SE467294B - Centrifugalseparator med organ foer tillfoersel av tillsatsvaetska - Google Patents

Description

Ü\ I\J \¿> lO 15 20 25 30 35 den i rotorn separerade tunga vätskekomponenten. Vid den kända centrifugalseparatorn har rotorn två centrala utlopp för respektive separerade vätskekomponenter. Båda dessa utlopp är belägna i rotorns övre del och är axiellt åtskilda från varandra, varvid utloppet för separerad tung vätskekomponent står i förbindelse med separerings- kammarens radiellt yttre del via en utloppskanal belägen ovanför stapeln av koniska separeringsskivor.

I och för undvikande av att tillsatsvätska som införs i rotorn bildar en emulsion i rotorn tillsammans med i rotorn separerad lätt vätske- komponent är det förut känt vid en centrifugalseparator av det slag som visas i DE-B-23 63 741 att införa tillsatsvätskan via rotorns centrala utlopp för den separerade tunga vätskekomponenten. Därigenom kan tillsatsvätskan bibringas samma rotationshastighet som rotorn; innan den kommer i kontakt med den separerade lätta vätskekomponenten, som i separeringskammaren redan roterar med rotorns hastighet. Sålunda kan emulsionsbildning undvikas vid införsel av tillsatsvätska i rotorn; förutsatt att den utloppskanal i rotorn; som förbinder separeringskammaren med rotorns centrala utlopp för separerad tung vätskekomponent; är fylld med tung vätskekomponent.

Införande av en tillsatsvätska i en roterande centrifugrotor är ibland önskvärt även då centrifugrotorn har endast ett enda centralt utlopp för en separerad vätskekomponent av en blandning. Det kan sålunda vara önskvärt att förtränga denna vätskekomponent radiellt inåt och ut ur separeringskammaren; omedelbart innan perifera utlopp hos rotorn öppnas för utmatning av en separerad tyngre komponent av blandningen; exempelvis fastämnespartiklar. Alternativt; eller dess- utom; kan det ibland vara önskvärt att redan i början av en separe- ringsoperation införa en liten mängd tillsatsvätska i rotorn; vilken skall bilda ett skikt i separeringskammarens radiellt yttersta del för att där senare underlätta utmatning av separerade tunga fastämnes- partiklar från rotorn via dennas perifera utlopp. Även andra skäl kan finnas för införsel av en tillsatsvätska i en centrifugrotor under v under drift; varvid bildning av emulsion mellan tillsatsvätskan och en i rotorn redan befintlig vätska bör undvikas. 10 15 20 25 30 467 294 Försök har gjorts att använda en centrifugrotor av det slag som visas i DE-B-23 63 741 även i ett fall då endast en vätskekomponent skall separeras från en blandning och avlägsnas från rotorn via ett centralt rotorutlopp. Härvid har centrifugrotorns ena centrala utlopp utnytt- jats för avlägsnandet av den separerade vätskekomponenten, medan det andra centrala utloppet har utnyttjats enbart för införande av en tillsatsvätska i separeringskammaren. Emellertid erhölls vid dessa försök en oönskad emulsionsbildning; eftersom vid införandet av till- satsvätskan i rotorn separerad vätskekomponent befann sig i den radiellt inåt öppna centrala kammare i rotorn; i vilken tillsats- vätskan infördes från ett stationärt rör eller dylikt- Det gick ej att hindra separerad vätskekomponent från att under rotorns drift strömma in i denna centrala kammare.

Emulsionsbildning vid införande av en tillsatsvätska i en centri-fug- rotor under drift kan väsentligen undvikas om tillsatsvätskan införs via en helt sluten tillförselanordning. En sådan är dock dyrbar och har hittills använts endast i samband med sÅk. hermetiskt eller halv- hermetiskt slutna centrifugrotorer. Vid en sådan centrifugrotor införs den vätskeformiga blandningen i rotorn utan att komma i kontakt med omgivande atmosfär; vanligen via en kanal genom rotorns drivaxel.

Exempel på arrangemang för införande av en vätskeformig blandning och en tillsatsvätska i en rotor via en ihålig rotordrivaxel visas i US-A- 3;750;94O och WO 88/02663. Ändamålet med den föreliggande uppfinningen har varit att vid en s.k. öppen centrifugrotor åstadkomma en anordning för införande av en till- satsvätska i rotorns separeringskammare; vilken anordning är så utformad att den blir billig i tillverkning och möjliggör införande av tillsatsvätska i rotorn utan emulsionsbildning i denna. Anordningen skall kunna användas vid en centrifugrotor som har endast ett centralt utlopp för en separerad vätskekomponent. 467 294 10 15 20 25 30 Detta ändamål kan enligt uppfinningen uppnås vid en centrifugal~ separator av det inledningsvis angivna slaget därigenom att begränsningsväggarna i den förut nämnda kanalen mellan separerings- kammaren och den nämnda mottagningskammaren i rotorn sträcker sig radiellt inåt förbi nämnda förutbestämda radiella nivå och är inrättade att i rotorns rotation tvångsmässigt medbringa tillsats- vätska; som införts mottagningskammaren via de stationära organen; innan tillsatsvätskan kommer i kontakt med separerad vätskekomponent.

Den tillförda tillsatsvätskan kommer således i mottagningskammaren och i den radiellt innersta delen av den nämnda kanalen att accelereras upp till rotorns rotationshastighet innan den möter den separerade vätskekomponenten; vilken befinner sig ett stycke in i kanalen räknat från mottagningskammaren.

För undvikande av att fastämnespartiklar som medbringas av vätska från separeringskammaren in i den nämnda kanalen avsätter sig på kanalens väggar och äventyrar en fri strömming av tillsatsvätska genom kanalen är det viktigt att kanalens begränsningsväggar bildar vinkel med rotorns rotatonsaxel åtminstone i den del av kanalen som befinner sig radiellt utanför den nämnda förutbestämda nivån; dit vätska från separeringskammaren längst kan komma§ Inom ramen för uppfinningen kan centrifugrotorn vara inrättad att mottaga tillsatsvätska från de nämnda stationära organen vid olika axiella nivåer i rotorn- Vid en föredragen utföringsform av upp- finningen är den nämnda mottagningskammaren utformad i den nedre delen av inloppskammaren; varvid de stationära organen sträcker sig in i rotorn via den övre öppna änden av inloppskammaren och vidare genom inloppskammaren ned till mottagningskammaren. Därigenom behöver inget exra utrymme tagas i anspråk för mottagningskammaren i närheten av rotorns utlopp för den separerade vätskekomponenten; och rotorn kan alltså ges minsta möjliga axiella utsträckning. 10 15 20 25 30 35 467 294 Uppfinningen beskrivs i det följande med hänvisning till bifogade ritning, som i fig 1 och 2 visar en föredragen utföringsform av uppfinningen och i fig 3 visar en alternativ utföringsform av uppfinningen.

I fig 1 visas en centrifugrotor, vars rotorkropp innefattar en nedre del 1 och en övre del 2; vilka delar axiellt sammanhålls medelst en låsring 3. En skruv eller mutter 4 fasthåller rotorkroppen på den översta delen av en vertikal drivaxel 5.

Ett stationärt inloppsrör 6 för en vätskeformig blandning; som skall behandlas i rotorn; sträcker sig uppifrån axiellt in i rotorn och mynnar i en inloppskammare 7. Inloppskammaren 7; som således är öppen axiellt uppåt; avgränsas centralt i rotorn av ett svagt koniskt tunn- väggigt organ 8; som är förbundet med rotorkroppen.

Mellan organet 8 och rotorkroppsdelarna 1 och 2 bildas en separerings- kammare 9; vari är placerad en stapel av stympat koniska separerings- skivor 10 anordnade koaxiellt med rotorn och på axiellt avstånd från varandra. Separeringsskivorna vänder sina baspartier nedåt mot driv- axeln 5.

Stapeln av separeringsskivor 10 vilar på en stympat konisk mellan- vägg 11; vilken är utformad i ett stycke med den nedre delen av organet 8; som avgränsar inloppskammaren 7. Via radiellt och axiellt förlöpande vingar 12; förbundna med mellanväggen 11 och fördelade omkring rotorns centrumaxel; vilar mellanväggen ll på en ihålig stympat konisk kropp 13; vars övre del sträcker sig in i inlopps- kammaren 7 strax ovanför muttern 4. Mellan mellanväggen 11 och kroppen 13 avgränsas medelst vingarna 12 ett antal inloppspassager 14; som förbinder inloppskammaren 7 med separeringskammaren 9.

Den ihåliga stympat koniska kroppen 13 vilar på ett centralt parti av den nedre rotorkroppsdelen 1 och uppvisar på sin undersida minst ett radiellt spår 15. Spårets tvärsektionsarea är väsentligen oförändrad 467 294 10 15 20 25 30 35 utmed spårets längd och är väsentligt mindre än tvärsektionsarean hos var och en av inloppspassagerna 14.

Mellan muttern 4 och den centrala övre delen av kroppen 13 avgränsas en central mottagningskammare 16, vilken via den kanal som bildas av spåret 15 kommunicerar med separeringskammaren 9.

Ett smalt stationärt rör 17 sträcker sig in i och axiellt genom in- loppsröret 6 till den centrala mottagningskammaren 16. Det nedersta ändpartiet av röret 17 uppbär på sin utsida en konisk fläns eller skärm 18; vilken är så utformad att blandning som införs i rotorn via inloppsröret 6 leds in i ínloppskammaren 7 men hindras från att strömma in i mottagningskammaren 16.

I den övre delen av rotorkroppen avgränsas en central utloppskammare 19; vilken via en passage 20 kommunicerar med separeringskammaren radiellt innanför separeringsskivorna 10. Passagen 20 bildar ett centralt bräddavlopp från separeringskammaren 9 för en däri separerad vätska.

Ett stationärt utloppsorgan 21; t.ex. en s.kà skalskiva; är anordnad i utloppskammaren 19 för utmatning av separerad vätska från denna.

Utloppsorganet 21 är förbundet med en utloppsledning 22.

Den nedre rotorkroppsdelen 1 uppvisar ett flertal perifera portar 23 fördelade omkring rotorns centrumaxel. Dessa portar bildar perifera utlopp från separeringskammaren; vilka kan hållas stängda eller öppna under rotorns rotation. Härför är inuti rotorkroppen anordnad en ring- formig och axiellt rörlig ventilslid 24; som i ett övre läge (visat i fig l) tätande anligger mot den övre rotorkroppsdelen 2 i ett område sträckande sig omkring hela separeringskammaren 9 och i ett nedre läge kvarlämnar en spalt mellan sig och den övre rotorkroppsdelen 2 i nämnda område. I det nedre läget står separeringskammaren i för- bindelse med portarna 23; dvs. separeringskammarens perifera utlopp är härvid öppna. f) 10 15 20 25 30 35 467 294 För manövrering av ventilsliden 24 under rotorns rotation utnyttjas hydraulkrafter dels från i separeringskammaren 9 befintlig vätska, dels från en separat manövervätska som kan tillföras rotorkroppen via ett stationärt tillförselrör 25.

Ventilsliden 24 tätar vid sitt centrumparti och vid sitt omkretsparti radiellt mot den nedre rotorkroppsdelen 1 och avgränsar med denna en s.k. stängningskammare 26 för manövervätska- Stängningskammaren sträcker sig omkring rotorns centrumaxel och har minst en central tillförselkanal 27 och minst en perifer utloppskanal 28 för manöver- vätska.

Så länge manövervätska tillförs via tillförselröret 25 och tillförsel kanalen 27 hålls stängningskammaren 26 fylld med manövervätska.

Utloppskanalen 28 är dimensionerad så att detta blir möjligt. Manöver- vätskan håller genom sitt tryck ventilsliden 24 i dess övre läge; så att separeringskammarens perifera utlopp 23 hålls stängda. När de perifera utloppen skall öppnas avbryts under en längre eller kortare period tillförseln av manövervätska via tillförselröret 25. Stäng- ningskammaren 26 dräneras därvid helt eller delvis genom utlopps- kanalen 28; varvid ventilsliden 24 pressas nedåt till sitt öppnings- läge av trycket från i separeringskammaren 9 befintlig vätska. När stängningskammaren åter fylls med manövervätska; pressas ventilsliden 24 tillbaka till sitt stängningsläge.

Under rotorns drift; då en vätskeformig blandning kontinuerligt tillförs via inloppsröret 6 och separerad vätska kontinuerligt avlägsnas via utloppsorganet 21 samt periferiutloppen 23 är stängda, bildas i rotorns olika kamrar fria vätskeytor vid de nivåer som i fig 1 illustreras med små trianglar. Sålunda bildas i inloppskammaren 7 en fri vätskeyta vid 29 och i separeringskammaren 9 en fri vätskeyta vid 30.

I fig 2 visas en förstorad del av fig 1; varav framgår att en fri vätskeyta bildas under rotorns drift vid 31 i den kanal 15; som -P» cr. 10 l5 20 25 30 35 »o förbinder mottagningskammaren 16 med separeringskammaren 9. Vätskeytan vid 31 befinner sig på väsentligen samma radiella nivå som vätskeytan vid 29 i inloppskammaren 7, emedan strömningsmotståndet i inlopps- passagerna 14 är mycket litet och ingen vätskeströmning förekommer i f: kanalen 15. Passagerna 14 och kanalen 15 kommunicerar med varanda via den nedre delen av separeringskammaren 9.

När efter någon tids drift av centrifugrotorn en viss mängd fast- ämnespartiklar i form av ett slam har avskilts i separeringskam- marens radiellt yttersta del; måste de perifera utloppen 23 fri- läggas under en kort stund för att slammet skall kunna slungas ut ur separeringskammaren. För att inte separerad väska därvid skall gå förlorad genom periferiutloppen införs; innan periferutloppen öppnas, en viss mängd s.k. förträngningsvätska i separeringskammaren 9. Denna förträngningsvätska, som har större täthet än den i rotorn separerade vätskan; införs via tillförselröret 17 i mottagningskammaren 16. I mottagningskammaren 16; vari medbringningsorgan; exempelvis i form av vingar eller med rotorn koaxiella ring formiga skivor kan vara anordnade; accelereras förträngningsvätskan successivt upp till rotorns rotationshastighet. Om inte förr så när förträngningsvätskan har inträtt i kanalen 15 bringas den sålunda att rotera med samma hastighet som rotorn. Först därefter når förträngningsvätskan kontakt med den separerade vätska som befinner sig i rotorn; dvs vid vätske- ytan 31 i kanalen 15. De båda olika slagen av vätskor kommer sålunda i 0 kontakt med varandra 1 ett område där de båda roterar med samma hastighet i rotorn; varför minsta möjliga risk för emulsionsbildning av vätskorna föreligger- Förträngningsvätskan strömmar vidare in 1 separeringskammaren 9 genom kanalen 15. I separeringskammaren 9 samlas förträngningsvätskan f vid rotorns omkrets radiellt utanför separeringsskivorna 10; och efter hand som mera förträngningsvätska tillförs rör sig gränsskiktet v; mellan denna och separerad vätska radiellt inåt i separeringskammaren.

Den separerade vätskan undanträngs således mot centrum av rotorn och strömmar ut genom utloppspassagen 20 och vidare via utloppsorganet 21 10 15 20 25 30 35 467 294 till utloppsledningen 22. Under denna förträngning av separerad vätska ut ur rotorn kan tillförseln av blandning via inloppsröret 6 vara avbruten, om så önskas.

När tillräckligt mycket förträngningsvätska införts i rotorn, friläggs periferiutloppen 23 under en kort stund, varvid separerat slam och förträngningsvätska slungas ut därigenom. Härvid töms kanalen 15 på förträngningsvätska. När periferiutloppen åter stängs och normal drift av centrifugrotorn återupptages, fylls kanalen 15 med separerad vätska från separeringskammaren 9 in till nivån 31 (fig 2).

Vid den ovan beskrivna utföringsformen av uppfinninen är mottagnings- kammaren för förträngningsvätska belägen i den nedre delen av rotorns inloppskammare för blandning som skall separeras. Vid en alternativ utföringsform av uppfinningen som skall beskrivas nedan med hänvisning till fig 3 är mottagningskammaren för förträngningsvätska istället belägen ovanför inloppskammaren för blandning som skall separeras.

I fig 3 visas en centrifugrotor av väsentligen samma slag som centri~ fugrotorn i fig 1. Organ som motsvarar varandra i fig 1 och 3 har åsatts samma sifferbeteckningar varvid bokstaven a_tillagts i fig 3.

Såsom framgår av fig 3 är mellan den övre rotorkroppsdelen 2a och den översta av separeringsskivorna l0a insatt en kropp l3a, som har en ringformig central del och en stympat konisk del däromkring. Den stympat koniska delen har på sin ovansida, som anligger mot undersidan av rotorkroppsdelen 2, åtminstone ett radiellt spår l5a. Den centrala ringformiga delen av kroppen l3a avgränsar en radiellt inåt öppen ringformig mottagningskammare l6a. Spåret l5a på kroppens l3a ovansida bildar en kanal, som förbinder mottagningskammaren l6a med separe- ringskammaren 9a. Axiellt genom kroppens l3a centrala del sträcker sig en kanal 32 som förbinder separeringskammaren 9a med passagen 20a.

Axiellt genom inloppsröret 6a sträcker sig ett smalare rör l7a för förträngningsvätska. Röret l7a är bockat 900 i höjd med mottagnings- 467 294 10 15 20 25 30 10 kammaren 16a och sträcker sig ut genom.inloppsrörets 6a vägg för inledning av förträngningsvätska i mottagningskammaren l6a.

'I Vid normal drift av rotorn bildas vid 31a en fri vätskeyta i den kanal, som bildas av spåret 15a, dvs radiellt utanför mottagnings- kammaren l6a.

Arbetssättet för centrifugrotorn enligt fig 3 är detsamma som det för centrifugrotorn i fig 1 och 2. Sålunda sträcker sig i båda fallen samtliga begränsningsväggar för spåret eller kanalen 15 resp. l5a radiellt innanför den nivå 31 resp. 31a; vid vilken en fri vätskeyta bildas under normal drift av rotorn. Därigenom kommer förträngnings- vätska; som införs i mottagningskammaren 16 resp. 16a; att säkert bibringas samma rotationshastighet som rotorn innan den kommer i kontakt med vätska; som har separerats i rotorn och som befinner sig i spåret eller kanalen 15 resp. 15a. Som tidigare angivits kan det finnas flera spår eller kanaler 15.

Som framgår av fig 1 (och fig 3) bildas vid 29 i inloppskammaren 7 en fri vätskeyta; som befinner sig något radiellt innanför den fria vätskeytan vid 30 i separeringskammaren 9. Den radiella nivåskill- naden mellan dessa vätskeytor är väsentligen beroende av det ström- ningsmotstånd som separerad vätska möter vid sin radiella strömming genom stapeln av separeringsskivor 10.

I det ovanstående har nämnts att särskilda medbringningsorgan i form av vingar; t-ex- liknande vingarna 12 i fig 1 och 2; kan vara anordnade i mottagningskammaren 16. Ett flertal dylika vingar för- delade omkring rotorns centrumaxel kan i en speciell utföringsform av uppfinningen sträcka sig radiellt och axiellt i ett ringformigt f utrymme hela vägen från mottagningskammaren 16 till separerings- kammaren 9 och sålunda mellan sig avgränsa kanaler motsvarande V kanalerna 15 och l5a i fig l resp. fig 3.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35

1. 467 294 ll Patentkrav Centrifugalseparator för uppdelning av en vätskeformig blandning i minst två komponenter med olika specifik vikt, innefattande en rotor (1,2) som uppbärs överst på en vertikal drivaxel (5) och som har en separeringskammare (9) samt ett inlopp (6) och två utlopp; varav ett centralt utlopp (21) och ett perifert utlopp (23); för respektive separerade blandningskomponenter¿ en stapel stympat koniska separeringsskivor (10) anordnade i separeringskammaren (9) koaxiellt med rotorn; organ (8) som centralt i stapeln av separeringsskivor (10) bildar en inloppskammare (Z)§ vilken dels är öppen uppåt för mottagande av blandning; som skall separeras; dels via inloppspassager (14) står i förbindelse med separeringskammaren (9); utrustning för att utmata de separerade komponenterna från rotorn via nämnda utlopp under rotorns rotation; vilken utrustning innefattar första organ (20); som är inrättade att under rotorns drift upprätthålla en fri vätskeyta vid en förutbestämd radiell nivå (29) i rotorns inloppskammare (7); och andra organ (24) inrättade för intermittent öppning och stängning av det perifera utloppet (23); och en anordning för att i separeringskammaren (9) införa en tillsats- vätska som har större specifik vikt än den lättare av de separerade blandningskomponenterna§ vilken anordning innefattar dels statio- nära organ (l7) för införande av tillsatsvätskan centralt i rotorn, dels med rotorn förbundna organ (13); vilka bildar en radiellt inåt öppen mottagningskammare (16) i rotorn för mottagande av tillsats- vätskan från de stationära organen (17) och minst en kanal (15) sträckande sig från mottagningskammaren (16) in i separeringskam~ maren (9) åtskild från nämnda inloppspassager (l4); 467 294 10 15 20 25 30 12 k ä n n e t e c k n a d a v att den nämnda kanalens (15) begränsningsväggar sträcker sig radiellt inåt förbi nämnda förutbestämda radiella nivå (29) och är inrättade att i rotorns rotation tvångsmässigt medbringa tillsatsvätska, som tillförts mottagningskammaren (16) via de stationära organen (17), innan tillsatsvätskan kommer i kontakt med separerad lätt vätske- komponent§

2. Centrifugalseparator enligt krav 1; k ä n n e t e c k n a d a v - att de stympat koniska separeringsskivorna (10) är anordnade med sina baspartier riktade nedåt mot drivaxeln (5); ~ att kanalen (15) mellan mottagningskammaren (16) och separerings- kammaren (9) är utformad nedanför stapeln av separeringsskivor (10); och - att de stationära organen (17) för införande av tillsatsvätska i rotorn sträcker sig in i inloppskammaren (7) via dennas övre öppna ände.

3. Centrifugalseparator enligt krav 1 eller 2; k ä n n e t e c k - n a d a v att mottagningskammaren (16) i rotorn avgränsas i den nedre delen av inloppskammaren (7) och utgör ett uppåt öppet men från inloppskammaren (7) i övrigt avskilt utrymme.

4. Centrifugalseparator enligt krav 3; k ä n n e t e c k n a d a v att ett stationärt rör (17) för inledning av tillsatsvätskan i rotorn sträcker sig in i nämnda utrymme via den övre öppna änden av inlopps- kammaren (7). 10 15 20 4-67 294 13

5. Centrifugalseparator enligt något av föregående krav; k ä n n e - t e c k n a d a v ett stationärt inloppsrör (6) anordnat för inledning av blandning i rotorns inloppskammare (7) vid en första axiell nivå i rotorn och ett genom inloppsröret (6) sig sträckande ytterligare rör (17) för inledning av tillsatsvätskan vid en axiellt lägre nivå i rotorn-

6. Centrifugalseparator enligt krav 1 eller 2; k ä n n e t e c k - n a d a v att kanalens (15) utsträckning omkring rotorns centrum- axel; dvs kanalens bredd; utgör blott en liten del av mottagnings- kammarens (16) utsträckning i samma riktning.

7. Centrifugalseparator enligt krav 1 eller 2; k ä n n e t e c k - n a d a v att rotorn har ett flertal kanaler (15) för införande av tillsatsvätska i separeringskammaren (9) från nämnda stationära organ (17)§ vilka kanaler (15) är fördelade omkring rotorns centrumaxel och avgränsas mellan ett flertal vingar med radiell och axiell utsträck- ning i rotorn.

8. Centrifugalseparator enligt krav 7; k ä n n e t e c k n a d a v att vingarna i riktning radiellt inåt sträcker sig in i mottagninga- kammaren (16).