NL1018332C1 - Pomp met hulpwaaierschijfinlaatinrichting. - Google Patents

Description

Titel: Pomp met hulpwaaierschijfinlaatinrichting.

GEBIED VAN DE UITVINDING

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op centrifugaalpompen, in het bijzonder op centrifugaalpompen die worden gebruikt voor het transporteren van slurries en andere vloeistof die abrasief 5 materiaal bevatten.

ACHTERGROND

Zeer grote tonnages aan vloeistof/vaste stofmengsels, slurries genoemd, worden elk j aar verpompt. De grootste hoeveelheden worden verpompt in de baggerindustrie waarin het onophoudelijk nodig is om 10 scheepvaart in havens en rivieren te onderhouden, kustlijnen te veranderen en grond te winnen voor storting en constructiedoeleinden. Aangezien één enkele baggermolen soms wel een doorvoer van 7.000 ton slurrie per uur moet kunnen handhaven, worden zeer grote centrifugaalpompen toegepast.

Het vervaardigen van kunstmest is een ander proces dat enorme 15 slurrietransporten behelst. Fosfaat wordt in dagbouw gewonnen door zeer grote graafkranen en wordt vervolgens tot een slurrie gevormd en naar wasinstallaties verpompt via pijpleidingen met dikwijls een lengte van ongeveer 10 km. Elk jaar wordt op deze wijze zo'n 34 miljoen ton matrixmateriaal getransporteerd. De fosfaatindustrie gebruikt 20 centrifugaalpompen die in het algemeen kleiner zijn dan de pompen die in grote baggermolens worden gebruikt, maar waaierschijfdiameters tot 1.4 m zijn gebruikelijk en de aandrijfcapaciteit ligt dikwijls boven 1.000 kW. De transportafstand is dikwijls langer dan bij baggertoepassingen, waardoor vaak een serie pompstations wordt gebruikt.

25 Vele andere soorten dagbouw maken gebruik van slurrietransport, en het aantal van dergelijke toepassingen neemt toe omdat het duidelijk wordt dat voor veel toepassingen op de korte- en middellange afstand, 2 slurrietransport een grotere kosteneffectiviteit heeft dan transport per vrachtauto of transportband.

Materiaal dat gedeeltelijk bewerkt is in mijnbouw, metallurgische bewerkingen en andere industrieën, is dikwijls reeds in de vorm van een 5 slurrie, hetgeen transport via een pijpleiding vergemakkelijkt. Veel van dit transport wordt uitgevoerd met relatief kleine pijpleidingen.

Aangezien het het doel van een slurriepijpleiding is om vaste stof te transporteren, geldt dat hoe hoger de concentratie vaste stof in de pijpleiding is, des te efficiënter en minder prijzig het is per eenheid van 10 getransporteerde vaste stof om te verpompen. Hoewel het gemakkelijker is om fijn vermalen vaste stof te verpompen, is het vermalen van dergelijke vaste stof tot kleine afmetingen kostbaar, zodat dikwijls grotere delen vaste stof worden verpompt. Grotere delen vaste stof en hogere concentraties resulteren echter in hogere slijtage in de pomp en in het bijzonder tot 15 slijtage aan de waaierschijven en schoep versterkingen.

De belangrijkste erosiemechanismen die resulteren in pompslijtage zijn schuivende abrasie en deeltjesinslag. In pijpleidingen wordt de normaalspanning op de ondergrond veroorzaakt door zwaartekracht. Het ondergedompelde gewicht van de deeltjes die niet in suspensie in de 20 vloeistof zijn, moet gedragen worden door intergranulair contact. De analyse van de beweging van deze contactbelasting (bedbelasting) van vaste stof in pijpen is gedurende vele jaren ontwikkeld (Wilson e.a., 1973), waarbij sommige van de basisconcepten dateren van het werk van Bagnold (1956) op het gebied van stroming van cohesieloze deeltjes in vloeistof. Bij schuivende 25 abrasie hangt de erosiesnelheid af van de eigenschappen van de deeltjes en de slijtoppervlakken, de normaalspanning en de relatieve snelheid.

De normaalspanning wordt vergroot wanneer de stroomlijnen van de stroom gekromd zijn, zoals in een elleboogpijp. In dit geval is er een centrifugale versnelling die gelijk is aan u2/r, waarbij u de plaatselijke 30 snelheid is en r de kromtestraal van de stroomlijnen is. Deze versnelling is 3 dikwijls groter dan die van de zwaartekracht, waardoor een evenredige toename in de normaalspanning tussen de bewegende vaste stofcontactbelasting en het wandmateriaal optreedt, waardoor de snelheid van slijtage ten gevolge van schuivende abrasie toeneemt. Dergelijk 5 slijtage ge drag kan verslijting van elleboogpijpen veroorzaken en is eveneens van groot belang in pompbehuizingen en langs het oppervlak van waaierschijven, waar schuivende slijtage in de meeste gebieden pleegt te domineren.

Een tweede soort van slijtage is de deeltjesinslagmodus die 10 optreedt wanneer de individuele deeltjes het slijtende oppervlak onder een hoek treffen, ondanks het feit dat de vloeistofcomponent van de slurrie langs het oppervlak beweegt. Materiaalverwijdering vindt over tijd plaats door kleinschalige vervorming, verspanning, vermoeiingsbreuk of een combinatie hiervan en hangt derhalve af van de eigenschappen van zowel het 15 verslijtende oppervlak als de deeltjes. Taaie materialen vertonen erosie in het algemeen voornamelijk door vervorming of verspanning, waarbij het specifieke type slijtage afhangt van de hoekigheid van de eroderende deeltjes. Brosse of geharde materialen vertonen in het algemeen slijtagebreukerosie bij herhaalde inslag van deeltjes. Voor een bepaalde 20 slurrie hangt de erosiesnelheid af van eigenschappen van het slijtende oppervlak, zoals hardheid, taaiheid, onbuigzaamheid en microstructuur. De gemiddelde inslagsnelheid en de gemiddelde inslaghoek van de vaste stof zijn ook belangrijke variabelen, net als deeltjeseigenschappen zoals grootte, vorm en hardheid, en de concentratie van vaste stof aan het oppervlak.

25 De deeltjesinslag-erosie treedt op omdat de banen van de individuele deeltjes niet de stroomlijnen, van de gemiddelde stroom volgen. Dit gedrag is van belang wanneer de versnelling die wordt veroorzaakt door sterk gekromde stroomlijnen, de deeltjes naar een nabij gelegen oppervlak stuwt, zoals gebeurt bij de inlaten van de waaierschijf. Daarnaast werken 30 pompen en pijpleidingen die op water gebaseerde, bezinkende slurries • * s f · 4 transporteren vrijwel zonder uitzondering in hoogturbulente wervels. De met turbulentie geassocieerde inslag-erosie kan het best geïllustreerd worden met de toestand in het bovenste deel van een bezinkende slurriepijpleiding. Hier vindt materiaalverwijdering plaats net zoals bij 5 andere typen inslag-erosie, hoewel de inslagdragers en hoeken meer willekeurig zijn.

Verwacht wordt dat erosie door deeltjesinslag meer effectief is dan schuivende abrasie, mits een gelijk aantal deeltjes bij elk mechanisme betrokken zijn. De vereiste omstandigheden zijn van toepassing voor 10 geringe concentraties vaste stof of gevallen waarin slechts een klein deel van de vaste stof beweegt als contactbelasting. De van stroomopwaarts komende, bewegende contactbelastingdeeltjes zullen daarbij voldoende ver uiteen zijn geplaatst om snelle inkomende deeltjes het oppervlak door inslag te laten eroderen. Als gevolg kan de plaatselijke slijtsnelheid hoog zijn. Bij 15 hogere concentraties vaste stof zullen de deeltjes van de contactbelasting dicht bij elkaar zijn.

Een toename in deeltjesconcentratie resulteert ook in toegenomen slijtage. Wanneer dit gebeurt als gevolg van een variatie van concentratie of gelaagdheid, dan zal lokale slijtage optreden die een afval in prestatie kan 20 veroorzaken voordat de rest van het pompdeel de volledige levensduur heeft bereikt.

Het is voorts vrij algemeen dat lokale slijtage wordt geconstateerd aan de inlaatrand van de schoepen van een waaierschijf wanneer de afmeting van de slurriedeeltjes meer dan 100 micron is en de deeltjes nabij 25 de bodem van de inlaat van de waaierschijf zijn geconcentreerd.

Er is derhalve behoefte om, teneinde slijtage te verminderen, aan de centrifugaalpomp een meer uniform deeltjesconcentratieprofiel aan te bieden dat dichter bij nul snelheidsinslag is gelegen.

5

SAMENVATTING

De onderhavige uitvinding omvat een slurrieleiding voor aansluiting op een centrifugaalpomp voor transport van een slurriemengsel van vaste stof en vloeistof. De leiding omvat een hellend stroomopwaarts 5 deel met een verminderde doorsnede waardoor een binnen de slurrieleiding gevormde concentratiegradiënt wordt verminderd. Het hellende deel dwingt een eventueel verschuivend bed of gestrieerde slurrie opwaarts, terwijl het naar de top van de verminderde doorsnede gaat. Terwijl de slurrie de verminderde doorsnede verlaat, valt deze langzaam terug naar de bodem 10 van de pijp. Voordat de slurrie kan bezinken, gaat deze de centrifugaalpomp binnen. Bij het binnengaan van de pomp heeft de slurrie een in hoofdzaak monolitische of ongestrieerde samenstelling, hetgeen slijtage van de pomp vermindert.

In een verdere uitvoeringsvorm omvat de slurrieleiding voor 15 aansluiting op een centrifugaalpomp voor transport van een slurriemengsel van vaste stof en vloeistof een venturideel. Het venturideel heeft een verminderde doorsnede waardoor een binnen de slurrieleiding gevormde concentratiegradiënt wordt verminderd.

Voorts wordt voorzien in een werkwijze voor het verminderen van 20 de concentratie- en snelheidsgradiënt die binnen een slurrieleiding ontstaat. De werkwijze omvat de stappen van het omhoog brengen van een deel van de slurrie binnen de leiding en het afleveren van een in hoofdzaak ongestrieerde slurriestroom aan de centrifugaalpomp.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN 25 In de figuren toont: figuur 1 een doorgesneden aanzicht van een gebruikelijke centrifugaalpomp, inclusief de inlaat, schoepen en waaierschijf; figuur 2 een doorgesneden aanzicht van de leiding met een hellend stroomopwaarts deel voor het verminderen van een concentratiegradiënt; 6 figuur 3 een doorgesneden aanzicht van de leiding met een parabolisch hellend stroomopwaarts deel voor het verminderen van een concentratiegradiënt; figuur 4 een doorgesneden aanzicht van de leiding met een 5 venturideel voor het verminderen van een concentratiegradiënt; en figuur 5 een schematisch diagram dat de bepaling van de meridiane stroomlijnen illustreert.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

De onderhavige uitvinding beoogt de slijtagesnelheid aan de 10 waaierinlaat van een centrifugaalpomp te verbeteren. De uitvinding omvat een slurrieleiding die is gekoppeld aan een inlaat van een centrifugaalpomp. De leiding transporteert een slurriemengsel van vaste stof en vloeistof naar de centrifugaalpomp.

De leiding omvat voorts een hellend stroomopwaarts deel met een 15 verminderde doorsnede waardoor een binnen de slurrieleiding gevormde concentratiegradiënt wordt verminderd. Het hellende deel dwingt een eventueel verschuivend bed of gestrieerde slurrie opwaarts terwijl het naar de top van de verminderde doorsnede gaat. Bij het verlaten van de verminderde doorsnede valt de slurrie langzaam terug naar de bodem van 20 de pijp. Voordat de slurrie kan bezinken, gaat deze de centrifugaalpomp binnen. Bij het binnengaan van de pomp heeft de slurrie een in hoofdzaak monolitische of ongestrieerde samenstelling, hetgeen slijtage van de pomp vermindert.

Zoals getoond in figuur 1 heeft een centrifugaalpomp twee 25 hoofdonderdelen. Het eerste onderdeel is het roterende element dat een as en een waaierschijf omvat die is voorzien van schoepen die op de vloeistof inwerken. Het tweede onderdeel is het stationaire element gevormd door de behuizing of schaal die de waaier insluit, samen met de daarbij behorende pakkingbussen en lagers. In elk ontwerp voor een hydraulische pomp is er 30 over het algemeen meer dan één combinatie van onderdeelafmetingen die ? v' i' _ 7 kan worden gekozen om te voorzien in de vereiste prestatiekarakteristieken. De gekozen combinatie zal afhangen van de beoogde toepassing en van eventuele hydraulische of mechanische beperkingen.

Bij slurriepompen wordt een aantal beperkingen opgelegd. Deze 5 beperkingen omvatten de noodzaak om grote delen vaste stof door te laten, het vereiste van een robuust roterend samenstel omdat de slurriedichtheid die van water overtreft en de wenselijkheid van dikke onderdelen om de effecten van slijtage te minimaliseren.

Om geschikt te zijn voor verschillende toepassingen bestaan 10 centrifugaalpompen in een grote variëteit aan opstellingen en kunnen deze een aantal trappen van waaiers en collectoren omvatten. Slurriepompen vertonen minder variëteit. Het zijn normaal gesproken eentraps-, eindzuig-typen en hebben gebruikelijkerwijs een radiale of gemengde stromingsconfiguratie. De pompen hebben meestal slakkenhuiscollectoren 15 die dikwijls zijn aangepast tot een concentrische of semi-concentrische vorm om het effect van slijtage op de schaal te verminderen. Delen van een representatieve eindaanzuigings-enkeltrapsslakkenhuispomp zijn getoond in fig. 1.

De stroming door pompen kan nogal gecompliceerd zijn, en om dit 20 te helpen beschrijven moeten bepaalde richtingen en coördinaten worden gedefinieerd. De axiale richting is parallel aan de as van de pomp, en positief in de richting van de axiale component van de instroom, en de radiale richting is direct buitenwaarts vanuit de hartlijn van de as. De tangentiale richting is loodrecht op zowel de axiale en de radiale richtingen, 25 en stelt de raaklijn voor aan het cirkelvormige pad van een rotatiepunt.

Punten op de waaier hebben slechts een tangentiale snelheid, gegeven door oor of 2πητ waarin ω de hoeksnelheid in radialen per seconde is, n het aantal omwentelingen per seconde is, en r de straal vanuit de hartlijn van de as. Een verdere richting die benodigd is voor gemengde stromingspompen is de 30 meridiane richting. Deze richting ligt binnen een vlak dat door de hartlijn : 8 van de as gaat en volgt de projectie van de vloeistofstroomlijnen op dit vlak. De meridiane richting heeft derhalve zowel radiale als axiale componenten in het geval van gemengde stroming, maar valt samen met de radiale snelheidsdriehoekenrichting voor een pomp en radiale stroming. De 5 waaierintreehoek wordt berekend om te voorzien in schokvrije instroom bij het ontwerpdebiet van de pomp, rekening houdend met enig volumetrisch recirculatie-rendement. Gebruikelijkerwijs wordt aangenomen dat dit ongeveer 95% is.

De meridiane doorsnede van de waaier en de plaats van de 10 inlaatrand zijn bijna altijd zodanig dat stroom over de inlaatrand een combinatie is van axiale en radiale beweging. De tangentiële snelheid van de inlaatrand van de schoep varieert, zodat de intreehoek die schokvrije instroom oplevert, eveneens varieert.

Om de intreehoek te bepalen is het gebruikelijk om, zoals 15 weergegeven in figuur 5, met behulp van een serie tangentiële cirkels over een doorsnede de stroom op te delen in een serie stroombuizen van gelijk volume waarbij het product van de straal en diameter van de cirkels over een doorsnede constant blijft.

De intreehoek van de schoep bij de hartlijn van elke stroombuis 20 kan dan zijn: βΐ = artan (voor straal op plaats r alleen) berekend onder gebruikmaking van onderstaande relatie 25 waarin t de dikte van de schoep is

Cmi de meridiane snelheid van de deeltjes ter plaatse van de hartlijn van de stroomlijn in het vlak van de stroomlijn is.

Ui de tangentiale snelheid van de intreerand 30 van de schoep is.

9

Aangezien de schoep een dikte heeft (en het beschikbare oppervlak vermindert), moet rekening worden gehouden met volumetrisch verlies en moet de waarde van Cmi worden gevonden aan de hand van het onderstaande: q 5 Cmi = d*(2OT^-t-3ysin/?,)*i7v*s Q = ontwerp debiet s = aantal stroombuizen Z = aantal schoepen d = breedte van de stroombuis 10 r = straal van de stroombuis ην = volumetrisch rendement

Aangezien βι in beide vergelijkingen voorkomt, moet een iteratie worden uitgevoerd om een waarde te vinden die aan beide vergelijkingen 15 voldoet.

Bij de hierboven beschreven hoekberekening wordt er vanuit gegaan dat de inkomende stroomsnelheidsverdeling constant is over de doorsnede van de inlaatpijp. Helaas zijn slurries met grote deeltjes (van bijvoorbeeld 150 micron en groter) over het algemeen niet homogeen. De 20 zwaartekracht zal deeltjesbezinking en granulair contact met de deeltjes die bezonken zijn, bevorderen. Een intreehoek voor een schoep die is geoptimaliseerd voor verminderde slijtage op grond van een in hoofdzaak homogene of ongestrieerde slurrie, zou derhalve te lijden krijgen van toegenomen slijtage wanneer het schoepblad de gestrieerde laag 25 geconcentreerde vaste stof bij de bodem van de leiding tegenkomt.

Wanneer de stroom volledig gelaagd is, zullen de deeltjes die in het onderste deel van de buis zijn met elkaar en met de buiswand in contact komen. Dit contact kan continu zijn, zoals bij een stationair of schuivend bed van vaste stof, of kan sporadisch zijn, zoals wanneer de deeltjes zich in 30 een springende beweging verplaatsen die bekend is als saltatie. Het geval 10 van continu contact is algemeen bekend in de mechanica van granulaire bodemmaterialen en andere materialen die zijn samengesteld uit grote verzamelingen cohesieloze deeltjes.

Er is echter een aantal krachten dat bezinking tegengaat. Sommige 5 krachten, bijvoorbeeld Brown beweging en oppervlaktekrachten, zijn alleen significant voor kleine deeltjes, voor grotere deeltjes kunnen hydraulische liftkrachten significant zijn. Dergelijke hydraulische krachten kunnen de krachten omvatten die worden opgewekt door sterke snelheidsgradiënten en deeltjesrotatie. Bij turbulente stroming, de normale toestand voor 10 bezinkende slurries, bestaat de tendens dat turbulente diffusie verschillen in vaste stof-concentratie uitvlakt.

Waterachtige slurries met gemiddelde deeltjesgrootte (bijvoorbeeld 150 μιη, hetgeen in het fijne zandgebied is) zullen gebruikelijkerwijs een niet-homogeen gedrag vertonen. Als de gemiddelde stroomsnelheid een 15 aantal meters per seconde is, zullen de deeltjes of vaste stof over het lijf van de stroming worden verdeeld door turbulente diffusie, maar zal er een meetbare toename van de concentratie in hoogterichting zijn (Hsu e.a., 1980). Dit type stroming wordt beschreven als pseudo-homogeen en heeft met echte homogene stroming de eigenschap gemeen dat de drukgradiënt 20 toeneemt met doorstroomsnelheid op een vloeistofachtige wijze.

De snelheid waarmee een deeltje valt in een vloeistof wordt bepaald door de afmeting van het deeltje, de vorm, vaste stof SG en de gemiddelde dichtheid van de stroom waarin het deeltje valt.

De meeste slurries zijn samengesteld uit vaste stof met een SG van 25 2.65 en een typische slurrieconcentratie is in de orde van grootte van 20 volumeprocent.

De gehinderde bezinksnelheid voor een aantal vaste stoffen met verschillende afmetingen is weergegeven in de onderstaande tabel.

30 1 a -5 r ..

Ü u s o- : 11

BEZINKSNELHEID VAN VASTE STOFDEELTJES IN EEN VLOEISTOF

Vaste stofgewicht SG 2.650 S.G. draagvloeistof 0.998

Vormfactor K 0.260 absolute viscositeit (lbf-s/ft 2) 0000205 waarde van G (ft/sq 2) 32.170 speficiek vloeistofgewicht (lbs/ft 3) 62.3 5 Slurrieconcentratie in VOL (%) 20.0

DLTJ DIMENS DLTJ DIMBNS BOL VORM VORM EIND HIND GEHINDERDE

DIA DIA RENO SNLH EIND FACT COR SNLH INDEX BEZ SNLH

MICRONS D GET Vt* SNLH K ZETA ft/s N ft/s RE ft/s 50 Γ o" 11S 0.09 , 0.0074 0.260 0.517 0.0098 4.600 0.0014 ÏÖÖ 3 0.851 0.33 0.0275 0.260 0.520 0.0143 4.421 0.0053 150 4 2^439 0.64 ”0.0524 0.260 0.528 0.0277 4.025 0.0113 200 5 5.104 1.00 0.0823 0.260 0.551~ 0.0454 3.738 Ö.0197 250 6 8.595 1.34 0.1109 0.260 0.562 "0.0623 3.548 0.0282 300 8~ 12.773 ï.66 Ö.1373 ' 0.260 0.568~ 0.078Ó 3.411 Ö.0365 350 9" 18.395 2.05 Ö.1695 0.260 0.572 0.0970 3.288 0.0466 4ÖÖ ÏÖ” 24.975 2.44~ 0.2014 0.260 0.581 0.117Ö 3'! 189 Ö.0574 45Ö Ï2~ 32.465 2.82 0.2327 0.260 0.581 0.1352 3.107 0.0676 500 ÜT 40.818 3.19 0.2633 0.260 0.581 0.1590 3.036 0.0777

Zoals hierboven geïllustreerd, is de gehinderde bezinksnelheid voor een aantal vaste stoffen van verschillende afmetingen minder dan 100% van 10 die van normale horizontale gemiddelde transportsnelheden.

Figuur 2 toont een uitvoeringsvorm met een leidingdeel met een in het onderste deel van de leiding geplaatste helling. Het hellende stroomopwaartse deel heeft een verminderde doorsnede, waardoor een binnen de slurrieleiding gevormde concentratiegradiënt door oplifting wordt 15 verminderd. Het hellende deel dwingt een eventueel verschuivend bed of gestrieerde slurrie opwaarts terwijl het naar de top van de verminderde doorsnede gaat. Als de slurrie de verminderde doorsnede verlaat, valt deze langzaam terug naar de bodem van de leiding zoals bepaald dóór zijn bezinksnelheid. Voordat de slurrie kan bezinken, gaat deze de 20 centrifugaalpomp binnen waar de slurrie een in hoofdzaak monolitische of ongestrieerde samenstelling heeft, hetgeen slijtage van de pomp vermindert. De slijtage van de inlaat van de schoepen is derhalve in hoofdzaak een 12 functie van het verschil in deeltjessnelheid en de voor de schoep ingestelde snelheid.

Het hellende deel dat in figuur 2 is weergegeven, wordt stroomopwaarts van de inlaat van de centrifugaalpomp geplaatst. De plaats 5 van het hellende deel ten opzichte van de inlaat van de centrifugaalpomp wordt bepaald door de bekende gemiddelde snelheid waarmee de vaste stof in de vloeibare slurrie valt, zoals getoond in bovenstaande tabel. Dikwijls is de bezinksnelheid van de slurrie minder dan ongeveer 5% van de horizontale snelheid van de slurrie. De resulterende afstand is typisch 10 ongeveer 3 tot ongeveer 10 leidingdiameters vanaf de inlaat van de centrifugaalpomp.

Het hellende deel loopt typisch op onder een hoek van ongeveer 10° tot 30° van het bodemdeel van de leiding. Uiteraard kan de hoek groter of kleiner zijn. Bijvoorbeeld kan de hellingshoek toenemen met een hoek van 15 ongeveer 1° vanaf het bodemdeel, mits het hellende deel oploopt tot voldoende hoogte om op adequate wijze striatie van de slurriestroom te reduceren om slijtage aan de inlaatschoepen te verminderen. Daarbij kan de helling hetzelfde materiaal als de leiding omvatten of kan deze zijn gemaakt uit verschillend materiaal. In een uitvoeringsvorm omvat de helling 20 hetzelfde materiaal als de leiding en is deze geïntegreerd met de leiding om de duurzaamheid te vergroten.

De helling kan vanaf de bodem van de leiding oplopen tot een hoogte van ongeveer 15% tot ongeveer 45% van de totale diameter van de leiding. Uiteraard kunnen andere hoogten acceptabel zijn, afhankelijk van 25 het type vaste stof in de slurrie en de plaats van de helling ten opzichte van de inlaat van de centrifugaalpomp. Bijvoorbeeld zou een vaste stof-slurrie met een lage bezinksnelheid een geringere helling vereisen dan een slurrie met een hoge bezinksnelheid, zoals bijvoorbeeld slurries met vaste stof van grotere diameter.

13

De in figuur 2 getoonde helling laat een dalend deel zien dat grenst aan het topdeel van de helling. Het dalende deel vermindert het effect van turbulentie dat anders zou optreden wanneer het hellende deel eenvoudigweg bij de top zou afvallen en een wand loodrecht op het 5 bodemdeel van de leiding zou vormen. Turbulentie kan de druk of het hoofd binnen de leiding verminderen. In een uitvoeringsvorm kan het hellende deel zijn gevormd zonder een dalend deel of kan het dalend deel zijn gevormd onder een hoek die verschilt van die van de helling. Daarbij kan, zoals getoond in fig. 3, de helling een parabolische vorm hebben.

10 In figuur 4 is een uitvoeringsvorm weergegeven die een leidingdeel 2 toont met een daarin getoonde venturistructuur 8. De venturistructuur voorziet in een opliftende kracht om het schuivende bed op te pakken en (afhankelijk van de mate van diameterreductie) om de concentratiegradiënt van de slurrie te verminderen terwijl het door het deel met de verminderde 15 doorsnede gaat.

Een venturi 8 is bij voorkeur opgebouwd uit een pijp 2 met cirkelvormige doorsnede die binnenwaarts taps toeloopt van een diameter die gelijk is aan de zuiginlaat van de pomp tot een kleinere diameter over een ingesloten hoek van ongeveer 10 tot 30°. Een verdere uitvoeringsvorm 20 sluit een hoek van ongeveer 15° in. De hoek wordt voornamelijk gekozen afhankelijk van de lengte van de helling en de gewenste toename van de snelheid van de vloeistof die binnen de pijp stroomt ter plaatse van het deel met de verminderde diameter. Daarbij kan de leiding of pijp 2 in buitenwaartse richting onder ongeveer dezelfde hoek taps aflopen terug 25 naar de diameter van de zuigopening van de pomp, de snelheid binnen de pijp 2 zal dan terug afnemen met weinig verlies van totale druk of turbulentie.

De aan de onderzijde van de pijp gelegen wanden 2 zullen een eventueel schuivend bed of gestrieerde slurrie opwaarts dwingen terwijl het 30 naar het deel met de verminderde doorsnede gaat. Wanneer het uit het deel 10 1 : > - 14 met de verminderde diameter gaat, zal de slurrie langzaam terug omlaag vallen naar de bodem van de pijp 2.

Als de zuiginlaat van de pomp op korte stroomafwaartse afstand van het deel met de verminderde diameter wordt geplaatst, dan zullen de 5 deeltjes geen tijd hebben gehad om opnieuw te bezinken voordat zij de pomp bereiken vanwege de lage bezinksnelheid (ongeveer 1/100 van de horizontale snelheid) ten opzichte van de normale horizontale transportsnelheid (1-15 ft/sec), waardoor de deeltjesconcentratie en de snelheidsgradiënt veel gelijker is en dichterbij het gemiddelde ligt dan anders het geval zou zijn 10 geweest.

Indien de boven beschreven venturi 8 van het excentrisch type zou zijn geweest met het deel met de kleine diameter bovenwaarts verplaatst, dan zouden de deeltjes hoger worden opgetild en zouden deze omgekeerd meer evenredig verdeeld zijn.

15 Het bovenstaande hoeft niet beperkt te zijn tot pijpdelen met cirkelvormige doorsneden, een pijp met cirkelvormige doorsnede met een hellende vlakke verdikking in de bodem van de pijp die taps opwaarts en neerwaarts verloopt en die een verminderde doorsnede op het hoogste punt veroorzaakt, zou gelaagdheid van het mengsel elimineren en de snelheid 20 van de deeltjes gelijk maken.

Hoewel uitvoeringsvoorbeelden zijn weergegeven zoals hierboven getoond en beschreven, wordt op gemerkt dat binnen de beschreven uitvoeringsvormen variaties mogelijk zijn. Deze kunnen andere bekende continue of discontinue procesvariaties inhouden. Het zal derhalve voor de 25 vakman duidelijk zijn dat, hoewel de uitvinding slechts in verschillende vormen is beschreven, veel toevoegingen, weglatingen en modificaties kunnen worden gedaan zonder het wezen de reikwijdte van de uitvinding te verlaten en dat geen ongepaste limitaties moeten worden opgelegd behalve zoals uiteen gezet in de hierna volgende conclusies.

30

Claims (21)

1. Slurrieleiding voor aansluiting op een centrifugaalpomp voor transport van een slurriemengsel van vaste stof en vloeistof, omvattende: een hellend stroomopwaarts deel met een verminderde doorsnede waardoor een binnen de slurrieleiding gevormde concentratiegradiënt wordt 5 verminderd.

2. Slurrieleiding volgens conclusie 1, waarbij het hellende stroomopwaartse deel wordt gevolgd door een dalend stroomafwaarts deel voor het verminderen van de turbulentie.

3. Slurrieleiding volgens conclusie 1, voorts omvattende een lager deel 10 dat onder een hoger deel van de leiding is gelegen en dat daarmee is geïntegreerd.

4. Slurrieleiding volgens conclusie 3, waarbij het hellende stroomopwaartse deel binnen het lagere deel is gelegen.

5. Slurrieleiding volgens conclusie 3, waarbij het hellende 15 stroomopwaartse deel zowel binnen het lagere deel als binnen het hogere deel van de leiding is gelegen.

6. Slurrieleiding volgens conclusie 3, waarbij het hellende stroomopwaartse deel vanaf het onderste deel van de leiding oploopt onder een hoek tussen ongeveer 10° en ongeveer 30°.

7. Slurrieleiding volgens conclusie 1, waarbij de slurrie een bezinksnelheid heeft van minder dan ongeveer 5% van een horizontale snelheid van de slurrie.

8. Slurrieleiding volgens conclusie 1, waarbij het hellende stroomopwaartse deel vanaf het onderste deel van de leiding oploopt tot een 25 hoogte van ongeveer 15% tot ongeveer 45% van de totale diameter van de leiding.

9. Slurrieleiding volgens conclusie 1, waarbij het hellende stroomopwaartse deel ongeveer drie tot tien maal de leidingdiameter van de centrifugaalpomp af is gelegen.

10. Werkwijze voor het verminderen van de concentratie- en 5 snelheidsgradiënt die binnen een slurrieleiding ontstaat, omvattende de volgende stappen: het omhoog brengen van een deel van de slurrie binnen de leiding; en het afleveren van een in hoofdzaak ongestrieerde slurriestroom aan 10 een centrifugaalpomp.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij het omhoog brengen van een deel van de slurrie omvat het omhoog brengen van een laag deeltjes met een snelheid die lager ligt dan een gemiddelde snelheid van de slurrie.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de in hoofdzaak 15 ongestrieerde slurriestroom een snelheid heeft die in hoofdzaak gelijk is aan een nulschoksnelheid.

13. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de slurrie omhoog wordt gebracht onder een hoek tussen ongeveer 10° en 30° met de horizontaal.

14. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de slurrie een 20 bezinksnelheid heeft van minder dan ongeveer 5% van een horizontale snelheid van de slurrie.

15. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de slurrie omhoog wordt gebracht tot een punt dat inligt tussen ongeveer 15% en ongeveer 45% van de totale diameter van de leiding.

16. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de slurrie omhoog wordt gebracht op een plaats die ongeveer drie tot tien leidingdiameters vanaf de centrifugaalpomp is gelegen.

17. Slurrieleiding voor aansluiting op een centrifugaalpomp voor transport van een slurriemengsel van vaste stof en vloeistof, omvattende: •i s' t ' een venturideel met een verminderde doorsnede waardoor een binnen de slurrieleiding gevormde concentratie gradiënt wordt verminderd.

18. Slurrieleiding volgens conclusie 17, waarbij het venturideel vanaf de horizontaal oploopt onder een hoek tussen ongeveer 10° en ongeveer 30°. 5

19. Slurrieleiding volgens conclusie 17, waarbij de slurrie een bezinksnelheid heeft van minder dan ongeveer 5% van een horizontale snelheid van de slurrie.

20. Slurrieleiding volgens conclusie 17, waarbij het venturideel een doorsnede van de leiding vermindert met ongeveer 15% tot ongeveer 45% 10 van de totale diameter van de leiding.

21. Slurrieleiding volgens conclusie 17, waarbij het venturideel ongeveer drie tot ongeveer tien maal de leidingdiameter vanaf de centrifugaalpomp is gelegen. 100 slakkenhuis 120 waaier 140 schoep 160 uitlaatuitgang 180 zuiginlaat 200 oog 220 radiale uitlaat