Pierwszenstwo: 21.1.1963 Szwecja Opublikowano: 30.XI.1967 54059 KI. 82 b, 9 MKP B 04 b UKD f/co Twórca wynalazku: dr inz. Enrico Brunati Wlasciciel patentu: Aktiebolaget Separator, Sztokholm (Szwecja) Wirówka do oddzielania od cieczy substancji bardziej lotnych, pracujaca w prózni Wynalazek dotyczy wirówki do oddzielania od cieczy substancji, które sa bardziej lotne niz dana ciecz.Na przyklad, zuzyty olej transformatorowy za¬ wiera zwykle rozpuszczona wilgoc i powietrze, cze¬ sto zas nawet wolna wode i stale zanieczyszczenia w zawiesinie, przez co ulegaja znacznemu pogor¬ szeniu jego Wlasnosci izolacyjne i chlodzace. Wode i czesci stale mozna latwo usunac przez wirowanie lub saczenie, jednak aby dlej mógl zadowalajaco spelniac swe przeznaczenie, trzeba równiez usunac wilgoc i powietrze w nim rozpuszczone.Mozna to osiagnac jedynie w ten sposób, ze olej ogrzewa sie do temperatury, przy której woda wrze, przy czym dla unikniecia szkodliwego prze¬ grzania oleju goracy olej wprowadza sie zazwy¬ czaj do komory prózniowej, gdzie woda odparo¬ wuje w stosunkowo niskiej temperaturze, nie¬ szkodliwej dla oleju. Szybkie odparowanie osiaga sie przez zdyspergowanie albo rozpylenie oleju w prózni, na przyklad za pomoca rowków lub dysz rozpylajacych w komorze prózniowej.Bardzo wysoki stopien rozpylenia oleju osiaga sie za pomoca wirnika wirówki, z którego olej zo¬ staje wytracony w postaci mgly do zbierajacej obu¬ dowy wirówki. Postepowanie takie bylo stosowa¬ ne do suszenia i odpowietrzania oleju transforma¬ torowego przez wytworzenie prózni w zbierajacej obudowie wirówki. W wirówce nastepuje wtedy uwolnienie oleju od zawiesin stalych, zanie- 10 15 25 czyszczen i wody, które zostaja zatrzymane w wir¬ niku, jak równiez od rozpuszczonej wilgoci i po¬ wietrza, które zostaja odparowane w zbierajacej obudowie o ile panuje w niej próznia.Okazalo sie jednak, ze takie odparowanie w wi¬ rówce jest niedostateczne wskutek tego, iz prze¬ strzen w zbierajacej obudowie jest tak ograniczo¬ na, ze wyrzucone drobne kropelki oleju zderzaja sie ze sciana obudowy, zanim wilgoc i powietrze zdaza ulotnic sie z oleju, i ze olej w calosci jest poddany dzialaniu prózni tylko przez bardzo krót¬ ki czas. Co wiecej, wilgoc kondensuje na we¬ wnetrznej stronie sciany i zostaje ponownie zmie¬ szana z olejem.Odwirowany i czesciowo wysuszony i odpowie¬ trzony olej kieruje sie wiec zwykle ze zbierajacej komory do zbiornika prózniowego o takich roz¬ miarach, ze powierzchnia oleju i czas przebywania sa wystarczajace dla skutecznego wytracenia resz¬ ty wilgoci i powietrza. Sciany zbiornika próznio¬ wego sa zwykle pokryte izolacja cieplna, aby ogra¬ niczyc. kosztowne straty ciepla przez promieniowa¬ nie oraz szkodliwe wykraplanie sie pary. W ten sposób niemozliwe jest jednak calkowite zapobie¬ zenie kondensacji na wewnetrznej powierzchni scian zbiornika czesci znajdujacej sie w nim pary, która zostaje wobec tego wypompowana ze zbior¬ nika prózniowego.Zwykla instalacja dla tego rodzaju oczyszcza¬ nia i suszenia oleju transformatorowego sklada 54 05954 059 &ia w zasadzie z oddzielnego podgrzewacza przeply¬ wowego, wirówki prózniowej ze zbierajaca obudo¬ wa, zbiornika prózniowego, pompy prózniowej i pomp oleju, podlaczonych oddzielnie i polaczo¬ nych za pomoca potrzebnych rur. Instalacja taka ma istotne wady.Po pierwsze posiada duze powierzchnie promie¬ niowania ciepla — od podgrzewacza az do zbior¬ nika prózniowego lacznie z samym zbiornikiem prózniowym — co pociaga za soba czesciowo kon¬ densacje pary oddzielonej w wirówce i w zbiorni- k% prózniowym, jak równiez straty ciepla i spadek temperatury w toku procesu. Wada ta uwidocznia sie szczególnie, gdy instalacja pracuje pod golym niebem w okresie zimowym na podstacjach tran¬ sformatorowych, co czesto ma miejsce.Po drugie, posiada trudnosci w uniknieciu prze¬ cieków powietrza do wszystkich rurociagów i po¬ laczen ukladu prózniowego, co pociaga za soba pogorszenie prózni i wydajnosci instalacji oraz stwarza nieibezpieczenstwo utlenienia oleju wobec przenikania powietrza do ukladu.Po trzecie instalacja jest stosunkowo duza i ciez¬ ka, co jest istotna wada, poniewaz zazwyczaj wy¬ maga sie aby byla ona latwo przenoisna.Niniejszy wynalazek dotyczy urzadzenia, dzieki któremu unika sie wszystkich powyzszych niedo¬ godnosci i które — w przeciwienstwie do dawniej¬ szych urzadzen — odznacza sie skutecznoscia oczyszczania i suszenia, na przyklad oleju tran¬ sformatorowego, bez kondensacji i wtórnego mie¬ szania wody z olejem, dobra ekonomia cieplna, znikomym niebezpieczenstwem przecieków powie¬ trza oraz malym zapotrzebowaniem przestrzeni l niewielkim ciezarem.Urzadzenie stanowiace przedmiot wynalazku wy¬ róznia sie tym, ze obudowa zbierajaca posiada zew¬ netrzna sciane wyposazona w urzadzenie grzew¬ cze, dzieki czemu unika sie na przyklad konden¬ sacji pary w wode na chlodnej scianie, jak to ma miejsce bez takiego wyposazenia, woda taka zas ulega powtórnemu zmieszaniu z olejem.Dalsza escha wynalazku polega ma tym, ze zewnetrzna sciana zbierajacej obudowy znajduje sie w wiekszej odleglosci od walu, niz ma to zwyk¬ le miejsce w tego rodzaju wirówkach, dzieki temu droga cieczy od otworu wyrzutowego wirówki do sciany zostaje przedluzona i czas oddzialywania prózni na rozpylona ciecz jest dluzszy, co jest ko¬ rzystne dla odparowania fazy lotniejszej i jej usu¬ niecia.Trzecia cecha wynalazku polega na tym, ze wymiary zbierajacej obudowy powiekszono rów¬ niez w kierunku osiowym i ze moze ona otaczac cala wirówke, przy czym zbierajaca Obudowa slu¬ zy jako zbiornik prózniowy tak, ze oddzielny zbior¬ nik tego rodzaju nie jest juz potrzebny.Czwarta ceche znamienna wynalazku stanowi to, ze wokól zbierajacego naczynia umieszczono spec¬ jalna komore grzewcza, przez co konstrukcja stala sie zwarta i mala pod wzgledem objetosci.Dzieki wyposazeniu komory w urzadzenie grzew¬ cze staje sie zbedne oddzielne urzadzenie grzewcze dla zewnetrznej sciany Zbierajacej obudowy. Ciecz, która ma byc podgrzana najpierw zostaje ogrzana w komorze, a nastepnie skierowana do wlotu wi- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 65 rowki, dzieki czemu ta czesc ciepla cieczy, która w innym rozwiazaniu zostalaby stracona poprzez sciane komory, moze byc odzyskana i sluzyc do ogrzewania zewnetrznej sciany zbierajacego na¬ czynia. Zewnetrzna sciana komory oraz pozostale czesci obudowy otaczajacej wirówke sa chronione przed stratami cieplnymi dzieki temu, ze sa one zaopatrzone w izolujaca cieplnie otuline zewnetrz¬ na.Dzieki zwartej budowie urzadzenia zgodnie z po¬ danymi wyzej cechami wynalazku, straty ciepla do otoczenia zostaja zmniejszone do minimum przy jednoczesnej .malej liczbie rur i polaczen, co zmniejsza niebezpieczenstwo przedostawania sie powietrza przez nieszczelnosci do cieczy.Inne cechy znamienne wynalazku i korzysci da¬ jace sie z niego osiagnac oraz dzialanie urzadzenia wynikaja z dalszego opisu, zawierajacego odnos¬ niki liczbowe do rysunku, który przedstawia sche¬ matycznie przykladowe rozwiazanie konstrukcji urzadzenia wedlug wynalazku w przekroju osio¬ wym.Wirnik 1 wirówki jest umieszczony i pracuje w wewnetrznej obudowie 2 w sposótKznany w tego rodzaju urzadzeniach. Obudowe te otacza zbiera¬ jaca obudowa 3 dla przerabianej cieczy, podlaczo¬ na do ssacego urzadzenia prózniowego. Tylko naj¬ wyzsza, majaca najmniejszy przekrój czesc wirni¬ ka wirówki, w której znajduja sie wlot i wylot wirnika, wystaje w góre poprzez okragly otwór zaznaczony na rysunku. Otwór ten umieszczony jest posrodku lekko stozkowatej górnej czesci wewnetrznej obudowy 2. Zbierajaca Obudowa 3 jest z kolei otoczona zamknieta grzewcza komora 4 w ksztalcie pierscienia, do której mozna doprowa¬ dzac cieplo za pomoca grzewczego urzadzenia 5, umieszczonego w komorze, przy czym urzadzeniem grzewczym jest najlepiej elektryczny element grzejny.Komora 4 zaopatrzona jest we wlot 6 dla prze¬ rabianej cieczy i laczy sie rura 7 z wlotem wirni¬ ka 1 wirówki w jego górnej czesci. Wirnik 1 wi¬ rówki wyposazony jest w wylot 8, umieszczony promieniowo na zewnatrz wlotu i bezposrednio ponad wewnetrzna obudowa 2, przy czym przez wylot 8, ciecz po rozdziale zostaje wyrzucona w postaci drobnych kropel. Wirnik 1 moze byc rów¬ niez wyposazony w urzadzenie do ciaglego usuwa¬ nia juz oddzielonej, nierozpuszczonej wody lub substancji o wiekszym ciezarze wlasciwym od wo¬ dy. Górne czesci obudowy 2 i obudowy 3 moga byc usuniete lub otwarte, przez co wirnik 1 staje sie dostepny od góry.W celu umozliwienia odprowadzania przerobio¬ nej cieczy ze zbierajacej obudowy 3, obudowa ta wyposazona jest w pionowa rure 9, wchodzaca do zbierajacej obudowy przez jej dno» do którego jest szczelnie zamocowana. Od góry rura jest otwarta i zaopatrzona w otwory, rozmieszczone w odstepach jeden od drugiego wzdluz jej dlugosci, których srednica zmniejsza sie w kierunku dna Obudowy zbierajacej.Dolna czesc rury 9 jest polaczona na zewnatrz zbierajacej obudowy 3 z pompa ssaca nie uwidocz¬ niona na rysunku, która jest zdolna usuwac prze¬ robiona ciecz poza zbierajaca Obudowe pomimo5 prózni panujacej w tej obudowie- Dzieki rozmiesz¬ czeniu i wymiarom wymienionych otworów, rura 9 dziala jako regulator poziomu cieczy, poniewaz przy wyzszym poziomie cieczy wiekszaliczba wiek¬ szych otworów stanowi wieksza powierzchnie prze¬ plywu z obudowy zbierajacej do rury 9, zas przy nizszym poziomie cieczy odpowiednia (powierzchnia przeplywu sklada sie z mniejszej liczby mniejszych otworów.Rozmiar i rozmieszczenie otworów sa tak dobra¬ ne, ze poziom cieczy jest automatycznie utrzymy¬ wany w granicach odpowiadajacych dolnej i gór¬ nej wartosci czasu przebywania cieczy w obudowie zbierajacej, bez jakiegokolwiek niebezpieczenstwa, ze ciecz lub piana wplynie do obudowy 2.Krawedz górnego, otwartego konca rury 9 umieszczona jest nieco nizej od srodkowego otworu w górnej czesci wewnetrznej obudowy 2, a to w tym celu, aby w przypadku jezeli calkowita po¬ wierzchnia przeplywu, skladajaca sie z otworów w * rurze 9 stanie sie z jakiejs przyczyny nie wystar¬ czajaca i poziom cieczy podniesie sie do górnej krawedzi rury 9, ciecz ta przelala sie przez te kra¬ wedz do rury 9 i mogla byc z niej usunieta, co za¬ pobiega przedostaniu sie cieczy do wewnetrznej obudowy 2 poprzez otwór srodkowy.Ponadto rura 9 otoczona jest rura 10 otwarta na obu koncach, przy czym wewnetrzna srednica tej rury jest wieksza od zewnetrznej srednicy rury 9, a rura 10 siega prawie od dna zbierajacej obu¬ dowy az do wierzcholka" tej olbudowy. Rura 10 dziala jako zamkniecie hydrauliczne i zapobiega temu, aby piana tworzaca sie w obudowie zbiera¬ jacej i zawierajaca zwykle znaczne ilosci wilgoci i powietrza, zostala zassana do rury 9 razem z osta¬ tecznie przerobiona i zmieszana z nia ciecza, co oczywiscie zepsuloby w wiekszym lub mnieszym stopniu efekt przerolbu. Ciecz zasysana jest do przestrzeni pomiedzy rura 9 i rura 10 z pobliza dna zbierajacej obudowy, co zaznaczono na rysun¬ ku dwoma malymi, zagietymi do góry strzalkami.W celu wytworzenia w latwy i praktyczny spo¬ sób prózni w zbierajacej Obudowie 3 przez podla¬ czenie jej do pompy prózniowej, nie uwidocznionej na rysunku, obudowa ta zaopatrzona jest w piono¬ wa rure 11, która wchodzi do niej przez dno i jest szczelnie w nim zamocowana. Rura 11 ma taka wysokosc, ze nie ma obawy zassania piany do pompy prózniowej ze zbierajacej obudowy 3.Zamknieta komora 4, w ksztalcie pierscienia, jest co najmniej w jednym punkcie jej obrzeza wy¬ posazona w kanal 12, który przechodzi przez te komore i jest calkowicie od niej odgraniczony.Wewnetrzny otwór kanalu 12 laczy sie ze zbiera¬ jaca obudowa 3, a zewnetrzny jego otwór jest za¬ kryty próznioszczelnie przezroczysta szklana ply¬ ta 13. Kanal 12 umozliwia obserwacje poziomu cieczy z zewnatrz poprzez plyte szklana, a takze w pewnym stopniu umozliwia obserwacje tworze¬ nia sie piany w zbierajacej obudowie. Maksymalny poziom cieczy, przy którym urzadzenie dziala zado¬ walajaco, zaznaczony jest na rysunku linia prze¬ rywana i znakiem poziomu.Mimo tego, ze dzieki zwartej konstrukcji urza¬ dzenia, powierzchnie promieniowania ciepla zo¬ staly znacznie zmniejszone w stosunku do znanych 6 dotychczas urzadzen tego samego rodzaju, wyna¬ lazek przewiduje takze wyposazenie komory 4 w cieplna izolacje 14 na calej w zasadzie powierzchni zewnetrznej. 5 Dla unikniecia wznoszenia sie wytworzonej ewentualnie piany do górnej czesci separatora i zassania jej do rur 10 i 11 przez ich górne, otwar¬ te konce, mozna ponad cala zbierajaca obudowa 3 umiescic plyte dziurkowana lub filtracyjna siatke 10 15, przy czym górne konce rur 10 i 11 musza sie oczywiscie znajdowac .ponad wymieniona plyta lub siatka, tak jak to pokazano na rysunku.Wedlug szczególnego rozwiazania wynalazku, wirnik 1 wirówki moze byc umieszczony w zbie- 15 rajacej obudowie 3 na takiej wysokosci, ze caly wirnik bedzie sie znajdowal powyzej najwyzszego mozliwego poziomu cieczy w tej obudowie pod¬ czas eksploatacji.Przy przerabianiu na przyklad oleju transfor- 20 matorowego, urzadzenie wedlug wynalazku dziala w sposób nastepujacy. Olej podawany jest pompa lub grawitacyjnie przez wlot 6 do komory 4, gdzie zostaje podgrzany do zadanej temperatury za po¬ moca grzewczego urzadzenia 5, skladajacego sie 25 najlepiej z elektrycznych elementów grzejnych, umieszczonych i równomiernie rozmieszczonych w calej komorze, za wyjatkiem przestrzeni przez¬ naczonej dla kanalu 12. Z komory 4 ogrzany olej podawany jest przez rure 7 od góry do wirnika 1 wirówki, w którym w znany sposób wskutek dzia¬ lania sily odsrodkowej zostaja oddzielone zanie¬ czyszczenia stale i nierozpuszczona woda znajdu¬ jaca sie w oleju.Poniewaz w zuzytym oleju transformatorowym zawartosc dajacej sie oddzielic wody jest zazwy- 35 czaj bardzo mala, urzadzenie stanowiace przedmiot wynalazku moze przerobic znaczne ilosci oleju, za¬ nim stanie sie konieczne usuniecie oddzielonej wo¬ dy z wirnika, na przyklad za pomoca wspomnia¬ nego wyzej urzadzenia do usuwania lub przez za- 40 trzymanie i opróznienie wirnika.Oddzielony olej wyrzucany jest z wielka pred¬ koscia przez wylotowy otwór 8 wirnika 1 wirówki w postaci malych kropel, dzieki czemu powierz¬ chnia oleju na jednostke objetosci staje sie bardzo 45 duza. Krople oleju uderzaja w pionowa, ogrzana sciane zbierajacej olbudowy 3 i rozbijaja sie na tej scianie, ogrzewanej przez komore 4.Olej scieka wówczas w postaci cienkiej warstwy po wymienionej scianie w kierunku dna zbieraja- 50 cej obudowy 3 gdzie zbiera sie na duzej powierz¬ chni o ksztalcie pierscienia. Dzieki wysokiej tem¬ peraturze i prózni panujacej w zbierajacej obudo¬ wie oraz dzieki duzej powierzchni swobodnej oleju, olej zostaje praktycznie w zupelnosci uwolniony 55 od rozpuszczonej wilgoci i powietrza. Poniewaz wewnetrzna sciana komory 4 jest stale dobrze podgrzewana, para nie moze sie skraplac na wy¬ mienionej scianie, dzieki czemu jakiekolwiek za¬ nieczyszczenie dostatecznie przerobionego oleju 60 kondensatem jest calkowicie niemozliwe.Para i -powietrze calkowicie oddzielone z oleju, sa odprowadzane przez rure 11 za pomoca pompy ssa¬ cej nie uwidocznionej na rysunku, a olej stanowia¬ cy koncowy produkt przeróbki mozna odprowadzic fl5 przez rure 9 w sposób opisany powyzej.54 059 PL