NO177294B - Hvirvel-rörs gassrenseapparat eller hvirvel-rörs partikkelgjenvinningsapparat - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører hvirvel-rørs gassrenseapparat eller hvirvel-rørs partikkelgjenvinningsapparat av den art som er angitt i krav l's ingress.

Typen separasjonsapparat som oppfinnelsen vedrører kan mer presist beskrives som et hvirvel-rørs gassrenseapparat eller et hvirvel-rørs partikkel-gjenvinningsapparat, alt etter hvilken anvendelse apparatet har. Oppfinnelsens primære hensikt er gassrensing og spesielt rensing av luft. For enkelthets skyld vil begrepet hvirvel-rørs gassrenseapparat generelt bli brukt i beskrivelsen.

Begrepene oppstrøm og nedstrøm som er brukt i beskrivelsen bør oversettes i henhold til gassens normale strømnings-retning gjennom gassrenseapparatet.

Mer bestemt vedrører oppfinnelsen et hvirvel-rørs gassrenseapparat eller partikkelgjenvinningsapparat som er anvendelig for behandling av partikkelholdige gass-strømmer for å rense gassen for partikler eller gjenvinne partikler fra gassen. Apparatet består av : - et ytre rundt rør med et innløp i den ene enden, som ved bruk vil være en oppstrøms ende,

en aksialt plassert hvirvel eller roterende strøm-ningsgenerator i røret nedstrøms i forhold til innløpet,

- et separas j onsområde nedstrøms for hvirvelgeneratoren et perifert utløpsområde mot rørets periferi

nedstrøms i forhold til separasjonsområdet,

- et sentralt utløpsområde mot senter av røret nedstrøms i forhold til separasjonsområdet,

et indre, rundt ekstraksjonsrør, plassert konsentrisk inne i det ytre runde røret for å separere det

perifere og det sentrale utløpsområdet, med et innløp i en oppstrøms ende derav som er i en bestemt aksial posisjon tilsvarende enden av separasjonsområdet, og et utløpsmiddel for det sentrale utløpsområdet i en nedstrøms ende derav, og

et utløpsmiddel for det perifere utløpsområdet mot en nedstrøms ende derav.

Apparatet er særpreget ved det som er angitt i krav 1<1>s karakteriserende del. Ytterligere trekk fremgår av kravene 2-4.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli beskrevet av eksempler med referanse til tegningene. Figur 1 og 2 viser aksiale snitt av to forskjellige utforminger av gassrenseapparatet i henhold til oppfinnelsen.

Med henvisning til figur 1, er en første utforming av hvirvel-rørs gassrenseapparatet generelt indikert med referansenummer 10. Apparatet 10 er av en generelt sym-metrisk rund form og er sammensatt av forskjellige kom-ponenter av støpte syntetiske plastmaterialer. I andre utforminger kan apparatet bestå av andre materialer som f.eks. slitebestandig metall, dvs. stål, korrosjonsbestandig eller ikke-korrosivt metall dvs. stål eller lignende.

Apparatet 10 omfatter et ytre rundt rør 12, en hvirvel-generator 16 som passer tett inn i røret 12 mot den ene enden og et indre ekstraksjonsrør 40 i form av et indre rundt røret plassert ko-aksialt i det ytre røret 12 mot den motsatte enden derav. Enden med hvirvelgeneratoren vil ved bruk være oppstrøms ende og den motsatte enden vil være nedstrøms ende.

I oppstrøms enden har røret 12 et innløp 14. Fra innløpet 14 strekker røret 12 seg parallelt i endel av sin lengde og definerer det hvirveldannende området 18 hvori hvirvel-generatoren 16 er plassert. Ved sin oppstrøms ende har røret 12 en monteringsanordning i form av en utkraving 20.

Hvirvel-generatoren 16 har en sentral kjerne eller kam 26 og et par spiralformede blader 26 plassert rundt kjernen 26 i spiralform. Hvert blad har en vridning på 180 °. Ved deres periferi danner hvert blad en vinkel på 57 ° med aksen.

Nedstrøms av hvirvel-generator-området 18, divergerer røret 12 som indikert ved 30 i en bestemt lengde. Den inkluderte divergensvinkelen er to ganger vinkelen 32 mellom de divergerende veggene og aksen til apparatet 10. Vinkelen 32 er 5 <0> og den inkluderte vinkelen er derfor 10 °.

Nedstrøms for divergensdelen 30 divergerer røret skarpere og danner en spredevegg, som vil bli beskrevet nærmere i det etterfølgende, generelt indikert med 34.

Nedstrøms av spredeveggen er røret 12 parallelt som vist ved 38. En enkelt utløpsåpning 36 som strekker seg rundt endel av omkretsen gj ennom en vinkel på ca. 120 °, er plassert i røret 12 i den parallelle delen 38.

Ekstraksjonsrøret 40 har i oppstrøms enden et innløp identifisert ved ledekant 42 som fører inn i den sentrale passasjen 44 til en spreder og videre til et utløp 48 av ekstraksjonsrøret 40.

Ledekanten 42 er plassert i en bestemt aksial posisjon i apparatet 10. Et separasjonsområde 19 er dannet mellom nedstrøms enden av hvirvel-generatoren og ledekanten 42, Det bør legges merke til at separasjonsområdet 19 er divergent som beskrevet over.

Nedstrøms av separasjonsområdet 19, er det dannet et ytre perifert eller spyleområde 22, ringformet mellom det indre ekstraksjonsrøret 40 og det ytre røret 12. Et sentralt eller hoved-utløpsområde 24 er dannet og avgrenset av det indre ekstraksjonsrøret 40. Både spyleområdet 22 og hovedutløps-

området 24 er nedstrøms av separasjonsområdet 19.

Et ringformet innløp til spyleområdet 22 er dannet rundt ledekanten 42. I nærheten av dette innløpets nedstrøms ende er det en ring 50, som er en integrert del av det indre ekstraksjonsrøret 40, som strekker seg ut i spyleområdet 22. Ringen 50 danner en skrå ledevegg 52 som, i bruk, kontrak-terer strømmen i spyleområdet mot et ringformet utløp 54 definert ringformet på toppen av ringen 50.

Delen 34 av divergens-veggen virker som en spreder med hensyn til strøm nedstrøms av den ringformede åpningen 54.

Mot sin nedstrøms ende danner det indre ekstraksjonsrøret 40 en plugg-del 60, som om ønskelig kan være svakt konet. Pluggen 60 ender i en ytre flens med en skulder 62.

Pluggen 60 passer tett inn i endedelen 64 av røret 12 og enden 66 av røret 12 treffer skulderen 62. Det indre ekstraksjonsrøret 40 er konsentrisk og aksialt plassert i forhold til det ytre røret 12. Det indre ekstraksjonsrøret 40 strekker seg på en utkravet måte i en oppstrøms retning og hemmer ikke spyleområdet 22. Strømningspassasjen gjennom spyleområdet 22 inkludert den ringformede åpningen 54 er kontinuerlig.

I bruk, føres en partikkelholdig gass-strøm inn i røret 12 via innløpet 14. Det dannes en roterende strøm ved hjelp av hvirvelgeneratoren 16 mens strømmen beveger seg gjennom det hvirveldannende området 18. Når den roterende strømmen føres inn i separasjonsområdet 19, blir den spredd utover ved hjelp av divergensen 32.

Strømmens roterende natur medfører at partiklene påvirkes av sentrifugalkraften. Partiklene er tyngre enn gassen i strømmen og disse beveger seg utover og konsentreres mot den ytre periferien av strømmen. Divergensen 32 tillater partiklene å bevege seg radialt lenger utover enn det hadde vært mulig i et parallelt separasjonsområde. Divergensen 32 har en sekundær spredeeffekt ved å bremse strømmen som på denne måten får et høyere statisk trykk på bekostning av kinetisk eller dynamisk trykk. Den oppbremsede strømmen forbedrer også slitasje på røret 12, som er viktig spesielt i tilfeller med slitende partikler.

Generelt er partiklene konsentrert eller anriket i den perifere del av strømmen og den sentrale del av strømmen blir fattig på partikler.

Etter som den partikkel-anrikede perifere del av strømmen føres inn i spyledelen 22, blir den først akselerert fordi den kontrakteres langs den skrå veggen 52 i åpningen 54, og blir deretter bremset opp langs spredeveggen 34. Den partikkelanrikede delen av strømmen passeres inn i et rom 56, hvoretter den forlater apparatet via utløpet 36.

Den partikkelfattige del av strømmen føres inn i det sentrale eller hovedutløpsområdet via ledeveggen 42, spredes i sprederen og går ut via utløpet 48.

Det vil forstås at masse- eller volum strømningsforholdet av den partikkelfattige strømmen til den partikkelanrikede strømmen, som refereres til som "kutt", er kontrollert ved å kontrollere trykkforholdene mellom innløpstrykket i innløpet 14 og trykket nedstrøms ved utløpet 36 på den ene siden og mellom innløpet 14 og nedstrøms av utløpet 48 på den andre siden.

Det vil også forstås at effekten av divergensen 32 i separasjonsområdet 19 beskrevet over, forbedrer konsentra-sjonen av partikler i spyleområdet 22.

I sprederområdet 34 oppnås statisk trykk på bekostning av dynamisk eller kinetisk trykk, på samme måte som den sekundære effekten i separasjonsområdet 19. Slik gevinst i statisk trykk reduserer trykkfallet mellom innløpet 14 og rommet 56 og øker derved apparatets effektivitet fra et energimessig synspunkt.

Tilsvarende gir sprederen i den sentrale passasjen 44 statisk trykk på bekostning av kinetisk eller dynamisk trykk, som reduserer trykkfallet mellom innløpet 14 og utløpet 48 og øker effektiviteten til apparatet 10 fra et energimessig synspunkt.

I et forsøk med et apparat med generell utforming som i figur 1, med en inkludert divergensvinkel på 9,5, diameter på ytre rør 18 mm, total lengde 60 mm, lengde på hvirveldannende område 20 mm, hvirvel vinkel 180,5 og en indre diameter på den sentrale åpningen på 10 mm. Ved å operere med et totalt trykkfall på ca. 1 kPa, en luft massestrøm på 4,6 g/sek, ble det oppnådd en total masse-effektivitet for fjerning av støv på ca. 97 %. Det ble anvendt fint AC støv og en kutt på 100 %, dvs. ingen spylestrøm.

I den samme prøven, ved operasjon med 90 % kutt, var det totale trykkfallet ca. 1 kPa, luft massestrømmen var 4,6 g/sek i hovedstrømmen og separasjons-effektiviteten var mer enn 98 %.

Begge forsøkene ble gjort med fint AC støv.

Med referanse til figur 2, er det vist en annen utførelse av oppfinnelsen, indikert med nummer 110. Dette apparatet er generelt likt apparat 10 i figur 1 og blir ikke beskrevet på nytt. Like nummer refererer til like deler.

Apparatet 110 er forskjellig fra apparatet 10 i et viktig punkt. Det ytre runde røret 112 divergerer fra innløpet 114 til en posisjon mellom den ringformede åpningen 154 og utløpet 136. Den inkluderte divergensvinkelen, i denne utformingen, er konstant ca. 30.5. Den ytre periferien til hvirvel-generatoren 116 divergerer på tilsvarende.

Kjernen eller kammen 126 av hvirvel-generatoren 116 divergerer også, generelt med samme vinkel som på det ytre røret 112.

I et forsøk med denne konfigurasjonen i figur 2, med en inkludert divergensvinkel på 14,5, en indre diameter på

det ytre røret på 18 mm, total lengde 60 mm, et hvirveldannende område på 20 mm, en hvirvel vinkel på 180,5, en total divergens på 40 mm, indre diameter på den sentrale åpningen på 12,5 mm, dvs. 56 % større strømningsareal enn ved 10 mm, totalt trykkfall ca. 0,85 kPa, luft massestrøm 5 g/sek, ble det oppnådd en total masse-effektivitet ved fjerning av partikler på 97 % med fint AC støv. Det ble operert med 100 % kutt, dvs. ingen spylestrøm.

I det samme forsøket, men med 90 % kutt, var det totale trykkfallet ca. 0.85 kPa, luft masse-strømmen 4,7 g/sek i hovedstrømmen og separasjonseffektiviteten var mer enn 98 %.

Til begge disse forsøkene ble det brukt fint AC støv.

I et annet forsøk med apparatet i figur 2, med innløpsdia-meter 50 mm, inkludert divergensvinkel 30,5, total lengde 160 mm, indre diameter på sentral åpningen på 40 mm, totalt trykkfall ca. 0,7 kPa, luft massestrøm 30 g/sek, ble det oppnådd en total masse-effektivitet på 91 % for AC fint støv ved 100 % kutt, dvs, ingen spylestrøm.

I det samme forsøket med 100 % kutt, med aluminiumoksid med midlere partikkelstørrelse 86 pm, var det totale trykkfallet ca. 0,7 kPa, luft massestrømmen var 30 g/sek i hovedstrømmen og separasjons-effektiviteten var 99,7 %.

Fordelene med utformingen i figur 2 er generelt lik fordelene til utformingen i figur 1, men i en større grad, på grunn av den større divergensen på grunn av generelt lengre divergens og generelt større divergensvinkel.

Det er funnet at ved å forlenge divergensen i (forlengelsen av) den hvirveldannende området, kan en større divergensvinkel tolereres enn tilfellet er med utformingen i figur 1.

Det er også funnet at forholdet mellom hastighetens hvirvel-eller rotasjonskomponent (også kalt hvirveltall) er direkte proporsjonalt med radien til den divergerende delen. Selv om absoluttverdiene av bagge komponentene til strømningsha-stigheten avtar på grunn av divergens, øker hvirveltallet.

Ved sammenligning av en divergerende type av gassrenseapparatet med en parallell type med samme diameter som den største diameteren på det divergerende apparatet, er det av betydning at hvirvelen (i det divergerende apparatet) i begynnelsen er mye mer intens, noe som resulterer i en raskere konsentrasjon av partikler mot den ytre periferien, og derved forbedrer separasjonen. Den forbedrede konsentra-sjonen mot den ytre periferien tillater muligheten for å bruke et innløp med større diameter, uten at dette går ut over separasjonseffekten. Innløpet med stor diameter har en betydelig mer fordelaktig virkning på trykkfallet og derved energiforbruket.

Under betingelser som krever en høy separasjonseffektivitet ved lavt trykkfall, har en divergerende type av separasjonsapparat en mer fordelaktig utforming enn et parallelt apparat.

Når et divergerende apparat sammenlignes med et parallelt apparat med mindre diameter, forblir separasjonseffektiviteten god på tross av lavere hvirvel-komponent til hastigheten på grunn av lengre oppholdstid på grunn av en lavere aksial hastighetskomponent.

En hovedfordel med det divergerende apparatet er at det har vesentlig bedre egenskaper med hensyn til errosjon eller sliting. Det er funnet at errosjonen er eksponensielt proporsjonalt med hastigheten og eksponenten er høyere enn 3.

Et divergerende separasjonsapparat, spesielt av typen i figur 2, fordelaktig kan anvendes som en primær separator eller som et første trinn i en serie separatorer. Et divergerende separasjonsapparat er mindre utsatt for blokkeringer enn parallelle apparater med sammenlignbare egenskaper. Kort sagt, hvis en gjenstand med blokkeringspo-tensial som f.eks. et stykke duk eller papir, er tilstede i strømmen, og kan føres inn i innløpet, kan det generelt passere gjennom apparatet, mer bestemt gjennom det perifere utløpsområdet.

Det er også funnet at et separasjonsapparat i henhold til oppfinnelsen generelt kan operere tilfredsstillende ved 100 % kutt, dvs. uten gass-strøm i det perifere utløpsområdet. En 100 % kutt oppnås praktisk ved å koble utløpsmiddelet for det perifere utløpsområdet med en lukket kammer. Kammeret vil ha midler for tømming derav for å fjerne partikler. Selv om dette normalt vil redusere separasjonseffektiviteten marginalt, har det den fordel at behandling av spylestrømmen er sterkt forenklet. Kun de spylte partiklene behøver å behandles - det er ingen spylestrøm med gass å behandle. Dette medfører reduserte kostnader.

Claims (4)

1. Hvirvel-rørs gassrenseapparat eller hvirvel-rørs partikkelgjenvinningsapparat (110) passende for anvendelse ved behandling av en partikkelholdig gass-strøm for å rense gassen for partikler eller gjenvinne partikler fra gass-strømmen, hvor apparatet (110) omfatter - et ytre rundt rør (112) med et innløp (114) i den ene enden som vil være oppstrøms ende ved bruk, og en motstående ende (166) som under anvendelse vil være nedstrøms, - en aksialt plassert hvirvel- eller roterende strøm-generator (116) i et hvirvelgenererende område (118) i røret (112) nedstrøms av innløpet (114), - et separasjonsområde (119) nedstrøms av det hvirvel-genererende område (118); - et perifert utløpsområde (122) mot periferien av røret (112) nedstrøms av separasjonsområdet (119), - et sentralt utløpsområde (124) mot senter av røret (112) nedstrøms separasjonsområdet (119), - et indre ekstraksjonsrør (140) plassert konsentrisk inn i det runde røret (112) for å separere det perifere (122) og sentrale (124) utløpsområdet, med et innløp (142) i en oppstrøms ende derav som er i en bestemt aksial posisjon tilsvarende enden av separasjonsområdet (119) og utløpsmidler (148) for det sentrale utløpsområdet (124) i en nedstrøms ende derav, hvilken oppstrøms ende av det indre runde ekstraksjonsrør (140) samvirker med det ytre runde rør (112) for å definere et ringformet utløp av det perifere utløpsområde (122), utløpsmidler (136) for det perifere utløpsområdet (122) mot nedstrømsenden derav, lokaliseringsmidler (160, 164; 162, 166) som lokaliserer det indre runde ekstraksjonsrør 140) mot den nedstrøms ende derav til det ytre runde rør (112), slik at det indre runde ekstraksjonsrør (140) utstrekker seg på utkravet måte i en oppstrøms retning fra lokaliseringsanordningen (160, 164; 162, 166), og slik at innløpet av det perifere ytre område er kontinuerlig langs omkretsen og uten langs omkretsen brutte strukturer, karakterisert ved at det ytre runde rør (112) har en kontinuerlig divergerende del som danner en vinkel med apparatets (110) akse på 15-60°som utstrekker seg fra innløpet (114) nedstrøms gjennom en forhåndsbestemt aksial lengde som i det minste er lik den kumulative lengde av det hvirvel-genererende område (118) og separasj onsområdet (119) .

2. Apparat i henhold til krav 1, karakterisert ved at vinkelen for den kontinuerlige divergerende del av det ytre runde rør (112) er ca. 30°.

3. Apparat i henhold til krav 1, karakterisert ved at lengder til den divergente delen (130) er mellom 1 til 3 ganger det ytre rørets (112) nominelle diameter ved dets innløp (114) og strømningsarealet i den nedstrøms enden av separasjonsområdet (119) er mellom 60 % og 1900 % større enn ved innløpet (114) av det ytre røret (112) .

4. Apparat i henhold til krav 1-3, karakterisert ved at periferien til hvirvel-generatoren (116) er tilsvarende divergent. DELELISTE.