CN1005461B - 离心分离器的进口装置 - Google Patents

Abstract

在离心分离器中，已知有一个进口装置，其中有一叠环形盘（１０）：将待分离的混合液组分向在该盘垛中心上形成的接受腔供给。混合液的薄层，从环形盘间的通道中通过，并且依靠盘和混合液之间的摩擦，加速到转鼓的旋转速度。本发明有关把液体向该接受腔供给的装置，其方式为供给件（８）中的混合液，和在接受腔中已向转鼓供给的混合液，保持为连贯的液体状态，供给件（８）最好是静止型的。ＣＮ　８６１０７２２７Ｂ。

Description

离心分离器的进口装置

把混合液的两种或两种以上组份连续离心分离，有一个由来已久的问题，是如何把混合液的旋转速度，提高到在离心器转子的分离腔中达到的速度，而不会在随后的分离中造成困难。与这问题关系更切的是防止混合液加速时，承受两个大剪切力（例如湍性剪切）或因此而引起的分散作用，因为在这情况下，混合液中的一种或数种组分，会破碎到所不希望的程度。

自从与本问题有关类型的离心分离器发明以来，曾有许多关于解决这问题的方案提出。例如有人提出过应该在把混合液转移到转子中以前，已先给它某种程度的旋转运动。对于放在转子里的元件，也有人提过各种设计，把混合液在进入转子分离腔的中途逐渐加速。

但是，至今为止已提出的解决方法，还没能解决这个问题，因此问题的大部分仍然存在。

1940年已经有人提出过一个解决问题的方法，但似乎没有受到广泛的实际应用，这方法在美国专利说明书第2，302，381号中已有叙述。该专利介绍了一种离心分离器，其中有一个转子形成一个分离腔，并有一个带开口的供给装置，放在转子中心上，接受待在转子分离的组分混合液，转子有一个进口装置，有若干环形盘互相同心，并和转子同心放置。该环形盘形成通过供给装置进入转子的混合液的中心接受腔，并且在盘的相互间形成把中心接受腔和转子分离腔连接的通道。

在这已知的进口装置中，有静止供给管从下面伸入一个转子，转子有垂直旋轴。供给管的末端在中心接受腔下方，在这区域中有一个具有很强节流作用的轴向孔。当混合液通过供给管供给时，有节流作用的孔把它形成一个喷流，通过整个接受腔轴向传送，冲撞一个随转鼓旋转的圆锥形折流件。喷流被折流件向环形盘径向偏折，使液流进一步通过环形盘之间的通道前进。

根据美国专利说明书第2，302，381号揭示，据称从上述进口装置取得的效果，是使供给的混合液在不受剧烈冲击的情况下，迅速加速到转鼓速度。据说环形盘可依靠摩擦，迅速使混合液达到与转鼓同速旋转，而混合液不需冲击任何径向伸展其表面垂直于液流方向的翼板。

上文已提到过，虽然据说环形盘有上述的有利作用，但这种进口装置并未能得到广泛应用。

本发明的目的是提出一种进口装置，有与美国专利说明书第2，302，381号揭示的相同类型进口装置的加速圆盘，但在对供给离心器转鼓的混合液能缓和处理方面，则优胜很多。

按照本发明达到这个目的，是由于环形盘形成的中心接受腔，在它的轴向伸长的一个区域中，和一个把气体引出的通道接通;供给件开口在一个选定的位置上，使该诸通道中的若干，其径向内侧开敞部分，位于所述开口与接受腔所述区域之间;安装有具有下述作用的装置，该装置在转鼓运转过程中，使得在供给件开口处保持有一个液体柱，该液体柱至少贯穿一些通道;供给的形式，要求在转鼓运转时，该开口没在液体中，从而通过供给件供入的混合液，与所说液体柱形成一连贯的液相。

本发明是基于理解了下述两方面内容而做出的，即一方面认识到美国专利说明书第2，302，381号中安排形式的离心器转鼓中的环形盘，对在环形盘之间的混合液加速到转子速度，基本上有缓和的影响。而同时也认识到美国专利说明书第2，302，381号的进口装置中，向环形盘径向内侧的中心接受腔供料的进料管其开口的强节流作用，和喷流与圆锥折流件的冲撞，将造成严重的湍流和混合液组分的分散。这种不利影响的幅度很大，因此这已知进口装置在总的方面，并不比其他已知进口装置更有优点。于是，有相当大改进分离效果的先决条件，已经由于向中心接受腔供给湍流混合液而破坏。

在本发明的进口装置中，在转鼓运转时，混合液供给件保持部分浸没在已向转鼓供给的液体中。这是使混合液进入转鼓时不分流的先决要求。业已证明在已经供入的混合液，和供给件本身之间形成的相对运动，基本不会在供入的混合液中造成任何剪切力。在本发明中，供入的液体和转子中心的空气或其他气体的接触，可以减少到最低限度。

首先，本发明是要用于静止的供给件，即供给件不旋转。然而为了某种原因供给件需要旋转时，本发明当然也可应用。

与美国专利第2，302，381号的已知进口装置相似，本发明进口装置的环形盘最好为完全平面。但是，甚至也可考虑用截头圆锥形盘。如果盘是截头圆锥形，那么它们之间的通道在混合液组分加速的同时，也可以用于对其进行预分离。

无论离心转子轴的方向如何，也无论供入转鼓的混合液方向如何，本发明都可以使用。然而本发明的目的首先是用于有一个垂直的旋转轴，和一从上面向下伸进转鼓的供给件的离心器转鼓。在本发明的一个理想实施方案中，中心接受腔的上部，便和一条用于引出气体的通道相通，供给件在通道中穿过，其开口位于接受腔的这个部分的下面。

供给件最好穿过整个接受腔，使开口在接受腔的下面。因此即使供给转鼓的液流非常小时，也可以保持供给件的开口浸没在液体中。通过供给件的混合液供给流相当小时，实际上只有位置最靠近供给件开口的通道中，有液体流过，其余通道仅一部分充有混合液，通道的其余部分，即通道的接近接受控的那部分中则充有气体，因为接受腔那部分和排气通道相通，在混合液供给流相当大时，大多数通道和接受腔的较大部分中充有液体，加速盘的泵送作用相对增高。

当混合液流通过进口装置后，遇到的反压有变化时，进口装置泵送作用便有相应变化。

当离心转鼓正常运转时，便可在环形加速盘径向内侧的接受腔中，保持一个理想的自由液表面。

在下文中将参照附图对本发明作叙述，附图1-3表示本发明进口装置的各种实施方案。

图1是离心器转鼓的轴向剖视简图。一个转鼓1在一根垂直驱动轴2的上端上支承。转鼓内形成一个分离腔3。其中有一组传统的截头圆锥形的分离碟片4。

在转鼓内的一个中心件有管状上端部5和截头圆锥形下端部6。碟片位于下端部6和转鼓1的上端壁之间的分离腔3中（在实践中该端壁与转子体的其余部分分别制造，但用螺纹或类似方法轴向相连）。有若干通道7，轴向穿过分离碟片组4，通道7由分离碟片上互相对正的孔形成。

有一根静止供给管8，在中线上从上方伸入转鼓1，供给待分离的混合液组分。管8轴向穿过转鼓的中心件5，6，在转鼓内的下部9处开口。

在中心件5，6的截头圆锥形下部的下方，有一叠同心放置的平环形盘10。这些盘由既径向又轴向伸展的翼板11支承，并保持各盘之间的轴向间距，翼板基本上在盘10的径向外侧，围绕转鼓轴分布。而其余部分则没有盘10之间的间隔件，因此盘间的通道基本为环形。

在盘10叠垛的中心形成一个接受腔12，供给管8的开口9位于其内。围绕盘10的空间，由翼板11分成分离室，上部直接和分离腔3相通，分离腔3在轴向上和贯穿分离盘组4的通道7相对。

标图号13表示转鼓上端壁的径向内自由边缘，该边缘在转鼓运转时，起分离腔3的溢流出口作用。标图号14表示一条环形通道，中心接受腔12的上部，通过这通道和转子体周围的大气接通。

图1所示的器件工作方式如下：

当转鼓（包括图1所示除供给管8外的全部部件）旋转时，通过管8供给组分待分离的混合液。在接受腔12和盘10之间的最上面的通道中，连贯的液体柱形成一自由液面，所述液体柱从管8内向外延伸至接受腔中，并进一步穿过盘10间最低的通道。转鼓运转时，管8部分浸没在转鼓已有的液体中。

进入接受腔12的混合液，继续向前流动，成为一个非常薄的液层，从盘10之间数目或多或少的通道中通过。混合液在这些通道中，盘和混合液之间的摩擦使其速度达到基本与转子的转速相同。当混合液接触翼板11时，速度基本和翼板速度相同，被翼板轴向向上引导，进入分离腔3。围绕盘10的空间在最高盘10所在区域，和分离腔3相通，而进口管8的开口9，位于最低盘10的区域里。这样，甚至在进入的混合液没有在全部的盘间空间中通过时，也可以保证在围绕盘10的整个空间中，有连续的贯流。

在分离腔中，混合液的相对重的组分和相对轻的组分分离。在转子的连续运转中，假定转速的被分离组分是液态，因而可在径向上向里流过分离盘4之间的通道。

相对重的组分可能是液态，或为固体。分离出的这种重组分，在分离腔的径向最外部分中聚集。

转鼓上端壁的内自由边缘13，形成分离腔3的被分离液体的轻组分溢流出口12，从而边缘13同时还有下述作用，在进入转子的某一供给流量下，保持接受腔12里的上述自由液面，使供给管8保持部分浸没在液体中。图1（实线）是运转时在分离腔3里形成的自由液面，和在混合液某一供给流量下，在接受腔12中形成的自由液面。

假如通过管8的混合液供给流在增大，盘10间部分充有液体的通道中，自由液面将在径向上向里移动。同时液面高度在接受腔12中心部分，沿管8外侧上升，达到图1虚线所示行位置。这时可以看到盘10有较大的总面积和供入的混合液接触。于是盘对供入混合液的泵送作用增强。进口装置的泵送作用随供给混合液流增大而增强。

与之相对应，则泵送作用随混合液供给减少而减低，因为这时的自由液体表面，将分别在径向上向外和向下流动。

从图1可见，各盘10孔径在轴向上向上逐渐减小。也就是由于液体供给量增大，每多用一个环形盘，其泵送作用则稍大于下面紧邻的盘。从图1还可看到，盘10在轴向上从下向上，外径逐渐增大，也有相同的效果。

接受腔12里从供入的混合液中分离出的空气或其他气体，向上通过环形通道14流出。

图2示本发明的另一实施方案。凡与图1实施方案相同的部件，用与图1相同的标图号表示。然而为了清晰起见，相当于图1中翼板11的翼板，图2中不用示出。

在图2中，布置在转子中心的元件5，6的管状部分，在上端上设置内环形突缘15。本文里的加速盘10，在轴向上安排在这突缘15和中心元件5，6的截头圆锥形下部之间。在盘10径向外侧的空间，下端通过围绕转子轴均匀分布的径向翼板（未示）之间的通道16，与转子分离腔3接通。

图2供给管8的开口9，位置在盘10轴向下方的一个距离处。管8在开口9和最低盘10之间，支承一个外环形突缘17。突缘17有凸绕的形状，有一个椭圆轴向部分，以可拆卸的方式安装在管8上。管8的最低部分向外略呈圆锥形，和环形突缘17的径向向内的表面相似。当把管8从转鼓中抽出时，突缘17留在转鼓内，于是突缘停留在转子中的碗形表面18的中心上。把管8插进转鼓，供给液体从里面通过以后液体从突缘的中心孔中流过;进一步流到突缘的下面并在突缘和凹面18之间径向外流，突缘被在轴向上向上推，达到图2所示的位置。突缘17的凸面下侧保证突缘下方不会有气体或空气集聚。

进入的混合液组分在突缘17和表面18之间的空间中流过后，在轴向上向上转，经过突缘17的边缘，流进接受腔12。根据进入流量的大小，有或多或少的盘10间的通道中，有混合液流过，然后混合液进一步在轴向上向下，通过通道16，进入分离腔3。在盘10之间的其余通道内，有一个自由液面形成，如图2所示。和图1中的盘10相似，图2中的盘10外径，向上逐个增大。

进入的混合液流之所以在轴向上向上流入接受腔12，而不与在轴向上向下流入通道16中的液流合并，是因为向下的液流的转速，基本上与转鼓速度相同，而进入的混合液在突缘17下方，实际上还没有任何转速。

在供管8上布置一个突缘17的目的，主要是为了保证当一个非常小量的混合液供给流从管8中通过时，保持管中的混合液和转鼓中管外的混合液成为连贯的液体状态。突缘17的一个次要的目的，是防止进入的混合液由于飞溅着进入接受腔12而被分散。

图2中的盘10，可以不用与图1的翼板11相似的翼板支承，而在突缘15上悬挂。这样便可以有若干杆和突缘15连接，在轴向上下伸，从盘10的叠堆中通过。这种杆最好从盘的径向最外侧的部分中通过，支承在盘间保持盘的相互间有需要的距离的盘间隔件之间的位置上。

图3中简示一个围绕静止供给管8的环形盘10。管8的下端上设置圆形件19及20，和翼板或类似件（图未示）形成径向槽21，作为通过管8的通道的继续。因此在本例中静止供给管8，19，20有径向的开口。如有需要，通道21可用一个单一的基本为环形的通道代替。

如从图3可见，盘10互相间的距离，从供给件开口逐渐向上减小。也就是盘垛的下部，比盘垛的上部有较小的泵送作用，为了在供给件8，19，20的内部，和分离腔3之间，甚至在通过供给件的混合液供给流量非常小时，保持一个连贯的流体状态，这样安排是理想的。盘间距的宽度变化，和图1所示的孔径变化及盘10外径变化是有相同的作用的。

图3中的元件19和图2中的突缘17有基本相同的功能。

由于有所谓的爱克曼层在最靠近盘10表面处形成，可以获得盘10的上述泵送作用。决定爱克曼层厚度的因素之一，是所用液体的粘度。在这类离心分离器中，可能涉及的典型爱克曼层厚度，在30μ（10^-6M）和350μ之间。为取得盘间液体的理想缓和加速度，相邻盘之间的最小距离，应该是相关爱克曼层厚度的二倍。

但是，供给离心分离器的液体中有固体时，常常要降低对相邻盘间空间的限制。这限制常比爱克曼层厚度两倍高相当多。在实践中，相邻盘间距离很少小于300μ。一般认为常见的间距在0.3mm和5.0mm之间。

需要增强盘10的泵送作用时，举例而言，可以在相邻盘之间的全部距离或部分距离上装有径向肋条。

在图1及图2的本发明实施方案中，通道14和转子周围大气接通。这并不是不能改变的。布置通道14的主要原因，是至少使某部分的空气或其他气体，排出中心接受腔12，因此，不会因为把气体截留在接受腔内，而使相当多的加速盘10失去效用，也就是说，阻止了混合液流入该盘间的通道内。

Claims (14)

1、一种用于分离混合液组分的离心分离器，包括一个形成一个分离腔（3）的转鼓和一个供给件（8），供给件开口（9）在转鼓内中心处，转鼓有一个带若干环形盘（10）进口装置，环形盘互相同心，并和转鼓同心，这些盘形成一个中心接受腔（12），接受通过供给件（8）进入转鼓的混合液，这些盘之间形成通道，把中心接受腔（12）和转鼓分离腔（3）连接，分离腔（3）有用来连续排出被分离的混合液轻组分的出口（13），其特征在于：

接受腔（12）沿其轴向伸长部分的区域连接一通道（14），把气体引出，

供给件（8）的开口（9）处在一个选定的位置上，使该通道的若干，其径向内侧的开敞部分，在轴向上位于该开口（9）和接受腔（12）的该区域之间，

分离腔（3）的上述出口（13）是这样靠近转鼓的旋转轴设置，在转鼓运转时，使能在接收管腔（12）保持一至少充填一些通道的液体柱，

供给件（8）设置成，在转鼓运转时，其开口（9）位于液体中，因此通过供给件（8）供给的混合液，与该液体柱形成连贯的液体相。

2、如权利要求1中之离心分离器，特征为转鼓有一个垂直旋转轴，和从上向下伸入转鼓的供给件（8），中心接受腔（12）在其上部和通道（14）连接，引出气体，供给件（8）伸入接受腔（12），并且其开口（9）位于接受腔（12）的这个部分的下面。

3、如权利要求1或2中之离心分离器，特征为供给件（8）贯穿整个接受腔（12），其开口（9）位于接受腔的轴向外侧。

4、如权利要求1中之离心分离器，特征为环形盘（10）在从供给件开口（9）朝向与该槽（14）连接的接受腔（12）区域的方向上，孔径逐渐减小。

5、如权利要求1中之离心分离器，特征为环形盘（10）在从供给件开口（9）朝向与该槽（14）连接的接受腔（12）区域的方向上，外径逐渐增大。

6、如权利要求1中之离心分离器，特征为相邻环盘（10）的径向距离，靠近供给件开口（9）处较大，而靠近与该槽（14）连接的接受槽（12）处较小。

7、如权利要求1或2中之离心分离器，特征为供给件开口（9）在转鼓中有轴向的朝向。

8、如权利要求1或2中之离心分离器，特征为供给件（8）外部有一个环形突缘（17）围绕，在轴向上位于开口（9）和至少一些环形盘（10）之间。

9、如权利要求8中之离心分离器，特征为该突缘（17）的外径，至少大于一些环形盘（10）的孔径。

10、如权利要求9中之离心分离器，特征为供给件开口（9）在转鼓中有轴向的朝向，环形突缘（17）的一侧有凸面，在轴向上顺供给件开孔（9）的方向突出。

11、如权利要求9或10中之离心分离器，特征为可卸突缘（17）由一个可卸环形成，在轴向上相对于供给件（8）活动，使供给件（8）可以不带转鼓从该环中退出，组件（18）可以把环保持在转鼓的一个位置上，因而在把供给件（8）重新插入转鼓中，然后把液体通过环的中心孔，并从环的另侧向转鼓引入供给的液体时，将把环在轴向上压到围绕供给件（8）的位置上。

12、如权利要求1中之离心分离器，特征为供给件（8）和可卸环的形式，为互相配合，限制环沿供给管（8）作轴向移动。

13、如权利要求1或2中之离分离器，特征为供给件（8）的开孔（9），位于盘垛的一个轴向端，而一个围绕盘（10）的空间，和盘垛的轴向另一端的分离腔（3）相连。

14、如权利要求1或2中之离心分离器，特征为盘（10）有截头圆锥的形状。

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