CN104624403A - 水力旋流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水力旋流器，其具有一两端开口的分离腔体，所述分离腔体具有一中心轴线，所述分离腔体自上而下沿着所述中心轴线方向依次设置有相互连通且内径逐渐减小的圆柱段、大锥段、小锥段，所述圆柱段上设置有切向的旋流器入口；沿着所述中心轴线,在所述圆柱段的上部设置有溢流管，所述大锥段、小锥段连接的位置通过圆弧过渡；所述圆柱段内径为所述圆弧的曲率半径的0.3倍至1倍。本发明所述水力旋流器，能够用于提高水力旋流器的分离效果。

Description

水力旋流器

技术领域

本发明涉及一种石油、化工等领域用的分离装置，特别涉及一种水力旋流器。

背景技术

水力旋流器作为一种石油化工等领域的分离装置，其主要原理是在离心力的作用下，利用物料之间的密度差或粒径差实现两相或多相分离。水力旋流器因具有操作方便、结构简单等优点，现已被广泛使用于油水分离等工况。

目前，现有的油水分离用的水力旋流器多数采用Thew式结构，即双锥型结构。如图1所示，所述双锥型结构的水力旋流器包括自上而下依次连通的圆柱段11、大锥段12、小锥段13。在所述圆柱段11上设置有切向的旋流器入口14。沿着所述水力旋流器的中心轴线O1,在所述圆柱段11的上部设置有溢流管15。使用时，当油水混合液由入口14沿着切向进入旋流器后，在圆柱段11高速旋转，产生强烈的涡流，在后面连续而来的油水混合液推动下，旋流器内的油水混合液呈螺旋型旋转运动，旋转的油水混合液向下进入大锥段12、小锥段13。由于旋流器的内径逐渐缩小，油水混合液旋流速度相对加快，且由于油水两相介质存在密度差，使得油水两相介质所受的离心力不同，密度较小的油液向轴线附近的低压区移动，聚集在轴线附近，边旋转边向上移动，最后从顶部的溢流管15排出；密度较大的水沿着旋流器的内壁向下排出，从而达到油水分离的目的。

然而，在现有的双锥型结构的水力旋流器中，其大锥段12与小锥段13连接处直接以直线形式相交，形成一个尖峰A。水力旋流器内部的流场会在所述尖峰A的影响下，形成紊流，从而影响水力旋流器的分离效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种水力旋流器，用于提高水力旋流器的分离效果。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种水力旋流器，其具有一两端开口的分离腔体，所述分离腔体具有一中心轴线，所述分离腔体自上而下沿着所述中心轴线方向依次设置有相互连通且内径逐渐减小的圆柱段、大锥段、小锥段，所述圆柱段上设置有切向的旋流器入口；沿着所述中心轴线,在所述圆柱段的上部设置有溢流管，所述大锥段、小锥段连接的位置通过圆弧过渡；所述圆柱段内径为所述圆弧的曲率半径的0.3倍至1倍。

在优选的实施方式中，所述圆柱段内径为所述圆弧的曲率半径的0.6倍至0.7倍。

在优选的实施方式中，所述圆弧的曲率半径与所述圆柱段内径的比值为1：0.625。

在优选的实施方式中，所述圆柱段的内径为45毫米，所述圆柱段的长度为48毫米，所述大锥段的长度为64毫米，所述小锥段的长度为428毫米。

在优选的实施方式中，所述水力旋流器的处理量为2.5立方每小时。

本发明的特点和优点是：本发明所述的水力旋流器，在所述大锥段、小锥段连接的位置通过圆弧过渡，设计合理，大大减少了大锥段、小锥段处的紊流，具有较高的分离效率；且具有较长的使用寿命，解决了传统水力旋流器，因存在大量气泡而使液体长时间高压冲击器壁，加快磨损寿命短的问题。进一步的本发明还明确了所述过渡圆弧的与圆柱段的具体尺寸关系：所述圆柱段21内径D为所述圆弧B的曲率半径R的0.3倍至1倍。另外本发明所述的水力旋流器加工简单，成本低廉，实用性强，且可应用于其他各类不相容介质的分离，具有可观的推广应用前景。

附图说明

图1是现有技术中一种水力旋流器的结构示意图；

图2是水力旋流器内部的流场在尖峰A的影响下形成紊流的示意图；

图3是本发明实施例中一种水力旋流器的结构示意图；

图4是本发明实施例中一种水力旋流器内部层流运动示意图；

图5是本发明一种水力旋流器与现有的水力旋流器分离效果对比图；

图6是本发明一种水力旋流器的分离效果图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

本发明提供一种水力旋流器，用于提高水力旋流器的分离效果。

现有的双锥型结构的水力旋流器中，其大锥段12与小锥段13连接处直接以直线形式相交，形成一个尖峰A。从附面层流动和附面层分析理论可知：在此尖峰A处，流体流场会由于尖峰A的存在而出现非贴体运动，从而产生附面层分离，形成紊流现象，很大程度上影响了水力旋流器的分离效果。如图2所示，当所述水力旋流器的内壁上形成有尖峰时，原本沿着内壁向下流动的水为贴体运动，及处于层流运动状态，当遇到尖峰A时，会在尖峰A处形成漩涡，水由层流运动转变为紊流运动，从而扰乱水力旋流器流场中的轴向速度分布，使其分离效果变差。

另外当在尖峰A处形成漩涡，水力旋流器内的出现紊流时，在液体的搅动碰撞下会产生气泡。当紊流产生的气泡破裂时对液体产生的强大压力会冲击水力旋流器器壁，若水力旋流器内长期受紊流作用将导致器壁材料的破坏和剥蚀。

请参阅图3，为本发明实施例中一种水力旋流器的结构示意图。

本发明所述水力旋流器具有一两端开口的分离腔体，所述分离腔体具有一中心轴线O2，所述分离腔体自上而下沿着所述中心轴线O2方向依次设置有相互连通且内径逐渐减小的圆柱段21、大锥段22、小锥段23，所述圆柱段21上设置有切向的旋流器入口24；沿着所述中心轴线O2,在所述圆柱段21的上部设置有溢流管25，所述大锥段22、小锥段23连接的位置通过圆弧B过渡；所述圆柱段21内径D为所述圆弧B的曲率半径R的0.3倍至1倍。

进一步地，通过分离性能试验和结构优选试验，本发明所述水力旋流器的优选结构尺寸为所述圆弧B的曲率半径R与所述圆柱段21内径D的比值为1：0.625。所述圆柱段21的内径D具体可为45毫米，所述水力旋流器的处理量为2.5立方每小时。所述圆柱段21的长度L1可为48毫米，所述大锥段22的长度L2可为64毫米，所述小锥段23的长度L3可为428毫米。

通过分离性能实验可知，当本发明所述旋流器的各个参数为上述数值时，旋流器的性能达到最佳。

使用时，当油水混合液由旋流器入口24沿着切向进入旋流器后，在圆柱段21高速旋转，产生强烈的涡流，在后面连续而来的油水混合液推动下，旋流器内的油水混合液呈螺旋型旋转运动，旋转的油水混合液向下进入大锥段22、小锥段23。请参阅图4，本发明所述的水力旋流器，在所述大锥段22、小锥段23连接的位置通过圆弧B过渡,当所述水力旋流器的内壁上形成有尖峰时，沿着内壁向下流动的水为贴体运动，始终处于层流运动状态，避免了现有的水力旋流器在尖峰A处形成漩涡，水由层流运动转变为紊流运动，分离效果变差的情况。由于旋流器的内径逐渐缩小，油水混合液旋流速度相对加快，且由于油水两相介质存在密度差，使得油水两相介质所受的离心力不同，密度较小的油液向轴线附近的低压区移动，聚集在轴线附近，边旋转边向上移动，最后从顶部的溢流管25排出；密度较大的水沿着旋流器的内壁向下排出，从而达到油水分离的目的。

本发明所述的水力旋流器，在所述大锥段22、小锥段23连接的位置通过圆弧B过渡，设计合理，大大减少了大锥段22、小锥段23处的紊流，具有较高的分离效率。如图5所示，是本发明一种水力旋流器与现有的水力旋流器分离效果对比图。其中横坐标分流比表示：溢流管25出口处富油流量占总处理量的多少，所述分流比为优化结果的过程参数，一般用于控制最优处理量。纵坐标表示分离效率。从图5中可以明显看出在分流比相同的前提下，现有技术中常规的大锥段12和小锥段13直接直线过渡的形式的水力旋流器，其分离效率整体上要小于本发明所述大锥段22和小锥段23以圆弧B过渡的形式。并且由于所述圆弧过渡B的形式大大减小了紊流的产生，使得本发明所述的水力旋流器具有较长的使用寿命，解决了传统水力旋流器，因存在大量气泡而使液体长时间高压冲击器壁，加快磨损寿命短的问题。

进一步的，本发明还明确了所述过渡圆弧B的与圆柱段21的具体尺寸关系：所述圆柱段21内径D为所述圆弧B的曲率半径R的0.3倍至1倍。如图6所示，为本发明一种水力旋流器的分离效果图，其中横坐标为所述圆柱段21内径与所述圆弧B曲率半径R的比值，纵坐标表示分离效率，从图中曲线图中可以明显看出，当所述圆柱段21内径D为所述圆弧B的曲率半径R的0.3倍至1倍时，水力旋流器的分离效率始终处于95％以上的高效分离状态。特别是当所述圆柱段21内径D为所述圆弧B的曲率半径R的0.6倍至0.7倍之间时，所述水力旋流器的分离效率处于最高分离区间，通常都高达99％以上。特别优选的，当所述圆柱段21内径D为所述圆弧B的曲率半径R的0.625倍时，水力旋流器的分离效率最高。

另外本发明所述的水力旋流器加工简单，成本低廉，实用性强，且可应用于其他各类不相容介质的分离，具有可观的推广应用前景。

以上所述仅为本发明的几个实施例，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种水力旋流器，其特征在于：其具有一两端开口的分离腔体，所述分离腔体具有一中心轴线，所述分离腔体自上而下沿着所述中心轴线方向依次设置有相互连通且内径逐渐减小的圆柱段、大锥段、小锥段，

所述圆柱段上设置有切向的旋流器入口；沿着所述中心轴线,在所述圆柱段的上部设置有溢流管，

所述大锥段、小锥段连接的位置通过圆弧过渡；所述圆柱段内径为所述圆弧的曲率半径的0.3倍至1倍。

2.如权利要求1所述的水力旋流器，其特征在于：所述圆柱段内径为所述圆弧的曲率半径的0.6倍至0.7倍。

3.如权利要求2所述的水力旋流器，其特征在于：所述圆弧的曲率半径与所述圆柱段内径的比值为1：0.625。

4.如权利要求2所述的水力旋流器，其特征在于：所述圆柱段的内径为45毫米，所述圆柱段的长度为48毫米，所述大锥段的长度为64毫米，所述小锥段的长度为428毫米。

5.如权利要求4所述的水力旋流器，其特征在于：所述水力旋流器的处理量为2.5立方每小时。