SE454056B - Sett och anordning for centrifugalseparation - Google Patents

Description

454 056 2 från urspnngstimret ofullständigt kokade partiklar från kvis- tar i veden och liknande.

Inom pappersindustrin är det välkänt att utnyttja vad som där kallas centrifugalrenare eller enklare renare för att separera icke önskade partiklar från värdefull massa. Dessa utgörs av anordningar av det slag som i andra sammanhang är mer kända under namn såsom vätskecykloner eller ibland hydro- cykloner. _ De centrifugalrenare som utnyttjas för preparering av massa för papperstillverkning består vanligen av en sluten, ihålig, något avkapad, inverterad kon av metall, keramik, plast eller annat styvt material, med en sluten bas hos konen vid den övre änden försedd med ett inloppsrör eller inlopps- öppning eller -öppningar, som mynnar tangentiellt vid toppen, nära konens bas och i vilka en utspädd suspension av för papperstillverkning avsedd massa inpumpas under tryck från en yttre pump ansluten medelst lämpliga ledningar. Dessa renare är vidare försedda med ett axiellt utloppsrör eller rör för accepterad massa från centrum hos konens bas, vilket rör skjuter in axiellt ett kort stycke i det inre hos den ihåliga konen för att bilda den s.k. virvelsökaren (vortex fihfier), samt innefattar dessutom en axiell öppning eller mynning, ibland kallad spets eller utlopp för avvisad massa, vid konens spets, som vid normal montering befinner sig vid den nedre änden av konen.

Vid drift av centrifugalrenare pumpas massan konti- nuerligt in i anordningen genom det tangentiella inloppet under avsevärt tryck, träder in vid relativt hög hastighet och roterar snabbt inuti den ihåliga konen från vilka tvâ strömmar utmatas, den större fraktionen av den inkommande massan strömmar ut via röret för accepterad massa genom ko- nens bas och kallas accepterat flöde eller acceptat, medan den mindre fraktionen kallad avvisat flöde avgår via av- visningsutloppet i konens spets. Den snabba rotationen eller spiralrörelsen hos massan i den ihåliga konen bringar de suspenderade partiklarna att utsättas för en stark ra- 454 056 3 diell accelerationskraft eller centrifugalkraft. Eftersom de användbara eller önskade fibrerna för papperstillverkning har tätheter eller specifika vikter mycket nära den för sus- pensionsvattnet och eftersom de förorenande partiklarna ofta har högre täthet, kommer de tyngre, förorenande partiklarna att tendera att kastas utåt mot konens vägg, där de passerar i en spiralbana nedåt mot utloppet för avvisad massa i det s.k. smutsskiktet omedelbart intill konens vägg. En stor del av de tunga partiklarna avgår tillsammans med det av- visade flödet genom nämnda utlopp. Det accepterade flödet innehåller en väsentligt reducerad koncentration av icke önskade partiklar med hög täthet jämfört med det inkommande flödet eller matningsflödet.

Centrifugalrenare av det slag som för tillfället utnyttjas inom industrin karakteriseras av det faktum, att ett relativt stort avvisningsflöde måste bibehållas för önskad funktion. Fastän det är typiskt, att de icke önskade partiklarna med stor täthet i det inkommande matningsflödet representerar mindre än en procent av partiklarnas total- vikt i matningsflödet, kan en bra funktion eller ett bra av- lägsnande av nämnda partiklar med hög täthet från det accep- terade flödet i alla fall endast uppnâs om proportionen av fasta partiklar i det avvisade flödet är 15-20% eller även högre av vikten för partiklarna i matningsflödet. Således kommer en icke önskad hög procentuell andel av värdefulla fibrer att avvisas tillsamamns med de icke önskade partiklar- na i det avvisade flödet.

Omfattande forskning har utförts avseende centri- fugalrenare under många år av olika personer och det finns en omfattande teknisk litteratur i ämnet. Denna forskning har fastställt, att det trots den mekaniska enkelheten hos anordningen föreligger ett mycket komplext flödesmönster hos massan eller fluidet i en centrifugalrenare, då denna är i funktion. Det bör speciellt noteras här, att det i alla arbetande centrifugalrenare existerar en komponent av det 454 056 ovan nämnda komplexa flödesmönstret som har kallats läck- flöde. Det är ett litet kontinuerligt flöde radiellt inåt över undersidan hos den tillslutna toppen hos anordningen, som motsvarar konens bas, ned utmed utsidan hos virvelsökaren till den öppna änden hos nämnda sökare och sedan ut genom röret för accepterat material. Denna flödesfraktion genom anordningen, läckflödet, innehåller en viss fraktion av det inkommande matningsflödet som passerar genom anordningen utan att utsättas för någon väsentlig radiell acceleration eller centrifugalkraft och från vilket således icke önskade förore- nade partiklarna ej har avlägsnats. Fackmannen inser vidare, att inga ändringar i den geometriska utformningen av anord- ningen, såsom ändring av dimensionerna, diametern, konvinkeln eller -formen, storleken eller ytkonfigurationen hos konens bas eller virvelsökaren helt kan eliminera läckflödet. Det inses att läckflödet är karakteristiskt för centrifugalrenare av det slag som för närvarande utnyttjas, då det induceras i enlighet med de välkända lagarna för fluidummekanismer genom visköst motstånd och fluidumfriktion, som är typiskt för flö- det av alla reella fluida förbi en fast gräns, som ibland benämns gränsskikteffekt.

Det kan således fastställas, att i samtliga centrifu- galrenare som tidigare utnyttjats inom pappersindustrin, dvs. de anordningar i vilka det accepterade flödet avgår från an- ordningen axiellt genom konens bas med eller utan utnyttjan- det av en virvelsökare, separationen av icke önskade partik- lar aldrig kan bli fullständig p.g.a. existensen av läckflödet.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett sätt för centrifugalseparation, vilket karakterise- ras av det faktum att det ej förekommer något läckflöde och vidare att åstadkomma en lämplig anordning medelst vilken sättet kan tillämpas.

Uppfinningen avser således ett sätt för centrifugal- separation av tyngre och lättare fraktioner ur en fluidum~ blandning, innefattande inmatning av nämnda fluidumblandning under tryck med åtminstone en tangentiell hastighetskompo- nent i en inloppsände hos en lângsträckt kammare med cirkulär 1 454 056 inre tvärsektion, vars diameter avtar från inloppsänden mot en utloppsände, för att därigenom bringa all fluidum- blandning att strömma runt och längs nämnda kammare mot utloppsänden och åtminstone delvis att separera i en tyngre, radiellt yttre fraktion och en lättare, radiellt inre frak- tion, samt extrahering av nämnda tyngre fraktion vid peri- ferin hos utloppsänden. Sättet karakteriseras av att nämnda extrahering genomföres väsentligen helt utan att inverka på en jämn flödespassage för nämnda lättare fraktion i längs- riktningen och under upprätthållande av åtminstone fulla diametern hos flödespassagen för nämnda lättare fraktion.

Enligt uppfinningen âstadkommes även en anordning för centrifugalseparation, vilken innefattar en lângsträckt kammare med cirkulär inre tvärsektion med avtagande diameter från en inloppsände mot en utloppsände, varvid inloppsänden är tillsluten med undantag för organ för inmatning av en l fluidumblandning under tryck i nämnda inloppsände med åtmin- stone en tangentiell hastighetskomponent, för att därigenom bringa nämnda fluidumblandning att strömma runt och längs nämnda kammare mot utloppsänden under åtminstone delvis sepa- ration av fluidumblandningen i en tyngre, radiellt yttre fraktion och en lättare, radiellt inre fraktion, och varvid utloppsänden har en axiellt belägen, första öppning för mot- tagande huvudsakligen av den lättare fraktionen och en peri- feriellt belägen, andra öppning för mottagande huvudsakligen av den tyngre fraktionen, vilken andra öppning är utförd i form av ett avbrott i en yttre vägg. Anordningen karakteri- seras av att nämnda yttre vägg med undantag av nämnda av- brott är helt jämn och kontinuerlig i flödets längdriktning och att nämnda kammare i flödets längdriktning från nämnda andra öppning till nämnda första öppning bibehåller en dia- meter som är minst lika stor som kammarens diameter vid nämnda andra öppning. _ En ytterligare egenskap hos de föredragna utförings- formerna av föreliggande uppfinning är att de ger ett sätt medelst vilket förhållandet mellan avvisat flöde och accep- terat flöde i en anordning för centrifugalseparation av en 454 056 fluidumsuspension snabbt och enkelt kan inställas med utnytt- jande av kända, enkla organ, såsom en ventil.

Vid kända centrifugalrenare är det nödvändigt att driva anordningarna vid ett relativt högt differentiellt tryck mellan inmatningsöppningen och utloppsöppningen för accepterat material, varvid tryckfall pâ 30-40 psi (för pri- märstegsrenare) är vanliga. Vid konens inloppsände omvandlas tryckenergin i fluidet i matningsflödet väsentligen tillldne- tisk energi hos det i spiral roterande flödet. Vid den tid- punkt dâ det accepterade flödet när utloppet för accepterat material har denna kinetiska energi väsentligen omvandlats genom turbulens, skärkrafter och fluidumfriktion.

Ytterligare en egenskap hos en av utföringsformerna av föreliggande uppfinning är att den ger ett sätt afllläqfliga organ medelst vilka åtminstone en viss del av daikinafiska energin hos det i spiral roterande flödet kan återvinnas sun tryckenergi genom tillsats av lämpliga organ till bamm1sun följs av det accepterade flödet (vilket i föreliggande anord- ning utmatas genom konens spets) för återomvandling av rönflse- energin eller den kinetiska energin till tryckenergi.

Förståelsen av utföringsformer av sättet och anord- ningen enligt föreliggande uppfinning underlättas av följande beskrivning, vilken sker med hänvisning till ritningarna.

Fig. 1 är ett vertikalsnitt genom e1utfiflfingsflmm1av1qp- finningen, vilket snitt är lagt genom den axiella centrum- linjen hos anordningen.

Fig. 2 är en del av en vertikalsektion utmed centrum- linjen hos en del av en annan utföringsform.

Pig. 3 är en del av en vertikalsektion utmed centrum- linjen hos ytterligare en annan utföringsform.

Fig. 4 är en del av en vertikalsektion utmed centrum- linjen hos ännu en utföringsform av uppfinningen.

I den följande beskrivningen kommer behandlingen av pappersmassa att utnyttjas som ett specifikt exempel, fastän det ej är avsikten att begränsa området för uppfinningen till just behandling av pappersmassa och än mindre att begränsa nämnda omrâde till separation av en klass av partiklar från 454 056 en blandning av partiklar i vätskesuspension. Vidare kommer vedertagen terminologi inom pappersindustrin att utnyttjas.

I I fig. 1 uppstödes ett styvt operforerat, ihåligt, koniskt skal 10 (i verkligheten har det formen av en stympad kon men kommer här för enkelhets skull att omnämnas såsom koniskt) av något lämpligt, konventionellt stödorgan som ej visas.

I fig. 1 visas det koniska skalet 10 inverterat, dvs. med dess axel vertikal och den mindre änden hos konen riktad nedåt. Det bör emellertid noteras, att konens axel kan vara horisontell eller bilda önskad vinkel med vertikallinjen eller även vänd med den smala änden hos konen vänd uppåt.

Den vidare äden hos detloniska skalet 10, som utgör anordningens inloppsände, är fullständigt och icke perforerat sluten medelst en täckplatta 12. En inloppsledning eller rör 14 kommunicerar med det inre koniska utrymmet eller kammaren 18 genom en öppning l6. Ledningen 14 och öppningenlö är an- ordnade tangentiellt och öppningen 16 är belägen nära täck- plattan 12, dvs. vid konens vidare ände.

Inloppsledningen 14 kan även införas genom täckplat- tan 12 snett men väsentligen tangentiellt. Vätskan som matas genom ledningen 14 skulle därvid erhålla en viss axiell has- tighetskomponent såväl som i huvudsak en tangentiell kompo- nent. Andra inloppsorgan kan utnyttjas, innefattande vinklade slitsar och vinklade vingar. Fig. l visar emellertid den föredragna utföringsformen.

Täckplattan 12, här visad plan, kan även vara dom- formad, dvs. konkav sedd från den inre utrymmet 18, eller kan alternativt vara nedpressad, dvs. konvex sedd från det inre utrymmet 18. Det koniska skalet l0 är här visat som en fak- tisk kon stympad vid toppen, dvs. sidorna hos konen bildar en mantelyta alstrad medelst en rät linje som roterar omkring den axiella centrumlinjen. Det bör emellertid noteras, att uppfinningen även kan fungera med ett väsentligen konformat men hylsliknade skal eller alternativt med ett i viss ut- sträckning trumpetliknande skal. De väsentligaste kraven för önskad funktion hos uppfinningen är att skalet 10 har cirku- lärt tvärsnitt i det avseende, att det definierar en rota- tionsyta omkring den axiella centrumlinjen, att skalet 10 och locket l2 har släta och regelbundna inre ytor, att ska- let 10 är långsträckt och uppvisar minskande diameter från den större inloppsänden mot den mindre (utloppsänden), och att bortsett från en eller ett flertal tangentiellt anord- nade inloppsöppningar l6 täckplattan 12 och det koniska ska- let l0, åtminstone över huvuddelen av dess längd från den vidare änden mot den smalare änden, är helt slutna.

Såsom angivits är nämnda koniska skal 10 stympat nära dess topp vid den position som betecknas 20 i fig. 1, där den är stadigt förbunden med ett övergângsstycke 22 me- delst svetsning eller på annat sätt. Övergângsstycket 22 har en axiell, cylindrisk, central öppning 24, som kommuni- cerar med skalets 10 öppna ände 20. Övergângsstycket 22 kan med fördel vara något avrundat eller avsmalnande vid beteck- ningen 26, utgörande den övre änden av öppningen 24, för att åstadkomma en jämn övergång mellan de lutande sidorna hos skalet l0 och de cylindriska sidorna hos öppningen 24.

Ett avvisningsstycke 28 är löstagbart förbundet medelst flänsar och flänsbultar, vilka flänsbultar är konven- tionella och uteslutna i fig. l, med övergångsstycket 22, varvid det bibehålls axiellt inriktat med detta medelst en muffdel. Fogen är avtätad med en konventionell packning 30, vilken även tjänstgör som mellanlägg. Nämnda avvisnings- stycke 28 innehåller en axiell, cylindrisk, central öppning 32 med samma diameter som och axiellt inriktad med den cen- trala öppningen 24 hos övergångsstycket 22.

En läpp 34, som bildar en del av avvisningsstycket 28, vid den övre änden av öppningen 32 hos nämnda stycke 28 bildar tillsammans med en kant 26 vid den nedre änden av öppningen 24 hos övergångsstycket 22 en runtomgående avvis- ningsöppning 38, vilken omger den cylindriska flödespassagen, som kan betraktas som definierad av de två kolinjära öpp- 454 056 ningarna 24 och 32.

Bredden hos avvisningsöppningen 38 i axiell led är kort och denna bredd kan ökas eller minskas genom utnyttjan- det av tjockare eller tunnare packningar 30, vilka även tjä- nar som mellanlägg, vid anordningens: montering.

Avvisningsöppningen 38 kommunicerar med ett ring- format, gemensamt avvisningsutrymme 40, vilket i sin tur via en avvisningsutloppsport 42 kommunicerar med en avvisnings- utloppsledning 44, till vilken en regleringsventil 46 av kon- ventionellt utförande kan vara kopplad. Utgångsporten 42 och ledningen 44 är tangentiellt anordnade i förhållande till ut- rymmet 40.

Den nedre kanten hos öppningen 32 hos avvisnings- stycket 28 definierar en öppning 48 för accepterat material.

Såsom visas i fig. l kan öppningen 48 vara inrättad att mynna i en tank, ett trâg eller i en ränna. Det kommer emellertid normalt att visa sig lämpligt att ansluta en flödesledning, såsom ett rör eller en flexibel slang eller ett metallsam- lingsrör eller liknande, till avvisningsstycket 38 under och omgivande öppningen 48.

I funktion pumpas ett matningsflöde av pappersmassa bestående av träfibrer eller andra fibrer, vilka kan vara förorenade genom tillsats av andra, icke önskade, fasta par- tiklar i utspädd suspension i vatten in i anordningen under tryck från en yttre pump, ej visad, såsom antyds medelst en pil 50, genom inloppsledningen 14 och öppningen 16. Flödet uppdelas av anordningen i tvâ olika flöden, huvudfraktionen (huvudsakligen lättare material) som avgår axiellt genom öppningen 48, såsom ett accepterat flöde, antytt medelst en pil 52, och den mindre fraktionen (företrädesvis tyngre ma- terial) eller det avvisade flödet, som avgår periferiellt genom öppningen 38 och sedan tangentiellt genom ledningen 44, såsom antytts medelst en pil 54. ' Det inses att den periferiella öppningen 38 är ut- förd såsom ett avbrott i en yttre vägg hos anordningen, som 454 056 10 i övrigt är slät och kontinuerlig i flödets längdriktning.

Grundforskning har visat, att flödesmönstren inom en centrifugalrenare är mycket komplexa. I centrifugalrenare som vanligen utnyttjas är det noterbart, att det alltid existerar vad som har kallats ett kortslutningsflöde eller ibland ett_ läckflöde, smnärett litet flöde radiellt inåt över innerytan hos konens bas, axiellt utmed yttersidan hos virvelsökaren och sedan in i virvelsökaren tillsammans med det accepterade materialet.

Enligt föreliggande uppfinning åstadkomms ett sätt och lämpliga medel medelst vilka suspenderade partiklar, exempelvis i pappersmassa, effektivt kan separeras på basis av täthet, utan någon möjlighet för ett kortslutningsflöde.

Med referens till fig. l framgår, att matningsflödet 50 införs i anordningen genom ledningen 14 och öppningen 16 under tryck, varefter en del av dess tryckenergi i inloppet omvandlas til rörelseenergi. Det passerar sedan nedåt längs en spiralformad, vertikal bana approximativt schematiskt illustrerad medelst en spirallinje 56. Då det passerar mot konens mindre ände ökar den tangentiella hastigheten i vir- veln till följd av den kortare rotationsradien under det att kvarvarande tryckenergi progressivt omvandlas tüJ.rörelse- energi och centrifugalkraften ökar avsevärt till följd av kombinationen av den ökande hastigheten och den reducerade radien.

De icke önskade, tunga partiklarna kastas utåt mot det koniska skalets 10 inneryta, där de passerar ned utmed denna i ett tunt, periferiellt skikt i vad som brukar be- nämnas smutsskiktet, såsom schematiskt antytts medelst pilar 58. ö j De icke önskade partiklarna i smutsskiktet kommer att följa konens 10 innervägg nedåt utmed kavitetens 24 vägg tills de når avvisningsöppningen 38. De'passerar tangen- tiellt in i denna till följd av sin massa och passerar till det ringforamde, gemensamma avvisningsutrymmet 40, medan de 454 05.6 ll såsom inses bibehåller viss tangentiell hastighet. Sedan pas- serar de utåt genom den tangentiella avvisningsutloppsporten 42 till ledningen 44 för avvisat material och avgår i form av ett flöde 54.

Det kvarstående flödet, dvs. det som ej avgår i form av ett avvisat flöde, lämnar anordningen genom öppningen 48 i form av ett accepterat flöde 52.

Det totala flödet av avvisat material i proportion till den inmatade massan beror på ett antal wmfiabler. Trycket i den inkommande matningsmassan 50 kommer att ha en inverkan såväl som varje backtryck på det accepterade materialet till ! följd av installationen av en ledning för accepterat material, såsom har angivits ovan, under öppningen 48, då differential- trycket mellan dessa två punkter kommer att bestämma den mängd tryckenergi som är tillgänglig för omvandling till rörelseenergi vid anordningens inlopp och ned genom konen, vilket i sin tur kommer att påverka kvaliteten hos separa- tionen, då den kommer att bestämma den maximalt tillgängliga centrifugalkraften. Den kommer även att påverka hastigheten och momentet hos partiklarna som transporteras i smutsskiktet, då de träder in i avvisningsöppningen 38.

Med tryck och andra funktionsvariabler konstanta kan proportionen av avvisat material i viss mån justeras genom dimensionen, i axiell riktning, hos avvisningsöppningen 38, som kan justeras vid monteringen.

Hastigheten hos flödet av avvisat material och av- visningshastigheten i proportion till matningen kan emeller- tid enkelt justeras under anordningens funktion medelst en enkel justering av ventilen 46. Denna utföringsform visar således en enkel metod och lämpliga organ för såväl en bättre diskriminerande separation av icke önskade partiklar från värdefulla fibrer än vad som har varit möjligt med anord- ningar som hittills utnyttjats inom pappersindustrin, som för noggrann kontroll av avvisningshastigheten inom vida gränser.

Det inses att vissa dimensioner i fig. 1 har överdri- 454 056 12 vits ur tydlighetssynpunkt och att de geometriska propor- tionerna hos olika dimensioner i figuren ej nödvändigtvis reflekterar optimal utformning av anordningar för använd- ning inom pappersindustrin.

I fig. 2 visas en annan utföringsform av uppfin- ningen. Samma referensnummer anger lika delar i de olika fi- gurerna. Fig. 2 visar endast en del av anordningen enligt denna utföringsform, då den övre delen av anordningen är lik utföringsformen enligt fig. l. Vissa detaljer och referens- nummer har uteslutits från fig. 2, vilka är lika med de i fig. l. I fig. 2 defininerar den axiella, centrala mynningen 60 i övergångsstycket 22 och den axiella centrala mynningen 62 i avvisningsstycket 28 tillsammans en passage med krökta väggar snarare än en cylindrisk passage, såsom i utförings- formen enligt fig. l. Avvisningsöppningen 38 som bildas av läppen 34 hos avvisningsstycket 28 och den nedre kanten 36 av övergångsstycket 22 är belägen vid eller axiellt nära (antingen över eller undefi positionen för den minsta diame- tern hos nämnda passage med krökta väggar. De krökta väg- garna hos denna passage, som bildar en i riktning radiellt inåt konvex rotationsyta med sammansatt krökning, kan lämp- ligen vara utförd att överensstämma med den tredimension- nella geometriska formen som inom matematiken betecknas så- som en rotationshyperboloid. En sådan form kan i alldagligt språk beskrivas såsom en dubbeländad, trumpetformad kavitet.

Andra former för den gemensamma kaviteten eller mynningen 60 och 62, oberoende av om de kan beskrivas såsom överens- stämmande med en eller annan känd matematisk kurva eller har uppnåtts på empirisk väg, kan även utnyttjas. För stör- ningsfri funktion hos anordningen är det tillräckligt att de krökta väggarna hos öppningen 62 bildar en fortsättning av samma mjuka kurva som de krökta väggarna hos öppningen 60 och att avvisningsöppningen 38 är belägen axiellt vid eller nära punkten för minsta diametern och såsom i fig. 1 repre- senterar ett avbrott i en annars jämn och kontinuerlig yttervägg.

Pig. 3 visar en aelsektion genom ytterligare en 454 oss' 13 annan utföringsform av uppfinningen. Vid tillämpning av cen- trifugalrenare inom pappersindustrin är det välkänt i vissa tillämpningar att tillsätta utspädningsvatten eller såsom det ofta benämns elutriationsvatten till anordningen vid eller nära konens spets eller till organ förbundna med eller belägna under avvisningsöppningen i konens spets. Sådana or- gan har benämnts avvisningsregulatorer, massasparare och har givits olika varunamn av olika tillverkare. Ändamålet är allmänt att tvätta bort värdefulla fibrer från de icke önskade, tunga partiklarna, antingen innan sådana partiklar lämnar avvisingsöppningen eller kort därefter, så att de vär- defulla fibrerna kan återvinnas, antingen inuti konen hos renaren eller i tillkopplade organ efter passage genom spet- sen.

Föreliggande uppfinning är mycket lämpad för använd- ning av elutriationsvatten i ändamål att återvinna eller hindra avvisning av värdefulla fibrer, som annars skulle bli del av det avvisade flödet 54, som lämnar anordningen.

Fig. 3 illustrerar hur detta enkelt kan uppnås.

I fig. 3 är övergångsstycket, här betecknat 64, for- mat på annat sätt, så att det innehåller ett gemensamt, ringformat elutriationsutrymme 66, i vilket en elutriations- ledning 68 ansluter sig tangentilellt genom en öppning 70.

Dessutom är ett avståndsstycke 74 anordnat med en axiell central öppning 78. Detta avståndsstycke är anordnat mellan övergângsstycket 64 och avvisningsstycket 28. De tre delarna kan såsom framgår av figuren, lämpligen samtliga vara fläns- förbundna och sammanhållna medelst konventionella fläns- bultar, ej visade. Två packningar 30, vilka även tjänar som mellanlägg för åstadkommande av önskad axiell dimensio- nering av elutriationsöppningen 72 och avvisningsöppningen 38, är anordnade, den ena över och den andra under avstånds- styckets 74 fläns. ~ Det bör noteras, att elutriationsöppningen 72 är be- lägen över, dvs. uppströms om, avvisningsöppningen 38. Det 454 056 l 4 “æ bör även noteras, att den axiella, centrala öppningen 24 hos övergångsstycket 64, den axiella, centrala öppningen 78 hos ~ avståndsstycket 74 och den axiella centrala öppningen 32 hos avvisingsstycket 28 tillsammans bildar en passage i form av en rotationsyta omkring den axiella centrumlinjen, vilken antingen kan vara cylindrisk, såsom visas i fig. 3, eller i form av en rotationshyperboloid eller annan sammansatt kurvform, på ett sätt liknande det sätt som har beskrivits' i detalj i samband med utföringsformen i fig. 2. Vidare re- presenterar såsom fallet var med öppningen 38 även öppnin- gen 72 ett avbrott i en i övrigt slät, kontinuerlig vägg.

I funktion bringas elutriationsvatten, som antingen är vatten som ej innehåller fibrer eller partiklar eller vatten innehållande en mycket utspädd koncentration av fib-_ rer, här betecknad medelst en pil 76, att inmatas i anord- ningen under tryck från en yttre pump, ej visad, tangen- tiellt genom elutriationsledningen 68 och öppningen 70 in i det gemensamma utrymmet 66. Det passerar sedan inåt genom öppningen 72 matat av pumptrycket. Då det inmatas har det en tangentiell hastighet till följd av det tangentiella in- loppet vid öppningen 70 och ringformen hos det gemensamma ut- rymmet 66, så att då det matas in genom öppningen 72 det har en liknande tangentiell hastighet till huvudflödet och or- sakar en minimal störning av flödesmönstret. Det tillsatta elutriationsvattnet tränger igenom det passerande smuts- skiktet, sköljer värdefulla fibrer mot den axiella centrum- linjen, medan partiklar med högre täthet som skall avvisas blir kvar hära väggen, under påverkan av dessas större mas- sa till följd av den högre tätheten.

Det framgår således, att smutsskitet, då det närmar sig och slutligen avgår genom avvisningsöppningen 38, i huvudsak består av avvisbara partiklar med hög täthet med - ett bärarfluidum bestående i huvudsak av nyligen infört elutraitionsvatten och innehållande en mindre mängd värde- fulla fibrer än vad som annars skulle vara fallet.

Fig. 4 visar ytterligare en annan utförinqsform av 454 055 15 uppfinningen innefattande en ytterligare funktionsfördel.

Genom svetsning eller medelst andra lämpliga organ är den smalare änden hos ett stympat, ihåligt, operforerat, konformat skal 80 med slät inneryta förbundet med avvisnings- stycket 28 på sådant sätt, att det inre av den mindre änden hos detta skal 80 ansluter sig exakt till öppningen 48 hos den undre sidan av avvisningsstycket 28 för att bilda en jämn flödespassage såsom visas. Den vidare änden hos skalet 80 är operforerat sluten genom svetsning eller medelst andra organ av en operforerad täckplatta 82. Åtskild i radiell riktning inåt från den inre ytan hos skalet 80 och koaxiellt med samma axiella centrumlinje är en komplementär, operfore~ rad innerkon 84 med slät ytteryta anordnad. Skalet 80 och innerkonen 84 bildar tillsammans ett divergerande, ringformat utrymme 86. Nära täckplattan 82, dvs. nära basen hos skalet 80 är en tangentiellt anordnad öppning 90 för accepterat material belägen, vilken öppning leder till en ledning 92 för accepterat material.

Vid utföringsformerna visade i övriga figurer såväl som i centrifugalrenare som allmänt utnyttjas och andra vätskecykloner omvandlas den tryckenergi som vätskan inne- håller vid inträdet nästan fullständigt.till rörelseenergi, vilket är nödvändigt för separationen av partiklarna i anord- ningen. Rörelseenergin går emellertid väsentligen förlorad till följd av turbulens och fluídumfriktion vid tiden då huvudflödet eller det accepterade flödet lämnar anordningen.

Vid utföringsformen enligt fig. 4 visas ett sätt och lämp- liga organ för att återvinna åtminstone en del av den kvar- varande rörelseenergin såsom tryck i det accepterade flödet, så att med samma flödeshastighet och inlopps- eller utmat- ningstryck ett högre tryck kan erhållas i det accepterade flödet än vad som annars skulle uppnås. Eftersom inom pappers- industrin massan efter centrifugalrening passerar till andra steg i rpocessen, vilka ofta kräver att matas med massan under tryck, kan utnyttjandet av modifikationerna enligt ut- 454 056 16 föringsformen visad i fig. 4 innebära, att en pump kan elimi- neras, som annars skulle erfordras för att tillföra ytterli- gare tryckenergi till massan efter centrifugalreningen.

I funktion passerar flödet av accepterat material, som passerar genom öppningen 48, in i avvisningsstycket 28 och genom det ringformade utrymmet 86 på ett sätt som schema- tiskt visas medelst den divergerande spiralflödesbanan 88.

Därvid retarderas flödet av massan gradvis, så att dess kvar- stående rörelseenergi åtminstone delvis kan återomvandlas till tryckenergi. På detta sätt kommer det accepterade flödet 52 som lämnar öppningen 90 och ledningen 92 att innehålla viss återvunnen tryckenergi.

Ytterligare en teknisk kommentar kommer att göras här. Det har visat sig att alla vätskecykloner innehåller en luftkärna och anordningarna enligt föreliggande uppfin- ning kommer att vara lika i detta avseende. Med referens åter till fig. l indikerar de prickade linjerna 94 det approxima- tiva läget för luftkärnan. Luftkärnan kommer att sträcka sig approximativt axiellt från ände till ände hos anordningen.

Såsom Kelsall har visat, kommer luftkärnan att sträcka sig axiellt tills den antingen möter en fast gräns eller passerar ut genom en öppning hos anordningen till den omgivande atmos- fären.

Med referens till den fria spiralekvationen blir VRn konstant, vilket indikerar att hastigheten vid mycket kort radie närmar skyoändligheten. Detta sker givetvis ej i praktiken, eftersom en luftkärna bildas.

I det fall då matningsmassan innehåller inneslutna luftbubblor eller upplöst luft kommer luftkärnan, såsom namnet anger, att bestå av luft. I det fall att matningsmas- san skulle helt avluftas före inträdet, skulle den s.k. luft- kärnan alltjämt bestå fylld med vattenånga, då hastigheten hos intilliggande skikt hos massan i virveln skulle vara så hög och dess tryck med anledning härav så lågt (med hänvis- ning till den välkända Bernoulli-ekvationen inom flödes- 454 056 17 mekaniken), att trycket skulle vara under vattnets ângtryck.

Den radiella utsträckningen av luftkärnan skulle bero på hastigheten hos fluidet vid inträdet, den tillgängliga tryck- energin, radien hos anordningen och temperaturen på vattnet.

Dess radiella dimension kommer endast i liten utsträckning att bero på mängden innesluten luft eller upplöst luft i den inkommande massan, eftersom extra luft utöver den som er- fordras för att bibehâlla luftkärnan med sådan diameter att den kommer i dynamisk jämvikt med virveln omedelbart kommer att inneslutas i flödet av accepterad massa och lämna anord- ningen.

Det inses, att olika detaljer och egenskaper visade i de illustrerade utföringsformerna i de fyra figurerna kan kombineras på olika sätt utan att begränsa den allmän- giltiga presentationen. Andra tillämpningar, variationer och kombinationer kan enkelt utföras av fackmannen inom området.

Claims (16)

454 056 18 PATEN TKRAV

1. Anordning för centrifugalseparation innefattande en långsträckt kammare (18) med cirkulär inre tvärsektion med avtagande diameter från en inloppsände mot en utloppsände, varvid inloppsänden är tillsluten med undantag för organ (14, 16) för inmatning av en fluidumblandning under tryck i nämnda inloppsände med åtminstone en tangentiell hastig- hetskomponent, för att därigenom bringa nämnda fluidum- blandning att strömma runt och längs nämnda kammare (18) mot utloppsänden under åtminstone delvis separation av 1 fluidumblandningen i en tyngre, radiellt yttre fraktion och en lättare, radiellt inre fraktion, och varvid utlopps- änden har en axiellt belägen, första cirkulär öppning (48) för mottagande huvudsakligen av den lättare fraktionen och en periferiellt belägen, andra öppning (38) för mottagande huvudsakligen av den tyngre fraktionen, vilken andra öpp- ning är utförd i form av ett avbrott i en yttre vägg, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda yttre vägg med undantag av nämnda avbrott är helt jämn och kontinuerlig i flödets längdriktning och att nämnda kammare (18) i flödets längdriktning från nämnda andra öppning (38) till nämnda första öppning (48) bibehåller en diameter som är minst lika stor som kammarens (18) diameter vid nämnda andra öppning (38).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda fluidumblandning utgöres av en flytande matningsmassa innefattande fasta partiklar i suspension.

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda andra öppning utgöres av ett ringformat avbrott (38) i nämnda yttre vägg.

4. Anordning enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a d a v att nämnda yttre vägg är cylindrisk från nämnda andra öppning (38) till nämnda första öppning (48).

5. Anordning enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a d a v att nämnda yttre vägg har formen av en rotationsyta som erhålls vid rotation av en i riktning 454 056 19 - * radiellt inåt konvex kurva och att nämnda andra öppning (38) är belägen i närheten av ett parti av nämnda vägg med minsta diameter och att nämnda yttre vägg har en tilltagan- de diameter i flödets längdriktning från nämnda andra till nämnda första öppning.

6. Anordning enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a d a v att nämnda yttre vägg har formen av en rotationsyta som erhålls vid rotation av en inåtriktad hyperboloid, och att nämnda andra öppning (38) är belägen. i närheten av ett parti av nämnda vägg med minsta diameter och att nämnda yttre vägg har en tilltagande diameter i flödets längdriktning från nämnda andra till nämnda första öppning.

7. Anordning enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e ~ t e c k n a d a v att den innefattar ett gemensamt ut- rymme (40) omgivande nämnda yttre vägg och kommunicerande med nämnda andra öppning (38).

8. Anordning enligt krav 1, 2 eller 3, innefattande ventilorgan (46) kopplade till nämnda andra öppning (38) för styrning av flödet av nämnda tyngre fraktion därigenom.

9. Anordning enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k- n a d a v att nämnda kammare har formen av en stympad kon (10).

10. Anordning enligt krav 1, 2 eller 3, k'ä n n e - t e c k n a d a v att nämnda första öppning (48) mynnar i en ytterligare kammare belägen axiellt nedströms om nämnda första öppning (48), vilken ytterligare kammare har en cirku- lär inre tvärsektion med tilltagande diameter från nämnda första öppning och ett komplementärt inre organ (84) med cirkulär tvärsektion beläget axiellt däri, för att därigenom definiera ett ringformat utrymme (86) med ökande diameter i riktning nedströms, och en tredje öppning (90) belägen tangentiellt i förhållande till ett parti av nämnda ring- formade utrymme med större diameter för mottagande av nämnda lättare fraktion.

11. Anordning enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k- n a d a v att den innefattar ett andra avbrott (72) i ett parti av nämnda yttre vägg, som i övrigt är jämn och 454 056 20 -- och kontinuerlig i flödets längdriktning, vilket andra av- brott är beläget uppströms om det avbrott (38) som bildar nämnda andra öppning, och organ förbundna med nämnda andra avbrott för pumpning av elutriationsfluidum därigenom och in i nämnda tyngre fraktion.

12. Sätt för centrifugalseparation av tyngre och lättare fraktioner ur en fluidumblandning innefattande inmatning av nämnda fluidumblandning under tryck med åtminstone en tangentiell hastighetskomponent i en inloppsände hos en långsträckt kammare med cirkulär inre tvärsektion, vars diameter avtar från inloppsänden mot en utloppsände, för att därigenom bringa all fluidumblandning att strömma runt och längs nämnda kammare mot utloppsänden och åtminstone delvis att separera i en tyngre, radiellt yttre fraktion och en 1 lättare, radiellt inre fraktion, och extrahering av nämnda tyngre fraktion vid periferin hos utloppsänden, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda extrahering genom- föres väsentligen helt utan att inverka på en jämn flödes- passage för nämnda lättare fraktion i längsriktningen och under upprätthållande av åtminstone fulla diametern hos flö- despassagen för nämnda lättare fraktion.

13. Sätt enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda fluidumblandning utgörs av en flytande matnings- massa innefattande.fasta partiklar i suspension. _

14. Sätt enligt krav 12 eller 13, k ä n n e t e c k n a't a v att nämnda extraktion sker vid en position där diame- tern hos nämnda kammare är minst.

15. Sättenligtkravfieller 13, kännetecknat a v att det innefattar expansion av diametern för flödet av nämnda lättare fraktion nedströms om positionen för nämnda extraktion, för att därigenom åtminstone delvis om- vandla rörelseenergi hos nämnda lättare fraktion till tryck- energi.

16. Sätt enligt krav 12 eller 13, k ä n n e t e c k - n a t a v att det innefattar injicering av elutriations- fluidum i nämnda tyngre fraktion uppströms'om positionenför näufie aduaktkrssbh wüken.üÜice:üg'ut&kesxäsaflfligäxuumiatt störa det jänna flödet av den lättare frakticnen i längsriktningen.