SE453966B - Virvelseparator - Google Patents

Description

453 966 Många olika slag av turbulensseparatorer, t.ex. cykloner med turbulensbegränsade cylindriska koniska ytor, är tidigare kända. Van- ligen har en turbulens- eller virvelkammare en slät yta och väggen i kammaren är kontinuerlig i riktning av det turbulenta flödet. Genom inställningen av sådana oberoende av varandra manövrerade turbulens- separatorer parallellt med varandra har det varit möjligt att bygga upp t.ex. multicykloner. Ett exempel på en sådan beskrives i US 3 747 306.

Dessutom beskrives 1 många patentskrifter turbulensseparatorer, i vilka två virvlar tangentiellt förenas med varandra och möjliggör tangentiell genomströmning av partiklar med en viss storlek från en virvelkammare till en annan. Ett turbulenssystem är även känt, i vilket ett medium, som skall separeras, inmatas tangentiellt mellan två spiralströmar.

Ett exempel på detta beskrives i US 4 248 699.

En nackdel med dessa tidigare kända turbulensseparatorer utgö- res av det förhållandet, att centrifugalkraften pressar mediumvirveln, som skall separeras, mot de begränsande utsidorna. Sålunda kommer friktion att retardera strömningshastigheten hos virveln och resulterar i turbulens i närheten av väggarna. Friktion och resulterande turbu- lens förorsakar betydande energiförluster. På grund av den minskade rotationshastigheten kommer centrifugalkraften och sålunda separerings- kraften att minska. Vidare kommer turbulensen att återblanda viss del av redan separerat material. Tidigare kända multicykloner kräver bety- dande utrymme och deras konstruktion har stor massa. På grund av de förluster, som förorsakas av friktion, är det svårt att med tillgäng- liga turbulensseparatorer nå höga turbulenshastigheter, vilka erfordras för separering av t.ex. gaser i gasblandningen. Friktionen ökar kraf- tigt med ökning av hastigheter. På grund av den bromseffekt, som föror- sakas av friktionen, kan ett medium, som skall separeras, förbli i ro- tation och sålunda utsättas för effektiv separering under mycket lång tid. 453 966 Ett ändamål med uppfinningen är att e1iminera dessa nackdeiar och detta har uppnåtts vid en virveïseparator av ovan angivet slag därigenom, att separeringsvirvelkamrarna är så anordnade i förhåilande ti11 varandra, att separeringsvirvïarna de1vis tränger in i varandra och biïdar en virveïansïagsyta. Övriga kännetecken på uppfinningen framgår av underkraven.

Uppfinningen ska11 i det föïjande närmare förk1aras med hänvisning ti11 bifogade ritningar, varå fig. 1 åskådïiggör ett turbuïenssystem enïigt uppfinningen, vid viïket sida vid sida anbragta separeringsvirv- 1ar parvis och sidïedes står i kontakt med varandra. Fig. 2 åskådïiggör ett turbuienssystem enïigt uppfinningen. vid viïket virvlarna har eiiipsform. Fig. 3 är en sidovy av ett cyklonsystem enligt uppfinning- en, och fig. 4 visar ett snitt ïängs ïinjen IV-IV i fig. 3. Fig. 5 visar ett axie11t snitt genom ett cykïonsystem enligt uppfinningen, och fig. 6 visar ett snitt ïängs ïinjen VI-VI i fig 5. Fig. 7 visar en ut- föringsform i perspektiv av en f1ödesde1are, och fig. 8 visar axonomet- riskt en annan utföringsform av en fiödesdeïare. Fig. 9 visar ett tvärsnitt genom en modifierad f1ödesde1are eniigt fig. 8, och fig. 10 453 966 visar ett snitt längs rotationsaxeln, som antytts med linjen X-X i fig. B. Fig. 11 är en sídovy av en anordning med tangentiell inmatning enligt fig. 6, och fig. 12 är en perspektivvy av en cyklonanordning enligt uppfinningen, vid vilken virvlarna är koniska. Fig. 13 visar-axonometriskt flödesdelaren i ett cyklonsystem, i vilket virvlarna är koniska. Fig. 14 visar ett snitt genom en turbulenskammar- anordning enligt uppfinningen, i vilken en turbulenskammare perifert omges av ett flertal andra turbulenskamrar. Fig. är en axonometrisk vy av ett cyklonsystem enligt upp- finningen, i vilket ett medium tillföras cyklonen vid centrum. Fig. 16 visar ett tvärsnitt genom en centrifug med ett cyklonsystem enligt uppfinningen anordnat perifert kring dess rotationscentrum. Fig. 17 visar ett axiellt snitt längs linjen XVIII-XVIII i fig. 16, och Pig. 18 visar ett axiellt snitt genom en cyklon enligt uppfinningen, varvid virvlarna är koniska och väggarna mellan virvlarna merendels har utelämnats. Fig. 19 visar i princip små flödesdelara och virvlarna i deras närhet.

Det huvudsakliga ändamålet med uppfinningen är att minska kontakten mellan en separerande virvel och en begränsningsyta för nämnda virvel vid den yttre omkretsen och därigenom elimineras nackdelarna med en sådan kontakt.

För detta ändamål har avlägsnats en del av eller hela den yta, som begränsar virveln vid omkratsen. Den stödanda verkan av ytan, som pressar virveln inåt, kompenseras genom att två varandra närliggande virvlar drives in i varandra under dessas rotation, varigenom de kommer att pressa varandra inåt. De virvlar, som löper in i varandra under en liten vinkel, förorsakar ej någon turbulens och friktio- nen dem emellan blir i huvudsak noll under den förutsättningen, att rotationshastigheterna är lika stora. 453 '966 Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att försätta ett medium, som skall separeras, i radiell oscillerande rörelse i virveln vid den tidpunkt, när sammanstötningen inträffar. Denna radiella, oscillerande rörelse bidrar till separeringen av partiklar med olika massor. Genom ett anordnande av sammanstötningspunkterna på lika stora avstånd från varandra blir det möjligt att i virveln utveckla en regelbunden vågrörelse, som fortplartas i huvudsak i riktning av rotationens radie och som omväxlafde bringar de mediumpartiklar, som skall separeras, närmare varandra och längre bort från varandra, i riktning av rotationens radie. Ett anslag, som är riktat rafiellt från den yttre periferin mot den inre periferin, kan ge de lättare partiklarna en högre hastighet mot rotationsoentrum än den som bibringas de tunga partiklarna, vilkas tröghet och oentrifugalkraft är större.

De i det följande beskrivna figurerna visar som exempel några utföringsformer av uppfinningen och åskådliggör dess tillämpning. I praktiken kan många olika utföringsformer vara tänkbara för genomförande av uppfinningen. Form och dimension på utrustningen enligt uppfinningen skall väljas i enlighet med avsett användningsområde. Experimentella undersökningar och teoretiska studier kan därvid vara till hjälp.

Den följande terminologin har använts för de kompo- nenter, som visas i figurerna. 1. åetecknar en yta, som bildar separeringsutrymme mot den yttre omkretsen. 2. Rörelsebanan för en separerande virvel i huvudsak utan osoillerande effekt.

. Ett separeringsutrymme, i vilket partiklar med olika massor separeras från varandra, eller en turbulenskammare. 12. Ett tangentiellt inloppsrör, genom vilket partiklarna, som skall separeras, införas i separeringsutrymmet. 453 966 lJ\ 13. Ett axiellt utloppsrör för partiklar med liten massa efter separeringen. 14. Ett axiellt utloppsrör För partiklar med mycket stor massa efter separeringen. 39. En Flödesseparator För separering av olika virvlar Från varandra. 2 40. in sammanstötningsyta, där de separerande virvlarna löper in i varandra. 47. Ett lock För turbulenskammaren. 45. Ett axiellt matarrör. 9. Rotationscentrum För en separerande virvel. 60. En liten Flödesdelare. 490. Qotationscentrum För en centriFug. l Fig. 1-visas ett turbulenskammarsystem enligt uppFinningen, i vilket de individuella turbulenskamrarna är belägna sida vid sida i ett regelbundet kvadratnät.

Turbulenskanrarna eller separeringsutrymmena 10 står i sidokontakt med varandra, så att ungeFär halva vëggytan hos mittkamrarna har avlägsnats. Vid området För den avlägs- nade väggytan har bildats en sammanstötningsyta 40, vid vilken virvlarna i de olika kamrarna löper in i varandra. I det i 'figuren visade Fallet är antalet virvlar 4 x 4, men turoulensf kammarsystemet kan omfatta ett godtyckligt antal virvlar 2, som parvis står i kontakt med varandra i sidled. I exemplet enligt Fig. 1 kvarstår mellan de olika virvelflödena delare 39 med Fyrarmat tvärsnitt och varierande storlek. Även Formen av flödesdelaren 39 kan variera. Sålunda Förbättrar en våg- liknande Form oscillerinçen.

Fig. 2 visar ett turbulenssystem enligt uppfinningen, där de individuella virvlarna 2 har Formen av en ellips, i ändamål att intensifiera det radiella anslaget. I det i Fig. 2 visade Fallet är storaxlarna hos ellipserna vinkel- räta mot varandra. Eventuellt skulle storaxlarna hos en ellios kunna anbringas parallellt.'Ett turbulenssystem enligt 453 966 uppfinningen kan även byggas upp med hjälp av virvlar med annan Form, t.ex. i form av avrundade trianglar, aurundade Fyrkanter osv.

I sidovyn i Pig. 3 visas ett cyklonsystem enligt uppfinningen med 4 x 4 cykloner, vilka kombinerats till ett system med en omgång oykloner. I Figuren visas ej några mataranordningar För oyklonerna. Det medium, som skall separeras i cyklonerna, kan tillföras axiellt eller tangentiellt. Idet fall, son visas i Fig. 3, kommer de separerade Fraktionerna att utmatas i axiell riktning men tangentiella utloopsanordningar är även tänkbara.

Det tvärsnitt av ett cyklonsystem, som visas i Fig. 4, åskådliggör, att de individuella turbulenskamrarna 10 har samma storlek. Detta är lämpligt med tanke på att anslags- krafterna i de olika virvlarna skall vara lika stora. I detta Fall utgöres Flödesdelaren 39 av Fyra släta sektioner av en cylindrisk yta.

Tvärsnittet i fig. 5 åskådliggör de tangentiella inloppen 12 till ett cyklonsystem och dessa inlopp är anordnade mellan de individuella virvlarna 2.

Fig. 6 visar de motsvarande tangentiella inloppen 12 ovanifrån.

Pig. 7 visar en Flödesdelare 39, som i flödesrikt- ningen För virvlarna har försetts med kanalformiga spår med skarpa åsar mellan dem. Tack vare en sådan Form blir det möjligt att modifiera Formen hos axialtvärsnittet av en virvel 2 vid olika Faser av rotationen. Inom anslagsytan 40 hos de individuella virvlarna 2 är mellanytan för virvlarna plan, dvs. den axiella sektionen av virveln 2 är lineär. där partiklarna kommer till en virveldelare 34, som visas i Fig. 7, kommer dessa partiklar att tvingas att delvis för- skjutas även i axiell riktning. Sålunda får partiklar med olika massor olika möjligheter att passera varandra i önskade 453 966 separeringsriktningar. Tvärsnittsformen hos en flödesdelare kan även vara cirkulär eller elliptisk.

I den typ av flödesdelare 39, som visas i fig. 8, 9 och 10 är det axiella tvärsnittet vågformigt. Mellan vågformiga åsar förekommer urtag- ningar, och virvlarna 2 tvingas in i dessa. Den regelbundna formen hos en virvel 2 i axiell radiell riktning förbättrar separeringen.

Fig. 11 visar en detalj vid en tänkbar anordning av ett tangen- tiellt inlopp 12 vid utföringsformen enigt fig. 5 och 6.

Fig. 12 och 13 visar en utföringsform för anordnandet av koniska turbulenskamrar. Bredden av en kollísionsyta 40 kan väljas allt efter önskemål. Flödesdelarna 39 kan utgöras av plana. koniska ytor eller kan de utformas vågformiga eller korrugerade i rörelseriktningen för virveln 2 eller med spår i axiell riktning.

Fig. 14 åskådliggör ett fall, i vilket fyra virvlar 2 mellan sig har två mindre flödesdelare 60 i stället för en stor flödesdelare 49.

Sålunda kommer en fríktionsyta, som begränsar virvlarna 2, att bli mindre. Mellan virvlarna 2 och de små flödesdelarna 60 erhålles motvirv- lar, som stöder separeringsvirvlarna 2 i sidled. 'nr

Claims (8)

453 966 <> P a t e n t k r a v

1. Virvelseparator för separering av en blandning av ett flertal komponenter med olika partikelmassor i olika grupper av lättare och tyngre partiklar och bestående av åtminstone två intill varandra anord- nade separeringsvirvelkamrar vilkas närbelägna sidoväggar är försedda med öppningar för bildande av en överföringszon för tyngre partiklar i blandningen från en separeringsvirvelkammare till en annan, k ä n n e- t e c k n a d d ä r a v, att separeringsvirvelkamrarna (10) är så an- ordnade i förhållande till varandra, att separeringsvirvlarna (2) delvis tränger in i varandra och bildar en virvelanslagsyta (40).

2. Virvelseparator enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att det finns åtminstone fyra separeringsvirvelkamrar, som parvis delvis går in i varandra och är anordnade i ett regelbudnet kvad- ratsystem intill varandra, och att mellan nämnda fyra närliggande sepa- reringsvirvelkamrar (10) är anordnad en flödesdelare (39).

3. Virvelseparator enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att nämnda flödesdelare (39) uppvisar ett kvadratiskt eller cirkulärt tvärsnitt.

4. Virvelseparator enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att mellan fyra parallella virvelkamrar (10) är anordnade två mindre flödesdelare (60).

5. Virvelseparator enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a d d ä r a v, att inloppsöppningen (12) för ett medium, som skall separeras, sträcker sig mellan nämnda separeringsvirvelkammare (10) in i en virvelanslagsyta (40), där virvelkamrarna (10) delvis går in i varandra.

6. Virvelseparator enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att inloppsöppningen (12) är belägen i en flödesdelare (39) mellan virvelkamrarna (10).

7. Virvelseparator enligt kravet 2, 3 eller 4, k ä n n e- t e c k n a d d ä r a v, att flödesdelaren (39) är försedd med spår i fortplantningsriktningen för en separerande virvel (2).

8. Virvelseparator enigt kravet 2, 3, eller 4, k ä n n e- t e c k n a d d ä r a v, att flödesdelaren (39) är korrugerad i fort- plantningsriktningen för en separerande virvel (2).