NL1007763C2 - Transportsysteem voor een tweefasen-stroming. - Google Patents

Description

Transportsysteem voor een tweefasen-stroming

De uitvinding heeft betrekking op het transport van een tweefasen-stroming in een transportleiding. Een dergelijke tweefasen-stroming doet zich bijvoorbeeld voor 5 bij het hydraulisch transport van baggermateriaal.

De stroming wordt gevormd door water met een korrelvormig materiaal, zoals zand, grind, keien en dergelijke. Een verder voorbeeld van een tweefasen-stroming betreft het pneumatisch transport van vaste stoffen.

Transport door middel van tweefasenstromingen wordt in de industrie 10 veelvuldig toegepast voor het op economische wijze over grotere afstanden verplaatsen van vaste stoffen. De door de stroming opgewekte weerstand is in evenwicht met het drukverschil over de leiding, welk drukverschil met behulp van een rotatiepomp of plunjerpomp kan worden opgewekt. In dat verband is de aard en grootte van de te transporteren delen van de stof van belang.

15 Relatief kleine stofdelen leiden tot een stromingsgedrag dat grote overeenkomst vertoont met dat van de homogene vloeistof. De bezinksnelheid van kleinere deeltjes is namelijk zo laag dat deze door de wervelingen in het water in zwevende toestand worden gehouden.

Ook bij grotere deeltjes, bijvoorbeeld zanddeeltjes tot 150 pm in mengsels met 20 een niet al te hoge concentratie vaste stof, blijkt de stroming nog steeds die van een homogene stroming te benaderen, terwijl de leidingweerstanden ook vrijwel overeenkomen.

Bij stroming waarin de deeltjes grotere afmetingen bezitten, is het beeld echter anders. Door de hogere valsnelheid van dergelijke deeltjes ontstaan vaker en 25 intensievere contacten met de leidingwand, waardoor meetbare snelheidsverschillen tussen de vloeistof en de deeltjes ontstaan. De wrijvingsweerstand van dergelijke deeltjes met de leidingwand is zodanig dat snelheidsverschillen tussen de vloeistof en de deeltjes ontstaan. Er vormt zich op de bodem van de leiding een bed uit bezonken deeltjes, dat langzaam voortschuift.

30 Gevolg daarvan is dat de gemiddelde snelheid van de suspensie, dat wil zeggen de vloeistof met de nog zwevende deeltjes, die over het bed stroomt, groter is dan de gemiddelde snelheid van het bed. De sneller stromende vloeistof (met zwevende deeltjes) oefent een sleurende werking uit op het onderliggende bedmateriaal. Het bed 1007768 2 kan daarbij voorgesteld worden in gelaagde toestand, waarbij overgangszones ontstaan tussen de opeenvolgende lagen die steeds kleinere snelheden bezitten. Er is sprake van interactie tussen de vloeistofstroming en de opeenvolgende lagen.

Bij toenemende grootte van de getransporteerde deeltjes wordt het verschil in 5 snelheid tussen de vloeistofstroming enerzijds, en de lagen deeltjes in het bed anderzijds, groter. De gemiddelde snelheid van het mengsel uit vloeistof en zwevende deeltjes neemt derhalve toe bij toenemende grootte van de deeltjes. Ook dit verschijnsel heeft echter invloed op de door het mengsel uitgeoefende, sleurende werking op het bed.

10 Daarnaast beweegt het bed ook voort onder invloed van het drukverschil over de pijpleiding, opgewekt door bijvoorbeeld een pomp. Dit drukverschil, samen met de interactie tussen stroming en bed, doen het bed bewegen.

Samengevat treedt bij het hydraulisch transport van grond, zoals gebruikelijk is in de bagger- en mijnindustrie (transport van grof zand, grind, stenen en mengsels 15 hiervan; transport van delfstoffen zoals ertsen en kolen) als gevolg van het hiervoor beschreven verschijnsel van bedvorming een hogere leidingweerstand op, wat weer tot hogere benodigde transportenergie leidt.

Getracht is om deze hogere leidingweerstand te reduceren door de te transporteren deeltjes kleiner te maken (vergruizen, breken), of door polymeren toe te 20 voegen aan het mengsel. Deze beide benaderingen bezitten echter nadelen. Breken of vergruizen is niet altijd wenselijk, en vormt een extra behandeling die kostenverhogend werkt. Ook het toevoegen van polymeren is een kostbare zaak.

Doel van de uitvinding is daarom een transportsysteem voor het transport van een mengsel uit vloeistof en te transporteren vaste deeltjes te verschaffen, dat een 25 beter rendement oplevert. Dat wordt bereikt door middel van een transportsysteem voor een twee-fasen stroming, zoals water met zand, grind en dergelijke, omvattende tenminste een transportleiding met middelen voor het opwekken van een stroming, waarbij het inwendige oppervlak van de transportleiding geleidingsmiddelen draagt voor het beïnvloeden van de stroming, gekenmerkt doordat in de transportleiding een 30 rotatiepomp is opgenomen, en de geleidingsmiddelen zich direct voor de inlaat van de pomp bevinden voor het verschaffen van een pre-rotatie aan de stroming.

De geleidingsmiddelen aan het inwendig oppervlak van de transportleiding 5 bieden de mogelijkheid om plaatselijk een impulsoverdracht te bewerkstelligen van de 1007763 3 vloeistofstroming naar het bed. De ideale situatie zou dan weer een homogeen mengsel opleveren met een bepaalde gemiddelde snelheid. In werkelijkheid zal de gemiddelde snelheid van een dergelijk mengsel hoger zijn dan die van het oorspronkelijke bed en lager dan die van de oorspronkelijk stroming.

5 De voordelen van een dergelijke beïnvloeding van het transport door de transportleiding zijn velerlei. Als voorbeeld wordt genoemd de verbetering die daardoor wordt verkregen in het rendement van de rotatiepomp. De waaierbladen van een dergelijke pomp hebben een instroomhoek, die het beste past bij het ontwerpdebiet van een te verpompen homogene vloeistof. Als gevolg van lage 10 stootverliezen zijn dan de instroomverliezen het geringst en het hydraulisch rendement maximaal. Deze instroomhoek kan normaal gesproken slechts bereikt worden bij een homogene stroming. De stromingscomponenten bij een niet-homogene stroming, waarbij zowel de vloeistof als het bed afwijken van de ideale stroming behorende bij het ontwerpdebiet, bezitten echter afwijkende instroomhoeken welke 15 een lager rendement van de pomp meebrengen.

Een belangrijk verder nadeel dat uit een dergelijke afwijkende aanstroomhoek voortvloeit, betreft de grote waaierslijtage.

Een transportleiding met inwendige geleidingsmiddelen voor het beïnvloeden van de stroming is op zich bekend uit US-A-1451272. Deze geleidingsmiddelen 20 moeten verhinderen dat zich in de stroming bevindende zand of klei in de transportleiding bezinken, en daardoor het transport zouden bemoeilijken.

Een opstelling waarbij de geleidingsmiddelen zich direct vóór een rotatiepomp bevinden is hieruit echter niet bekend.

De geleidingsmiddelen bevinden zich bij voorkeur tegenover het 25 voortschuivende bed van vaste deeltjes, hetgeen meestal inhoudt in het hoogste gedeelte van de transportleiding. Dat hoeft echter niet altijd het geval te zijn. In niet-horizontale delen van de transportleiding kunnen de geleidingsmiddelen zich ook op een andere plaats dan het hoogste gedeelte bevinden. Bovendien kan het bed van minerale delen zich op vele andere posities bevinden in het geval van bochten en 30 aftakkingen in de leiding.

Het materiaal in het bed komt dan niet in aanraking met de geleidingsmiddelen, maar slechts de vloeistof- of suspensietroming. Deze vloeistofstroming krijgt derhalve door de geleidingsmiddelen een impuls in 1007763 4 rotatierichting meegedeeld. De vloeistofstroming draagt deze rotatie-impuls vervolgens over op het bed, dat daardoor een zodanige bewegingsrichting en snelheid krijgt dat de aanstroming van de waaier van een rotatiepomp op meer gelijkmatige wijze en onder een beter passende instroomhoek, met minder intensieve botsingen 5 kan geschieden.

De aldus beïnvloede beweging en snelheid van het bed leidt daardoor tot een hoger pomprendement, en tot een minder sterke en beter verdeelde waaierslijtage. Deze eigenschappen hebben ook een gunstig effect op de slijtage van het pomphuis. Een verder voordeel is dat met een juist ontworpen geleiding de cavitatiegevoeligheid 10 van de pomp ook afneemt, ondanks de door de geleiding veroorzaakte stromingsweerstand.

De geleidingsmiddelen kunnen plaatvormig zijn, en strekken zich in wezen radiaal vanaf het inwendig oppervlak uit. De geleidingsmiddelen kunnen zich radiaal uitstrekken tot op een afstand van de hartlijn van de transportleiding. Deze afstand is 15 afhankelijk van de (gemiddelde) hoeveelheid bedtransport per tijdseenheid en de mate waarin impulsoverdracht dient te geschieden om het gewenste effect te bereiken, terwijl minimalisering van het oppervlak van de geleiding gewenst is om de onvermijdelijke bijkomende drukval zo laag mogelijk te houden.

De geleidingsmiddelen kunnen tenminste één in wezen schroeflijnvormige 20 plaat vormen met een al dan niet in stromingsrichting toenemende spoedhoek. Verder kunnen de geleidingsmiddelen een in transportrichting recht, axiaal plaatgedeelte bezitten dat aansluit op een schroeflijnvormig plaatgedeelte. j Bij voorkeur zijn de geleidingsmiddelen opgenomen in een leidingstuk dat een in omtreksrichting instelbare oriëntatie heeft. De rotatiepositie van de 25 geleidingsmiddelen kan in dat geval zodanig worden ingesteld, bijvoorbeeld ten opzichte van een pomp, dat een maximaal effect verzekerd is.

Om te voorkomen dat het rotatie-effect van de ringstroming door de rechtdoorgaande kemstroming wordt gereduceerd kan de radiaal binnenste rand van de plaatvormige geleidingsmiddelen van een zich in langsrichting uitstrekkende 30 eindplaat worden voorzien. De eindplaat kan zijn gekromd overeenkomstig de kromming van de transportleiding, en zijn uitgevoerd als een concentrisch buisstuk.

Vervolgens zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeeld.

1007763 5

Figuur 1 toont een aanzicht in perspectief, gedeeltelijk in doorsnede, van een transportsysteem met een waaierpomp volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een detail van de transportleiding in doorsnede en in bovenaanzicht.

5 Figuur 3 toont een dwarsdoorsnede III-III van figuur 2.

Figuur 4 toont een tweede uitvoeringsvorm van de transportleiding in bovenaanzicht, gedeeltelijk in doorsnede.

Figuur 5 toont de doorsnede V-V van figuur 4.

Het in figuur 1 weergegeven transportsysteem volgens de uitvinding omvat een 10 in zijn geheel met 1 aangeduide transportleiding, een rotatiepomp 2, meer in het bijzonder een centrifugaalpomp, alsmede een afvoerleiding 3. De transportleiding 1 is via een flens 4 verbonden met het slakkenhuis 5 van de centrifugaalpomp 2.

Zoals in het opengewerkte gedeelte van de transportleiding 1 te zien is, is aan de inwendige wand 6 daarvan een in zijn geheel met 7 aangeduid geleidingsmiddel 15 bevestigd. Zoals ook te zien is in figuur 2 bevat dit geleidingsmiddel een geleidingsplaat 8, die uit een in axiale en radiale richting van de transportleiding 1 lopend, recht gedeelte 9 bezit, alsmede een daarop aansluitend schroeflijnvormig plaatgedeelte 8. De stroming door het transportsysteem, zoals aangeduid door de pijlen in figuur 1, treft als eerste het rechte plaatgedeelte 9, en vervolgens wordt aan 20 de stroming een rotatiebeweging meegedeeld door het schroeflijnvormige plaatgedeelte 8.

Aan de radiaal binnenste zijde van het geleidingsorgaan 8, zoals aangegeven in figuur 2 en 3, is een gekromd plaatstuk 11 gelast dat afgeschuinde voor- en achterranden 12 respectievelijk 13 bezit.

25 Het transportsysteem volgens figuur 1 wordt gebruikt voor een tweefasenstroming, dat wil zeggen een vloeistof met daarin vaste delen. Bij een dergelijke tweefasenstroming vormt zich op de bodem van de transportleiding 1 een relatief langzaam bewegend bed 14 van vaste grotere delen, waarboven vloeistof met daarin zwevende vaste kleinere delen stroomt. Deze vloeistof krijgt ter plaatse van 30 het geleidingsorgaan 8 een snelheidscomponent in rotatierichting rond de hartlijn van de transportleiding 1 meegedeeld.

De in die richting bewegende vloeistof botst op het bed 14, waardoor een impulsoverdracht plaatsvindt. Als gevolg daarvan krijgt het bed 14 een extra 1007763 6 snelheidscomponent in rotatierichting, en verplaatst/verdraait het zich ook in die richting zoals weergegeven door middel van het bedgedeelte 15 in figuur 3. Het schroeflijnvormige gedeelte 9 bezit een eindrand 21, die bij voorkeur evenwijdig is aan het verdraaide bed 15.

5 Een verder effect van de impulsoverdracht tussen vloeistof en bedmateriaal is dat een gelijkmatiger of homogener mengsel wordt verkregen. Deze beide effecten, dat wil zeggen het homogenere mengsel en de aanpassing in de bewegingsrichting van het bedmateriaal, leiden tot een gunstige aanstroming van de (niet getoonde) waaier van de rotatiepomp 2.

10 Door de transportleiding 1, of in ieder geval het aan de rotatiepomp 2 grenzende gedeelte daarvan, te verdraaien hetgeen mogelijk is door middel van flenzen 4 en 19, kan de positie van de geleidingsmiddelen 7 optimaal ten opzichte van de rotatiepomp 2 worden ingesteld. Als gevolg van de leidingloop kan het bed 14 namelijk reeds met een pre-rotatie de geleidingsmiddelen naderen.

15 Eenzelfde effect kan worden verkregen met tenminste twee op elkaar volgende en ten opzichte van elkaar een verdraaide positie innemende, danwel op één lijn gepositioneerde in figuur 4 en 5 getoonde schoepen 16. Deze schoepen 16 zijn opgenomen op een draaiplaat 17, welke op het uitwendige van de transportleiding 1 bedienbaar is door middel van nokken 18 voor het instellen van de aanstroomhoek 20 van de schoepen 16. Voordeel van de getoonde uitvoering volgens figuur 4 is de mogelijkheid dat de schoepen 16 elkaar in radiale richting overlappen en de uiteindelijke afbuighoek instelbaar is.

Ook dergelijke schoepen delen aan de vloeistofstroming een snelheidscomponent in rotatierichting mee, welke weer leidt tot impulsoverdracht op 25 het bedmateriaal 14. Tenminste een van de schoepen 16 kan uitgevoerd worden met een vast en een instelbaar vleugeldeel 22 respectievelijk 23 teneinde de grootte en richting van de afbuighoek te beïnvloeden.

Hoewel de geleidingsmiddelen volgens de uitvinding in het voorgaande zijn beschreven in combinatie met een rotatiepomp, zijn ook andere toepassingen 30 denkbaar. Een dergelijke andere toepassing betreft de plaatsing van geleidingsmiddelen vóór en nabij een bochtstuk, teneinde de slijtage aldaar te verminderen.

1007763 7

Een andere toepassing is mogelijk door de geleidingsmiddelen volgens de vinding op min of meer regelmatige afstanden in rechte transportleidingen aan te brengen, teneinde het twee-fasen transport efficiënter te laten verlopen, d.w.z. dat het transport een gemiddeld lagere leidingsweerstand oplevert, en de slijtage beter over 5 de leidingwand wordt verdeeld.

Tenslotte kunnen ook combinaties van bovengenoemde installaties worden toegepast.

1007788

Claims (11)

1. Transportsysteem voor een twee-fasen stroming, zoals water met zand, grind en dergelijke, omvattende tenminste een transportleiding (1) met middelen (2) voor 5 het opwekken van een stroming, welke transportleiding (1) aan zijn inwendige oppervlak (6) geleidingsmiddelen (7, 16) draagt voor het beïnvloeden van de stroming, met het kenmerk dat in de transportleiding (1) een rotatiepomp (2) is opgenomen, en de geleidingsmiddelen (7, 16) zich direct voor de inlaat van de pomp bevinden voor het verschaffen van een pre-rotatie aan de stroming. 10

2. Transportsysteem volgens conclusies 1, waarbij de geleidingsmiddelen (7, 16. zich bevinden in het gedeelte van de transportleiding (1) dat gelegen is tegenover een in de transportleiding gevormd bed uit vaste stof delen.

3. Transportsysteem volgens conclusie 2, waarbij de geleidingsmiddelen tenminste gedeeltelijk schuin verlopen met betrekking tot de transportleiding (1).

4. Transportsysteem volgens conclusie 3, waarbij de geleidingsmiddelen (7) plaatvormig zijn, en zich in wezen radiaal vanaf het inwendig oppervlak (1) 20 uitstrekken.

5. Transportsysteem volgens conclusie 4, waarbij de geleidingsmiddelen (7) zich radiaal uitstrekken tot op een afstand van de hartlijn van de transportleiding (1).

6. Transportsysteem volgens conclusie 4 of 5, waarbij de geleidingsmiddelen (7) een in wezen schroeflijnvormige plaat (10) omvatten. 1 2 1007763 Transportsysteem volgens conclusie 6, waarbij de schroeflijnvormige plaat een in stromingsrichting toenemende spoedhoek bezit. 30 2 Transportsysteem volgens conclusie 6 of 7, waarbij de geleidingsmiddelen (7) een in transportrichting recht, axiaal plaatgedeelte (9) bezitten dat aansluit op een schroeflijnvormig plaatgedeelte (18).

9. Transportsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de geleidingsmidelen (7) zijn opgenomen in een leidingstuk dat een in omtreksrichting instelbare oriëntatie heeft.

10. Transportsysteem volgens één der conclusies 4-8, waarbij aan de radiaal binnenste rand van de plaatvormige geleidingsmiddelen (8) een zich in langsrichting uitstrekkende verstijvingsrand of eindplaat (11) is voorzien.

11. Transportsysteem volgens conclusie 10, waarbij de eindplaat (11) is 10 gekromd overeenkomstig de kromming van de transportleiding (1).

12. Transportsysteem volgens conclusie 10 of 11, waarbij de eindplaat een ten opzichte van de transportleiding (1) concentrisch buisstuk (11) is.

13. Transportsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij meerdere geleidingsmiddelen zijn voorzien, die zich op regelmatige afstanden achter elkaar in een in hoofdzaak rechte transportleiding bevinden. 1007763