NO137419B - V{skestr}lemunnstykke. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et væskestrålemunnstykke med

et munnstykkehode som har et sirkulært gjennomstrømningstverr-

snitt som i munnstykkehodets ene ende stemmer overens med gjen-nomstrømningstverrsnittet av et tilførselsrør og som gradvis smalner av og er jevnt bøyet i en betydelig vinkel, slik at sen-

trene av gjennomstrømningstverrsnittene fra tilførselsrøret og til munnstykkets dyse-åpning ligger i et plan.

Et slikt væskestrålemunnstykke er kjent fra britisk patent nr.

754255. Her dreier det seg om en spreder hvis formål er å spre væske i fordelt form på en overflate, og her er det slett ikke nødvendig at strålen utøver spesielt stor kraft.

Det finnes mange anvendelser for et kompakt og lett innstillbart væskestrålemunnstykke som på enkel og effektiv måte kan gi en fri væskestråle med høy hastighet som kan rettes mot et ønsket an-slagssted. Eksempelvis kan nevnes oppslemming av festnet slam, brannslukking, hydraulisk minering, kunstig vanning, rensing av høyspentledninger og renseoperasjoner generelt.

Ved gjenoppslemming av avsatte stoffer blir f.eks. en væskestråle rettet mot stoffene, trenger inn i disse og løsner dem. De partikkelformige stoffer befinner seg herunder f.eks. i et skips lasterom,

en jernbanevogn, en container eller en annen beholder eller også innesluttet i et annet stoff. I sistnevnte tilfelle kan det eksempelvis dreie seg om malmavfall eller- slam. I alle tilfeller blir stoffet løsnet eller oppslemmet ved hjelp av væskestrålen.

Ved anvendelse av væskestrålen er det nødvendig at denne føres inn gjennom beholderveggen eller oppstår på et bestemt sted inne. i stoffet. Den energisterke væskestråle som strømmer ut av munnstykket må kontinuerlig bringes til anslag mot tilstøtende partier av stoffet, slik det f.eks. er vist i BRD off.skrift nr. 1938667.

Her dreier det seg om gjenoppslemming av partikkelformige faste stoffer og spesielt om malmpartikler ved hjelp av en innstillbar vannstråle som tilføres umiddelbart over eller ved en beholdervegg som f.eks. den indre bunnvegg i et skipslasterom. I dette og andre anvendel-sestilfeller er imidlertid styrken og konsentrasjonen, og dermed energien, av vannstrålen innskrenket til en viss grad i en gitt avstand fra munnstykke-munningen. Vanligvis utsettes strålen for indre turbulens og vektorrotasjonskrefter som får den til å spre seg etter en viss tilbakelagt distanse. Detté fører til at det blir nødvendig å installere et større antall munnstykker enn øns-kelig for å dekke et visst beholderareal, noe som igjen fører til økede omkostninger.

Oppfinnelsen har til formål å tilveiebringe en spesielt energi-

sterk, konsentrert væskestråle fra et væskestrålemunnstykke av den innledningsvis nevnte type ved forbedring av dettes gjennom-strømningskarakteristikk.

Fra BRD patent rir. 192795 er det allerede kjent å forbedre gjen-nomstrømningskarakteristikken av rørbend i rørledninger for væsker, gasser og damper ved innbygging av fyllegemer i området med minst krumningsradius. Dermed oppnås det imidlertid ikke å gjøre en væskestråle som strømmer fritt ut av en munnstykkeåpning mest mulig energisterk og konsentrert.

Forannevnte formål blir ifølge oppfinnelsen løst ved at munnstykkehodets indre hulrom omfatter et innsnevringsparti stort sett av form som en avkortet, skjev kjegle som strekker seg fra tilførsels-røret til begynnelsen av avbøyningen mot dyseåpningen, idet det område av innsnevringspartiet som vender bort fra dyseåpningen strekker seg stort sett tangentialt i forhold til tilførselsrøret.

Et slikt væskestrålemunnstykke ifølge oppfinnelsen egner seg spesielt godt for alle anvendelser hvor det er nødvendig med en i stor vinkel avbøye£, energisterk og sammenhengende væskestråle som praktisk talt er fri for turbulens og dispersjon.

Et væskestrålemunnstykke ifølge oppfinnelsen lar seg videre ut-forme slik at det omfatter en dyse som har et indre hulrom i form av en avkortet kjegle, og som i sin ytterende har et kort sylindrisk parti hvis ytterkant er forsenket slik at det dannes en skarpkantet, sirkulær dyseåpning. Dyseåpninger med en sirkel-rund, skarp munningskant er kjent i forbindelse med roterende spredere fra U.S. patent nr. 3567126.

Videre kan det i munnstykkehodet foran dysens innløpsåpning være anordnet et system av turbulensreduserende styreribber. Anvendelse av turbulensreduserende styreribbinnsatser er likeledes kjent for roterende spredere fra US patent nr. 3149784.

Ved en annen fordelaktig utførelse av væskestrålemunnstykket ifølge oppfinnelsen er det i tilførselsrøret anordnet et system av rette, langstrakte styreribber.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives i det føl-gende under henvisning til de utførelseseksempler som er vist på tegningene. Det dreier seg her om et væskestrålemunnstykke for innbygging i en brønn i innerbunnen av lasterommet i et skip for gjenoppslemming av avsatt partikkelformigmateriale, hvilket væskestrålemunnstykke er anordnet dreibart og forskyvbart i akseretningen

av dettes tilførselsrør,

Figur 1 er en delvis gjennomskåret sammenstillingstegning av et dreibart væskestrålemunnstykke sett fra siden og konstruert i henhold til oppfinnelsen. Figur 2 viser et tverrsnitt tatt etter linjen 2-2 på figur 1. Figur 3 er en forstørrelse av munnstykkehodet til strålemunnstykket vist på figur 1. Figur 4 er en isometrisk skisse som viser de indre konturer av

munnstykkehodet vist på figurene 1 og 3.

Figur 5 er et tverrsnitt gjennem en del av en annen utførelse som viser en variasjon av munnstykkehodet laget i henhold til oppfinnelsen.

På figur 1 er den generelle oppbygging av et strålemunnstykke vist i forbindelse med dets installasjon i innerbunnen av et skip med flere vanntette lasterom dannet av skott (ikke vist). Innerbunnen 10 har en åpning 12 til en brønn 14 som nederst ender i en flens 16 til hvilken en tetningsring 18 og et hus 20 er festet med bolter 22 og 24. Midt i brønnen er det en åpning 26 som på den ene siden fører inn i et utløp som leder bort materiale fra brønnen. Midt i åpningen 26 ,i brønnen 14 befinner seg et strålemunnstykke 30 som-i det følgende skal beskrives.

Husets nedre del 32 er utstyrt med et høytrykks væskeinnløpshus

34 som er lukket mot den øvre del av huset med en pakning 36 og dertil en tetning 38. Nedre del av innløpshuset er utstyrt med et kombinert lager og pakning 40 som sammen med det øvre lager og tetning 36, 38 utgjør opplagringen,for et tilførselsrør 42 som bærer strålemunnstykket. En innretning 43 besørger dreining og høydeforskyvning av strålemunnstykket, i likhet med den innretning som er vist i BRD off.skrift nr. 1.938.667 og som derfor ikke behøves gjentatt i detalj her. En væskekilde 44 under høyt trykk står i forbindelse med innløpshuset gjennom en dertil egnet flens-kobling 46.

Det henvises nå. spesielt til figurene 1 og 2 hvor det er vist

i detalj et munnstykke sorr. har til formål å danne en kryssende væskestråle med høy energi og innrettet like over en rist som dekker brønnen og hindrer klumper fra å komme ned i brønnen før de er brukket i stykker. Strålemunnstykket omfatter et hult til-førselsrør 42 som er lagret i tetningene og lagrene 36, 38 og 40, og som nær den nedre ende har innløpsåpninger 50 som lar vann under høyt trykk slippe inn i tilførselsrøret. Det hule tilfør-selsrør er sirkulært sylindrisk og strekker seg oppover til et munnstykkehode 52 hvis utløp består av en dyse 54 montert i hodet. Øvre del av tilførselsrøret inneholder hodet 52 og er i enden lukket med en hette 56 som kan være laget av metall, men som

helst er av et egnet elastomermateriale som demper støtet av materi-aler- som måtte falle på det. Hetten kan i visse anvendelser brukes til å lukke åpningen i den brønn den kan være tilknyttet. Lukkehetten strekker seg dertil litt ut over omkretsen av munnstykkehodet for å beskytte dette og for å tette godt når enheten-

er senket ned i brønnen 64 som er vist på figur 3. I tilførsels-rørdelen mellom innløpshullene 50 og munnstykkehodet 52 sitter det et antall rette styreribber 58 som kan ha forskjellige utform-inger. Den utførelse som er vist på figur 2 består stort-sett av et utstrakt nettverk av kvadrater som strekker seg et godt stykke i stammens akseretning og dermed danner flere mindre pas-sasjer 60, hver med uforandret tverrsnitt over hele sin lengde,

og som dermed bevirker at væske som strømmer gjennom fortsetter parallelt uten virvler og i det vesentlige fri for grov turbulens.

Det henvises til figurene 3 og 4 hvor det i detalj er vist et væskestrålemunnstykkehode ifølge oppfinnelsen, og som i store trekk består av en første og en annen del 70,72 og som avsluttes av en dyse 74. Den første og andre del av munnstykkehodet fører væsken gjennom en jevn bue, først i retning bort fra dysen langs pilen 76, og så tilbake mot dysen langs pilen 78. Hele den første og annen del 70, 72 befinner seg innen en sylindrisk forlengelse 80 av tilførselsrøret og er festet til dette med egnet sveis ved 81, 82. På denne måten er hele innretningen egnet til å rotere om aksen til den sylindriske forlengelse 80 mens den oppviser et. minimum av fremspring eller andre ting som kan komme i kontakt med nærliggende malm eller annet materiale og redusere innretningens evne til å rotere.

Som det spesielt vil fremgå av figur 4, danner den første og andre del sammen en fremre vegg 84 rett under dysen 74 og en bakre vegg 86 som strekker seg fra dysen og inn i den sylindriske del og blir gradvis mer og mer tangentiell med denne. Den fremre veggen 84 er innadgående i forhold til den sylindriske flate mellom dysen og den sylindriske tilførselsrørdel ved 81, 82 og tjener som en kontinuerlig innsnevring samtidig som den, sammen med den bakre veggen 86 og sideveggene 88, 90, danner en stort sett rørformet kanal med kontinuerlig minskende diameter fra tilførselsrørdelen og til dysen.

Mer utførlig kan den foreliggende- oppfinnelses munnstykkehode beskrives som to kontinuerlige, glatt formede deler, hvor den nedre del 70 strekker seg fra linje 81, 82 opp til omtrent linje 9 2 som er begrensningen av den innadgående innbøyningen. Denne nedre del har form av en eksentrisk innsnevring og ligner en skjev kjeglestump hvor de nedre front-, bak- og side-vegger er gradvis bøyet slik at de går helt jevnt og tangentialt over i det sylindriske tilførselsrøret 42. Den skjeve kjeglestump har en i alt vesentlig rett bakvegg som tangerer en enten imaginær eller reell forlengelse av tilførselsrørsylinderen opp til den øvre grense av denne delen. Delens frontvegg faller innover mot bakveggen slik at den, sammen med. sideveggene, danner stort sett sirkulære tverrsnitt.

Den øvre delen av munnstykkehodet strekker seg fra linje 92 til dysen 74 og inkluderer stort sett en del med fasong som et konsen-trisk vinkelrør hvis nedre diameter, som er lik den øvre diameter av den nedre del 70, symmetrisk reduseres på en jevn, kontinuerlig måte fram til dysen. Den øvre og den nedre del er slik innrettet i forhold til hverandre slik at deres senterlinje ligger i ett plan slik at senterlinjen 76 fører bakover mot bakveggen i den nedre delen 70 og senterlinjen 78 progressivt fører forover mot frontveggen i den øvre del 72; med andre ord, øvre og nedre del krummer seg i motsatt retning. På denne måten, definerer de to deler tilsammen en overflate som omslutter et-rørformet volum med kontinuerlig minskende tverrsnitt som først leder strømmen vekk fra dysen og deretter mot den i en kontinuerlig dreiende bevegelse, først mot bakveggen, så tilbake til parallellitet med bakveggen,

og så inn i en betydelig vinkel med det sylindriske tilførselsrøret etter som strømmen nærmer seg dysen.

Dysen 74 er montert i enden av munnstykkehodets øvre del og er innrettet som en konvergerende kjeglestump 96 som ender ytterst i en kort sylindrisk del 97. Den ytre kant.av den sylindriske del er formet til en skarpkantet sirkulær dyseåpning. 98 som gjør at væsken forlater dysen på en strømlinjet måte.

I det problemet skyldes turbulens og ikke laminær strømning, synes det som om foreliggende munnstykkehode gir nok reduksjon i eller kompensasjon for hvirveldannelse i væsken til å gi en markert forbedring i strålens samling som målt ved strålens anslags-

kraft og spredning i betydelig avstand fra munnstykket. Ytter-

lige forbedringer kan oppnås ved å montere et annet sett med styreribber 99 umiddelbart før dysens åpning som vist på figur 5 og ved å bruke bøyde, konvergerende ribber (ikke vist) til å forbinde styreribbene 9 9 på dysesiden.

Eksempelvis kan nevnes at følgende dimensjoner ble funnet å være ganske tilfredstillende ved bruk av vann levert ved 17,6 - 21 kp/cm<2 >trykk fra en ledning med 15 cm innvendig diameter til oppslemmingsformål: nedre reduksjonsdels innløpsdiameter - 15,2 cm nedre reduksjonsdels utløpsdiameter - 7,6 cm øvre reduksjonsdels innløpsdiameter - 7,6 cm øvre reduksjonsdels utløpsdiameter - 5,1 cm dysekonus - 5,1 cm ned til 2,85 cm (15° - 17°)

Munnstykket som innbefattes av den foreliggende oppfinnelse

tjener til å endre retningen og hastigheten (bevegelsesimpulsen)

av en væskestrøm med en betydelig vinkel. Som brukt her, betyr uttrykket "en betydelig vinkel" en vinkel på omtrent 90°, siden strømmens samling etter en retningsforandring på omtrent 90° er et hovedformål med den foreliggende oppfinnelse. Det er imidlertid funnet at den foreliggende oppfinnelse gir meget gode resultater når den brukes til retningsforandring med vinkler på mindre enn 90°, til og med ned til 45°. Når mindre vinkler brukes, forblir munnstykkets eksentriske kjegledel omtrent.det samme, mens den reduserende rørvinkel endres i henhold til den forønskede retningsforandring. Dette illustrerer en felles for-del ved munnstykket konstruert i henhold til oppfinnelsen, nemlig at den nedre eller eksentriske del reduserer tverrsnittet av væskestrømmen uten å forandre retningen på den og bidrar, sammen med den andre delen til å utgjevne hastighetene i væskestrømmen.

Den andre reduserende del forårsaker den største forandring i strømmens totale retningsforandring. I praksis vil strømmen som følger den innbøyde linje langs pilen 84 bevege seg omtrent like langt som strømmen som følger bakveggen og pilen 86. Dette gjør sitt til å utligne hastighetene i væskestrømmen som et hele når denne sees som en funksjon- av gradvis dreiende tverrsnitts-flater (fig.4),.og det er denne reduksjon i hastighetsforskjell som antas å forklare den meget store forbedring i foreliggende munnstykkes funksjon.

Det er derfor her oppdaget et særdeles nytt og effektivt væskestrålemunnstykke som gir en betydelig økning i anslagskraft på en gitt avstand ved kontroll av turbulens, og som derfor er spesielt nyttig til oppslemmingsformål og andre operasjoner hvor anvendelse av stor kraft fra en væskestrøm er nødvendig samtidig med at munnstykket beveger seg. Ved sammenligning med Harris' rette standard munnstykke på ca. 15 m avstand, har den foreliggende oppfinnelses munnstykke vist seg å være helt til-fredsstillende, og uten nevneverdig tap av virkningsgrad i vinkelrørdelen. Effektiv rekkevidde av forskjellige munnstykker konstruert i henhold til oppfinnelsen har vært så mye som 30 m. Retningsforandringsvinkler mellom 90° og 45° er funnet t.ilfreds-stillende. Selv om innløpstrykk på 17,6 - 21 kp/cm ble nevnt i det foregående eksempel, kan mange andre trykkverdier brukes, fra omtrent 7-42 kp/cm <2> , avhengig av størrelsen på enheten og anvendelsesområdet.

Claims (4)

1. Væskestrålemunnstykke med et munnstykkehode (70,72) som har et sirkulært gjennomstrømnings-tverrsnitt som i munnstykkehodets ene ende stemmer overens med gjennomstrømningstverrsnittet av et tilførselsrør (42) , og som gradvis smalner av og er jevnt bøyet r i en betydelig vinkel, slik at sentrene av gjennomstrømnings-tverrshittené fra tilførselsrøret (42) og- til munnstykkets dyse-åpning (98) ligger i et plan, karakterisert ved at munnstykkehodets (70, 72) indre hulrom omfatter et innsnevringsparti (70) stort sett av form som en avkortet, skjev kjegle som strekker seg fra tilførselsrøret (42) og til begynnelsen av av-bøyningen mot dyseåpningen (98) , idet det område av innsnevringspartiet-som vender bort fra dyseåpningen strekker seg stort sett tangentialt i forhold til tilførselsrøret.

2. Væskestrålemunnstykke ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter en dyse (74) som har et indre hulrom av form som en avkortet kjegle, og som i sin ytterende har et kort sylindrisk parti(97) hvis ytterkant er forsenket, slik at det dannes en skarpkantet sirkulær dyseåpning (98).

3. Væskestrålemunnstykke ifølge krav 2, karakterisert ved at det foran dysens (74) innløpsåpning er anordnet et system av turbulensreduserende styreribber (99).

4. Væskestrålemunnstykke ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det i tilførselsrøret (42) er anordnet et system av rette, langstrakte styreribber (58).