FI67665C - Foerfarande och anordning foer separering av ett medium i komponenter med olika partikelmassor - Google Patents

Description

1 67665

Menetelmä ja laite väliaineen erottamiseksi hiukkasmas-soiltaan erilaisiin komponentteihin. - Förfarande och anordning för separering av ett medium i komponenter med olika partikelmassor.

5 Tämä keksintö koskee menetelmää ja laitetta väliaineen erottamiseksi hiukkasmassoiltaan erilaisiin komponentteihin keskipakovoiman avulla vapaalla pyörrevirtauksel-la toimivissa laitteissa esim. sykloneissa siten, että 10 massaltaan suuremmat hiukkaset rikastuvat pyörimisliikkeen aikana erottavan pyörteen ulompiin osiin ja massaltaan pienemmät hiukkaset rikastuvat erottavan pyörteen niihin osiin, jotka ovat lähempänä pyörintäkeskiötä.

15 Termi "väliaine", jota käytetään tässä selostuksessa, on tarkoitettu käsittämään jauhemaiset ja kuituiset vir-taavat kiinteät aineet, virtaavat nesteet, nestepisarat ja kaasut sekä näiden seokset. Vastaavasti termi "hiukkanen" on tarkoitettu käsittämään kiinteät hiukkaset, nes-20 tepisarat, nestemolekyylit, kaasumolekyy1 it tai kaasuato-mit. Termi "erottelutila" on tarkoitettu käsittämään erilaiset pyörrekammiot sekä virtausputket ja virtaustilat, joissa erottelu tapahtuu keskipakovoiman avulla.

25 Ennestään tunnetaan monenmuotoisia pyörre-erottimia, mm. sykloneja, joissa pyörrettä rajoittavat sylinterimäiset ja kartiomaiset pinnat. Yleensä pyörrekammio on sileäpin-tainen ja kammion seinämä on jatkuva pyörrevirtauksen suunnassa . Tällaisia itsenäisesti toimivia pyörre-erottimia 30 rinnakkain asettamalla on muodostettu esim. multisyklo- neja. Tästä on esimerkki US-patentissa 3 747 306. Lisäksi tunnetaan useista patenttijulkaisuista pyörre-erottimia, joissa kaksi pyörrettä on yhteydessä tangentiaalisesti toisiinsa sallien tietynkokoisten hiukkasten siirtymisen 35 tangentiaalisesti pyörteestä toiseen. Myöskin tunnetaan pyörresysteemi, jossa erotettava väliaine syötetään kahden pyörteen väliin tangentiaalisesti. Tästä on esimerkki US-patentissa 4 248 699.

' TT

2 67665

Tunnettujen pyörre-erottimien haittana on se, että keskipakovoima työntää erotettavaa väliainepyörrettä ulkopuolella rajoittavia pintoja vasten. Tällöin kitka hidastaa pyörteen kulkua ja aiheuttaa turbulenssia seinämien lä-5 heisyydessä. Kitka ja siitä aiheutuva turbulenssi synnyttävät huomattavia energiahäviöitä. Pienentyneen pyörimisnopeuden vuoksi keskipakovoima ja sen mukana erotteluteho alenevat. Lisäksi turbulenssi sekoittaa uudelleen jo tapahtunutta erottumista. Tunnetut multisyklonit vaativat -ö runsaasti tilaa ja niiden rakenne on massaltaan suuri. Kitkan aiheuttamien häviöiden vuoksi nykyisillä pyörre-erottimilla on vaikeata päästä suuriin pyörrenopeuksiin, joita tarvitaan esim. kaasuja erotettaessa kaasuseoksista. Kitka kasvaa voimakkaasti nopeuden lisääntyessä. Kitkan ai-15 heuttaman jarrutuksen vuoksi erotettava väliaine ei ehdi pysyä kauan pyörimisliikkeessä tehokkaan erottumisen alaisena .

Tämän keksinnön tarkoituksena on vähentää mainittuja hait-20 toja ja se saadaan aikaan keksinnön mukaisella menetelmällä siten, että vähintäin neljä pyörrettä käsittävän pyör-reverkon muodostavat pyörteet saatetaan tukeutumaan toisiinsa siten, että tukeutumisaiueilla pyörteet puristavat toisiaan kokoon.

25

Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi tarkoitettu laite on esitetty jäljempänä patenttivaatimuksissa 2-5.

Keksintöä havainnollistetaan seuraavin kuvin.

30

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista pyörresysteemiä, jossa rinnakkain sijaitsevat erottavat pyörteet ovat pareittain sivusuunnassa yhteydessä toisiinsa.

35 Kuvio 2 esittää keksinnön mukaista pyörresysteemiä, missä pyörteet ovat ellipsin muotoisia.

Kuvio 3 esittää sivukuvaa eräästä keksinnön mukaisesta 6 7 6 6 5 syklonisysteemistä.

Kuvio 4 esittää leikkausta pitkin viivaa IV-IV kuviossa 3.

5 Kuvio 5 esittää aksiaalista leikkausta eräästä keksinnön mukaisesta syklonisysteemistä.

Kuvio 6 esittää leikkausta pitkin viivaa VI-VI kuviossa 5.

10 Kuvio 7 esittää virtauksen jakajan erästä muotoa aksono-metrisesti.

Kuvio 8 esittää virtauksen jakajan toista muotoa aksono-metrisesti.

15

Kuvio 9 esittää virtauksen jakajan poikkileikkausvaihtelua kuviossa 8.

Kuvio 10 esittää pyörintäakselin suuntaista leikkausta pit-20 kin viivaa X-X kuviossa 8.

Kuvio 11 esittää sivukuvaa tangentiaalisen syötön eräästä järjestelymuodosta kuviossa 6.

25 Kuvio 12 esittää perspektiivikuvaa eräästä keksinnön mukaisesta syklonisysteemistä, jossa pyörteet ovat kartiomaisia.

Kuvio 13 esittää aksonometrisesti virtauksen jakajia syki'·'·· 30 nisysteemissä, missä pyörteet ovat kartiomaisia.

Tämän keksinnön keskeisenä sisältönä on vähentää erottavan pyörteen ja sitä ulkokehällä rajoittavan pinnan kosketusta, jolloin siitä aiheutuvat haitat jäävät pois. Tätä varten 35 osa pyörrettä ulkokehällä rajoittavasta pinnasta poistetaan. Pinnan pyörrettä sisäänpäin työntävä tukivaikutus korvataan saattamalla kaksi vierekkäistä pyörrettä törmää- 4 67665 mään ja tukeutumaan pyörimisliikkeessä toisiinsa, jolloin ne puristavat toisiaan kokoon. Pienessä kulmassa toisiinsa törmäävät pyörteet eivät synnytä turbulenssia eikä niiden välillä ole juuri lainkaan kitkaa, jos pyörimisnopeudet ovat samat.

5

Keksinnön lisätarkoituksena on saattaa erotettava väliaine pyörteessä radiaaliseen värähdysliikkeeseen törmäysten yhteydessä. Radiaalinen värähdysliike edistää massoiltaan eri suurien hiukkasten erottumista. Sijoittamalla törmäys-10 kohdat tasaisin välimatkoin toisistaan saadaan syntymään pyörteeseen oleellisesti pyörintäsäteen suunnassa etenevä, säännöllinen aaltoliike, joka saattaa erotettavat väliai-nehiukkaset pyörintäsäteen suunnassa vuoroin lähemmäksi toisiaan ja vuoroin kauemmaksi toisistaan. Ulkokehän suun-15 nasta radiaalisesti sisäkehälle suuntautuva isku pystyy antamaan kevyille hiukkasille suuremman nopeuden pyörintä-keskiötä kohden kuin raskaille hiukkasille, joiden hitausvoima on suurempi ja myös keskipakovoima suurempi.

20 Seuraavissa kuvissa on esimerkinomaisesti esitetty muutamia keksinnön sovellutusmuotoja sekä havainnollistettu keksinnön toimintatapaa. Todellisuudessa keksinnölle voidaan löytää suuri määrä erilaisia sovellutusmuotoja. Keksinnön mukaisten laitteiden muodot ja mittasuhteet vali-25 taan kulloisenkin käyttötarkoituksen mukaan. Apuna voidaan käyttää kokeellisia tutkimuksia ja teoreettisia tarkasteluja.

Kuvioissa esitettyjen osien nimitykset ovat 1. erottelutilaa ulkokehän puolella rajoittava pinta 2. erottavan pyörteen kulkurata yleispiirteisesti ilman värähtelyvaikutusta 10. erottelutila, jossa eri massaiset hiukkaset erottuvat eli pyörrekammio 3 ^ 12. tanqentiaalinen syöttöputki, josta eroteltavat hiukkaset tulevat erottelutilaan il 5 67665 13. aksiaalinen poistoputki pienimassaisille hiukkasille erottelun jälkeen 14. aksiaalinen poistoputki suurimassaisille hiukkasille erottelun jälkeen 5 39. virtauksen jakaja eri pyörteiden erottamiseksi toisis taan 40. törmäysalue, missä erottavat pyörteet törmäävät toisiinsa 47. pyörrekammion kansi 49. erottavan pyörteen pyörintäkeskiö

Kuviossa 1 on eräs keksinnön mukainen pyörrekammiosys-teemi, jossa yksittäiset pyörrekammiot ovat rinnakkain säännöllisessä neliöverkossa. Pyörrekammiot eli erotteluin tilat 10 ovat sivulta yhteydessä toisiinsa niin, että noin puolet keskimmäisten kammioiden seinäpinnasta on poistettu. Poistetun seinäpinnan kohdalle muodostuu törmäysalue 40, jossa eri kammioiden pyörteet törmäävät toisiinsa. Kuvion esittämässä tapauksessa pyörteitä on 20 4x4 kappaletta, mutta pyörrekammiosysteemissä voidaan käyttää mielivaltaista määrää pyörteitä 2, jotka saatetaan pareittain sivusuunnassa yhteyteen toisiinsa. Pyörteiden väliin jää kuvion 1 esimerkissä poikkileikkaukseltaan 4-haaraisia virtauksen jakajia 39, joiden koko voi vaih-25 della. Myös virtauksen jakajien 39 muoto voi vaihdella. Esim. aaltoileva muoto edistää värähtelyä.

Kuviossa 2 on eräs keksinnön mukainen pyörresysteemi, jossa yksittäiset pyörteet 2 ovat ellipsin muotoisia radiao-20 listen sysäysten tehostamiseksi. Kuvion 2 tapauksessa ellipsien pisimmät lävistäjät ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan. Vaihtoehtoisesti voidaan ellipsin pisimmät lävistäjät tehdä yhdensuuntaisiksi. Keksinnön mukainen pyörre-systeemi voidaan saada aikaan myös muun muotoisilla pyör-35 teillä, esim. pyöristettyä kolmiota muistuttavilla, pyöristettyä neliötä muistuttavilla jne.

6 67665

Kuvion 3 esittämässä sivukuvassa nähdään eräs keksinnön mukainen syklonisysteemi, jossa on 4 x 4 syklonia yhdistetty syklonisysteemiksi. Kuviossa ei ole esitetty syklonien syöttölaitteita. Erotettavan väliaineen syöttö voi 5 tapahtua sykloneihin aksiaalisesti tai tangentiaalisesti. Kuvion 3 esittämässä tapauksessa erotetut jakeet poistuvat aksiaalisessa suunnassa, mutta myös tangentiaaliset poistojärjestelyt ovat mahdollisia.

10 Kuvion 4 esittämässä syklonisysteemin leikkauspiirrok-sessa nähdään yksittäisten pyörrekammioiden 10 olevan saman suuruisia. Tämä on edullista, että törmäysvoimat eri pyörteissä tulevat yhtä suuriksi. Virtauksen jakajat 39 ovat tässä tapauksessa muodostuneet neljästä sileästä 15 sylinteripinnan osasta.

Kuvion 5 esittämässä leikkauksessa nähdään erään syklonisysteemin tangentiaaliset syötöt 12, jotka sijoittuvat eri pyörteiden 2 väliin.

20

Kuviossa 6 nähdään vastaavat tagentiaaliset syötöt 12 ylhäältäpäin .

Kuviossa 7 nähdään eräs virtauksen jakaja 39, jossa pyör-25 teiden 2 virtaussuunnissa on kourumaisia uria ja niiden välillä teräviä harjanteita. Tällaisen muodon avulla saadaan pyörteen 2 aksiaalisen leikkauksen muotoa muutetuksi pyörimisliikkeen eri vaiheissa. Eri pyörteiden 2 törmäys-alueella 40 pyörteiden rajapinta on taso, eli pyörteen 2 30 aksiaalinen leikkaus suoraviivainen. Hiukkasten kulkiessa kuvion 7 esittämän pyörteen jakajan 39 kohdalle joutuvat hiukkaset liikkumaan osittain myös aksiaalisessa suunnassa. Tällöin eri massaiset hiukkaset pääsevät helpommin siirtymään toistensa ohi haluttuihin erottumissuuntiin.

35 Virtauksen jakajan poikkileikkausmuoto voi olla myös esim. ympyrä tai ellipsi.

7 67665

Kuvioiden 8, 9 ja 10 esittämässä virtauksen jakajan 39 tyypissä aksiaalinen leikkaus on aaltoileva. Aaltomaisten kohoumien välissä on syvennyksiä, joihin pyörteet 2 pakotetaan. Pyörteen 2 muovautuminen säännöllisesti aksiaali-5 sessa ja radiaalisessa suunnassa edistää erottumista.

Kuviossa 11 on esitetty yksityiskohta eräästä tangentiaa-lisen syötön 12 järjestelymahdollisuudesta kuvioiden 5 ja 6 mukaisessa tapauksessa.

10

Kuvioissa 12 ja 13 nähdään kartiomaisten pyörrekammioiden eräs järjestelymahdollisuus. Törmäysalueen 40 leveys voidaan valita halutun suuruiseksi. Virtauksen jakajat 39 voivat olla sileitä kartiopintoja tai ne voidaan tehdä 15 aaltomaisiksi pyörteen 2 kulkusuunnassa tai aksiaalisessa suunnassa uurteisiksi.

Claims (5)

67665

1. Menetelmä väliaineen erottamiseksi hiukkasmassoiltaan erilaisiin komponentteihin keskipakovoiman avulla vapaalla 5 pyörrevirtauksella toimivissa laitteissa esim. sykloneissa siten, että massaltaan suuremmat hiukkaset rikastuvat pyörimisliikkeen aikana erottavan pyörteen (2) ulompiin osiin ja massaltaan pienemmät hiukkaset rikastuvat erottavan pyörteen (2) niihin osiin, jotka ovat lähempänä pyörintä-10 keskiötä (49) , tunnettu siitä, että vähintäin neljä pyörrettä käsittävän pyörreverkon muodostavat pyörteet (2) saatetaan tukeutumaan toisiinsa siten, että tu-keutumisalueilla (40) pyörteet (2) puristavat toisiaan kokoon . 15

2. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, johon laitteeseen kuuluu useita rinnakkaisia pyörrekammioita (10), joiden erottelutilat ovat yhteydessä keskenään kammioiden seinämissä olevien aukkojen kautta, 20 tunnettu siitä, että pyörrekammiot (10) muodostavat neliöverkon, jossa kukin pyörrekammio on osittain sisäkkäin kahden tai useamman rinnakkaisen pyörrekammion (10) kanssa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu 25 siitä, että neljän rinnakkaisen pyörrekammion (10) välissä on poikkileikkaukseltaan nelihaarainen virtauksenjakaja (39) .

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu 30 siitä, että useita virtauksenjakajia (39) on yhdessä tai useammassa rivissä välimatkan päässä toisistaan.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että virtauksenjakajien keskipisteiden välimatka 35 rivien suunnassa on pienempi kuin virtauksenjakajien rajoittamien pyörrekammioiden halkaisija. Il