SE470348B - Centrifugalseparator med separeringsskivor, vilka är försedda med strömningshinder - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 $> \'1 AC.) (JJ Ps.

CO h) Emellertid medför det faktum att vätskans radiella utåt- riktade strömning fördelas i tunna Ekman-skikt att ström- ningshastigheten i dessa skikt blir hög. Detta innebär att det skikt av ämne, som under drift har utseparerats i ett mellanrum och ansamlats på en separeringsskivas radiellt utåt vända sida, vilket vanligen är dess ovansida, utsätts för en stor skjuvkraft som strävar att föra ämnet radiellt utåt. Överstiger denna skjuvkraft den centrifugalkraft som strävar att föra ämnesskiktet radiellt inåt är det risk för att ämnet medbringas i vätskans strömning, och förs med vätskan ut ur centrifugalseparatorn. Detta begränsar möjligheterna att få vätskan ren från ämnet.

Centrifugalseparatorer av detta slag används t.ex. för att rena vatten, som är förorenat av olja. Hittills har man endast vid låga flöden genom centrifugalseparatorerna kunnat uppnå ett så gott separeringsresultat i dessa att det är möjligt att släppa ut det renade vattnet direkt i havet. Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en centrifugalseparator av det inledningsvis angivna slaget, vilken har tillfredsställande separeringsförmåga även vid en högre flödeskapacitet än den för hittills kända centrifugal- separatorer vid separering av en vätska och ett i vätskan dispergerat ämne, som har en lägre densitet än vätskan. Ämnet kan utgöras av fastämnespartiklar eller fraktioner av en annan vätska med lägre densitet än förstnämnda vätska.

Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen genom att man i en centrifugalseparator av detta slag utformar separerings- skivorna med en radiellt inre zon, som är väsentligen fri från hinder för en primärströmning, en s.k. geostrofisk strömming, i omkretsriktningen så att radiellt flöde av vätska och av dispergerat ämne under drift i denna zon sker i mycket tunna gränsskikt, s.k. Ekman-skikt utmed skivornas 4 10 15 20 25 30 35 O) 4::- »<1 cza (N ~:_- oo koniska ytor och genom att man utformar separeringsksivorna med en radiellt yttre zon, som ansluter till den radiellt inre zonen vid dess radiellt yttre del och har ett så stort antal, runt rotationsaxeln jämnt fördelade, làngsträckta och genom den yttre zonen radiellt sig sträckande hinder för vätskeströmning i omkretsriktningen att primärströmning i denna radiellt yttre zon sker väsentligen radiellt utåt mellan två intilliggande strömningshinder, varvid dessa strömningshinder har en sådan längd och en sådan riktning i förhållande till rotationsriktningen att en av primär- strömningen i denna zon orsakad sekundärströmning i ett gränsskikt, ett s.k. Ekman-skikt, på en separeringsskivas radiellt utåt vända sida påverkar ett skikt av utseparerat ämne på denna sida med en skjuvkraft i riktning mot ett i rotationsriktningen framförliggande strömningshinder, så att utseparerat ämne ansamlas på och strömmar radiellt inåt utefter det framförliggande strömningshindret.

Genom att utforma en centrifugalseparator på detta sätt blir flödet i varje mellanrum jämnt fördelat i omkretsriktningen och ett tillräckligt stort motstånd för strömning radiellt utåt genom mellanrummen erhålls för att man skall erhålla en jämn fördelning av flödet över de olika mellanrummen i stapeln. Samtidigt omlänkas den radiellt utåtriktade strömningen av vätskan från att ske i tunna Ekman-skikt i den radiellt inre zonen till att ske i ett väsentligt tjockare primärströmningsskikt i den radiellt yttre zonen. Primär- strömning i omkretsriktningen upphör i det närmaste helt när vätskeflödet genom mellanrummen överstiger ett visst värde.

Härigenom blir vätskans strömningshastighet i den radiellt yttre zonen lägre, vilket i sin tur medför att det skikt av ämnet, som i den yttre zonen ansamlats på separeringsskivans radiellt utåtriktade sida, påverkas av en lägre radiellt utåtriktad skjuvkraft från vätskeströmningen. Det är särskilt betydelsefullt att i denna, den radiellt yttre zonen, hålla 10 15 20 25 30 35 dessa skjuvkrafter låga eftersom ämnesskikten i denna zon är tunna och därmed den centrifugalkraft som verkar radiellt inåt på ämnesskiktet är liten.

I en föredragen utföringsform föreslås av tillverknings- ekonomiska skäl att strömningshindren i den radiellt yttre zonen är raka varvid de företrädesvis är riktade väsentligen rent radiellt.

Lämpligen är strömningshindren minst lika långa som största avståndet i omkretsriktningen mellan två intilliggande strömningshinder.

I en speciell utföringsform föreslås att strömningshindren radiellt utåt sett är krökta framåt i rotationsriktningen.

Härigenom riktas primärströmningen framåt i rotationsrikt- ningen. Eftersom skjuvkraften, som primärströmningen påverkar ämnesskiktet med, är riktad 45° till höger sett i primär- strömningens riktning, riktas skjuvkraften till en riktning så att den motverkar centrifugalkraften mindre varigenom separeringsresultatet förbättras.

I en speciell utföringsform är den radiellt inre zonen utformad ringformig och rotoraxeln omslutande. Det är dock fullt möjligt att inom ramen för den föreliggande upp- finningen utforma en separeringsskiva med en radiellt inre zon, som inte omsluter rotationsaxeln. Ett litet antal av de i den yttre zonen anordnade strömningshindren kan exempelvis sträcka sig radiellt inåt till en central del av separerings- skivan och avgränsa den radiellt inre zonen i omkretsrikt- ningen. Härigenom kommer den radiellt inre zonen blott att omfatta en sektor av separeringsskivan. Denna sektor bör dock ha en centrumvinkel som är minst 45°, företrädesvis minst 60°, för att tillräcklig primärströmning, geostrofisk strömning, i omkretsriktningen skall uppkomma i denna zon. 10 15 20 25 30 35 :Jà “<1 CZ) C .N h. '70 I ännu en utföringsform föreslås att separeringsskivorna utformas med centralt belägna tillförselhál för att den tillförda vätskeblandningen icke skall medbringa och återblanda redan utseparerad och centralt i separerings- kammaren ansamlat ämne.

Uppfinningen beskrivs i det följande närmare med hänvisning till bifogade ritningar.

På dessa visar figur 1 schematiskt en axialsektion genom en rotor i en centrifugalseparator enligt uppfinningen, figur 2 en separeringsskiva ingående i en centrifugal- separator enligt figur 1 sedd ovanifrån, och figur 3 en annan utföringsform av en separeringsskiva ingående i en centrifugalseparator enligt figur 1 sedd ovanifrân.

Den i figur l visade rotorn innefattar en överdel 1 och en underdel 2, vilka delar hålls samman av en låsring 3. Rotorn uppbärs av en drivaxel 4 som är förbunden med underdelen 2.

Inuti rotorn är en ventilslid 5 anordnad axiellt rörlig i underdelen 2. Ventilsliden 5 formar tillsammans med överdelen 1 en separeringskammare 6 och är anordnad att öppna och stänga en ringformig spalt vid separeringskammarens 6 största periferi mellan separeringskammaren 6 och utloppsöppningarna 7 för intermittent utsläppande av en komponent, som under drift utseparerats ur en rotorn tillförd vätskeblandning och ansamlats vid separeringskammarens 6 periferi. Ventilsliden 5 avgränsar tillsammans med underdelen 2 en stängningskammare 8, som är försedd med ett inlopp 9 och ett strypt utlopp 10 för en stängningsvätska. 10 15 20 25 30 35 4> *Q CD CN 4- OC m I Centralt i rotorn är en fördelare ll anordnad, som omsluter ett stationärt tilloppsrör 12 och inuti sig formar en inloppskammare 13. Inloppskammaren 13 är förbunden med separeringskammaren 6 via relativt centralt belägna hàl 14 i fördelarens 11 koniska nederdel. Inuti separeringskammaren 6 är en stapel av ett antal stympat koniska separeringsskivor 15 anordnad koaxiellt med rotationsaxeln. Stapeln uppbärs av och styrs av fördelaren ll. Åtminstone en del av separerings- skivorna 15 är identiska. Överdelen formar i sin i figuren visade övre ände dels en central utloppskammare 16 för utmatning av under drift från ämnet renad vätska, dels en central utloppskammare 17 för utmatning av under drift separerat ämne. Den förstnämnda utloppskammaren 16 kommunicerar med separeringskammaren 6 via en i överdelen l formad utloppskanal 18 och ett bräddavlopp 19. Den i överdelen 1 formade kanalen 18 mynnar i en radiellt yttre del av separeringskammaren 6. Den sistnämnda utmat- ningskammaren 17 kommunicerar via ett bräddavlopp 20 med en central del av separeringskammaren 6.

I bägge utloppskamrarna 16 och 17 är ett stationärt utmat- ningsorgan 21 resp. 22 anordnade för att pà känt sätt utmata vätska respektive ämne genom invändiga utmatningskanaler 23 respektive 24 mot utlopp 25 respektive 26.

Figur 2 visar en separeringsskiva l5a sedd ovanifràn. En pil A visar rotorns och därmed separeringsskivans rotations- riktning under drift.

Den stympat koniska separeringsskivan 15a har på sin ovansida ett flertal raka làngsträckta strömningshinder 27a för vätskeströmning i omkretsriktningen, som är jämnt fördelade runt separeringsskivans centrum och sträcker sig rent radiellt genom en radiellt yttre zon 28a av separeringsskivan 10 15 20 25 30 7 ._4753 348 l5a. Strömningshindren 27a utgör samtidigt distansorgan, som håller separeringsskivorna på ett avstànd från varandra i stapeln så att de parvis bildar ett mellanrum. Radiellt innanför den yttre zonen 28a är separeringsskivan utformad med en radiellt inre zon 29a, som är fri från hinder för vätskeströmning i omkretsriktningen och sträcker sig från separeringsskivans innerradie radiellt ut mot den radiellt yttre zonens 28a radiellt inre del. I en radiellt inre del av den inre zonen 29a är ett antal tillförselhál 30a anordnade jämnt fördelade runt separeringsskivans l5a centrum för tillförsel av den vätska som skall behandlas.

Figur 3 visar en annan utföringsform av en separeringsskiva l5b sedd ovanifrån. Liksom i figur 2 visar en pil A rotorns och separeringsskivans rotationsriktning under drift.

Den i figur 3 visade stympat koniska separeringsskivan l5b har på sin ovansida ett flertal krökta långsträckta ström- ningshinder 27b för vätskeströmning i omkretsriktningen, som är jämnt fördelade runt separeringsskivans centrum och sträcker sig radiellt genom en radiellt yttre zon 28b av separeringsskivan l5b. Radiellt utåt sett är strömnings- hindren krökta framåt i rotationsriktningen. Liksom ström- ningshindren 27a på separeringsskivan l5a enligt figur 2 utgör strömningshindren 27b på separeringsskivan l5b enligt denna utföringsform även distansorgan. Även denna utförings- form har en radiellt inre zon 29a, som är fri från hinder för strömning i omkretsriktningen och sträcker sig från separe- ringsskivans innerradie radiellt ut mot den radiellt yttre zonens 28b radiellt inre del. Ett antal tillförselhål 30b är även i denna separeringsskiva l5b jämnt fördelade runt separeringsskivans l5b centrum i en radiellt inre del av den radiellt inre zonen 29b. 10 15 20 25 30 Jb w (I: CN | s OO CD | Både separeringsskivan enligt figur 2 och separeringsskivan enligt figur 3 är försedd med en ytterligare zon 31a resp. 3lb belägen radiellt utanför strömningshindren i den yttre zonen 28a resp. 28b. Liksom den radiellt inre zonen 29a resp. 29b omsluter denna rotationsaxeln och är fri från hinder för LI vätskeströmning i omkretsriktningen. Att anordna en sådan ytterligare zon 3la resp. 3lb medför att fördelning av flöden m.m. utjämnas i omkretsriktningen i separeringskammarens 6 radiellt yttre del.

En centrifugalseparator som är utformad enligt uppfinningen fungerar på följande sätt: Vid start av centrifugalseparatorn bringas rotorn att rotera och separeringskammaren 6 tillsluts genom att stängnings- vätska tillförs stängningskammaren 8 genom inloppet 9.

Därefter kan den vätska med däri dispergerat ämne som skall centrifugeras, tillföras separeringskammaren 6 via tillopps- röret 12, inloppskammaren 13 och tillförselhàlet 14 i för- delaren ll. Via tillförselhålen 30a eller 30b fördelas den tillförda vätskan med dispergerat ämne ut i mellanrummen mellan separeringsskivorna 15 där den huvudsakliga separe- ringen sker. Under separeringen strömmar den specifikt tyngre vätskan radiellt utåt och ansamlas i separeringsrummets radiellt yttre del, medan det specifikt lättare ämnet ansamlas pà separeringsskivornas 15 radiellt utåt vända sidor och strömmar utefter dessa radiellt inåt.

Den renade vätskan strömmar ut ur separeringskammaren 6 genom kanalen 18 och via bräddavloppet 19 in i utloppskammaren 16.

Ur utloppskammaren 16 matas vätskan genom invändiga utmat- ningskanaler 23 i ett stationärt utmatningsorgan 21 ut mot ett utlopp 25.

Vä w 10 15 20 25 30 35 9 _ 470 348 Ur separeringskammaren 6 strömmar det utseparerade och i separeringskammarens 6 centrala del ansamlade ämnet via ett bräddavlopp 20 in i utloppskammaren 17. Även ämnet utmatas ur utloppskammaren 17 genom invändiga kanaler 24 i ett stationärt utmatningsorgan 22 mot ett utlopp 26.

Om specifikt tunga fasta partiklar, slam eller dylikt, under drift ansamlas vid separeringens största radie kan detta avlägsnas intermittent under drift genom öppningarna 7 genom att man under en kort tid avbryter tillförseln av stängnings- vätska till stängningskammaren 8.

Under vätskans och det dispergerade ämnets strömning i mellanrummen i den radiellt inre zonen 29a resp. 29b inställer sig en s.k geostrofisk balans, vid vilken en på vätskan verkande Coriolis-kraft uppkommer som är lika stor som och motriktad, radiellt inåtriktad, den kraft som tryckgradienten ger upphov till på vätskan. När denna balans föreligger strömmar huvuddelen av vätskan i en primär strömning, en s.k. geostrofisk strömning vinkelrät mot tryckgradienten. Eftersom inga hinder för vätskeströmning i omkretsriktningen finns i denna zon kommer den primära strömningen väsentligen vara riktad i omkretsriktningen mot rotationsriktningen.

Till följd av primärströmningen i det roterande systemet uppkommer en annan vätskeströmning, en sekundär strömning, i tunna gränsskikt invid separeringsskivornas ovan- och undersidor, s.k. Ekman-skikt. I dessa skikt strömmar vätskan i andra riktningar än primärströmningens riktning. Riktningen varierar med avståndet från separeringsskivans yta. Närmast en sådan yta bildar vätskeströmningsriktningen i Ekman- skikten en vinkel av 45° med primärströmningens riktning.

Strömningsriktningen i Ekman-skikten i den inre zonen får en radiellt utåtriktad komposant. Den radiella vätsketransporten 10 15 20 25 30 47Û 54-3 10 _ i denna zon kommer således att ske i dessa tunna skikt. Detta medför att motståndet för radiell vätskeströmning genom denna zon är stort så flödet fördelas jämnt över mellanrummen i stapeln.

W Det på separeringsskivornas radiellt utåt vända ovansidor ansamlade skiktet av ämne påverkas dels av en centrifugal- kraft, som strävar att föra ämnesskiktet i önskad riktning radiellt inåt, dels av en skjuvkraft från vätskeströmningen i Ekman-skikten, vilket har en radiellt utåtriktad komposant.

Centrifugalkraften ökar med ökande tjocklek hos ämnesskiktet.

Skjuvkraften är dock ofta oberoende av skiktets tjocklek.

I den radiellt yttre zonen 28a eller 28b är primärströmningen riktad väsentligen i radiell riktning, varigenom vätske- transporten radiellt utåt sker i ett betydligt tjockare skikt än Ekman-skikten, vilket innebär att strömningshastigheten för vätska och däri ännu ej utseparerat dispergerat ämne blir lägre. Detta innebär i sin tur att den på ämnesskiktet verkande skjuvkraften blir lägre i den radiellt yttre zonen 28a eller 28b.

Eftersom ämnesskiktet är tunt i den radiellt yttre zonen är det extra fördelaktigt att hålla skjuvkraften låg i denna ZOII.

Om strömningshindren 27a eller 27b utformas minst lika långa som det största avståndet mellan två intilliggande ström- ningshinder medför det faktum att skjuvkraft bildas med primärströmningen som är 45° att ämne till stor del kommer att ansamlas på ett framförliggande strömningshinders baksida och strömma radiellt inåt längs densamma. 11 ÅWG 34-8 Utformar man strömningshindren 27b radiellt utåt sett krökta framåt i rotationsriktningen såsom visas i figur 3 motverkar inte skjuvkraften centrifugalkraften i samma utsträckning, utan den resulterande kraften får en för separerings- resultatet gynnsammare riktning.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 lš-'FÛ 548 12 _ li Patentkrav Centrifugalseparator för att rena en vätska från ett däri dispergerat ämne, som har en lägre densitet än vätskan, inne- fattande en kring en rotationsaxel roterbar rotor, vilken formar en inloppskammare (13) en separeringskammare (6), som är förbunden med inlopps- kammaren (l3), och en med separeringskammaren (6) förbunden utloppskammare (16) för under drift från ämnet renad vätska, varvid en stapel av ett flertal stympat koniska separeringsskivor (15, l5a, l5b) är anordnad i separe- ringskammaren (6) koaxiell med rotationsaxeln, vilka skivor (15, l5a, l5b) är försedda med distansorgan, som häller dessa pà ett avstånd fràn varandra sà att de parvis formar mellanrum, och medel (14, 30a, 30b) är anordnade att under drift leda vätska och däri disper- gerat ämne frán inloppskammaren (13) till en central del av mellanrummen så att vätska strömmar radiellt utåt i mellanrummen, ' n n e t e c k n a d a v att separeringsskivorna (15, l5a, l5b) har en radiellt inre zon (29a, 29b) som är väsentligen fri från hinder för en primärströmning, en s.k. geostrofisk strömning, i omkretsriktningen så att radiellt flöde av vätska och av dispergerat ämne under drift i denna zon (29a, 29b) sker i mycket tunna gränsskikt, s.k. Ekman-skikt, utmed skivornas (15, l5a, l5b) koniska ytor och 10 15 20 25 30

1. 3 .fšl-YG 548 - att separeringsskivorna (15, l5a, 15b) har en radiellt yttre zon (28a, 28b), som ansluter till den radiellt inre zonen (29a, 29b) vid dess radiellt yttre del och har ett så stort antal, runt rotationsaxeln jämnt fördelade, långsträckta och genom den yttre zonen (28a, 28b) radiellt sig sträckande hinder (27a, 27b) för vätske- strömning i omkretsriktningen att primärströmning i denna radiellt yttre zon (28a, 28b) sker väsentligen radiellt utàt mellan intilliggande strömningshinder (27a, 27b), - varvid dessa strömningshinder (27a, 27b) har en sådan längd och en sådan riktning i förhållande till rotations- riktningen att en av primärströmningen i denna zon (28a, 28b) orsakad sekundärströmning i ett gränsskikt, ett s.k. Ekman-skikt, på en separeringsskivas radiellt utåt vända sida påverkar ett skikt av utseparerat ämne på denna sida med en skjuvkraft i riktning mot ett i rotationsrikt- ningen framförliggande strömningshinder (27a, 27b), så att utseparerat ämne ansamlas på och strömmar radiellt inåt utefter det framförliggande strömningshindret (27a, 27b).

2. Centrifugalseparator enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d a v att nämnda strömningshinder (27a) i den radiellt yttre zonen (28a) är raka.

3. Centrifugalseparator enligt krav 2, k ä n n e t e c k - n a d a v att nämnda strömningshinder (27a) i den radiellt yttre zonen (28a) är riktade väsentligen rent radiellt. 10 15 20 4?0 348 14 _

4. Centrifugalseparator enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d a v att strömningshindren (27a, 27b) radiellt är minst lika långa som största avståndet i omkretsriktningen mellan två intilliggande strömningshinder (27a, 27b). F

5. Centrifugalseparator enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d a v att nämnda strömningshinder (27b) i den radiellt yttre zonen (28b) radiellt utåt sett är krökta framåt i rotationsriktningen.

6. Centrifugalseparator enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att den radiellt inre zonen (29a, 29b) är ringformig och omsluter rotationsaxeln.

7. Centrifugalseparator enligt något av föregående krav, k ä n n e t e k n a d a v att nämnda medel utgörs av centralt belägna tillförselhàl (30a, 30b) i separerings- skivorna.

8. Centrifugalseparator enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att strömningshindren (27a, 27b) utgörs av nämnda distansorgan. III: