8), 중공부 형상인 고형물 분리 챔버(7), 접선 방향으로 고정된 고형물 배출부(4)를 갖추고 중공부 형상인 고형물 배출 챔버(6)로 구성되며, 각 챔버의 플랜지를 맞대어 볼트 및 너트로 고정된다. 동 챔버의 상부인 유체 유입챔버(8)는 상부 베어링 베이스(9)와 접하며 각 플랜지를 맞대어 볼트 및 너트로 고정되고, 동 챔버의 하부인 고형물 배출 챔버(6)는 중유체 배출부를 갖춘 챔버 베이스(5) 접하며 각 플랜지를 맞대어 볼트 및 너트로 고정된다.
도1 및 도2에 도시한 바와 같이, 고정 챔버 내부의 중공부에 배치되는 회전 로터는 디스크와 접하는 부분에 경유체 흐름 홈을 가진 강철 또는 스테인레스 강 재질의 회전 샤프트(12), 유체유입 임펠러(13), 동심 축으로 유체유입 임펠러(13) 하부에 연결되는 유체가속 임펠러(14), 디스크 지지대(15), 콘 형상의 디스크를 작은 직경 디스크(16) 및 큰 직경 디스크(17)로 조를 이루어 25~80조를(디스크 개수: 50~160개) 연속 배치한 디스크 군, 디스크 하부 지지대 (28) 및 중유체 분리판(18)으로 구성된다.
유체유입 임펠러(13) 및 유체가속 임펠러(14)는 회전 샤프트(12)와 일체를 이루고 있는 고정판에 끼운 후 로크 너트(26)에 의해 회전 샤프트 (12)에서 이탈하지 않도록 고정되며, 디스크 지지대(15)와 디스크 하부 지지대(28) 사이에 순차로 배열되는 작은 직경 디스크(16) 및 큰 직경 디스크(17)의 각 디스크 고정홈(29)을 정렬시키고 고정봉(30) 6개를 디스크 고정홈(29)에 각각 관통시킨 후 디스크 고정 너트(31)로 고정되고, 디스크 지지대(15)는 유체가속 임펠러(14)의 하부 판 및 회전 샤프트(12)와 일체를 이루고 있는 고정판과 함께 볼트로 고정되며, 중유체 분리판(18)은 회전 샤프트(12)의 고정턱 단에 끼운 후 볼트로 고정되는 회전 로터는, 상부 베어링 베이스(9)에 위치한 쓰러스트 베어링(11) 및 금속 베어링(25) 과 하부 베어링 베이스(20)에 위치한 베어링03(24) 및 하부 베어링 베이스 커버(22)에 위치한 베어링02(23)으로 지지되며 회전 샤프트(12) 하단의 풀리(21) 에 연계된 도시 외 모터에 의해 고속으로 회전 할 수 있다.
상부 베어링 베이스(9)는 회전 로터의 중량을 부담하고 회전을 용이하게 하는 쓰러스트 베어링(11), 챔버 내의 유체가 누설되지 않도록 기술적으로 이해되는 씰, 금속 베어링(25) 및 상부 베어링 베이스 덮게(10)를 갖추고 있다.
중유체 배출부(3)를 포함한 챔버 베이스(5)는 챔버 내의 유체가 누설되지 않도록 기술적으로 이해되는 메커니컬 씰(19)과 베어링03(24)을 포함한 하부 베어링 베이스(20) 및 베어링02(23)을 포함한 하부 베어링 베이스 커버(22)를 갖추고 있다.
본 발명에 대해 상세히 설명하면,
유체유입 챔버(8)에 접선 방향으로 고정된 유체 유입부(1)을 통해 유입된 유체는 유체유입 임펠러(13)에 의해 회전축 쪽으로 모아진 후 유체가속 임펠러 (14)에 의해 회전 로터와 같은 각속도로 가속된 후 고형물 분리 챔버(7) 내부로 유입되어 고정 챔버 벽면과 회전 로터 간에 형성되는 테일러-큐트 흐름(Taylor-Couette Flow)의 난류가 최소화된다.
유체 처리량에 따라 결정되는, 분리 챔버 내부와 큰 직경 디스크(17) 간의 간격 L 만큼 큰 직경 디스크(17) 보다 직경이 작은 직경 디스크(16)와 큰 직경 디스크(17) 등 콘 형상의 두 개의 디스크를 조를 이루어 25~80 조를(디스크 개수: 50~160개) 연속 배치하여, 큰 직경의 디스크에 접하는 난류의 영향을 완충하여, 작은 직경의 디스크와 시료가 함께 강체 회전(Rigid Body Rotation)이 유지되게 한다.
원심력 하에서 밀도가 적은 경 유체는 콘형 디스크 윗면을 따라 회전 축 쪽으로 흐른 후 회전 샤프트(12)에 형성된 경유체 흐름홈을 따라 경유체 배출 구멍(2-1) 을 지나 경유체 배출부(2)를 통해 배출되며, 상대적으로 밀도가 큰 중유체는 디스크의 중유체 흐름홈(16-1)및 (17-1)과 중유체 분리판(18)의 중유체 유입구(18-1) 및 챔버 베이스(5)의 중유체 배출 구멍(3-1)을 지나 중유체 배출부(3)를 통해 배출되며, 유체보다 밀도가 큰 고형물은 디스크 밑면을 따라 아래 쪽으로 흐른 후, 고정 챔버 내면을 따라 흘러 내려 고형물 배출 챔버(6)의 하단에 접선 방향으로 부착된 고형물 배출부(4)를 통해 연속으로 기기에서 배출된다. 도6에 도시한 중유체 흐름 구멍(16-1) 및 (17-1)은 회전 로터의 고속 회전으로 경유체와 중유체의 밀도 차이에 의해 회전축을 중심으로 형성되는 경계면 바깥 쪽에 위치시켜 경유체가 중유체와 함께 배출되지 않는다.
도1 및 도6에 도시한 바와 같이, 작은 직경의 디스크(16) 및 큰 직경의 디스크(17)에는 각각 디스크 사이의 간격을 띠우게 하는 폭 6mm, 높이 0.4~3mm, 길이 60mm 의 리브 6개, 중 유체 흐름 홈(16-1)및 (17-1) 각 10개, 디스크 고정홈(29) 6개가 등 간격으로 배치된다. 콘 형상의 경사각 θ 는 30~40° 이다.
디스크들이 형성하는 침전 분리 면적은 (N-1) * A * Sin θ (N: 디스크 수, A: 디스크 단위 면적, θ: 콘의 경사각) 이며, 원심력에 의해 모아진 침전물에 G * Cos θ(G: 중력가속도, θ: 콘의 경사각)의 힘이 작용하여 침전물은 디스크 하부 경사면을 따라 흘러내린 후 노즐 또는 별도의 장치 없이 고정된 챔버 내 측면을 따라 챔버 하단에 위치한 고형물 배출부(6)를 통해 배출된다.
도4에 도시한 바와 같이 유체유입 임펠러(13)는 회전 로터의 회전 방향과 같은 방향의 깃을 갖추어 유체를 회전축 모아주며, 유체가속 임펠러(14)는 회전 로터의 회전 방향과 역 방향인 깃을 갖추어 유체를 회전 로터와 같은 각속도로 가속시켜 고형물 분리 챔버로 유입시킨다.
기존의 상용 쓰러스트 베어링은 중량 부하에는 충분한 적응력을 확보하고 있으나 회전 샤프트의 직경이 커진 경우 상응하여 쓰러스트 베어링의 내경이 커져야 하나, 이 경우 고속 회전에 접목하기 어려움으로 본 발명을 위해 별도의 쓰러스트 베어링(11)이 준비된다. 도6에 도시한 바와 같이, 쓰러스트 베어링(11)은 쓰러스트 베어링 커버(11-1), 쓰러스트 베어링 하우징(11-2), 기술적으로 이해되는 스프링(11-4)으로 상하 양 방향에서 자유 지지되는 베어링 홀더(11-3) 및 베어링01(11-5)으로 구성되어 있어, 축 방향 중량 부하에는 기술적으로 이해되는 스프링(13-4)에 의해 적응력을 확보하고, 방사상 부하에는 베어링01(11-5)에 의해 적응력을 확보할 수 있다. 또한, 기술적으로 이해되는 스프링(11-4)에 의해 상.하 양 방향에서 자유 지지되는 베어링 홀더(11-3)의 특성으로 로터의 고속 회전에 따른 축 방향 및 방사상 방향의 진동에도 방진 효과를 가지며, 쓰러스트 베어링(11)은 로크 너트(27) 에 의해 회전 샤프트(12)에서 이탈하지 않도록 고정된다.
이상으로, 본 발명에 의한 가변 수력 디스크 분리장치에 대해 설명 하였으나, 본 발명의 권리 범위는 도면에 도시된 구조에 한정되는 것이 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 사항과 균등한 범위의 모든 기술적 사항에 미친다고 할 것이다.
1. 유체 유입부
2. 경 유체 배출부
2-1 경유체 배출 구멍
3. 중유체 배출부
3-1 중유체 배출 구멍
4. 고형물 배출부
5. 챔버 베이스
6. 고형물 배출 챔버
7. 고형물 분리 챔버
8. 유체 유입 챔버
9. 상부 베어링 베이스
10. 상부 베어링 베이스 덮게
11. 쓰러스트 베어링
11-1 쓰러스트 베어링 커버
11-2 쓰러스트 베어링 하우징
11-3 베어링 홀더
11-4 스프링
11-5 베어링 01
12. 회전 샤프트
13. 유체유입 임펠러
14. 유체가속 임펠러
15. 디스크 지지대
16. 작은 직경 디스크
16-1 중유체 흐름홈
17. 큰 직경 디스크
17-1 중유체 흐름홈
18. 중 유체 분리판
18-1 중유체 유입구
19. 메커니컬 씰
20. 하부 베어링 베이스
21. 풀리
22. 하부 베어링 베이스 커버
23. 베어링 02
24. 베어링 03
25. 금속베어링 및 씰
26. 임펠러 고정 로크 너트
27. 쓰러스트 베어링 고정 로크 너트
28. 디스크 하부 지지대
29. 디스크 고정홈
30. 디스크 고정봉
31. 디스크 고정 너트

Claims (12)

  1. 접선 방향으로 고정된 유체 유입부(1)를 갖추고 중공부를 형성한 유체 유입챔버(6), 중공부를 형성한 고형물 분리 챔버(7), 접선 방향으로 고정된 고형물 배출부(4)를 갖추고 중공부를 형성한 고형물 배출 챔버(6)로 구성되며, 각 챔버의 플랜지를 맞대어 볼트 및 너트로 고정되는 고정 챔버, 동 챔버의 상부인 유체 유입챔버(10)와 플랜지를 맞대어 볼트 및 너트로 고정되는 상부 베어링 베이스(11)와 고정 챔버의 하부인 고형물 배출 챔버(8)와 플랜지를 맞대어 볼트 및 너트로 고정되는 중유체 배출부(5)를 갖춘 챔버 베이스(5)가 형성하는 공간에 배치되는 회전 로터는, 디스크와 접하는 부분에 경유체 흐름 홈을 가진 강철 또는 스테인레스 강 재질의 회전 샤프트(12), 유체유입 임펠러(13), 동심 축으로 유체유입 임펠러 (13)하부에 연결된 유체가속 임펠러(14), 디스크 지지대(15), 콘 형상의 작은 직경 디스크(16) 및 큰 직경 디스크(17) 로 조를 이루어 25~80조를(디스크 개수: 50~160개) 연속 배치한 디스크 군, 디스크 하부 지지대(28) 및 중유체 분리판(18)으로 구성되고, 유체유입 임펠러(13) 및 유체가속 임펠러(14)는 회전 샤프트(12)와 일체를 이루고 있는 고정판에 끼운 후 로크 너트(26)에 의해 회전 샤프트(12)에서 이탈하지 않도록 고정되며, 디스크 지지대(15)와 디스크 하부 지지대(28) 사이에 순차로 배열되는 작은 직경 디스크(16) 및 큰 직경 디스크(17)의 각 디스크 고정홈(29)을 정렬시키고 고정봉(30) 6개를 디스크 고정홈(29)에 각각 관통시킨 후 고정 너트(31)로 고정되며, 디스크 지지대(15)는 유체가속 임펠러(14)의 하부 판 및 회전 샤프트(12)와 일체를 이루고 있는 고정판과 함께 볼트로 고정되며, 중유체 분리판(18)은 회전 샤프트(12)의 고정턱 단에 끼운 후 볼트로 고정되는 회전 로터는, 상부 베어링 베이스(9)에 위치한 쓰러스트 베어링(11) 및 금속 베어링(25) 과 하부 베어링 베이스(20)에 위치한 베어링03(24) 및 하부 베어링 베이스 커버(22)에 위치한 베어링02(23)으로 지지되며 회전 샤프트(12) 하단의 풀리(21) 에 연계된 도시 외 모터에 의해 고속으로 회전 할 수 있고, 유체유입 챔버(8)에 접선 방향으로 고정된 유체 유입부(1)을 통해 유입된 유체는 유체유입 임펠러(13)에 의해 회전축 쪽으로 모아진 후 유체가속 임펠러(14)에 의해 회전 로터와 같은 각속도로 가속된 후 고형물 분리 챔버(7) 내부로 유입되어 고정된 챔버 벽면과 회전 로터 간에 형성되는 테일러-큐트 흐름 (Taylor-Couette Flow)의 난류가 최소화 되며, 분리 챔버 내부와 큰 직경 디스크(17) 간의 간격 L 만큼 큰 직경 디스크(17) 보다 직경이 작은 디스크(16)와 큰 직경 디스크(17) 등 두 개의 콘 형상의 디스크를 조를 이루어 25~80 조를(디스크 개수: 50~160개) 연속 배치하여 큰 직경의 디스크(17)에 접하는 난류의 영향을 완충하여, 작은 직경의 디스크(16)와 유체가 함께 강체 회전(Rigid Body Rotation)이 유지되게 하면, 원심력 하에서 밀도가 적은 경유체는 콘형 디스크 윗면을 따라 회전 축 쪽으로 흐른 후 회전 샤프트(12)에 형성된 경유체 흐름홈을 따라 경유체 배출 구멍(2-1)을 지나 경유체 배출부(2)를 통해 배출되며, 상대적으로 밀도가 큰 중유체는 디스크의 중유체 흐름 구멍과 중유체 분리판(18)의 중유체 유입구(18-1) 및 챔버 베이스(5)의 중유체 배출 구멍(3-1)을 지나 중유체 배출부(3)를 통해 배출되며, 유체보다 밀도가 큰 고형물은 디스크 밑면을 따라 아래 쪽으로 흐른 후, 고정 챔버의 내면을 따라 흘러 내려 고형물 배출 챔버(6)의 하단에 접선 방향으로 부착된 고형물 배출부(4)를 통해 연속으로 기기에서 배출되는 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상부 베어링 베이스(9)는 회전 로터의 중량을 부담하고 회전을 용이하게 하는 쓰러스트 베어링(11), 챔버 내의 유체가 누설되지 않도록 기술적으로 이해되는 씰, 금속 베어링(25) 및 상부 베어링 베이스 덮게(10)를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    중유체 배출부(3)를 포함한 챔버 베이스(5)는 챔버 내의 유체가 누설되지 않도록 기술적으로 이해되는 메커니컬 씰(19)과 베어링03(24)을 포함한 하부 베어링 베이스(20) 및 베어링02(23)를 포함한 하부 베어링 베이스 커버(22)를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    경유체 흐름 구멍은 회전 로터의 고속 회전으로 경유체와 중유체의 밀도 차이에 의해 축을 중심으로 형성되는 경계면 바깥 쪽에 위치시켜 경유체가 중유체와 함께 배출되지 않은 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    작은 디스크(16) 직경은, 챔버 내부와 큰 직경 디스크(17) 간의 간격 L 만큼 큰 직경 디스크(17) 보다 직경이 작은 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    도1 및 도6에 도시한 바와 같이, 작은 직경의 디스크(16) 및 큰 직경의 디스크(17)에는 각각 디스크 사이의 간격을 띠우게 하는 폭 6mm, 높이 0.4~3mm, 길이 60mm 의 리브 6개, 중 유체 흐름 구멍 10개, 디스크 고정홈 6개가 등 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    디스크 콘 형상의 경사각 θ는 30~40°인 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    디스크들이 형성하는 침전 분리 면적은 (N-1) * A * Sin θ (N: 디스크 수, A: 디스크 단위 면적, θ: 콘의 경사각) 인 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    원심력에 의해 모아진 침전물에 G * Cos θ(G: 중력가속도, θ: 콘의 경사각) 의 힘이 작용하여 침전물은 디스크 하부 경사면을 따라 흘러내린 후 노즐 또는 별도의 장치 없이 고정 챔버 내 측면을 따라 챔버 하단에 위치한 고형물 배출부(4)를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    도5에 도시한 바와 같이 유체유입 임펠러(13)는 회전 로터의 회전방향과 동일한 방향의 깃을 갖추어 유체를 회전축 쪽으로 모아주며, 유체가속 임펠러(14)는 회전 로터의 회전 방향과 역 방향인 깃을 갖추어 유체를 회전 로터와 같은 각속도로 가속시켜 고형물 분리 챔버(7)로 유입시킨 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    도5에 도시한 바와 같이, 쓰러스트 베어링(11)은 쓰러스트 베어링 커버(11-1), 쓰러스트 베어링 하우징(11-2), 기술적으로 이해되는 스프링(11-4)으로 상하 양 방향에서 자유 지지되는 베어링 홀더(11-3) 및 베어링01(11-5)으로 구성 되어 있어, 축 방향 중량 부하에는 기술적으로 이해되는 스프링(11-4)에 의해 적응력을 확보하고, 방사상 부하에는 베어링01(11-5)에 의해 적응력을 확보할 수 있는 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    기술적으로 이해되는 스프링(11-4)에 의해 상.하 양 방향에서 자유 지지되는 베어링 홀더(11-3)의 특성으로 회전 로터의 고속 회전에 따른 축 방향 및 방사상 방향의 진동에도 방진 효과를 가지며, 쓰러스트 베어링(11)은 로크 너트 (27) 에 의해 회전 샤프트(12)에서 이탈하지 않도록 고정되는 것을 특징으로 하는 가변 수력 디스크 분리장치.
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CN114433365A (zh) * 2020-10-31 2022-05-06 中国石油化工股份有限公司 一种油泥砂中大粒径固体物的分离装置及分离方法

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