DK157784B - Hvirvelseparator til separering af en blanding - Google Patents

Description

! DK 157784 B

Opfindelsen vedrører en hvirvelseparator til separering af en blanding af flere komponenter ifølge indledningen til hoved-5 kravet.

Sådanne hvirvelseparatorer arbejder med en fri hvirvelstrømning på den måde, at partikler, som har en større masse, under rotationen koncentrerer sig i separeringshvirvlens ydre dele, 10 og partikler med en mindre masse koncentrerer sig i de dele af hvirvlen, som befinder sig i rotationscentrets område.

En sådan hvirvelseparator kendes fra GB-PS 894 417. Ved denne kendte indretning findes overstrømningsåbninger i form af en 15 snæver slids, som kun gør det muligt for det yderste materialelag at træde over fra det ene hvirvelkammer og ind i det andet. I praksis viser det sig dog, at separeringsvirkningsgraden for en sådan kendt separator på ingen måde er optimal. Det skyldes åbenbart, at kollisionerne mellem nabohvirvler ikke 20 sker på den måde, at de til hinanden stødende hvirvler sammenklemmes og komprimeres for at opnå en effektivere separering. Partiklerne med en større masse i periferien i det ene hvirvelkammer går over i det andet hvirvelkammer efter gennembryd-ning af den pneumatiske spærring ved slidsen, og partiklerne 25 kan kun strømme i en retning gennem denne slids, og endvidere kan en kollision kun ske mellem den i en retning gennem slidsen strømmende strømning og hvirvelstrømmen i kammeret. Denne kollision begrænser strømningen gennem slidsen, men komprimerer på den anden side ikke hvirvlen i det andet kammer.

30

Ved genstanden for GB-PS 1369 785 kan det fastslås, at der her kun findes en separeringshvirvel, medens det ved den anden hvirvel drejer sig om et aksialt væsentligt kortere kammer, som ikke har nogen separeringsfunktion og kun tjener til til-35 førsel af fortyndingsmiddel (vand) på et specielt langt nede liggende sted med en forholdsvis ringe aksial udstrækning i forhold til længden af det egentlige separeringskammer. Det drejer sig altså også ved dette modhold ligesom ved genstanden

2 DK 157784B

for FR-PS 1378 555 ikke om en separering, men om lige det modsatte, nemlig en formålstjenlig form for tilblanding henholdsvis sammenblanding.

5 Fra GB-PS 613 363 (fig. 7) kendes en hvirvelseparator, ved hvilken der omkring et cylindrisk centralkammer er anbragt flere ligeledes cylindriske kamre. Hvirvelstrømdelene nær væggene i de ydre kamre afskrælles ved dette apparat af de i centralkammeret indgribende vægdele af centralkammeret, som belt) grænser overstrømningsslidser, og ledes ind i centralkammeret.

Da overgangen ind i centralkammeret tvangsmæssigt sker allerede efter maximalt et omløb i de ydre kamre, kan separeringseffekten ikke være optimal ved denne form for komponentseparering, bortset fra de vedvarende stadige friktionstab ved alle 15 kamrenes omslutningsvægge.

Til grund for opfindelsen ligger den opgave at forbedre en hvirvelseparator af den i indledningen nævnte slags således, at der lader sig opnå en væsentligt bedre separeringsvirk-20 ningsgrad med den.

Denne opgave er med en hvirvel separator af den i indledningen nævnte slags ifølge opfindelsen løst ved de i hovedkravene anførte kendetegn.

25

Fordelagtige videreudformninger fremgår af underkravene.

Denne udformning ifølge opfindelsen henholdsvis denne kombination af kendetegn udgør, så vidt det kan ses, den eneste vej, 30 der kan realiseres i praksis for at frembringe den ønskede optimale separering og bidrage på tredobbelt måde til forhøjelse af separeringsvirkningsgraden. For det første forkortes på grund af den betragtelige omkreds - længden af åbningen, der forbinder hvirvelkamrene med hinanden - længden af den stræk-35 ning, over hvilken hvirvlen i omkredsretning står i forbindelse med faste vægge. Da friktionen med hvirvlen i det pågældende nabokammer er væsentlig ringere end friktionen mod de faste vægge i det egne hvirvelkammer, afbremses hvirvelstrømningen

3 DK 157784 B

herved mindre kraftigt, så at, især når et givet hvirvelkammer står i forbindelse med flere nabohvirvelkamre på den beskrevne måde, friktionstabene forringes væsentligt, og dermed formindskes den til opretholdelse af en bestemt rotationshastig-5 hed nødvendige energi.

For det andet opstår der, på grund af den delvis løben ind i hinanden af de til hinanden stødende hvirvler, knækpunkter i de uden for kollisionsfladerne cirkelformede strømningslinier.

10 Ved disse knækpunkter besidder strømningslinierne en væsentligt mindre krumningsradius end i de øvrige områder, så at der her optræder en forhøjet centrifugalvirkning. Med andre ord: de tunge partikler i blandingen tenderer i stærkere grad end de lettere partikler til at bibeholde deres bevægelsesretning 15 ved strømningsliniernes knækpunkter. Derved træder de tunge partikler i forstærket grad over i længere ude liggende og dermed hurtigere strømmende zoner af hvirvlen, hvorved de i forstærket grad skilles fra de lettere partikler.

20 Endelig er det muligt ved passende gunstigt valg af kollisionsvinklen for de to ind i hinanden løbende hvirvler at holde strømningen i kollisionsfladeområdet laminar, mens friktionen mod de faste hvirvelkammervægge i umiddelbar nærhed af disse vægge fører til turbulensområder, som delvis igen ophæ-25 ver en separering mellem tunge og lette partikler, der allerede har fundet sted, og dermed alt i alt forringer separeringsvirkningsgraden .

Ved samvirket mellem de tre omtalte fænomener, som kommer de-30 sto stærkere til udtryk jo flere dele af hvirvelkammervæggen der erstattes af nabohvirvler, lader der sig ved hjælp af ap-paratet ifølge opfindelsen opnå en væsentligt højere separeringsvirkningsgrad, end det hidtil har været muligt med kendte teknikker.

Ganske vist viser det føromtalte FR-PS 13 78 555 en indretning med to til hinanden stødende cykloner, ved hvilke mod hinanden grænsende sidevægge er forsynet med åbninger, og hvirvelkamre- 35

4 DK 157784 B

ne er således anbragt, at hvirvlerne løber delvis ind i hinanden under dannelse af en hvirvelkollisionsflade. Ved denne indretning drejer det sig dog ikke om en hvirvelseparator til separering af en blanding af flere komponenter med forskellig 5 partikelmasse i fraktioner af tunge og lette partikler, men om en indretning til udveksling af varme mellem gasformede, flydende og/eller finkornede faste medier og/eller til sammenblanding af sådanne medier. Der indføres altså her to gasformede eller flydende bæremedier, af hvilke hver bærer en slags 10 af de partikler, der skal blandes med hinanden, i hver et af de to hvirvelkamre, og fra hver af hvirvelkamrene træder par- .....- tikler over i nabohvirvelkammeret, så at der ved den nederste ende af hvirvelkamrene kan udtrækkes en godt sammenblandet partikelblanding, mens bæremediet strømmer ud foroven i det 15 væsentlige partikelfrit. Der sker altså her kun en separering af bæremedie og partikler, men ikke separering af en partikel-blanding i fraktioner med forskellig partikelmasse.

Hvirvelseparatoren forklares i det følgende nærmere ved hjælp 20 af tegningerne af udførelseseksempler. Der vises skematisk i:

Fig. 1 et hvirvelseparatorsystem, ved hvilket flere separeringskamre er anbragt parvis ved siden af hinanden og står i kontakt med hinanden; fig. 2 et tilsvarende system, ved hvilket 25 hvirvlerne har elleptisk form; fig. 3 flere hvirvelseparatorer set fra siden; fig. 4 et snit langs linien IV-IV ifølge fig. 3; fig. 5 et aksialsnit gennem flere hvirvelseparatorer langs linien V-V i fig. 6; 30 fig. 6 et snit langs linien VI-VI i fig 5; fig. 7, 8 udførelsesformer af strømningsdeleren i perspek- fig. 9 strømningsdeleren fra fig. 8 set fra oven;

, DK 157784 B

5 tiv; fig. 10 et snit langs linien X-X i fig. 9; fig. 11 anbringelsen af en tangential tilførselsindretning 5 til udførelsesformen i fig. 6 i snit; fig. 12 perspektivbillede af et hvirvelseparatorsystem med koniske hvirvelkamre; fig. 13 anbringelse af strømningsdelene til systemet i fig.

12 i perspektiv; 10 fig. 14 et snit gennem et hvirvelkammer, som er omgivet af et antal hvirvelkamre; fig. 15 et tværsnit gennem en centrifuge, ved hvilken hvirvelseparatorerne er anbragt langs omkredsen omkring rotationscentret; 15 fig. 16 et snit langs linien XVIII-XVIII i fig. 15; fig. 17 et snit gennem en udførelsesform, ved hvilken hvirvlerne henholdsvis hvirvelkamrene er udformet koniske under udeladelse af størstedelen af kammervæggene, og 20 fig. 18 i snit små strømningsdelere og de hvirvler, der danner sig i deres naboskab.

Fig. 1-18 viser udførelseseksempler på arten af hvirvelseparatorens arbejdsområde. Ved alle udførelseseksempler er med 1 25 betegnet hvirvelseparatorens ydervæg, med 2 selve hvirvlen, med 10 hvirvelseparationskamrene, med 12 tangentiale åbninger til indgang for mediet, der skal separeres, med 13, 14 medie-afgangene og med 39 henholdsvis 60 strømningsdelerne. Hvirvel- „ DK 157784Β kollisionsfladerne er betegnet med 40. 48 er et aksialt indgangsrør til en centrifugeudførelsesform ifølge fig. 16, i hvilken hvirvlens 2 rotationscentrum er betegnet med 49 og centrifugens med 490.

5

Fig. 1 viser et hvirvelkammersystem, i hvilket de enkelte kamre er anbragt ved siden af hinanden i et firkantraster. Hvirvelsepareringskamrene 10 står i forbindelse med hinanden ved siderne, så at omtrent halvdelen af kamrenes vægflader bort-10 falder. I området for de bortfaldne vægflader dvs. åbningerne 12, danner sig kollisionsflader, i hvilke kamrenes hvirvler løber ind i hinanden. I det viste udførelseseksempel andrager antallet af hvirvler 4x4, men hele kammersystemet kan have et vilkårligt antal hvirvler 2, som parvis står i kontakt med 15 hinanden ved siderne. Ved eksemplet i fig. 1 befinder der sig mellem hvirvlerne 2 strømningsdelere 39, som i tværsnit på en vis måde er firearmede og som kan have forskellige størrelser. Også formen på strømningsdelerne 39 kan variere, som det fremgår af fig. 7-10 og 13.

20

Ved udførelsesformen i fig. 2 er hvirvlerne 2 udformet som en ellipse for at intensivere de radiale sammenstød. I eksemplet er ellipsernes hovedakser stillet retvinklet på hinanden. Alternativt kan ellipsernes hovedakser dog også forløbe paral-25 lelt med hinanden.

Fig. 3 viser set fra siden et system ifølge fig. 4 med 4x4 hvirvelsepareringskamre 10, hvorved tilførselselementerne til kamrene ikke er vist. Tilførslen af et medie, der skal separe-30 res, kan ske aksialt eller tangentialt. I tilfældet i fig. 3 forlader de separerede fraktioner indretningen gennem aksiale afgange 13, 14, men tagentiale afgange er også muligt. Partikler med ringe masse går ud opad gennem afgangene 13, og partiklerne med tung masse nedad ud gennem afgangene 14.

Udførelsesformen i fig. 4 tydeliggør, at de enkelte hvirvelsepareringskamre 10 har samme størrelse. Dette foretrækkes for at holde stød- henholdsvis sammenstødskræfterne i de forskel- 35

7 DK 157784B

lige hvirvler ens. I dette tilfælde består strømningsdelerne 39 af fire glatte sektioner af cylindriske flader.

Snitbillederne i fig. 5, 6 viser tangentiale åbninger 12, 5 hvorved disse er anbragt mellem de enkelte hvirvler 2.

Fig. 7 viser en strømningsdeler 39, ved hjælp af hvilken hvirvlens strømningsretning frembringes, og netop med kanalag-tige noter, mellem hvilke der befinder sig skarpe ribber. Ved 10 en sådan formgivning er det muligt at modificere formen af en aksial sektion af hvirvlen 2 i rotationens forskellige højder. Inden for hvirvlens to kollisionsflader 40 er mellemfladen et plan. Når partiklerne kommer til strømningsdeleren 39 ifølge fig. 7, tvinges partiklerne til delvis også at bevæge sig i 15 aksial retning. Derved er de partikler, som har forskellig masse, snarere i stand til at komme forbi hinanden i den øns kede separeringsretning. Strømningsdelerens 39 tværsnitsform kan f.eks. også være en cirkel eller en ellipse. Således er strømningsdeleren 39 ifølge fig. 8-10 udformet bølgeformet i 20 aksial retning. Mellem bølgebjergene befinder der sig indsnit, ind i hvilke hvirvlen 2 tvinges. Den regelmæssige udformning af en hvirvel 2 i aksial og radial retning forbedrer separeringsvirkningen. Fig. 11 viser i detaljer den mulige anbringelse af en tangential åbning 12 til udførelsesformerne ifølge 25 fig. 5, 6.

Fig. 12 viser en udførelsesform med koniske hvirvelsepareringskamre 10 med strømningsdelere 39, som er vist forstørret i fig. 13. Størrelsen af kollisionsfladerne 40 kan vælges som 30 ønsket, hvorved strømningsdelerne 39 kan udvise flade, koniske flader eller de kan, som tidligere omtalt, være udformet bølgeformet eller været riflet i strømningsretningen eller notet i aksial retning.

35 Fig. 14 visr en udførelsesform, ved hvilken der foreligger en hovedhvirvel 2, som langs omkredsen er omgivet af et antal mindre hvirvler 2'. I kollisionsfladernes 40 område er hovedhvirvlens 2 tangentiale hastighed og tangentialhastigheden for

8 DK 157784 B

den lille hvirvel 2' den samme, hvorved de små hvirvlers 2' hvirvelhastighed dog er større. Centrifugalkraften i de små hvirvler 2’ er nedsat ved en tyndere rotationsmasse i forhold til centrifugalkraften i hovedhvirvlen 2, men på den anden si-5 de er de små hvirvlers 2’ centrifugalkraft forhøjet på grund af den lille radius i forhold til radius i hovedhvirvlen 2. Således er hvirvlen 2’ af forskellig størrelse i ligevægt med hensyn til centrifugalkræfterne. Ved dette udførelseseksempel er hovedhvirvlens 2 partikelmasse udsat for atten kollision-10 stød under et omløb. Kollisionsfladerne 40 forløber i den ydre del af hovedhvirvlen 2, strækker sig i tangential retning, og er således udformet henholdsvis dimensioneret, at de har den samme længde som deres afstandsafsnit. På grund af denne indretning henholdsvis dimensionering påtrykkes der på hoved-15 hvirvlen 2 regelmæssige bølgebevægelser. Strømningsdelerne er herved i praksis dannet af den skraveret viste apparatvæg.

Fig. 15, 16 viser udførelsesformen i forbindelse med en centrifuge med rotationscentret 490. Rotationen i en centrifuge i 20 kombination med rotationen i hvirvlerne 2 forårsager en oscillationsbevægelse i hvirvlen, hvorved separeringen forstærkes. Oscillationen forhøjes derved, at de til hinanden stødende hvirvler kolliderer med hinanden. Vinklen mellem hvirvlernes 2 rotationscentre 49 og centrifugens rotationsakse kan variere 25 ifølge hvirvelsepareringskamrenes 10 konicitet eller cylindriskhed og længden af de ønskede kollisionsflader 40.

Fig. 17 viser den symmetriske anbringelse af rotationscentrene 49 for koniske hvirvler 2 i forhold til hinanden i aksialt 30 snit, hvorved væggene mellem enkelte hvirvler er fjernet fra de øvre områder 49 i et firkantraster målt langs en sfærisk flade 47.

Fig. 18 viser endelig en udførelses form, ved hvilken fire 35 hvirvler 2 frembringes mellem to små strømningsdelere 60 i stedet for en hovedstrømningsdeler. Derved bliver den friktionsflade, som definerer hvirvlerne 2, mindre. Mellem hvirvlen 2 og de med 60 betegnede små strømningsdelere fremkommer

9 DK 157784 B

modhvirvler, som støtter separeringshvirvlerne langs siden.

Claims (10)

10 DK 157784 B

1. Hvirvelseparator til separering af en blanding af flere komponenter med forskellig partikelmasse i fraktioner af tunge 5 og lette partikler med mindst to ved siden af hinanden anbragte hvirvelsepareringskamre, hvis mod hinanden tilgrænsende sidevægge er forsynet med åbning til dannelse af overgangszone for blandingens tunge partikler fra det ene ind i det andet hvirvelsepareringskammer, KENDETEGNET ved, at hvir-10 velsepareringskamrene (10) er således anbragt, at hvirvlerne (2) under dannelse af en hvirvelkollisionsflade (40) delvis løber ind i hinanden, hvorved mindst fire hvirvelsepareringskamre (10) med parvis ind i hinanden løbende separeringshvirvler (2) er anbragt ved siden af hinanden i et regelmæssigt 15 firkantraster, og at der mellem de mindst fire til hinanden stødende hvirvelsepareringskamre (10) er anbragt mindst en strømningsdeler (39).

2. Hvirvelseparator ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, 20 at strømningsdeleren (39) har et firkantet eller et cirkelformet tværsnit.

3. Hvirvelseparator ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at der mellem de mindst fire hvirvelkamre (10) findes to små 25 strømningsdelere (60).

4. Hvirvelseparator ifølge et af kravene 1-3, KENDETEGNET ved, at en åbning (12) til tilførsel af blandingen udmunder mellem hvirvelkamrene (10) ind i hvirvelkolli- 30 sionsfladen (40).

5. Hvirvelseparator ifølge krav 4, KENDETEGNET ved, at åbningen (12) befinder sig i en strømningsdeler (39) mellem hvirvelkamrene (10). 35

6. Hvirvelseparator ifølge et af kravene 1-6, KENDETEGNET ved, at strømningsdeleren (39) er udformet notet i en hvirvels (2) udbredelsesretning.

11 DK 157784 B

7. Hvirvelseparator ifølge et af kravene 1-5, KENDETEGNET ved, at strømningsdeleren (39) er udformet bølget i en hvirvels (2) udbredelsesretning. 5

8. Hvirvelseparator ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at et hvirvelkammer (10) er omgivet langs omkredsen af andre hvirvelkamre (10).

9. Hvirvelseparator ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at til hinanden stødende hvirvelkamre (10) er anbragt forsat i aksial retning i forhold til hinanden.

10. Hvirvelseparator ifølge krav 1, KENDETEGNET 15 ved, at hvirvelkamrene (10) er anbragt langs omkredsen rundt om en centrifuges rotationscentrum (490).