SE521578C2 - Centrifugalseparator - Google Patents

Description

25 30 521 SÉ/B ~ 2 tillbaka till vätskekroppen. Detta skulle skapa turbulens i det ytskikt av vätskekroppen, som skall avlägsnas därifrån och behandlas i Centrifug- rotorn. Även i detta fall erfordras alltså en särskild anordning förutom själ- va pumporganet, dvs. den nämnda tätningsanordningen, för pumpningen av vätska in i centrifugrotorn.

Centrifugrotorer med pumporgan, vilka avses arbeta väsentligen såsom de i WO OO/59639 och WO 00/59640 men vilka saknar speciella anord- ningar för avlägsnande av ett ytskikt från en vätskekropp respektive spe- ciella tätningsanordningar, visas och beskrivs i US 3,424,375, GB 884, 812 och CH 345599.

Ett huvudändamål med den föreliggande uppfinningen är att tillhanda- hålla en centrifugalseparator med en mycket enkel och billig centrifug- rotor av det inledningsvis angivna slaget. Ett annat ändamål är att till- handahålla en sådan centrifugalseparator, vilken så effektivt som möjligt kan avlägsna ett ytskikt från en vätskekropp och pumpa detta in i centri- fugrotorn utan att åstadkomma väsentlig turbulens i ytskiktet medan detta fortfarande befinner sig på vätskekroppen.

Dessa ändamål kan uppnås med en centrifugalseparator av det inled- ningsvis angivna slaget, vilken kännetecknas av - att pumporganet på sin utsida har en pumpyta, som är vänd bort från rotationsaxeln, sträcker sig i huvudsak rotationssymmetriskt omkring rotationsaxeln och är inrättad att i ett område omkring pumporganet ha kontakt med en fri vätskeyta på den nämnda vätskekroppen, - att pumpytan på pumporganets utsida utmed åtminstone en del av pumporganets axiella utsträckning i det nämnda området har en gene- 10 15 20 25 30 . . < . .- ratris, vilken bildar vinkel med rotationsaxeln på sådant sätt att pump- organet utmed denna del av sin axiella utsträckning har en ökande dia- meter nedifrån och uppåt, så att vid rotorns rotation vätska kommer att strömma uppåt från den fria vätskeytan på pumporganets utsida, och - att rotorn avgränsar ett mottagningsutrymme placerat så att det motta- ger sådan vätska som vid rotorns rotation har bringats strömma uppåt från den fria vätskeytan på pumporganets utsida.

För möjliggörande av en acceptabel pumpkapacitet utan att vätska, som strömmar uppåt längs pumpytan, kastas bort från denna, bör den nämn- da generatrisen bilda en vinkel större än 30° med rotationsaxeln. Någon vinst vad avser pumpkapacitet görs ej vid en vinkel överstigande ca. 35°.

Lämpligen bildar generatrisen en vinkel med rotationsaxeln av mellan 30° och 45°, företrädesvis 35°.

För att på ett säkert sätt mottaga vätska som pumpas uppåt längs pump- organets pumpyta sträcker sig rotorkroppen under rotorns drift lämpligen nedåt till en nivå sådan att rotorkroppen omger en övre del av pumpytan ett stycke ovanför den fria vätskeytan.

Det äri och för sig möjligt att tillåta vätska, som pumpas uppåt på pump- ytan, släppa från pumpytan och slungas ett stycke genom luften, innan den fångas upp av rotorkroppen. För undvikande av onödig splittring av vätskekomponenter, vilka senare skall separeras från varandra i centri- fugrotorn, uppvisar dock lämpligen pumporganet en sammanhängande yta sträckande sig från pumpytan in i en del av rotorns mottagningsutrym- me, vilket är inrättat att under rotorns drift innehålla vätska. Vätskan kan då strömma längs denna yta in i mottagningsutrymmet under minsta möj- liga turbulens. 10 15 20 25 30 @ f « . f. 521 57:; 4 I detta sammanhang kan nämnas att det är förut känt att använda ett koniskt pumporgan för att pumpa en vätskeformig blandning av kom- ponenter uppåt från ytan av en vätskekropp för att åstadkomma sepa- rering av komponenterna. Sådan teknik är känd exempelvis genom SU 1.382.496 A1 och SU 1.180.079 A. Härvid separeras dock komponen- terna från varandra genom att de kastas iväg från det koniska pump- organet vid olika axiella nivåer hos detta.

Vid en föredragen utföringsform av uppfinningen kommer en fri vätskeyta att upprätthållas i centrifugrotorns separeringskammare på ett första ra- diellt avstånd från rotationsaxeln. För erhållande av en så ostörd sepa- rering som möjligti separeringskammaren kommunicerar företrädesvis det nämnda mottagningsutrymmet med separeringskammaren på ett andra radiellt avstånd från rotationsaxeln, större än det nämnda första radiella avståndet.

Centrifugalseparatorn enligt uppfinningen innefattar även en drivanord- ning för rotation av centrifugrotorn. Centrifugrotorn och pumporganet kan vara separat uppburna av denna drivanordning. Vid en praktisk utförings- form av uppfinningen är dock endast pumporganet förbundet direkt med drivanordningen, så att det uppbärs av denna, medan rotorkroppen upp- bärs av pumporganet och således endast indirekt av drivanordningen.

Rotorkroppen kan härvid vara inrättad att avlägsnas från pumporganet, t.ex. för rengöring, utan att det senare behöver frigöras från drivanord- ningen.

Vid en föredragen utföringsform av uppfinningen har separeringskam- maren två utlopp på olika radiella avstånd från rotorns rotationsaxel för respektive av två separerade vätskor med olika densiteter. 10 15 20 25 30 i . . , v u 521 51278 Uppfinningen beskrivs i det följande med hänvisning till bifogade ritning, på vilken Fig. 1 visar en centrifugalseparator enligt uppfinningen uppbu- ren på ytan av en vätskekropp medelst ett antal flottörer och Fig. 2 visar en axialsektion genom centrifugalseparatorn i Fig. 1.

Fig. 1 visar en centrifugalseparator 1 uppburen medelst flottörer 2, stäng- er 3 och ett bärorgan 4 omedelbart ovanför ytan av en vätskekropp 5. vätskeytan illustreras med hjälp av en liten triangel. Centrifugalsepara- torn är på detta sätt inrättad att från vätskekroppen 5 avlägsna ett tunt ytskikt, innehållande olja och vatten, och att från varandra separera oljan och vattnet. Separerad olja visas strömma via en ledning 6 till en upp- samlingsbehållare 7, medan separerat vatten visas återledas till vätske- kroppen via en ledning 8. En el-förbindelse 9 visas såsom illustration till hur centrifugalseparatorn avses drivas.

Fig. 2 visar en axialsektion genom centrifugalseparatorn 1 i Fig. 1. Cent- rifugalseparatorn innefattar en stationär bäranordning 10, som i sin tur är inrättad att uppbäras av och hänga ned från bärorganet 4 på det sätt som illustreras i Fig. 1. Bäranordningen 10 uppbär en elektrisk motor 11, vil- ken har en nedåtriktad drivaxel 12 inrättad att rotera kring en vertikal rota- tionsaxel R. På drivaxeln 12 är fäst ett centralt pumporgan 13, vilket sträcker sig nedåt så långt att det med sin nedersta del doppar ned väts- kekroppen 5.

Pumporganet 13 uppbär en rotorkropp 14, vilken omger pumporganet och sträcker sig nedåt till en nivå strax ovanför vätskeytan på vätske- kroppen 5. Mellan pumporganet 13 och rotorkroppen 14 avgränsas en separeringskammare 15. En övre del av pumporganet 13 bildar en mel- lanvägg 16 mellan separeringskammaren 15 och ett utrymme 17 ovanför pumporganet. 10 15 20 25 30 » - « . n Ovanpå pumporganet 13 är monterat ett hylsformigt organ 18, vilket om- ger det nämnda utrymmet 17. Mellanväggen 16 och det hylsformiga or- ganet 18 avgränsar med hjälp av radiellt inåtriktade ringformiga flänsar 19 och 20 två ringformiga kamrar 21 respektive 22, vilka utgör delar av ut- rymmet 17. En första kanal 23 sträcker sig genom mellanväggen 16 från en radiellt yttre del av separeringskammaren 15 till den ringformiga kam- maren 21. En andra kanal 24 sträcker sig genom mellanväggen 16 från en radiellt inre del av separeringskammaren 15 till den ringformiga kam- maren 22.

Pumporganet 13 (med sin mellanvägg 16), rotorkroppen 14 samt det hylsformiga organet 18 bildar tillsammans en centrifugrotor, vilken är roterbar medelst motorns 11 drivaxel 12. Den övre delen av centrifug- rotorn omges av den stationära bäranordningen 10.

Den ringformiga kammaren 21 har en dräneringskanal 25, vilken sträcker sig radiellt bort från kammaren 21 genom mellanväggen 16 och mynnar på utsidan av den nyss beskrivna centrifugrotorn. Den ringformiga kam- maren 22 kan dräneras med hjälp av ett stationärt s.k. skalrör 26, vilket sträcker sig uppifrån genom bäranordningen 10 in i utrymmet 17 och vidare ut i kammaren 22.

Den stationära bäranordningen 10 bildar en ringformig ränna 27, vilken sträcker sig runt hela centrifugrotorn och är öppen mot denna via en ringformig spalt 28 belägen på samma axiella nivå som mynningen av dräneringskanalen 25. Rännan 27 har ett utlopp 29.

Den nedersta delen av pumporganet 13 är utformad som en solid konisk kropp 30 med en konisk pumpyta 31. En del av kroppen 30 sträcker sig ut genom en nedåtriktad central öppning 32 i rotorkroppen 14. Endast spet- 10 15 20 25 30 . . . , i» = vt .- i ~ sen av den nämnda delen av kroppen 30 doppar ned i vätskekroppen 5.

En smal ringformig spalt 33 kvarlämnas mellan den koniska kroppen 30 och öppningens 32 kant.

Strax ovanför öppningen 32 övergår kroppen 30 från att vara konisk till att vara väsentligen skivformig. Ett flertal passager 34, som är fördelade om- kring öppningen 32, sträcker sig från öppningen 32 till det inre av rotor- kroppen 14, dvs. till separeringskammaren 15. De väggar som avgränsar dessa passager 34 bildar strömningsytor för vätska som skall pumpas från vätskekroppen 5 in i separeringskammaren 15.

Den koniska kroppens 30 spetsvinken är ca. 70°, dvs. den koniska pump- ytans 31 generatris bildar en vinkel av ca. 35° med rotorns rotationsaxel R. Detta har visat sig ge ett maximalt vätskeflöde vid pumporganets rota- tion med en viss hastighet.

Pumporganets pumpyta behöver inte nödvändigtvis vara konisk. Pump- ytans generatris kan alternativt vara krökt, företrädesvis då krökt med en relativt stor kröknlngsradie. Företrädesvis bildari så fall generatrisen en ökande vinkel med rotationsaxeln, i riktning från vätskekroppen och uppåt längs pumpytan, för undvikande av att vätska, som strömmar på pump- ytan, kastas bort från denna. Om så önskas kan pumporganets nedersta del ha formen av en stympad kon Den ovan beskrivna centrifugalseparatorn arbetar på följande sätt i sam- band med rening av en vattenyta från ett tunt skikt av olja, som flyter på vattenytan.

Sedan centrifugalseparatorn med hjälp av bärutrustningen 2-4 ställts in på lämplig vertikal höjd, så att pumporganet 13har ett optimalt neddopp- 10 15 20 25 30 - ~ A - 1 u ningsdjup i vätskekroppen 5, startas motorn 11 så att centrifugrotorn bingas rotera omkring rotationsaxeln R. Detta resulterar i att pump- organet 13 börjar pumpa vätska nedifrån vätskekroppen 5 längs den ko- niska ytan 31 uppåt genom vätskeytan på vätskekroppen 5. Vätskan kommer, ovanför vätskeytan, att strömma nedifrån och uppåt i ett tunt skikt på den koniska ytan 31. Genom den ytspänning som råder i olje- skiktet ovanpå vattenytan kommer oljeskiktet att successivt röra sig mot pumporganet och pumpas uppåt av detta såsom en del av det nämnda skiktet på den koniska ytan 31.

När det pumpade vätskskiktet på ytan 31 nått öppningen 32 i rotorkrop- pen 14, strömmar det vidare med centrifugalkraftens hjälp in i passagerna 34, vilka alltså tjänar som ett mottagningsutrymme i centrifugrotorn för blandningen av vatten och olja. Via passagerna 34 strömmar vätske- blandningen vidare in i separeringskammaren 15, varvid den hålls i rota- tion med samma rotationshastighet som rotorkroppen14. Oljan och vatt- net separeras och bildar var sitt skikt i separeringskammaren 15, såsom visas i Fig. 2. Två små trianglar visar gränsskiktet mellan luft och olja (den radiellt inre triangeln) respektive gränsskiktet mellan olja och vatten (den radiellt yttre triangeln).

Såsom framgår mynnar inloppspassagerna 34 i separeringskammaren 15 vid en nivå radiellt utanför den fria vätskeytan i separeringskammaren.

Lämpligen befinner sig passagernas 34 mynningari separeringskamma- ren på samma radiella nivå som gränsskiktet mellan olja och vatten.

Vid den övre delen av separeringskammaren 15 strömmar separerat vat- ten via kanalen 23 in i den ringformiga kammaren 21 och därifrån vidare genom dräneringskanalen 25 och uti rännan 27 i den stationära bäran- ordningen 10. Via utloppet 29 leds vattnet tillbaka till vätskekroppen 5, 10 15 20 » | . - . 0 f) :frp 51.1 v Q 9 lämpligen genom en ledning, som mynnar ett stycke under vätskeytan på vätskekroppen 5, så att ingen turbulens uppkommer i ytskiktet av olja omkring centrifugalseparatorn.

Separerad olja strömmar via kanalen 24 in i den ringformiga kammaren 22, varifrån den leds ut ur centrifugrotorn medelst det stationära skalröret 26 och vidare genom ledningen 6 till behållaren 7.

På ritningen visas att det hylsformiga organet 18 ovanför den ringformiga flänsen 20 har en ytterligare sådan fläns och att organet 18 tillsammans med dessa båda flänsar bildar en översta ringformig kammare liknande den ringformiga kammaren 22. Det visas också två små hål i den radiellt yttersta delen av flänsen 20, genom vilka vätska kan dräneras från den nämnda översta ringformiga kammaren till kammaren 22. Den nämnda översta ringformiga kammaren har till syfte att samla upp vätska som kan stänka upp ur kammaren 22 genom mellanrummet mellan flänsen 20 och den stationära båranordningen 10, vilken vätska således därefter kan återledas till kammaren 22. Vid behov kan, såsom ytterligare stänkupp- samlande organ, en ringformig fläns, t.ex. av flexibelt material, vara fäst vid båranordningen 10 (vid ett ringformigt spår, som visas på ritningen) och sträcka sig radiellt utåt ett stycke i den nämnda översta ringformiga kammaren. Allt stänk av vätska ut ur kammaren 22 kan på så sätt säkert fångas upp.

Claims (9)

10 15 20 25 l ; . t i » Patentkrav

1. En centrifugalseparator innefattande en centrifugrotor inrättad för ro- tation omkring en väsentligen vertikal rotationsaxel (R), varvid Centrifug- rotorn har en rotorkropp (14), som avgränsar en separeringskammare (15), och ett pumporgan (13), som är inrättat att rotera med rotorkroppen (14) och under centrifugrotorns drift sträcka sig nedåt från rotorkroppen (14) och in i en under rotorkroppen belägen vätskekropp (5) för pumpning av vätska från vätskekroppen (5) in i rotorkroppen (14), kännetecknad av att pumporganet (13) på sin utsida har en pumpyta (31), som är vänd bort från rotationsaxeln (R), sträcker sig i huvudsak rotationssymmetriskt om- kring rotationsaxeln (R) och är inrättad att i ett område omkring pump- organet (13) ha kontakt med en fri vätskeyta på den nämnda vätske- kroppen (5), att pumpytan (31) på pumporganets utsida utmed åtminstone en del av pumporganets (13) axiella utsträckning i det nämnda området har en generatris, vilken bildar vinkel med rotationsaxeln (R) på sådant sätt att pumporganet (13) utmed denna del av sin axiella utsträckning har en ökande diameter nedifrån och uppåt, så att vid centrifugrotorns rotation vätska kommer att strömma uppåt från den fria vätskeytan på pump- organets (13) utsida, och att centrifugrotorn avgränsar ett mottagningsutrymme placerat så att det mottager sådan vätska som vid centrifugrotorns rotation har bringats strömma uppåt från den fria vätskeytan på pumporganets (13) utsida. 10 15 20 25 30 ~ » t t . u (fl PO ¿ (_71 ”x” Lu 11

2. En centrifugalseparator enligt krav 1, vid vilken den nämnda generatri- sen bildar en vinkel större än 30° med rotationsaxeln (R).

3. En centrifugalseparator enligt krav 1, vid vilken den nämnda generatri- sen bildar en vinkel av omkring 35° med rotationsaxeln (R).

4. En centrifugalseparator enligt krav 1 eller 2, vid vilken den nämnda generatrisen bildar en vinkel mindre än 45° med rotationsaxeln (R).

5. En centrifugalseparator enligt något av föregående krav, vid vilken under centrifugrotorns drift rotorkroppen (14) sträcker sig nedåt till en nivå sådan att den omger en övre del av pumporganets pumpyta (31) ett styc- ke ovanför den fria vätskeytan.

6. En centrifugalseparator enligt något av föregående krav, vid vilken pumporganet (13) uppvisar en sammanhängande yta sträckande sig från pumpytan (31) och in i en del av rotorns mottagningsutrymme, som är in- rättat att under rotorns drift innehålla vätska.

7. En centrifugalseparator enligt något av föregående krav, vid vilken medel är inrättade att i rotorkroppens separeringskammare (15) upprätt- hålla en fri vätskeyta på ett första radiellt avstånd från rotationsaxeln (R), varvid nämnda mottagningsutrymme kommunicerar med separerings- kammaren (15) på ett andra radiellt avstånd från rotationsaxeln (R), stör- re än det nämnda första radiella avståndet.

8. En centrifugalseparator enligt krav 1, vid vilken en drivanordning (11) för rotation av centrifugrotorn uppbär pumporganet (13), vilket i sin tur uppbär rotorkroppen (14). 521 12

9. En centrifugalseparator enligt något av föregående krav, vid vilken separeringskammaren (15) har två utlopp (23, 24) på olika radiella av- stånd från centrífugrotorns rotationsaxel (R) för två separerade vätskor med olika densiteter.