SE501199C2 - Centrifugalseparator - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 501 199 2 del av det stationära utloppsorganet, som sträcker sig radiellt utanför den roterande vätskekroppens fria vätskeyta.

Utloppsorganet bromsar därigenom vätskekroppens rotation medan vingarna medbringar vätskekroppen i rotorns rotation.

Olika delar av vätskekroppen kommer sålunda att erhålla olika rotationshastighet och påverkas av olika centrifugalkrafter.

Detta resulterar i en intern cirkulation i utloppskammaren, varvid den separerade vätskan strömmar radiellt inåt utefter utloppsorganets utsida och radiellt utåt utefter vingarna.

Vätskans strömningshastighet invid den fria vätskeytan kan bli avsevärd, vilket medför en stor risk för att luft eller annan gas, som befinner sig radiellt innanför och i kontakt med den fria vätskeytan i utloppskammaren, skall inblandas i den separerade vätskan och följa med i dess strömning utefter vingarna och vidare ut genom de invändiga kanalerna i utloppsorganet.

Till följd av att passagen genom skiljeväggen mynnar i utloppskammaren radiellt innanför den fria vätskeytan ökar risken för luftinblandning dels till följd av den kollision, som sker när den i utloppskammaren inkommande separerade vätskan slungas av centrifugalkrafter från passagen radiellt utåt mot antingen den fria vätskeytan eller vingarna i ut- loppskammaren, dels till följd av de ökade flödeshastig- heterna radiellt utåt utefter vingarna invid den fria vätskeytan som detta medför.

För att på ett skonsamt sätt medbringa den separerade vätskan i utmatningskammaren har, såsom visas i WO 89/03250 Al, det föreslagits att i en centrifugalseparator av detta slag utforma de medbringande organen i form av minst en med rotorn fast förbunden skiva. Härigenom fördelas den radiellt utåtriktade strömningen på stora skikt, varigenom flödeshas- tigheterna invid den fria vätskeytan blir mindre och risken för luftinblandning blir mindre. Det visar sig dock att 10 15 20 25 30 35 3 501 199 skivornas förmåga att i rotorns rotation medbringa den sepa- rerade vätskan i utmatningskammaren ofta är otillräcklig. Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en centrifugalseparator av det inledningsvis angivna slaget, i vilken en separerad vätska kan medbringas skonsamt men ändå effektivt och utmatas ur utmatningskammaren med liten risk för luftinblandning.

Detta åstadkommes enligt uppfinningen genom att förse en centrifugalseparator av detta slag med radiellt och axiellt sig sträckande väggelement, som vart och ett åtminstone har en del, som sträcker sig radiellt mellan den radiella nivån vid vilken den fria vätskeytan är belägen och en nivå radiellt utanför utloppet, och som har en riktningskomposant i omkretsriktningen och som sett radiellt utåt är riktad framåt i rotationsriktningen.

Den radiellt utåtriktade strömningen av separerad vätska i _den roterande vätskekroppen från den fria vätskeytan mot utloppet sker härvid huvudsakligen utmed det i rotations- riktningen sett bakre väggelementet av de två väggelement som bildar kanalen.

Med fördel är väggelementen enligt uppfinningen i nämnda del krökta i ett plan vinkelrätt mot rotationsaxeln och har en med radien ökande riktningskomposant i omkretsriktningen.

Väggelementen enligt uppfinningen kan vara anordnade direkt på skiljeväggen, men kan även vara anordnade på ett axiellt avstånd från den på sådant sätt att en rotationsaxeln om- slutande ringformig spalt är formad mellan denna skiljevägg och väggelementen. Lämpligen är därvid en rotationsaxeln omslutande ringformig skärm anordnad i utloppskammaren sträckande sig radiellt utåt från passagen ut i spalten, för 10 15 20 25 30 35 501 199 4 att leda den in i utloppskammaren strömmande separerade vätskan radiellt utát i spalten mot den fria vätskeytan.

I en annan utföringsform av uppfinningen har kanalen en tvärsektion, som axiellt i riktning mot utloppet är öppen mot utloppskammaren.

I en ytterligare utföringsform av uppfinningen är ett täckor- gan anordnat i utloppskammaren fast förbundet med vart och ett av väggelementen på den sida av dem, som är vänd ifrån den passageförsedda ändväggen, och är inrättat att avgränsa kanalen mot utloppskammaren vid denna sida av väggelementen.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka figur l schematiskt visar ett axiellt snitt genom en del av en centrifugalseparator enligt uppfinningen, figur 2 schematiskt visar ett snitt längs linjen II-II genom en del av den i figur 1 visade centrifugalseparatorn, figur 3 schematiskt visar ett axiellt snitt längs linjen III- III genom den i figur 2 visade delen, och figur 4 schematiskt visar ett axiellt snitt genom en del av en centrifugalseparator enligt en modifierad utföringsform av uppfinningen.

Den i figur 1 visade delen av en centrifugalseparator enligt uppfinningen innefattar en rotor som har en underdel 1 och en överdel 2, vilka sammanhålls axiellt medelst en làsring 3.

Inuti den som exempel visade centrifugalseparatorn är en axiellt rörlig ventilslid 4 anordnad. Denna ventilslid 4 avgränsar tillsammans med överdelen 2 en separeringskammare 5 10 15 20 25 30 35 501 199 och är anordnad att öppna och stänga en ringformig spalt mot- perifera utloppsöppningar 6 för ett ämne, som under drift separerats i rotorn och ansamlats vid separeringskammarens 5 periferi. Ventilsliden 4 avgränsar tillsammans med underdelen 1 en stängningskammare 7, som är försedd med ett inlopp 8 och ett strypt utlopp 9 för en stängningsvätska.

Inuti separeringskammaren 5 är en skivsats 10 bestående av ett antal koniska separeringsskivor anordnad mellan en för- delare ll och överdelen 2. Överdelen 2 bildar vid sin i figuren visade övre ände en utloppskammre 12, till vilken en i detta fall relativt lätt, separerad vätska kan strömma från separeringsrummet 5 via en central passage 13. Den under rotorns drift i utloppskammaren 12 befintliga vätskan bildar en roterande vätskekropp med en radiellt inåtvänd fri vätske- yta 14.

Centralt genom utloppskammaren 12 sträcker sig ett stationärt inloppsrör 15, som mynnar i en inloppskammare 16 i det inre av fördelaren 11. Intill inloppsröret 15 är ett stationärt utloppsrör 17 anordnat för den specifikt lättare vätskan i kammaren 12. Ett utloppsorgan 18 är i kammaren anordnat kring inloppsröret 15 och förbundet med utloppsröret 17. Utloppsor- ganet 18 är stationärt, men vid ett alternativt utlopps- arrangemang kan ett liknande utloppsorgan vara inrättat att rotera med en hastighet, som är mindre än rotorns rotations- hastighet.

Utloppsorganet 18 sträcker sig radiellt utát i utlopps- kammaren 12 och har en utanför den radiella nivån för den fria vätskeytan 14 belägen del. I utloppsorganet 18 är minst en utloppskanal 20 anordnad med en inloppsöppning, som är belägen i denna del och utgör utlopp 19 ur utloppskammaren 12. Utloppskanalen 20 är förbunden med det inre av utloppsröret 17. 501 199 6 10 15 20 25 30 35 I de i figurerna visade utföringsexemplen är passagen 13 anordnad centralt i en skiljevägg 21. I utloppskammaren är ett flertal runt rotationsaxeln fördelade väggelement 22 anordnade, som mellan sig bildar kanaler 23 (figur 2) för att under drift i rotorns rotation medbringa den i utloppskamma- ren 12 befintliga separerade vätskan och leda den radiellt utåt mot utloppet 19. Åtminstone en del av väggelementen 22 sträcker sig härvid radiellt mellan den radiella nivån 14 vid vilken den fria vätskeytan är belägen och en nivå radiellt utanför utloppet 19.

Av figur 2, som schematiskt visar ett snitt längs linjen II-II genom en del av den i figur l visade centrifugalsepara- torn, framgår utformningen närmare av de på skiljeväggen 21 anordnade väggelementen 22 och hur de mellan sig bildar kanaler 23. Varje väggelement 22 är riktat så att det har en riktningskomposant i omkretsriktningen, som sett radiellt utåt är riktad framåt i rotationsriktningen. Rotationsrikt- ningen är medurs, vilket är indikerat med pilen 24. Väggele- menten 22 är dessutom krökta i ett plan vinkelrätt mot rota- tionsaxeln och har en med radien ökande riktningskomposant i omkretsriktningen.

Figur 3 visar ett axiellt snitt genom den i figur 2 visade delen. De i figurerna 1, 2 och 3 visade kanalerna 23 har en tvärsektion, som axiellt i riktning mot utloppet 19 är öppen mot utloppskammaren 12.

En annan utföringsform av den i figurerna 2 och 3 visade delen av en centrifugalseparator enligt uppfinningen visas i figur 4. Liksom figur 3 visar figur 4 ett axiellt snitt genom delen. Utföringsformen enligt figur 4 skiljer sig från den i figurerna 1, 2 och 3 visade utföringsformen därigenom att väggelementen 22 är anordnade på ett axiellt avstånd från skiljeväggen 21 så att en spalt 25 bildas mellan dem. Dess- 10 15 20 25 30 7 sm 199 utom är ett täckorgan 26 anordnat fast förbundet med vart och ett av väggelementen 22 på den sida av dem, som är vänd ifrån skiljeväggen 21. I spalten 25 är vidare en rotationsaxeln omslutande ringformig skärm 27 anordnad invid passagen 13.

Denna skärm leder den separerade vätskan radiellt utåt i spalten mot den fria vätskeytan på ett sådant sätt att den inte kolliderar med radiellt innanför den fria vätskeytan 14 befintliga delar av väggelementen 22 under strömningen radi- ellt utåt.

Vid start av centrifugalseparatorn bringas rotorn att rotera och separeringskammaren 5 tillsluts genom att en stängnings- vätska tillföres stängningskammaren 7 genom inloppröret 15.

Sedan separeringskammaren 5 stängts kan den vätska, som skall centrifugeras tillföras separeringskammaren 5 genom inlopps- röret 15 och inloppskammaren 16. Så småningom fylls separe- ringskammaren 5, rotorn erhåller driftsvarvtal och förhål- landena stabiliseras inuti separeringskammaren. De i den tillförda vätskan ingående komponenterna separeras under inverkan av på desamma verkande centrifugalkrafterna.

Separeringen sker härvid huvudsakligen i utrymmena mellan de i skivsatsen 10 ingående koniska skivorna. Under separeringen slungas den specifikt tyngre komponenten radiellt utåt och ansamlas i separeringsrummets radiellt yttersta del, medan en specifikt lättare vätska strömmar radiellt inåt i dessa utrymmen.

Den specifikt tyngre komponenten avlägsnas intermittent under drift genom att ventilsliden 4 bringas att under tidsperioder frilägga de perifera utloppsöppningarna 6.

Den specifikt lättare vätskan strömmar ut ur separerings- kammaren 5 genom passagen 13 till utloppskammaren 12, i 501 199 s 10 15 20 25 30 vilken den bildar en roterande vätskekropp med en radiellt inåt vänd fri vätskeyta. Den i utloppskammaren 12 befintliga vätskan matas ut genom utloppet 19 och vidare ut genom utloppskanalen 20 i det stationära utloppsorganet 18.

Medbringandet av den i utloppskammaren 12 befintliga vätskekomponenten sker med hjälp av de med rotorn roterande väggelementen 22 och av utloppskammarens begränsningsytor.

Den vätska som befinner sig närmast utloppsorganet 18 bromsas av kontakten med utloppsorganets 18 ytterytor. Olika delar av den i utloppskammaren 12 befintliga vätskevolymen erhåller därigenom olika rotationshastigheter. Kontakten mellan vätskan och utloppsorganets 18 ytterytor medför att ett cirkulerande flöde alstras i utloppskammaren 10, varvid vätskan såsom ovan nämnts strömmar radiellt inåt utefter utloppsorganets 18 ytterytor och radiellt utåt mot utloppet huvudsakligen sker utmed det i rotationsriktningen sett bakre väggelementet av de två väggelement som bildar kanalen. Den luft eller gas som blandats in i och medbringats den separerade vätskan i dess strömning utmed detta väggelement har en väsentligt lägre densitet än den separerade vätskan.

Detta medför att medbringade luft- eller gasbubblor kommer att utsättas för en relativt stor radiellt inåtriktad kraft mot den i rotationsriktningen sett främre av de två väggelementen, som bildar kanalen. Luft~ eller gasbubblorna kommer härigenom att lämna det bakre väggelementet och strömma mot och ansamlas vid det främre väggelementet, utmed vilket de strömmar vidare radiellt inåt mot den fria vätskeytan utan att påverkas av radiellt utåtriktade skjuvkrafter från den radiellt utåt strömmande separerade vätskan, varigenom merparten av den luft eller gas som inblandats i och medbringats den separerade vätskan separeras ur densamma innan vätskan når utloppet ur utloppskammaren. 9 SÛ1 199 Denna effekt uppnås genom den föreliggande uppfinningen även om passagen såsom visas i figurerna är anordnad radiellt innanför den fria vätskeytan, vilket i många fall är önskvärt' för att erhålla ett gott separeringsresultat men medför en ökning av den radiellt utåtriktade strömningen.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 5Û1 199 10 Patentkrav

1. l. Centrifugalseparator innefattande en kring en rotations- axel roterbar rotor, vilken inuti sig bildar - en inloppskammare (16) för den vätska, som skall centrifugeras, - en separeringskammare (5), som är förbunden med inloppskammaren (16), och - en utloppskammare (12), vilken via en passage (13) kommunicerar med separeringskammaren (5) för mottagande av en i separeringskammaren (5) under drift separerad vätska, och vilken är utformad så att en däri under drift befintlig vätska bildar en roterande vätskekropp med en radiellt inåt vänd fri vätskeyta (14), och vilken utlopps- kammare (12) är försedd med ett utlopp (19), som är beläget radiellt utanför den fria vätskeytan (14), varvid minst två radiellt och axiellt sig sträckande väggelement (22) är anordnade i utloppskammaren (12) fast förbundna med rotorn och inrättade att mellan sig bilda en kanal (23) för att under drift medbringa den separerade vätskan i rotorns rotation och samtidigt medge strömning av densamma radiellt utåt i utloppskammaren (12), k ä n n e t e c k n a d a v att vart och ett av väggelementen (22) åtminstone har en del, som sträcker sig radiellt mellan den radiella nivån vid vilken den fria vätskeytan (14) är belägen och en nivå radi- ellt utanför utloppet (19), och som har en riktningskomposant i omkretsriktningen, som sett radiellt utåt är riktad framåt i rotationsriktningen. 10 15 20 25 30 35 11 501 199

2. Centrifugalseparator enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d a v att väggelementen (22) i denna del är krökta i ett plan vinkelrätt mot rotationsaxeln och har en med radien ökande riktningskomposant i omkretsriktningen.

3. Centrifugalseparator enligt krav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d a v en rotationsaxeln omslutande skiljevägg (21), vilken är inrättad att skilja utloppskammaren (12) fràn separeringskammaren (5) genom vilken nämnda passage (13) är anordnad.

4. Centrifugalseparator enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d a v att passagen (13) är anordnad radiellt innanför den fria vätskeytan (14).

5. Centrifugalseparator enligt krav 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a d a v att väggelementen (22) är anbringade på skiljeväggen (21).

6. Centrifugalseparator enligt krav 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a d a v att en rotationsaxeln omslutande ring- formig spalt (25) är anordnad axiellt mellan skiljeväggen (21) och väggelementen (22).

7. Centrifugalseparator enligt krav 6, k ä n n e t e c k - n a d a v en rotationsaxeln omslutande ringformig skärm (27), som är anordnad i utloppskammaren (12) och sträcker sig radiellt utåt frán passagen (13) ut i spalten (25).

8. Centrifugalseparator enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att kanalen (23) har en tvär- sektion, som axiellt i riktning mot utloppet (19) är öppen mot utloppskammaren (12).

9. Centrifugalseparator enligt något av kraven 4-7, 10 501 199 12 k ä n n e t e c k n a d a v ett täckorgan (26), som är anordnat i utloppskammaren (12) fast förbundet med vart och ett av väggelementen (22) pà den sida av dem, som är vänd ifrån skiljeväggen (21), och är inrättad att avgränsa kanalen (23) mot utloppskammaren (12) vid denna sida av väggelementen (22).

10. Centrifugalseparator enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda utlopp (10) är format i en stationärt utloppsorgan (18) som sträcker sig in i utloppskammaren (12) radiellt till en radiell nivå, som under drift befinner sig utanför den fria vätskeytan (14).