DE6751147U - Vortex separator for separating gas from liquid - Google Patents

Vortex separator for separating gas from liquid

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DE6751147U DE19686751147 DE6751147U DE6751147U DE 6751147 U DE6751147 U DE 6751147U DE 19686751147 DE19686751147 DE 19686751147 DE 6751147 U DE6751147 U DE 6751147U DE 6751147 U DE6751147 U DE 6751147U
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Description

RA. 560 919*20.9-RA. 560 919 * 20.9-

ap/A 2885 VOITH GETRIEBE KGap / A 2885 VOITH GETRIEBE KG

Kennwort: "Gasabscheider" Heidenheim (Brenz)Password: "Gas separator" Heidenheim (Brenz)

Wirbelabscheider zum Abscheiden von Gas aus FlüssigkeitVortex separator for separating gas from liquid

Die Erfindung betrifft einen Wirbelabscheider zum Abscheiden von Gas aus Flüssigkeit mit einem rotationssymmetrischen (zylindrischen oder kegeligen) Wirbelraum, einem tangentialen Zulauf in den Wirbelraum für die ungereinigte Flüssigkeit am einen axialen Ende des Wirbelraumes und einem Auslauf für die entgaste Flüssigkeit am anderen axialen Ende des VJirbelraumes und mit einem konzentrisch axial in den Wirbelraum hineinragenden Abzugsrohr für den mit Gas angereicherten Flüssigkeitsstrom.The invention relates to a vortex separator for separation of gas from liquid with a rotationally symmetrical (cylindrical or conical) vortex space, a tangential one Inlet into the vortex space for the uncleaned liquid at one axial end of the vortex space and an outlet for the degassed liquid at the other axial end of the vortex space and with a discharge pipe projecting concentrically axially into the vortex space for the gas-enriched liquid flow.

Wirbelabscheider dieser Art werden u.a. in Kühlkreisläufen von wassergekühlten Verbrennungsmotoren zum Entziehen der durch Unrli olrhi crlrol+-.on art Aart 7.trl 1 nrtoT»trnnf*ii1 nVi tvnncron in ni ο T?~\Hszsz1 crlrei fc Vortex separators of this type are used, among other things, in the cooling circuits of water-cooled internal combustion engines to remove the un rli olrhi crlrol + -. On art Aart 7.trl 1 nrtoT »trnnf * ii1 nVi tvnncron in ni ο T? ~ \ Hszsz1 crlrei fc

hineingetragenen Gase verwendet. Aufgrund der wenig wirksamen Ausscheidung der Gase mittels bekannter Wirbelabscheider war es nötig, für eine ausreichende Entgasung mehrere Entgasungsstufen vorzusehen (DAS 1 269 4l6). Dieses bedeutet einen vermehrten Aufwand an Konstruktionsteilen, an Gewicht, an Platz und an Ko- s^en. Namentlich in Schienentriebfahrzeugen ist die Gewichtsund Platzfrage besonders prekär. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Wirbelabscheider in seiner Gasabscheideleistung so zu verbessern, daß er nahezu alle Gase aus der Flüssigkeit ausscheiden kann und nur noch eine einzige Entgasungsstufe nötig ist.used gases. Because of the ineffective separation of the gases by means of known vortex separators, it was It is necessary to provide several degassing stages for adequate degassing (DAS 1 269 4l6). This means an increased one Expenditure on construction parts, weight, space and costs. In rail locomotives in particular, the weight and space issue is particularly precarious. It is therefore the object of the invention a vortex separator to improve its gas separation performance so that it removes almost all gases from the liquid can separate and only a single degassing stage is necessary.

Ausgehend von einem Wirbelscheider der eingangs genannten Art wird zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, daß das Abzugsrohr für denStarting from a vortex separator of the type mentioned above proposed to solve the problem that the exhaust pipe for the

gasan ^reicherten Flüssigkeitsstrom in an sich bekannter Weise am Auslaufende des Wirbelraumes angeordnet ist und daß von der zulaufseitigen Stirnabschlußwand des Wirbelraumes her ein konzentrisch im Wirbelraum angeordneter, rotationssymmetrischer, spitzauslaufender, mit der Spitze zum Auslaufende hin zeigender Wirbelkernzt-itrierkörper vorgesehen ist.gas-enriched liquid stream in a manner known per se is arranged at the outlet end of the vertebral space and that from the inlet-side end wall of the vertebral space a concentrically arranged in the vertebral space, rotationally symmetrical, tapering to a point, with the tip pointing towards the tapering end Wirbelkernzt-itrierkörper is provided.

Bureii diese Maßnahmen *Arä ein Gleichlauf der sich während des Durchlaufes durch die Wirbelkammer voneinander trennenden Phasen erreicht. Eine Richtungsumkehr der einen Phase in der Kammer, die nur wieder eine Vermischung der beiden Phasen mit sich bringen würde, ist vermieden. Für ein möglichst gutes Zentrieren des jnit Gasblasen angereicherten Zopfes im Viirbelkem vor der Abzugsipffnung der gasreichen Phase ist der Zentrierkörper vorgesehen. Durch eine gute Zentrierung des Blasenzopfes, der an sich das Bestreben hat, unruhig hin- und herzutanzen, kann die Abzugsöffnung Jfür die gasreiche Phase, in die hinein der Blasenzopf verschwin-(det-5 klein gehalten werden* Dadurch konast nur ein sehr kleiner Anteil von entgaster Flüssigkeit mit in das Gasabzugsrohr und eine scharfe Trennung von Flüssigkeits- und Gasphase ist möglich.Bureii these measures * A rä a synchronization of the phases that separate from one another during the passage through the vortex chamber is achieved. A reversal of direction of one phase in the chamber, which would only result in a mixing of the two phases, is avoided. The centering body is provided for the best possible centering of the braid, enriched with gas bubbles, in the Viirbelkem in front of the outlet opening of the gas-rich phase. By properly centering the pigtail, which in itself tends to dance restlessly back and forth, the vent opening for the gas-rich phase into which the pigtail disappears can be kept small Share of degassed liquid in the gas exhaust pipe and a sharp separation of liquid and gas phase is possible.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, das der Zentrierkörper vom Zulaufende her mit seiner Spitze wenigstens bis zu der durch die Unterkante der Zulauföfftaung gehendeniaehssenkrechten Ebene und höchstens soweit in den Wirbelraum hineinragt, daß zwischen Spitze und Abzugsöffnung.des gasangereicherten Flüssigkeitsstromes wenigstens noch die Strec1"* des Durchmessers der Abzugsöffnung als lichte Entfernung bestehen bleibt. Zweckmäßigerweise wird der Wirbelabseheider so angeordnet, daß der gasangereicherte Strom nach oben, d.h. in Richtung der Bewegung von aufperlenden Luftblasen und in Richtung des zu entgasenden Flüssigkeiisstromes abgezogen wird. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.In a further embodiment of the invention it is proposed that the centering body protrudes from the inlet end with its tip at least as far as the perpendicular plane passing through the lower edge of the inlet opening and at most so far into the vortex space that at least the Distance 1 "* of the diameter of the discharge opening remains as the clear distance. The vortex separator is expediently arranged in such a way that the gas-enriched flow is drawn off upwards, ie in the direction of the movement of bubbling air bubbles and in the direction of the liquid flow to be degassed. Further useful configurations can be made can be taken from the subclaims.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles etwas näher erläutert.The invention is explained in somewhat more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawings.

Fig. 1 zeigt einen nach der Erfindung ausgebildeten Wirbelabseheider mit von unten nach oben aufsteigendem Fiüssigkeitsdurchsatz und Gasabzug nach oben undFig. 1 shows a vortex separator designed according to the invention with liquid throughput increasing from bottom to top and gas discharge to the top and

- 5 Fig. 2 diesen Wirbelabscheider im Querschnitt.- 5 Fig. 2 this vortex separator in cross section.

Der wirbeiraum 1 des Wirbelabscheiders setzt sich im dargestellten Beispiel aus einem durch das Rohr 2 begrenzten, zylindrischen Raum und aus einem daran anschließenden, durch den in das Rohr 2 eingesetzten, aus Blech od.dgl. hergestellten Kegel begrenzten kegelförmigen Raum zusammen. Stirnseitig ist derThe vortex chamber 1 of the vortex separator is shown in the figure Example of a cylindrical space delimited by the pipe 2 and of an adjoining space through the into the Tube 2 used, made of sheet metal or the like. manufactured cones limited conical space together. The face is the

Wirbelraus durch die Absehlußwand 4 begrenzt«, auf der der Wirbelst· ~ kernzentrierkörper konzentrisch in den Wirbelraum hineinragendEddy bounded by the Abehlußwand 4 «, on which the vertebral · ~ core centering body protruding concentrically into the vertebral space

angeordnet ist. Der Zentrierkörper ist als Zylinder ausgebildet« der über einen angesetzten Kegel in eine scharfe Spitze 6 ausläuft. Tangential in den zylindrischen Teil des Wirbelrauraes fflündet die Zulaufleitung 7l die Zulauföffnung 8 ist am Sußersten axialen Ende des Wirbelraumes angeordnet. Durch eine ι Verengung des Zulaufquerschnittes des Zulaufrohres wird eineis arranged. The centering body is designed as a cylinder « which runs out over an attached cone in a sharp point 6. Tangential to the cylindrical part of the vertebrae If the inlet line 7l fflluns the inlet opening 8 is on Arranged outermost axial end of the vertebral space. By narrowing the inlet cross-section of the inlet pipe, a

Beschleunigung der durchgesetzten Flüssigkeit und eine erhöhte tangentiale Eintrittsgeschwindigkeit in den Wirbelraum erreicht. Der Kegeistumpfeinsat2 5 ist hinsichtlich der zum Auslaufende zeigenden öffnung 9 durch den in einer achssenkrechten Ebene liegenden Kragen 8 auf die Wirbelrauraachse zentriert und festgehalten. Die öffnung 9 bildet zwar körperlich das Ende des Wirbelraumes, der Wirbel selber wird sieh jedoch auch noch außerhalb der Öffnung 9 fortsetzen. Außerhalb des WirbelraumesAcceleration of the liquid passed through and an increased tangential entry speed into the vortex space is achieved. The Kegeistumpfeinsat2 5 is with respect to the end of the run Pointing opening 9 centered and held in place on the vertebral axis by the collar 8 lying in a plane perpendicular to the axis. The opening 9 physically forms the end of the vertebral space, but the vertebra itself is still visible continue outside the opening 9. Outside the vertebral space

S schließt sich eine Auslaufkammer IO an, die vom Kragen 8S demS is followed by an outlet chamber IO from the collar 8 S to the

Rohr 2 und der auslaufseitigen Stirnabschlußwand 11 begrenzt wird. Tangential an die Auslaufkammer 10 ist das Auslaufrohr angeschlossen. Dieses Rohr ist in der Verlängerung des Zulauf- : rohres 7 dargestellt, jedoch ist jede beliebige Winkellage z.B. auch eine U-förmige Anordnung, wie strichpunktiert angedeutet und mit 12* bezeichnet, möglich. Zentrisch durch die Stirnwand 11 hindurch ragt das durch die Auslaufkammer 10 und j die Wirbelraum-Austrittsöffnung 9 hindurchtretende Abzugs-Tube 2 and the end wall 11 on the outlet side are limited will. The outlet pipe is connected tangentially to the outlet chamber 10. This pipe is in the extension of the inlet : tube 7 is shown, but any angular position is e.g. also a U-shaped arrangement, as indicated by dash-dotted lines and marked with 12 *, possible. Centric through the The end wall 11 protrudes through the discharge chamber 10 and j the vortex space outlet opening 9 passing through

; rohr 13 für den gasangereicherten Flüssigkeitsstrom vom Auslaufende her in den Wirbelraum 1 hinein.; tube 13 for the gas-enriched liquid flow from the outlet end into the vortex space 1.

Die Wirkungsweise des Wirbelabscheiders ist folgende: Die zu entgasende Flüssigkeit strömt durch das Zulaufrohr 7 tangential mit möglichst hoher Geschwindigkeit in den Wirbelraum ein. DieThe vortex separator works as follows: The liquid to be degassed flows tangentially through the inlet pipe 7 into the vortex space at the highest possible speed. the

im Wirbelraum befindliche Flüssigkeit wird dadurch in intensive Rotation versetzt. Durch den Pliehkrafteinfluß scheiden sich die Teile mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht aus der rotierenden Flüssigkeit, d.h. die Gasbläschen sammeln sich im Wirbelkern zu einem Zopf. Dadurch, daß im Bereich des Zulaufes das Zentrum der Rotation durch einen festen Korper ausgefüllt ist, kommt eine Zentrierung und Stabilisierung des Wirbelkernes zustande. Der sich im Wirbelkern ausbildende Blasenzopf nimmt von der Spitze des Zentrierkörpers seinen Ausgang und bleibt dank der Zentrierung und Stabilisierung relativ stilVLm Wirbelraum stehen. Das Abzugsrohr 13 für die gasangereicherte Phase muß so groß sein, daß der Zopf nicht über den Rand des Abzugsrohres hinaustanzt. Es empfiehlt sich, besonders wenn der Zulaufdruck nicht viel höher als der atmosphärische Druck ist, eine Vakuumpumpe zum Absaugen der ausgeschiedenen, sich im Blasenzopf ansammelnden Gasblasen vorzusehen. Den durch eine Vakuumpumpe erzeugten Druckunterschied zwischen Wirbelkern und Abzugsrohr 15 kann man auch dadurch erzielen, daß man das System des zu entgasenden Wasserkreislaufes unter einen gewissen Überdruck gegenüber dem atmosphärischen Druck setzt und die sich im Abzugsrohr IJ ansammelnden unter einem gewissen überdruck: steiBnden Gase über eine Drossel ins Freie entläßt. Je langer der vom 'Wirbelraum aus frei zugängliche Zopf ist, um so langer ist die Strecke und die Zeit in der sich Gasbläschen aus der Flüssigkeit ausscheiden können. Je länger allerdings der Zopf ist, um «ο größer ist die Fläche innerhalb der der Wirbelzopf am auslauf-Zeitigen Ende hin- und hertanzt und um so eher ist die Möglichkeit gegeben, daS er über den Rand des Abzugsrohres hinaus tanzt und Gasblasen mit in den Ablauf 12 gelangen. Hier übernimmt der Kegeleinsatz 5 eine Zentrierfunktion. Durch die Beschleunigung der Strömung gegen die Kegelspitse zu wird zum einen die Rotation und damit der die Phasen trennende Fliehkrafteinfluß erhöht, zum anderen die Strömung durch die Drallerhöhung stabilisiert. Überdies wird, da die Größe des Rotationsdurchsessers zur Kegelspitze nin kleiner wird, die "Tanzfläche11 des Blasenzopfes auch aus diesem Grunde schon in entsprechendem Maße kleiner,. Ins-The fluid in the vertebral space is thereby set into intense rotation. Due to the influence of the force of force, the parts with different specific gravity separate from the rotating liquid, ie the gas bubbles collect in the vortex core to form a pigtail. Because the center of rotation is filled by a solid body in the area of the inlet, the vortex core is centered and stabilized. The braid that forms in the vertebral core starts from the tip of the centering body and, thanks to the centering and stabilization, remains relatively stylish in the vertebral space. The exhaust pipe 13 for the gas-enriched phase must be so large that the pigtail does not punch over the edge of the exhaust pipe. It is advisable, especially if the inlet pressure is not much higher than atmospheric pressure, to provide a vacuum pump for sucking off the excreted gas bubbles that collect in the pigtail. The pressure difference created by a vacuum pump between the vortex core and the exhaust pipe 15 can also be achieved by placing the system of the water circuit to be degassed under a certain overpressure compared to the atmospheric pressure and the accumulating in the exhaust pipe IJ under a certain overpressure: rising gases via a Throttle released into the open. The longer the braid that is freely accessible from the vortex space, the longer the distance and the time in which gas bubbles can separate from the liquid. However, the longer the pigtail is, the greater the area within which the vortex pigtail dances back and forth at the end at the outlet, and the more likely it is that it will dance over the edge of the flue pipe and gas bubbles with it Process 12 arrive. Here the conical insert 5 takes on a centering function. By accelerating the flow towards the apex of the cone, on the one hand the rotation and thus the influence of centrifugal force separating the phases is increased, and on the other hand the flow is stabilized by the increase in swirl. In addition, since the size of the rotation diameter becomes smaller towards the cone tip nin, the "dance floor 11 of the bladder pigtail" becomes smaller to a corresponding extent for this reason too.

gesamt bringt der Kegeleinsatz 3 eine Verbesserung der Gasabscheidung gegenüber der ganz zylindrischen Ausbildung des Wirbelraumes, die an sich auch brauchbare Ergebnisse bringt.Overall, the cone insert 3 improves the gas separation compared to the completely cylindrical design of the vertebral space, which in itself also brings usable results.

Die die Zulaufströmung beschleunigende Verengung des Zulaufrohres bringt ebenfalls eine Verbesserung der Gasabscheidung gegenüber einer Gasabscheider-Ausführung mit nicht verengtem Zulauf. Im Fall der Zulaufbeschleunigung ist der Druckverlust zwischen Zu- und Ablauf des Wirbelabscheiders größer im Vergleich zu dem Fall ohne Zulaufbeschleunigung. Dieser Unterschied zwischen den beiden Druckdifferenzen, ist nötig, um die Beschleunigung im Zulauf zu erbringen.The narrowing of the inlet pipe accelerating the inlet flow also brings an improvement in the gas separation compared to a gas separator design with a non-constricted Intake. In the case of the inlet acceleration, the pressure loss between the inlet and outlet of the vortex separator is greater Compared to the case without feed acceleration. That difference between the two pressure differences is necessary to bring about the acceleration in the inlet.

Heidenheim, den 1J5. September 1968
Pö/MRö
Heidenheim, the 1J5. September 1968
Pö / MRö

Claims (3)

RA. 560 919*20.9.68 Kennwort: "Gasabscheider" SchutzansprücheRA. 560 919 * 9/20/68 Password: "Gas separator" Protection claims 1. Wirbelabscheider zum Abscheiden von Gas aus Flüssigkeit mit einem rotationssymmetrischen (zylindrischen und/oder kegeligen) Wirbelraum, einem tangentialen Zulauf in den Wirbelraum für die ungereinigte Flüssigkeit am einen axialen Ende des1. Vortex separator for separating gas from liquid with a rotationally symmetrical (cylindrical and / or conical) vortex space, a tangential inlet into the vortex space for the unpurified liquid at one axial end of the ;.. Wirbelraumes und einem Auslauf für die entgaste Flüssigkeit; .. vortex space and an outlet for the degassed liquid ' ■ am anderen axialen Ende des Wirbelraumes und mit einem konzentrisch axial in den Wirbelraum hineinragenden Abzugsrohr für den mit Gas angereicherten Flüssigkeitsstrom, dadurch'■ at the other axial end of the vortex space and with a discharge pipe projecting concentrically axially into the vortex space for the gas-enriched liquid flow, thereby p gekennzeichnet, daß das Abzugsrohr (15) in an sich bekannterp characterized in that the exhaust pipe (15) is known per se ji Weise am Auslaufende des Wirbelraumes (l) angeordnet ist undji way is arranged at the outlet end of the vertebral space (l) and j daß von der zulaufseitigen Stirnabschlußwand (4) des Wirbel- j that from the inflow end wall (4) of the vortex ij raumes (l) her ein konzentrisch im Wirbelraum (l) angeordneter,ij room (l) is a concentrically arranged in the vertebral space (l), ! rotationssymmetrischer, spitz auslaufender, mit der Spitze (6)! rotationally symmetrical, tapering to a point, with the point (6) ; zum Auslaufende hin zeigender Wirbelkernzentrierkorper (5) vor-; vertebral core centering body (5) pointing towards the end of the i gesehen ist.i seen is. ji ji 2. Wirbelabscheider nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß : der Zentrierkörper (5) vom Zulaufende her mit seiner Spitze (6)2. Vortex separator according to claim I 1, characterized in that: the centering body (5) from the inlet end with its tip (6) wenigstens bis zu der durch die Unterkante der ZulaufÖffnung (8)at least up to the bottom edge of the inlet opening (8) I gehenden, achssenkrechten Ebene und höchstens so weit in denI going, perpendicular to the axis and at most as far into the 1 Wirbelraum (l) hineinragt, daß zwischen Spitze (6) und Abzugsöffnung (l4) des gasangereicherten Flüssigkeitsstromes wenigstens noch die Strecke des Durchmessers der- Auzugsöffnurig als lichte1 vortex space (l) protrudes that between tip (6) and outlet opening (l4) of the gas-enriched liquid stream at least nor the distance of the diameter of the pull-out opening as clear Entfernung bestehen bleibt.Distance persists. 3. Wirbelabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der 7ulauf (7/8) an der geodätisch tiefsten Stelle des Wirbelraumes (l) und der Ablauf (12) und der Gasabzug (13) an der höchsten Stelle angeordnet sind.3. Vortex separator according to claim 1 or 2, characterized in that that the 7ulauf (7/8) at the geodetically deepest point of the vortex space (l) and the outlet (12) and the gas vent (13) are arranged at the highest point. 2J-. Wirbelabscheider nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsfläche des Wirbelraumes (l) in an sich bekannter Weise kegelig (Kegel 3) mit zum Auslaufende weisender Verjüngung ausgebildet ist und daß nach der engsten Stelle des kegeligen Wirbelraumes eine das Abzugsrohr für den gasangereicherten Flüssigkeitsstrom konzentrisch umgebende, wenigstens annähernd zylindrische Auslaufkammer (10) mit etwa dem gleichen Durchmesser wie der größte Durohmesser des kegeligen Wirbelraumes angeschlossen ist. 2 J-. Vortex separator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the boundary surface of the vortex space (l) is conical (cone 3) in a known manner with a taper pointing towards the outlet end and that after the narrowest point of the conical vortex space there is a discharge pipe for the at least approximately cylindrical outlet chamber (10) concentrically surrounding the gas-enriched liquid flow and having approximately the same diameter as the largest diameter of the conical vortex space is connected. Heidenheim, den 13. September 1968
Pö/MRö
Heidenheim, September 13, 1968
Pö / MRö
■ψ Φ ■ ψ Φ 675675
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