SE500071C2 - Anordning för blandning av två fluider, i synnerhet vätskor med olika temperatur - Google Patents

Description

500 071 10 15 20 25 30 35 2 I syfte att åtminstone lindra ovan angivna problem har på senare tid utförts försök att i grenpunkten mellan huvud- och biledningar inmontera en särskild blandaranord- ning med uppgift att styra blandningsförloppet på ett sådant sätt att antalet temperaturvariationer per tids- enhet utmed rörväggarnas innerytor reduceras. Såsom blandaranordning har härvid använts en i huvudledningen från biledningen väsentligen radiellt inskjutande rörstuts i vars cylindriska mantelyta är urtagna en mångfald små perforeringshål genom vilka vattnet från biledningen strömmar ut radiellt i ett motsvarande antal strålar. I ett utförande har rörstutsen varit utförd med perfore- ringshål som samtliga är lika stora. Vid andra utföranden har experimenterats med hål av olika storlek. Bland annat har rörstutsens perforeringshål i området av huvudled- ningsrörets centrum utförts större än de närmare rörets periferiska vägg befintliga hålen. Dessa försök har emellertid icke varit framgångsrika så tillvida att på- tagliga temperaturfluktuationer utmed rörväggsytorna icke kunnat undvikas. I synnerhet vid variationer av vattenflö- dena i de båda ledningarna har strålarna genom perfore- ringshålen ökat och minskat i styrka och emedan det icke kunnat undvikas att enskilda strålar träffar huvudled- ningsrörets insida kommer strålarna att vandra utmed rör- väggens yta och ge upphov till temperaturvariationer i rörväggsmaterialet.

Uppfinningens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja bristerna hos tidigare kända blandaranordningar av relate- rat slag och skapa en anordning som till ett absolut minimum reducerar risken för temperaturutmattning i ledningsrörens väggar och eventuellt förekommande svetsar i dessa. Ett grundläggande syfte med uppfinningen är så- lunda att skapa en blandaranordning som förmår inblanda en från en biledning inkommande fluid i en genom en huvud- ledning passerande fluid i ett område som är centralt beläget i huvudledningsröret och på ett sådant sätt att 10 15 20 25 30 35 530 071 3 blandningen sker stabilt och likformigt i zonen nedströms blandaranordningen utan att uttalade stråk eller delflöden av blott den ena fluiden vandrar fram och tillbaka utmed huvudledningsrörets insida. Ett annat syfte med upp- finningen är att åstadkomma en blandaranordning som utövar ett minimalt motstånd mot strömningen genom huvudledningen och som därför ger upphov till endast minimala tryckfall.

I en särskild aspekt tar uppfinningen sikte på att skapa en blandaranordning som enkelt låter sig monteras i gren- punkterna till befintliga ledningssystem, närmare bestämt genom att kunna föras in i biledningen efter enkel avkap- ning av denna utan behov av påverkan.på huvudledningen.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det grundläggande syftet med densamma genom de särdrag som anges i patent- kravets 1 kännetecknande del. Fördelaktiga utförandeformer av uppfinningen är angivna i kraven 2-7.

Ytterligare belysning av teknikens ståndpunkt Genom JP 62-27030 är tidigare känd en såsom ejektor utförd blandaranordning med den allmänna uppbyggnad som anges i patentkravets 1 ingress. I likhet med den upp- finningsenliga anordningen inbegriper denna kända ejektor- anordning en i en huvudrörledning instickande rörstuts i vilken ingår en central kanal genom vilken en första fluid kan passera i ett centralt delflöde, varvid kanalen ifråga vid sin utloppsände omges av ett ringformigt munstyckshål genom vilket en andra fluid från en biledning kan passera ut i huvudledningen. Vid denna kända anordning är emeller- tid kanalen utförd med lika stor tvärsnittsarea utmed hela sin längdutsträckning, innebärande att någon ökning av flödeshastigheten hos den genom kanalen passerande fluiden i riktning från inloppsänden mot utloppsänden icke kommer till stånd. Det centrala delflödet av den första fluiden utövar därför ej någon medryckande effekt på den andra fluiden. Det skall även påpekas att de fluider som blandas med varandra i den genom JP 62-27030 kända anordningen icke karakteriseras av att ha olika temperaturer och att anordningen ifråga icke överhuvudtaget har till uppgift 500 071 10 15 20 25 30 35 4 att lösa de sprickbildningsproblem som har sin grund i temperaturfluktuationer i rörledningsväggarna.

Kort beskrivning av bifogade ritningar Pà ritningarna är FIG 1 en partiell sektion genom två rörledningar som möts i en grenpunkt vari en blandaranordning enligt uppfinningen är insatt, FIG 2 ett förstorat vertikalsnitt genom blandaranord- ningen enligt fig l, FIG 3 ett horisontellt tvärsnitt III-III i fig 2, FIG 4 en sidovy betraktad från höger i fig 2, FIG 5 en perspektivvy av blandaranordningen enligt fig 2, FIG 6 en partiell perspektivvy illustrerande delar av blandaranordningens innanmäte, och FIG 7 ett mot fig 2 svarande snitt visande fluidström- marna inuti blandaranordningen.

Detaljerad beskrivning av ett föredraget utförande av uppfinningen I fig 1 betecknar 1 generellt en första rörledning eller huvudrörledning och 2 en andra rörledning eller bi- rörledning. Själva rörväggen till ledningen 1, som i praktiken lämpligen har cylindrisk form, är betecknad 3.

Ledningen 2, som med fördel sträcker sig vinkelrätt ut frán ledningen l är i detta fall sammansatt av tvenne sektioner 2', 2" av vilka den förstnämnda är stadigvarande förenad med ledningsröret l genom att vara fastsvetsad vid detta, medan den andra sektionen 2" är demonterbart för- via ett i sin helhet med 4 betecknat flänsförband. Närmare bestämt inbegriper detta flänsförband en första fläns 4' och en andra fläns 4" som är fast- svetsad vid änden av rörsektionen 2". De båda flänsarna 4' och 4" hålls samman via ett lämpligt antal bultar 5 (ej visade). I den sålunda bildade T-kopplingen eller gren- punkten är monterad en i sin helhet med 6 betecknad blan- bunden med den första sektionen 2' som är fastsvetsad vid rörsektionen 2' daranordning enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 5 I praktiken matas en första fluid (antydd vid pilen A) genom huvudledningen 1 medan en annan fluid (se pilen B) matas genom biledningen 2 fram till grenpunkten i och för blandning med fluiden A. De båda fluiderna A, B, som i praktiken kan bestå av vätskor, t ex i form av vatten, har vid framkomsten till grenpunkten olika temperatur. När det rör sig om olika vattenflöden i ett kärnkraftverk kan temperaturskillnaden mellan desamma uppgå till 50 à l0O°C och stundom mer.

Nu hänvisas till fig 2-7 som illustrerar ett i prak- tiken föredraget utförande av blandaranordningen 6. Blan- daranordningen innefattar såsom huvudkomponent en rörstuts eller -del 7 vilken har en sluten ände 8 och en öppen ände 9. Denna rörstuts har med fördel, ehuru ej nödvändigtvis, cylindrisk grundform med en diameter eller vidd som är mindre än innerdiametern eller vidden hos biledningens 2 fasta rörsektion 2'. Detta gäller utmed rörstutsens hela längd, innebärande att densamma kan stickas in i rörsek- tionen 2' till det i fig 1 visade läget. Vid sin öppna ände uppvisar rörstutsen en fläns 10 vilken kan införas mellan flänsarna 4' och 4" i och för fastklämning mellan dessa. Med fördel uppvisar flänsen 10 elastiska tätningar ll, 11', t ex av värmebeständigt gummi eller liknande.

I närheten av rörstutsens 7 slutna ände B är anordnat ett i sin helhet med 12 betecknat, genomgående rör som av- gränsar en tvärs rörstutsen sig sträckande, lämpligen parallellt med huvudrörledningens 1 längdutsträckning riktad kanal 13 genom vilken en del av den första fluiden A kan passera i ett centralt eller från rörväggen 3 fjärmat delflöde. Kanalröret 12 har en inloppsände 14 som mynnar i ett uppströms i huvudledningen 1 befintligt parti av rörstutsens mantelvägg och en utloppsände 15 som är placerad i ett hål 16 urtaget i ett diametralt motsatt, nedströms befintligt rörväggsparti 7'. Såsom framgår av fig 4 har hålet 16 större diameter eller vidd än kanal- rörets 12 utloppsände, varigenom mellan kanalrörets utsida och den kant 17 i väggpartiet 7' som avgränsar hålet 16 10 15 20 25 30 '35 6 bildas en ringformig spalt vilken tjänar såsom munstycks- hål för utmatning av den andra fluiden B i huvudledningen 1. Tvärkanalens inloppsände 14 har större tvärsnittsarea än utloppsänden 15, varvid kanalen smalnar av i riktning från inloppsänden mot utloppsänden för att bibringa den i kanalen inkommande fluiden ökad hastighet vid utlopps- änden. I det visade exemplet är kanalröret 12 sammansatt av dels en mot inloppsänden 14 sig vidgande konisk eller koniskt stympad rördel 18, dels en cylindrisk rördel 19 i anslutning till utloppsänden 15. Tvärsnittsarean vid in- loppsmynningen 14 bör vara 2-8 gånger större än tvär- snittsarean vid utloppsmynningen 15. I praktiken kan diametern i rördelen 19 uppgå till cirka 20 mm, medan diametern vid den koniska rördelens 18 grova inloppsände uppgår till cirka 40 mm (varvid inloppsmynningens area är fyra gånger större än utloppsmynningens). Vid de angivna måtten hos kanalröret 12 har rörstutsen 7 lämpligen en diameter av 80-100 mm och huvudledningsröret 1 en diameter inom området 130-170 mm, t ex 150 mm.

Såsom framgår av i synnerhet fig 4-6 är det väggparti 7' i vilket hålet 16 är urtaget plant format och övergår i rörstutsens 7 i övrigt väsentligen cylindriska mantelvägg via mjukt rundade väggpartier. Detta plana väggparti 7' sträcker sig i praktiken i ett plan vinkelrätt mot huvud- ledningsrörets 1 geometriska längdaxel. Av fig 2 och 6 framgår hurusom en ringformig krage 20 sträcker sig ett stycke in i rörstutsens inre från avgränsningskanten 17. I hålet eller den ringformiga spalten 16 är anordnade ett antal, i detta fall fyra vingar eller skenor 21, 21', 22, 22' vilka skjuter ut radiellt från kanalröret 12 och vilka sektorvis åtskiljer delhål 23, 24, 25, 26 för ett motsvarande antal delflöden genom ringspalten. De båda diametralt motsatta och i detta fall horisontella vingarna 21 och 21' övergår i en väsentligen L-formigt utförd styrplatta 27 (se fig 2) som delar rörstutsens inre i två skilda flödesbanor 28 och 28' genomströmningsareor i och för bildande av två lika stora med i huvudsak lika stora 10 15 20 25 30 35 500 071 7 partialflöden på motsatta sidor av vingarna 21, 21'.

Styrplattan eller skiljeväggen 27 är, såsom framgår av fig 2, något snedställd i förhållande till rörstutsens 7 centrumaxel för att kompensera det utrymme inuti rörstutsen som upptas av en till kragens 20 inre ände ansluten styrplatta 29 vilken har till uppgift att leda det ankommande fluidet B till kragens inre mynning utan besvärande turbulens eller virvelbildningar. Genom att snedställa skiljeväggen 27 på det illustrerade sättet säkerställs att de båda flödesbanorna 28, 28' erhåller i huvudsak exakt lika stora genomströmningsareor i godtyckliga tvärsektioner utmed rörstutsens längdaxel. I anslutning till kanalrörets 12 ovansida är anordnad en tredje, tvärsnittsvis välvd styrplatta eller -vägg 30 med uppgift att avlänka och styra ut det via flödesbanan 28' ankommande fluidet till de båda övre delhålen 24, 25 över vingarna 21, 21'. De båda vertikala vingarna 22 och 22' har till uppgift att stabilisera de båda partialflöden som matas ut via de övre respektive undre hälfterna av ringspalten 16, medan de horisontella vingarna 21, 21' åtskiljer dessa båda flöden.

Såsom framgår av fig 1 är kanalen 13 lokaliserad i området av huvudledningsrörets 1 centrumaxel, väsentligen parallellt med denna. Under drift kommer den del av flui- den A som passerar genom kanalen 13 inuti röret 12 att pressas samman och lämna rörets utloppsände 15 i en cent- ralt i röret 1 befintlig, sammanhållen stråle med jäm- förelsevis hög hastighet. Samtidigt härmed matas fluiden B från biledningen 2 ut via ringspalten 16 se fig 7 i ett denna centrala stråle omslutande ringformigt flöde som i praktiken bör ha lägre hastighet än den centrala strålen.

På så sätt rycker den med högre hastighet framrusande centralstrålen med sig det långsammare, omslutande ring- flödet av fluiden B snarare än att detta tenderar att stråla ut radiellt mot rörväggen 3. Blandningen av de båda fluiderna kommer därför att äga rum i ett centralt område nedströms blandaranordningen. Detta centrala område vidgar 500 071 10 15 20 25 30 35 8 sig visserligen med ökande avstånd från blandaranord- ningen, men flödet blir homogent och stabilt så tillvida att enskilda strålar eller stråk av blott det ena mediet icke kommer att punkt- eller fläckvis vandra fram och tillbaka utmed rörväggens 3 insida. Även om temperaturen i rörväggen kan variera i beroende av varierande temperatur och flödesmängder hos fluiderna i ledningarna l, 2 sker temperaturförändringarna sålunda jämförelsevis långsamt och stabilt utan att ge upphov till intermittenta, snabba växlingar från punkt till punkt utmed rörväggens insida, varför temperaturutmattning i rörväggsmaterialet undviks.

Vid sin slutna, fria ände 8 är rörstutsen 7 utformad med ett tvärsnittsvis bágformigt väggparti 31 med en rak rygg som är snedställd relativt huvudrörledningens 1 geometriska centrumaxel, närmare bestämt på så sätt att ryggens uppströmsände befinner sig på större radiellt av- stånd från huvudledningens rörvägg 3 än dess nedströms- ände. Genom att utrymmet mellan rörväggen 3 och detta snedställda väggparti 31 successivt smalnar av i riktning nedströms bibringas den passerande fluiden ökande hastig- het för att omedelbart innanför rörväggen 3 bilda ett distinkt flöde som motverkar varje tendens hos fluiderna i den centrala blandningszonen i området nedströms ringspal- ten 16 att stråla ut till direkt kontakt med rörväggen i blandaranordningens omedelbara närhet.

Genom att rörstutsen 7 utmed hela sin längd har mindre diameter än rörsektionen 2' kan densamma monteras på ett enkelt sätt icke blott i ledningssystem under upp- byggnad utan även i befintliga ledningssystem. I det sistnämnda fallet kan biledningen 2 enkelt avkapas på lämpligt avstånd från huvudledningen och förses med flänsarna 4f, 4" vid avkapningsstället, varefter flänsen 10 vid rörstutsens öppna ände kläms fast mellan dessa flänsar med hjälp av de åtdragbara bultarna 5. 10 15 20 25 30 35 500 071 9 Tänkbara modifikationer av uppfinningen Det är givet att uppfinningen ej är begränsad blott till det beskrivna och på ritningarna visade utförandet.

Sålunda är det tänkbart att utforma den enskilda blandar- anordningen med två eller flera tvärkanaler istället för blott en, i och för åstadkommande av flera delflöden.

Ehuru kanalerna i dylikt fall icke kommer att lokaliseras exakt utmed huvudledningens centrumaxel skall desamma dock fortfarande vara påtagligt fjärmade från huvudrörväggens insida. Ehuru de olika rör som ingår i anordningen visats med cylindrisk eller tvärsnittsvis cirkulär grundform ute- sluter uppfinningen icke möjligheten att använda rör med andra tvärsnittsformer. I synnerhet kan rörstutsen 7 ut- formas med annat, t ex ovalt tvärsnitt. Det skall vidare påpekas att den yttre konturformen hos rörstutsens 7 i huvudrörledningen inskjutande ände kan varieras. Sålunda kan denna ände utföras såsom ett tvärsnittsvis runt huvud med stympat konisk form vars smala ände är belägen upp- ströms, varvid huvudet - i analogi med den snedställda ryggen 31, ehuru utmed hela sin periferi - bibringar den passerande fluiden ökande hastighet i riktning nedströms utmed huvudledningen.

Claims (7)

500 071 10 15 20 25 30 35 10 PATENTKRAV

1. Anordning-för blandning av två fluider, i synner- het vätskor, med olika temperatur, innefattande en 1 en första rörledning eller huvudrörledning (l) - genom vilken en första fluid (A) matas - från en andra rörledning eller birörledning (2) - genom vilken en andra fluid (B) matas - väsentligen radiellt inskjutande rörstuts (7) förbi vil- kens utsida den första fluiden kan passera och med vilken är förknippat ett eller flera munstycksartade hal (16) genom vilka den andra fluiden (B) kan ledas ut i och blan- das med den förbipasserande första fluiden (A), varvid rörstutsen (7) har åtminstone en genomgående, tvärs den- samma och lämpligen parallellt med huvudrörledningens (1) längdutsträckning sig sträckande kanal (13) genom vilken en del av den första fluiden (A) kan passera i ett centralt, från huvudledningsrörets vägg (3) fjärmat del- flöde och sagda munstyckshál (16) är lokaliserat/-ade nära och omslutande denna kanal för att ombesörja inblandning av den andra fluiden i den första i ett centralt beläget eller fràn huvudledningsrörets vägg (3) fjärmat område, k ä n n e t e c k n a d därav, att kanalens (13) inlopps- ände (14) har större, t ex 2-8 gånger större tvärsnitts- area än utloppsänden (15), varvid kanalen smalnar av i riktning fràn inloppsänden mot utloppsänden för att bi- bringa den i kanalen inkommande första fluiden (A) ökad (hastighet vid utloppsänden så att denna rycker med sig det omslutande flödet av den andra fluiden (B) genom sagda munstyckshál (16), under minimering av varje tendens hos den andra fluiden att från blandaranordningen direkt eller abrupt stràla radiellt ut mot det periferiskt befintliga huvudledningsröret.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den tvärgáende kanalen (13) är avgränsad av ett rör (12) med en inloppsände (14) som mynnar i ett upp- ströms befintligt parti av en mantelvägg till rörstutsen (7) och en utloppsände (15) som är placerad i ett hål (16) urtaget i ett diametralt motsatt, nedströms befintligt 10 15 20 25 30 35 500 071 ll väggparti (7'), att detta hål (16) har större diameter eller vidd än kanalrörets (12) utloppsände för att mellan kanalrörets utsida och en kant (17) i mantelväggen (7') som avgränsar hålet bilda en ringformig spalt vilken tjänar såsom munstyckshål för utmatningen av den andra fluiden (B) i huvudledningen, och att kanalröret (12) är sammansatt av dels en mot inloppsänden sig vidgande konisk rördel (18), dels en cylindrisk rördel (19) i anslutning till utloppsänden.

3. Anordning enligt kraven 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att munstyckshålet (16) är utformat i ett plant, vinkelrätt mot huvudledningsrörets (1) geo- metriska längdaxel beläget väggparti (7') som övergår i rörstutsens i övrigt väsentligen cylindriska mantelvägg via mjukt rundade väggpartier. _

4. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att munstyckshålet (16) inbegriper ett antal, t ex fyra från kanalröret (12) radiellt utskjutande vingar (21, 21'; 22, 22') vilka sektorvis åtskiljer delhål (23,24,25,26) för ett motsva- rande antal delflöden genom munstyckshålet och av vilka två diametralt motsatta vingar (21, 21') övergår i en väsentligen L-formigt utförd styrplatta (27) som delar rörstutsens inre i två ski1da'flödesbanor (28, 28') med i huvudsak lika stora genomströmningsareor i och för bildan- de av två lika stora partialflöden på motsatta sidor av sagda båda vingar.

5. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att rörstutsens (7) fria, från biledningen (2) fjärmade ände (8) är sluten medelst ett tvärsnittsvis bågformigt väggparti (31) uppvisande en rak rygg som är snedställd relativt huvudrörledningens (1) geometriska centrumaxel, närmare bestämt på så sätt att ryggens uppströmsände befinner sig på större radiellt avstånd från huvudledningens rörvägg (13) än dess ned- strömsände. 10 15 20 25 30 35 500 071 12

6. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k-n a d därav, att rörstutsen (7) utmed hela sin längd har mindre diameter eller vidd än biled- ningen (2) eller dennas mynning i huvudledningen, vari- genom densamma kan i efterhand inmonteras i en befintlig huvudledning (1) utan påverkan av denna.

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att rörstutsens öppna, från tvärkanalröret (12) fjärmade ände (9) är försedd med en fläns (10) vilken företrädesvis tillsammans med lämpliga tätningar (11, 1l'), är fastklämbar mellan flänsar (4', 4") i ett flänsförband (4) för förbindning av tvà i biledningen (2) ingående rörsektioner (2', 2").