專利名稱：水力旋流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將液體和/或氣體混合物分離成帶有較高比重(specific mass)的一種或多種液體和/或氣體的重餾分和帶有較低 比重的一種或多種液體和/或氣體的輕餾分的分離旋流器。本發(fā)明還涉 及將這種液體和/或氣體的混合物分離成重餾分和輕餾分的分離。
技術(shù)背景這樣的分離旋流器，也被稱為水力旋流器，主要用于在石油工業(yè) 中分離油和水，但不排除其它。輕餾分，也被稱為輕相，由油形成， 而重餾分，也被稱為重相，由水形成。在已知類型的水力旋流器中， 液體和/或氣體的混合物經(jīng)由切向入口引導至旋流器內(nèi)。由于切向入口 的作用，進入的混合物設(shè)定成旋轉(zhuǎn)。由于輕餾分和重餾分之間存在比 重差，輕相將位移至旋流器中間的中心區(qū)域，而重餾分在離心力的作 用下位移至靠近旋流管內(nèi)表面的周邊區(qū)域。設(shè)置有排出通道(也被稱 為"溢流管(vortexfinder)")的流動主體可以放置在旋流器的中間。在逆流水力旋流器中，輕餾分改變方向，并經(jīng)由所述排出通道朝 輕相流出方向排出，隨后從流出口排出。排出輕相的一側(cè)也被稱為上 溢側(cè)或排泄側(cè)。重相留在旋流管與入口相對的一側(cè)，該側(cè)也被稱為下 溢側(cè)。原則上只希望輕相留在旋流器上溢側(cè)上。而實際的情況是，為 了實現(xiàn)旋流器的穩(wěn)定運行，除了輕餾分之外，大量不必要的重餾分也 留在旋流器上溢側(cè)上。在另一種類型的旋流器(也被稱為軸流水力旋流器)中，進入的 混合物軸向供給而非切向供給，混合物通過旋流元件設(shè)定成旋轉(zhuǎn)。旋 流元件包括一個或多個靜止的彎曲導向翅片，這些翅片將沿著它們流 動的混合物設(shè)定成旋轉(zhuǎn)。這樣的軸流水力旋流器具有下列好處，即， 整個旋流器中存在較低的壓降和更均勻的旋轉(zhuǎn)流型，由此在輕餾分和重餾分之間可以實現(xiàn)更加穩(wěn)定的分界面。此外，軸流水力旋流器可以 構(gòu)造成更小的總長度。在兩種類型的旋流器中，在上溢側(cè)和下溢側(cè)設(shè)有閥，通過這些閥， 可以控制各側(cè)的壓力。通過調(diào)節(jié)這些閥，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)輕餾分所 在的上述中心區(qū)域與重餾分所在的周邊區(qū)域之間的分界面位置。但是，這兩種水力旋流器的缺陷在于，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)為了能夠合理地分離輕餾分(通常為油)，20到50倍輕餾分體積的重餾分必須離開 上溢出口。在軸向旋流器中，比如，輕餾分相對于重餾分的體積百分 比約為2%，在切向旋流器中，該比例約為4%。這意味著，所分離的 輕餾分仍然很大程度地與重餾分混合，這在分離效率方面當然是不希 望的。從文件US 6 024 874中已知一種旋流器，其設(shè)置有用于將進入的 混合物設(shè)定成旋轉(zhuǎn)的切向入口 。這使混合物分離成輕餾分和重餾分。 一種餾分經(jīng)由設(shè)置在流動主體中的排出通道和出口排出，所述流動主 體布置在旋流器中心，而另一種餾分經(jīng)由相對的出口排出。排出通道 設(shè)置有橫截面沿流動方向減小的通道部分。但是，這種已知的旋流器 不具有可以調(diào)節(jié)輕餾分排出側(cè)和重餾分排出側(cè)的壓力以及輕餾分區(qū)域 與重餾分區(qū)域之間的分界面位置的閥。因此，這種已知的旋流器的分 離不穩(wěn)定，分離效率受到限制。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供可以實現(xiàn)較高的分離效率的分離旋流 器、方法和組件。本發(fā)明的又一個目的是提供一種分離旋流器、方法和組件，由此， 在從液體和/或氣體的混合物分離輕相期間，能夠減少輕餾分夾帶的重 餾分的需求量。本發(fā)明的又一個目的是提供可以更加穩(wěn)定地執(zhí)行分離的分離旋流 器、方法和組件。為了實現(xiàn)所述目的中的至少一個，依照本發(fā)明的第一方面，提供 一種用于將液體和/或氣體混合物分離成有較高比重的一種或多種液體和/或氣體的重餾分和有較低比重的一種或多種液體和/或氣體的輕餾分的分離旋流器，所述旋流器包括-旋流管，其中限定了流動空間，其中旋流管設(shè)置有用于進給至少 兩種不同液體和/或氣體的混合物的入口 、用于排出從混合物中分離的 重餾分的重餾分出口和用于排出從混合物中分離的輕餾分的輕餾分出 o ;-用于使混合物旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)發(fā)生單元；-基本上同心地布置在旋流管中的流動主體，在該主體中設(shè)置有連 接于輕餾分排出口的輕餾分排出通道，其中排出通道具有在流動方向 上沿著排出通道長度的至少一部分大體上減小的橫截面；-連接于重餾分出口 、用于調(diào)節(jié)被排出的重餾分的流量的第一壓力 控制元件；-連接于輕餾分出口 、用于調(diào)節(jié)被排出的輕餾分的流量的第二壓力 控制元件；-用于控制第一和第二壓力控制元件的控制裝置；其中控制裝置適于在使用期間使重餾分與輕餾分之間的分界面接 觸排出通道的內(nèi)側(cè)。通過提供至少部分地帶有沿流動方向減小的橫截面的、用于輕餾 分的排出通道，已經(jīng)證明可以排出更多的帶有少量夾帶重餾分的輕餾 分，其中也維持了、甚至改善了分離旋流器的穩(wěn)定性。為了調(diào)節(jié)流速， 從而調(diào)節(jié)要排出的重餾分和輕餾分各自的壓力，該裝置包括連接于重 餾分出口的第一壓力控制元件和連接于輕餾分出口的第二壓力控制元 件。所希望的流速以及上溢側(cè)和下溢側(cè)的壓力可以通過正確調(diào)節(jié)各個 壓力控制元件而設(shè)定。兩個壓力控制元件的調(diào)節(jié)直接對重餾分與輕餾 分之間的分界面產(chǎn)生影響，從而對旋流器的分離性能產(chǎn)生影響。設(shè)置控制裝置，例如電子電路，為了控制壓力控制元件，通過該 控制裝置可以調(diào)節(jié)設(shè)置在相應出口中的兩個控制閥，以便可以實現(xiàn)上 述所希望的壓差比。在本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中，所述通道部分具有沿流動方向大致均勻地減小的橫截面，例如大體上圓錐形的形狀。在這個實施例中， 可以簡單地使輕餾分與重餾分之間的分界面定位在流動空間，使之接 觸排出通道的內(nèi)側(cè)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果該分界面接觸排出通道的內(nèi)側(cè)， 幾乎可以移除所有的重餾分，只有極少量的輕餾分仍然被夾帶進入排 出通道，并沿著該通道被排出。這對于旋流器的分離效率具有很大的 積極效果。依照另一個優(yōu)選實施例，所述通道具有沿流動方向逐漸減小的橫 截面。依照另 一個優(yōu)選實施例，所述通道具有沿流動方向遞減地減小的 橫截面。依照進一步的優(yōu)選實施例，所述通道部分靠近排出通道的流入孔 設(shè)置，或者更優(yōu)選地，連接到排出通道的流入孔上。這使得能夠簡單、 精確地調(diào)節(jié)輕餾分與重餾分之間的分界面在排出通道內(nèi)部的接觸點， 從而調(diào)節(jié)旋流器的分離效率。依照所確定的優(yōu)選實施例，旋轉(zhuǎn)發(fā)生單元包括一個或多個導向翅 片，沿著所述導向翅片可以引導流入的混合物。在許多情況下，導向 翅片安裝在旋流管的內(nèi)表面與在旋流管的中心布置的流動元件之間。 這種導向翅片形成也被稱作漩流元件的一部分，所述導向翅片將進入 的混合物設(shè)定成旋轉(zhuǎn)，該混合物優(yōu)選經(jīng)由入口軸向地流入旋流器內(nèi)-但不排除上述的情況，這樣，在導向翅片的下游建立外部區(qū)域和內(nèi)部 區(qū)域，重餾分基本上位于所述外部區(qū)域中，輕餾分基本上位于所述內(nèi) 部區(qū)域中。做為選擇，或除導向翅片之外，旋轉(zhuǎn)發(fā)生單元還可以包括 切向入口元件。在這個實施例中，進入的混合物凈皮切向進給，設(shè)定成 旋轉(zhuǎn)。在該實施例中，旋轉(zhuǎn)發(fā)生單元的下游也限定了外部區(qū)域和內(nèi)部 區(qū)域，重餾分基本上位于所述外部區(qū)域中，輕餾分基本上位于所述內(nèi) 部區(qū)域中。在優(yōu)選類型的分流旋流器、也被稱作逆流旋流器中，大體上同心 地設(shè)置在流動空間中的流動元件與其中設(shè)置有排出通道的上述流動主 體一體形成，所述流動元件中設(shè)置有旋轉(zhuǎn)發(fā)生單元。 一旦液體(或氣體)已經(jīng)通過流動元件的旋轉(zhuǎn)發(fā)生單元設(shè)定成旋轉(zhuǎn)，輕餾分就通過同 一流動元件(流動主體)排出。輕餾分因而回返，而重餾分繼續(xù)行進。 該實施例的優(yōu)點是，可以以極其緊湊的形式給出該旋流器。然而，依照另一個優(yōu)選實施例，可以逐一地實施設(shè)置有導向翅片的 流動元件和設(shè)置有排出通道的流動主體，其中流動主體設(shè)置在離開流 動元件一段距離處的下游。這樣的旋流器也被稱作軸流旋流器。在這 個實施例中，重餾分和輕餾分都被軸向地排出，并且基本上不會逆著 運動方向，其中后一餾分經(jīng)由設(shè)置在流動主體下游的排出通道排出。 在這個實施例中，優(yōu)選可以在旋流器內(nèi)側(cè)與流動主體外側(cè)之間限定一 通道，該通道連接于重餾分出口。該通道能夠使得重餾分排出，同時 無須調(diào)節(jié)重餾分的傳送方向。在進一步的優(yōu)選實施例中，在所述通道中設(shè)置有旋轉(zhuǎn)減少單元， 用于減少沿所述通道流動的重餾分的旋轉(zhuǎn)，這引起旋流器壓降的減小。 這種壓力回收在多數(shù)情況下是不必要的，可以省去旋轉(zhuǎn)減少單元。依照進一步的優(yōu)選實施例，在用于排出輕餾分的排出通道中設(shè)置 有一個或多個用于減少沿其流動的輕餾分的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)減少單元。這 種壓力回收在多數(shù)情況下是不必要的，可以省去旋轉(zhuǎn)減少單元。依照進一步的優(yōu)選實施例，分離旋流器包括一細長元件，優(yōu)選為 一桿，其布置在第一和第二流動主體之間，并相對于排出通道同心地 延伸，以便穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的輕餾分。輕餾分流動的穩(wěn)定導致在輕餾分與重 餾分之間產(chǎn)生規(guī)則的分界面，這樣，可以更容易地調(diào)節(jié)上述分界面在 排出通道中的接觸點。這可以在減少夾帶的重餾分的量的同時實現(xiàn)更 好的分離效果。依照進一步的優(yōu)選實施例，細長元件延伸至排出通道內(nèi)，優(yōu)選延 伸到所述通道部分之外的位置處，這進一步提高了旋流器的穩(wěn)定性， 尤其是在氣體-液體的情形下。依照進一步的優(yōu)選實施例，排出通道貫穿流動主體延伸，并貫穿 設(shè)置在流動主體上的導向翅片中的至少一個，這樣可以獲得極其緊湊 的旋流器。在另一個優(yōu)選實施例中，旋流器包括兩個依次聯(lián)接的分離旋流器， 其中，從第 一分離旋流器中分離的重餾分被送入第二分離旋流器中， 以便進一步分離成重餾分和輕餾分。這里的第二旋流器優(yōu)選為排出通 道貫穿導向翅片的類型，以便能夠排出輕餾分。依照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于將液體和/或氣體混合 物分離成有較高比重的一種或多種液體和/或氣體的重餾分和有較低比重的一種或多種液體和/或氣體的輕餾分的方法，該方法包括-將待分離的混合物經(jīng)由 一入口引導通過在旋流管中限定的流動 空間；-使流過流動空間的混合物產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，以便將混合物分離成重餾分 和輕餾分；-將重餾分導向重餾分出口；-將輕餾分引導通過大體上同心地布置在旋流管中的流動主體內(nèi) 的排出通道，這樣，使重餾分與輕餾分之間的分界面接觸排出通道的 內(nèi)側(cè)。當旋流器的排出通道具有在排出通道的至少一部分長度上沿著流 動方向大體上減小的橫截面時，將輕餾分導入排出通道的步驟優(yōu)選包在此所述類型的分離旋流器優(yōu)選適用于在此限定的方法中。 最后，依照本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種組件，其包括分 離容器，所述分離容器設(shè)置有用于將分離容器的內(nèi)部空間細分成進入 室、重餾分室和輕餾分室的分隔壁，其中分離容器設(shè)置有用于供給待 分離的混合物至進入室的入口元件、用于從輕餾分室排出輕餾分的輕 餾分出口元件和用于從重餾分室排出重餾分的重餾分出口元件，其中 布置在兩個分隔壁上的若干依照本發(fā)明在此所述類型的分離旋流器設(shè) 置在分離容器中，以及其中每個分離旋流器布置成其入口在進入室 中，輕餾分出口在輕餾分室中，重餾分出口在重餾分室中。進一步可以發(fā)現(xiàn)，當待分離的混合物首先被引導通過軸流式旋流器并隨后被引導通過逆流式旋流器時，可以實現(xiàn)特別好的分離效果。 依照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于將液體和/或氣體混合物分 離成有較高比重的一種或多種液體和/或氣體的重餾分和有較低比重 的一種或多種液體和/或氣體的輕餾分的分離旋流器，所述旋流器包括-旋流管，其中限定了流動空間，其中旋流管設(shè)置有用于進給至少 兩種不同液體和/或氣體的混合物的入口 、用于排出從混合物中分離的 重餾分的重餾分出口、用于排出從混合物中分離的第一部分輕餾分的 第一輕餾分出口和用于排出從混合物中分離的第二部分輕餾分的第二 輕餾分出口；-第一流動元件，其設(shè)置有一個或多個用于使進入的混合物旋轉(zhuǎn)的 導向翅片；-基本上同心地布置在旋流管中的第一流動主體，其中設(shè)置有連接 于第一輕餾分出口的輕餾分排出通道；-第二流動主體，所述第二流動主體設(shè)置有一個或多個導向翅片， 并大體上同心地布置在旋流管中，重餾分被沿著所述導向翅片引導， 其中，在第二流動主體中以及至少一個導向翅片中設(shè)置有排出通道， 用于將從供給的重餾分中分離的輕餾分排出到第二輕餾分出口。利用 該分離裝置，可以實現(xiàn)特別好的分離效果。此外，該裝置的構(gòu)造可以 相當緊湊，因為用于第二輕餾分的排出通道布置在流動主體中，其次 也布置在導向翅片本身中。在流動元件和/或流動主體中的排出通道優(yōu)選為在此所述的橫截 面沿著排出通道的至少一部分長度大體上減小的類型。但這不是必需 的。利用設(shè)置有一個或多個"直的，，排出通道的分離裝置，也可以獲 得很好的分離效果。依照優(yōu)選實施例，第一輕餾分排出通道的流入嘴位于第一流動主 體的上游，第二輕餾分排出通道的流入嘴位于第二流動主體的下游， 這樣，旋流器改善分離效率的同時具有緊湊的結(jié)構(gòu)。


根據(jù)下面若干優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明進一步的優(yōu)點、特征和細節(jié)將變得更加明了。在描述時參照附圖，其中 圖1顯示了已知水力旋流器的縱剖面； 圖2顯示了本發(fā)明第一實施例的透視圖，其在縱向被剖開； 圖3顯示了第一實施例的縱剖面；圖4顯示了本發(fā)明第二實施例的透視圖，其在縱向被剖開； 圖5顯示了第二實施例的橫截面；圖6A顯示了依照本發(fā)明的組件的優(yōu)選實施例的透視圖，其在縱 向,皮剖開；圖6B是圖5中所示的組件的其中一個分離旋流器的放大圖； 圖7顯示了本發(fā)明第四實施例的縱剖面； 圖8顯示了本發(fā)明第五實施例的縱剖面；圖9顯示了依照本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的帶有排出通道的流動主 體的縱剖面；圖10是依照本發(fā)明又一個優(yōu)選實施例的帶有排出通道的流動主 體的縱剖面；圖11和12顯示了本發(fā)明另一優(yōu)選實施例透視中的局部剖視圖；和圖13顯示了分離容器透視中的局部剖視圖，其中設(shè)置有若干個依 照圖11-13中的優(yōu)選實施例的旋流器。
具體實施方式
在切向或軸向類型的水力旋流器中，進入旋流器空間的混合物分 別通過切向入口元件和漩流元件設(shè)定成旋轉(zhuǎn)。由于輕相(即例如油) 與重相(即在該例子中為水)之間存在比重差，油被輸送至旋流器中 心。圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)中逆流水力旋流器的一個例子，其中輕餾分 的旋轉(zhuǎn)芯、即油層，經(jīng)由流動主體中的排出通道被排出，而旋流器外 部區(qū)域中的旋轉(zhuǎn)混合物、即水，經(jīng)由出水口被排出。在逆流類型的水 力旋流器中，油與不需要的大量水一起沿上溢出口方向被排出，而清潔水沿相反方向被運送至下溢出口。所以，在旋流器的流動空間中存 在油和水具有相反方向的水/油分界面。圖l顯示了具有不同油/水分界面位置的三種情形。在第一種情形(A)，油大體上所在的區(qū)域由接觸旋流器流動主體外側(cè)的分界面界 定。在這種情形下，只有一部分油經(jīng)由流動主體中的排出通道被排出， 而其余的油則進入出水口。出水口因而被大量油污染，這是不希望的。 在第二種情形(B)，分界面2沿排出通道的長度方向延伸，所以不 會接觸流動主體。雖然在這種情形下全部的油都從出油口排出，但是 出油口仍然還包括大量的水，這降低了旋流器的分離效率。在實踐中 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，精確調(diào)節(jié)分界面使得只有油經(jīng)由排出通道排出而只有極少 量的油進入出水口，這是困難的，甚至是不可能的。而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不穩(wěn)定性存在的原因是所謂的Kelvin-Helmholz 現(xiàn)象。如果存在兩種不同類型的液體的移動層，這個層可能由于兩個 層之間的比重差和速度差以及其它因素而變得不穩(wěn)定。如果這些差別 太大， 一種液體的液滴可能會進入另一種液體的流動中，由此更大程 度地失去分界面的穩(wěn)定性。對于水力旋流器，這意味著，部分已經(jīng)被 分離的油進入水，并從出水口 (在下溢側(cè)上)離開旋流器。這實際上 意味著旋流器分離效率的降低。因為在上述已知的水力旋流器中，除 了第二種情形(B)中的油之外，大量水也被夾帶至出油口，所以， 由于這種大容積流量，在旋流器的流動空間中出現(xiàn)較高的速度，由此， 上溢和下溢之間可能存在較大的速度差。這導致上述的Kelvin Helmholz不穩(wěn)定性，導致旋流器分離性能的不穩(wěn)定。圖2和3顯示了依照本發(fā)明的旋流器1的第一優(yōu)選實施例。旋流 器1包括旋流管2,在所示的實施例中，所述旋流管2由橫截面朝著 右外端減小的較窄旋流管部分3、較寬旋流管部分4以及旋流管部分4 與旋流管部分3之間的中間部分5構(gòu)成。流動元件6布置在由寬旋流 管部分4包圍的內(nèi)部空間7中。在所示的實施例中，流動元件具有圓 形橫截面，不過不一定必須這樣。 一個導向翅片8或多個導向翅片布 置在流動元件上以及旋流管部分4的內(nèi)側(cè)。導向翅片8由彎曲的板構(gòu)成，這樣，經(jīng)由入口 IO進入的待分離的液體混合物(Pj沿著導向翅 片8被引導，從而設(shè)定成旋轉(zhuǎn)(P2)。由于這種旋轉(zhuǎn)，較重的液體(在 油水分離器例子中為水)在離心力的作用下被導向毗臨旋流管2內(nèi)側(cè) 的外部區(qū)域，而較輕的液體(在所述例子中為油)大體上被引導至旋 流管中心。油與水之間的分界面(G)如圖3所示。在出水口ll的位 置或它的下游以及在出油口 15的位置或它的下游設(shè)置有壓力控制單 元(未顯示)，通過壓力控制單元，可以分別調(diào)節(jié)下溢和上溢的局部 速度，因而可以調(diào)節(jié)下溢和上溢的壓力。壓力控制單元從而設(shè)定了油 水分界面的位置。經(jīng)由設(shè)置在流動主體6中的排出通道12，油從入口孔9被輸送至 出口孔15(Ps， P6)。位于旋流管2內(nèi)側(cè)的外部區(qū)域中的輕餾分在旋轉(zhuǎn)的同時(P3)沿著重相出口 11的方向被引導，并從出口 11排出(P4)。如圖2和3所示，流動主體6中用于排出輕餾分的排出通道12 設(shè)置有大體上直的部分14和大體上圓錐形的部分30。圓錐形部分13 從排出通道的進給孔9伸出，并具有沿著流動方向(P6)減小的直徑。 于是，可以通過操作上述壓力控制單元來以簡單的方式調(diào)節(jié)輕餾分與 重餾分之間的分界面(G)的位置，使得分界面接觸所述圓錐形部分 30中的排出通道12。由于圓錐形狀，不管怎么說大大減少了危險，即， 分界面將與排出通道12平行，因而不會接觸其內(nèi)側(cè)，這樣重餾分(水) 會夾帶有輕餾分(油)的風險。因為可以以簡單、有效的方式調(diào)節(jié)分 界面使之在任意點接觸排出通道12，所以，可以防止輕餾分(例如油) 進入下溢出口 11，或者可以防止重餾分(例如水)大量地進入上溢出 口 15。圖4和5顯示了依照本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例。在這些圖中，同 樣的附圖標記表示與第一優(yōu)選實施例基本上相同或類似的部件。進入 的混合物經(jīng)由一個或多個切向入口 16被引導(P7)至一端由端壁17 封閉的旋流管中，而不是待分離的混合物經(jīng)由入口 IO軸向進給并隨后 通過沿一個或多個靜止導向翅片8進行引導而使流入的混合物設(shè)定成 旋轉(zhuǎn)。與旋流管2的彎曲內(nèi)表面結(jié)合，入口孑L 16形成切向入口元件，通過該切向入口元件，進入的液體混合物被，設(shè)定成旋轉(zhuǎn)。 一旦液體混 合物已經(jīng)被設(shè)定成旋轉(zhuǎn)，就進行類似于上述的工序?；旌衔锏妮^重餾分(例如水)被驅(qū)動至靠近旋流管2內(nèi)側(cè)的外部區(qū)域，而混合物的較 輕餾分(油)達到中心區(qū)域。由于排出通道的圓錐形部分，在該實施 例中也易于使用上述壓力控制單元，使重餾分與輕餾分之間的分界面 (G)接觸排出通道12的圓錐形部分13的內(nèi)表面，這樣，不但所有 的輕餾分都從輕餾分出口 15排出，而且沒有重餾分或者幾乎沒有重餾 分經(jīng)由同一輕餾分出口 15排出。圖6A和6B顯示了依照本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例。在這個實施例 中，若干在此所述類型的大體上平行的旋流器25布置在水平(或傾斜 或豎直)設(shè)置的分離容器20中。分離容器20設(shè)置有第一連接短管 (stub) 21，待分離的混合物經(jīng)由所述第一連接短管21供給(PM)。 分離容器20還設(shè)置有輕餾分出口短管22，輕餾分沿著所述輕餾分出 口短管22排出(Pl)。最后，在分離容器20的右手側(cè)設(shè)置有用于排 出重餾分(Ph)的重餾分排出短管23。連接短管22設(shè)置有相應的壓 力控制單元30、 31，通過所述壓力控制單元30、 31，可以調(diào)節(jié)沿其流 動的混合物的流量(每單位時間的體積)。壓力控制單元30、 31由例 如放置在管道中的調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，由此，每單位時間更多或更少的液體 可以流過受閥位置影響的相關(guān)管道。通過設(shè)定每個控制單元30、 31, 可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)上溢出口 22與下溢出口 23之間分配的流量，例如 如此可以產(chǎn)生特定的壓差比(DPR)。在容器20中可以分出三個室，其中旋流器25布置在第一分隔壁 23和第二分隔壁24中。進入室I限定在第一分隔壁23與第二分隔壁 24之間，而重餾分出口室(HI)限定在第二分隔壁24的右手側(cè)，輕 餾分出口室(II )限定在第一分隔壁23的左手側(cè)。旋流器25延伸到 分隔壁23、 24之外，這使得經(jīng)由入口 21進入的液體只能經(jīng)由一個或多個旋流器25到達兩個出口室n、 m。在所示的實施例中，旋流器25具體表現(xiàn)為圖4和圖5中所示的實施例的形式，其設(shè)置有切向入口 和排出通道12的圓錐形部分13，正如圖6B的放大圖中更詳細所示的。經(jīng)由入口 21進入的待分離的混合物經(jīng)由每個切向入口孔16進入旋流 器25(P》，然后以上述方式在重餾分和輕餾分之間進行分離。輕餾 分經(jīng)由排出通道12排出，并進入輕餾分流出室II。重餾分在第二分隔
壁24的方向上繼續(xù)前進，最終進入(p9)重餾分出口室m。在所示的
實施例中，可以帶有單個用于上溢出口 22的壓力控制單元34以及帶 有單個用于下溢出口單元的壓力控制單元31就足夠了。在如上所述以 及下文將要描述的其它實施例中，每個分離旋流器都可以設(shè)置它自己 的上溢控制單元。
圖7顯示了本發(fā)明的第三實施例。在該優(yōu)選實施例中，同樣的附 圖標記表示與上述實施例基本上相同或類似的部件。在旋流管31中， 待分離的混合物沿軸向供給(Pm),并借助于設(shè)置在流動元件32上 的一個或多個漩流元件34被設(shè)定成旋轉(zhuǎn)。被設(shè)定成旋轉(zhuǎn)(Pn)的混 合物進入流動空間43。流動空間43形成任意形狀的通道，例如圓柱 形、發(fā)散、收斂或發(fā)散和收斂的組合。在所示的實施例中，通過在旋 流管31中布置另一流動元件35，可以提供首先收斂、然后發(fā)散的形 式。在所供給的混合物的旋轉(zhuǎn)的作用下，重餾分被向外拋出，進入靠 近旋流管31內(nèi)壁的外部區(qū)域中。重餾分經(jīng)由環(huán)形排出通道44沿重餾 分出口方向排出(P12)。在所示的實施例中， 一個或多個防漩流元件 39布置在排出通道44中，所述防漩流元件39優(yōu)選包括一個或多個導 向翅片。這些導向翅片具有在流動方向上使得沿其流動的混合物的旋 轉(zhuǎn)角度減小以便恢復一定大小的壓力的方式減小的曲率。在上述實施
例被排出，同時不使輸送方向反向。輕餾分進入在旋流管31中心布置 的流動主體36的輕餾分排出通道37。排出管37設(shè)置有圓錐形部分38， 這樣，以類似于上述的方式，重餾分與輕餾分之間的分界面可以簡單 地接觸圓錐形部分38的內(nèi)表面，以便排出全部的或者幾乎全部的輕餾 分，而沒有重餾分或者幾乎沒有重餾分被夾帶并經(jīng)由輕餾分排出通道 37被排出(P13)。
圖8顯示了另一優(yōu)選實施例，其基本上類似于圖6A中所示的實施例。所以，在此省略與圖6A實施例一致的該實施例的操作的進一 步解釋。在圖8所示的實施例中， 一中心桿40被固定到流動元件32 的圓錐形外端33上。在所示的實施例中，該桿平行于旋流管以及設(shè)置 在流動主體36中的排出通道37延伸。通過在旋流管中心布置桿40, 輕餾分在排出通道37的方向上的旋轉(zhuǎn)運動變得更加穩(wěn)定，這提高了旋 流器的分離效率。
在所示的實施例中，桿40布置在一段距離L上(圖7)，該距離
在的區(qū)域之外。在另一個實施例(未顯示)中，中心桿40延伸-較短， 例如只延伸到排出通道37的嘴9之前的位置。在兩種情形下，中心桿 40都提供了輕相在排出通道37的方向上以及通過排出通道37更加穩(wěn) 定的輸送。
在本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例中，輕餾分的排出通道具體表現(xiàn)為帶 有沿流動方向(例如P6)減小的橫截面，其中排出通道12設(shè)置有圓 錐形部分13。但是，橫截面減小的排出通道部分不一定必須是錐形形 狀，也不一定必須具有恒定減小的橫截面。
在圖9中顯示了一個實施例，其中排出通道12的彎曲部分46具 有從排出通道的流入嘴49增大的曲率。在該實施例中也可以實現(xiàn)本發(fā) 明的優(yōu)點。
圖10顯示了另 一個優(yōu)選實施例，其中沿流動方向限定了減小的直 徑的排出通道12的部分44提供了一通道部分，其中曲率沿輸送方向 (P6)減小。在該實施例中也可以實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點。
圖11和12顯示了本發(fā)明另一優(yōu)選實施例。在這個實施例中，依 次放置兩個軸向旋流器，這樣，進行兩級分離。在兩級旋流器50的第 一級，軸流類型的第 一旋流器47提供所供給的混合物的第 一次分離， 而在第二級，逆流類型的第二旋流器48對混合物進行進一步分離?；?合物流入第一旋流器47(P，s)，然后以類似于圖7所示的實施例的方 式，經(jīng)由布置在流動元件51上的導向翅片52被設(shè)定成旋轉(zhuǎn)。
第一旋流器47是軸流類型，這意味著，旋轉(zhuǎn)的輕餾分經(jīng)由設(shè)置在流動主體53中的排出通道排出，流動主體53設(shè)置在流動元件51下游。 重餾分經(jīng)由旋流器的外殼55與流動主體53之間的流動空間被排出。 流動主體53利用直立凸緣56聯(lián)接于旋流器的外殼55。在凸緣56中 設(shè)置有圓形孔57，所供給的重餾分沿著所述圓形孔57被導向第二旋 流器48的方向(P16)。如上所述，輕餾分經(jīng)由排出通道54排出(P17), 其中顯示了流入嘴58和流出嘴59。排出通道54因而形成為使得輕餾 分在內(nèi)部偏轉(zhuǎn)并可以經(jīng)由流出孔59側(cè)向離開旋流器。
經(jīng)由孔57流走的重餾分進入第二旋流器48的流動空間(P17)。 第二旋流器48是逆流類型，其中與圖2中所示的實施例一樣，輕餾分 的流動方向反向。旋流器48包括一體的流動主體/流動元件61,在所 述一體的流動主體/流動元件61上布置有導向翅片62，并且在一體的 流動主體/流動元件61中設(shè)置有排出通道64。這些導向翅片將來自第 一旋流器47的重餾分設(shè)定成旋轉(zhuǎn)，由此，所供給的重餾分再次被分離 成較輕餾分和較重餾分。正如上面所述的，第二旋流器48是逆流類型， 所以，重餾分繼續(xù)前進至第二旋流器的外端(P18),而輕餾分經(jīng)由設(shè) 置在流動元件61中的排出通道64被排出。排出通道64在此具體表現(xiàn) 為，在流動主體61中延伸，然后穿過一個或多個導向翅片62。在導 向翅片62中延伸的排出通道的部分65顯示在附圖中。排出通道64 設(shè)置有流出孔69，被分離的輕餾分沿著所述流出孔69離開旋流器52。 圖13顯示了構(gòu)造類似于圖6A所述的分離容器的實施例。在這個 實施例中，若干兩級旋流器50布置在分離容器70中。分離容器設(shè)置 有三個壁71、 72和73，這三個壁71、 72和73分別聯(lián)接于雙級旋流 器50的聯(lián)接部分74、 75和76。分離容器因而被分成第一室I 、第二 室II、第二室m和第四室IV。分離的混合物經(jīng)由混合進料裝置75供給 (P2。)。因為在高壓下供給混合物，混合物進入第一室I，并遍布布 置在分離容器70中的旋流器50。從第一旋流器51中分離出來的輕餾 分(例如油)經(jīng)由流出孔59排出，并進入第二室II。經(jīng)由第二旋流器 62分離出來的輕餾分經(jīng)由排出通道64的流出孔69進入第三室m。剩 余的重餾分(例如水)進入第四室IV，然后經(jīng)由出口 76排出。在第二室II和第三室m中的輕餾分經(jīng)由相應的輕餾分出口 77和78被排出。
例如，假定水中含20%油的混合物被供給到第一室I ，這些油的 一部分則在第一軸流分離旋流器51中被分離。該部分進入第二室II。 此刻僅包括大約0.1 %油的剩余混合物則在逆流類型的第二旋流器中
被分離。分離出來的油進入第三室m，而此刻僅包括大約0.1%油的剩
余混合物進入第四室IV。在實際的情況下，經(jīng)由第四室IV的出口 76 流出的帶有少量輕餾分的重餾分混合物也被引導通過另一外部水力旋 流器。就水/油分離器來說，這意味著，最終形成的水具有可以直接排 放到地表水而不會影響環(huán)境的純度。
雖然第一和第二分離旋流器47、48具有帶有減小橫截面部分的排 出通道54、 64,但是，還可以設(shè)想兩個排出通道具有另一種形式、例 如恒定(例如圓柱形)橫截面的實施例。然而建議其中一個或兩個排 出通道具有基本上減小橫截面的通道部分的實施例。
本發(fā)明是基于進入的混合物為兩種液體、即油和水的混合物的例 子的描述進行闡述的。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯而易見，本發(fā)明還 可以用于一種或多種液體的任意其它混合物、 一種或多種氣體的混合 物或氣體混合物。
本發(fā)明不局限于這里所述的優(yōu)選實施例。所要求保護的權(quán)利更適 于由下列權(quán)利要求進行限定，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以設(shè)想許多實施 例。
權(quán)利要求
1.用于將液體和/或氣體混合物分離成有較高比重的一種或多種液體和/或氣體的重餾分和有較低比重的一種或多種液體和/或氣體的輕餾分的分離旋流器，所述旋流器包括-旋流管，其中限定了流動空間，其中旋流管設(shè)置有用于進給至少兩種不同液體和/或氣體的混合物的入口、用于排出從混合物中分離的重餾分的重餾分出口和用于排出從混合物中分離的輕餾分的輕餾分出口；-用于使混合物旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)發(fā)生單元；-基本上同心地布置在旋流管中的流動主體，在該流動主體中設(shè)置有與輕餾分排出相關(guān)的輕餾分排出通道，其中所述排出通道具有在流動方向上沿著所述排出通道長度的至少一部分大體上減小的橫截面；其特征在于，-連接于重餾分出口、用于調(diào)節(jié)要被排出的重餾分的流量的第一壓力控制元件；-連接于輕餾分出口、用于調(diào)節(jié)要被排出的輕餾分的流量的第二壓力控制元件；-用于控制第一和第二壓力控制元件的控制裝置；其中控制裝置適于在使用期間使重餾分與輕餾分之間的分界面接觸所述排出通道的內(nèi)側(cè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的分離旋流器，其中，控制裝置適于在使用 期間使所述分界面接觸所述排出通道的所述部分的內(nèi)側(cè)。
3. 如權(quán)利要求1所述的分離旋流器，其中，所述通道部分具有沿 流動方向大致均勻地減小的橫截面。
4. 如權(quán)利要求3所述的分離旋流器，其中，所述通道部分具有大 體上圓錐形的形狀。
5. 如權(quán)利要求1所述的分離旋流器，其中，所述通道部分具有沿 流動方向逐漸減小的橫截面。
6. 如權(quán)利要求1所述的分離旋流器，其中，所述通道部分具有沿 流動方向逐漸減小的橫截面。
7. 如前述權(quán)利要求任一所述的分離旋流器，其中，所述通道部分 靠近所述排出通道的流入孔設(shè)置。
8. 如權(quán)利要求7所述的分離旋流器，其中，所述通道部分連接到 所述排出通道的流入孔上。
9. 如前述權(quán)利要求任一所述的分離旋流器，其中，旋轉(zhuǎn)發(fā)生單元 包括一個或多個導向翅片，沿著所述導向翅片可以引導流入的混合物。
10. 如權(quán)利要求l-8任一所述的分離旋流器，其中，所述旋轉(zhuǎn)發(fā)生 單元包括切向入口元件。
11. 如權(quán)利要求10所述的分離旋流器，其中，旋轉(zhuǎn)發(fā)生單元包括 大體上同心地設(shè)置在流動空間中的一流動元件和一個或多個布置在旋 流管與所述流動元件之間的導向翅片。
12. 如權(quán)利要求11所述的分離旋流器，其中，所述流動主體和流 動元件一體形成。
13. 如權(quán)利要求12所述的分離旋流器，其中，所述流動主體設(shè)置 在流動空間中相對于流動元件下游的一定距離處。
14. 如前述權(quán)利要求任一所述的分離旋流器，其中， 一連接于重餾 分出口的流道限定在旋流管的內(nèi)側(cè)與流動主體的外側(cè)之間。
15. 如權(quán)利要求14所述的分離旋流器，其中，在所述通道中設(shè)置 有一個或多個用于減小沿所述通道流動的重餾分的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)減少單 元。
16. 如前述權(quán)利要求任一所述的分離旋流器，其中，在所述排出通 道中設(shè)置有一個或多個用于減少沿所述排出通道流動的輕餾分的旋轉(zhuǎn) 的旋轉(zhuǎn)減少單元。
17. 如權(quán)利要求13所述的分離旋流器，包括一細長元件，優(yōu)選為 桿，該細長元件布置在第一和第二流動主體之間，并相對于所述排出 通道同心地延伸，以便穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的輕餾分。
18. 如權(quán)利要求17所述的分離旋流器，其中，所述細長元件延伸至排出通道內(nèi)，優(yōu)選地延伸到所述通道部分之外的位置處。
19. 如前述權(quán)利要求任一所述的分離旋流器，該分離旋流器適于將 進入的混合物分離成基本上含水的重餾分和基本上含油的輕餾分。
20. 如前述權(quán)利要求任一所述的分離旋流器，其中，所述流動元件具有基本上圓錐形狀的外端。
21. 如前述權(quán)利要求任一所述的分離旋流器，其中，輕餾分排出通 道形成為使重餾分與輕餾分之間的分界面接觸該輕餾分排出通道的內(nèi) 側(cè)。
22. 如前述權(quán)利要求任一所述的分離旋流器，其中，所述排出通道 貫穿所述流動主體延伸，并貫穿設(shè)置在流動主體上的導向翅片中的至 少一個。
23. 如前述權(quán)利要求任一所述的分離旋流器，包括兩個依次聯(lián)接的 分離旋流器，其中從第一分離旋流器中分離的重餾分被送入第二分離 旋流器中，以便進一步分離成重餾分和輕餾分。
24. 用于將液體和/或氣體混合物分離成有較高比重的一種或多種 液體和/或氣體的重餾分和有較低比重的一種或多種液體和/或氣體的 輕餾分的分離旋流器，所述旋流器包括-旋流管，其中限定了流動空間，其中旋流管設(shè)置有用于進給至少 兩種不同液體和/或氣體的混合物的入口 、用于排出從混合物中分離的 重餾分的重餾分出口、用于排出從混合物中分離的第一部分輕餾分的 第一輕餾分出口和用于排出從混合物中分離的第二部分輕餾分的第二 輕餾分出口；曙第一流動元件，第一流動元件設(shè)置有一個或多個用于使進入的混 合物旋轉(zhuǎn)的導向翅片；-基本上同心地布置在旋流管中的第一流動主體，在該第一流動主 體中設(shè)置有連接于第一輕餾分出口的輕餾分排出通道；-第二流動主體，所述第二流動主體設(shè)置有一個或多個導向翅片， 并大體上同心地布置在旋流管中，重餾分被沿著所述第二流動主體引 導，其中在第二流動主體中以及至少一個導向翅片中設(shè)置有一排出通道，用于將從供給的重餾分中分離的輕餾分排出到第二輕餾分出口。
25. 如權(quán)利要求24所述的分離旋流器，其中，第一輕餾分排出通 道的流入嘴位于第一流動主體的上游，第二輕餾分排出通道的流入嘴 位于第二流動主體的下游。
26. 如權(quán)利要求24或25所述的分離旋流器，其中，第一流動主體 聯(lián)接于第二流動主體。
27. 如權(quán)利要求24或25所述的分離旋流器，其中，第一流動主體 與第二流動主體一體形成。
28. 如權(quán)利要求24-27所述的分離旋流器，其中，包括兩個依次布 置的如權(quán)利要求1-23任一所述的分離旋流器。
29. —種用于將液體和/或氣體混合物分離成有較高比重的一種或 多種液體和/或氣體的重餾分和有較低比重的一種或多種液體和/或氣 體的輕餾分的方法，該方法包括-將待分離的混合物經(jīng)由 一入口引導通過在旋流管中限定的流動 空間；-使流過流動空間的混合物產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，以便將混合物分離成重餾分 和輕餾分；-將重餾分導向重餾分出口； 其特征在于，-將輕餾分引導通過大體上同心地布置在旋流管中的流動主體內(nèi) 的排出通道，從而使重餾分與輕餾分之間的分界面接觸輕餾分排出通 道的內(nèi)側(cè)。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述排出通道具有在排出 通道的至少一部分長度上沿著流動方向大體上減小的橫截面，以及其 中，將輕餾分引導通過排出通道的步驟包括引導輕餾分以使所述分界 面接觸排出通道的所述部分的內(nèi)側(cè)的步驟。
31. 如權(quán)利要求29或30所述的方法，其中，應用如權(quán)利要求1-25 任一所述的分離旋流器。
32. 如權(quán)利要求29、 30或31所述的方法，包括將進入的油/水混合物分離成基本上含水的重餾分和基本上含油的輕餾分。
33. 如權(quán)利要求l-28任一所述的分離旋流器的使用。
34. 用于將液體和/或氣體混合物分離成有較高比重的一種或多種 液體和/或氣體的重餾分和有較低比重的一種或多種液體和/或氣體的 輕餾分的組件，所述組件包括-分離容器，所述分離容器設(shè)置有用于將分離容器的內(nèi)部空間細分 成進入室、重餾分室和輕餾分室的分隔壁，其中分離容器設(shè)置有用于 供給待分離的混合物至進入室的入口元件、用于從輕餾分室排出輕餾 分的輕餾分出口元件和用于從重餾分室排出重餾分的重餾分出口元 件；-若干布置在兩個分隔壁上的如前述權(quán)利要求1-23任一所述的分 離旋流器，其中每個分離旋流器布置成其入口在進入室中，輕餾分 出口在輕餾分室中，重餾分出口在重餾分室中。
35. 用于將液體和/或氣體混合物分離成有較高比重的一種或多種 液體和/或氣體的重餾分和有較低比重的一種或多種液體和/或氣體的 輕餾分的組件，所述組件包括-分離容器，所述分離容器設(shè)置有用于將分離容器的內(nèi)部空間細分 成進入室、重餾分室、第一輕餾分室和第二輕餾分的分隔壁，其中分 離容器設(shè)置有用于供給待分離的混合物至進入室的入口元件、用于分 別從第一和第二輕餾分室排出輕餾分的第一和第二輕餾分出口元件以 及用于從重餾分室排出重餾分的重餾分出口元件；-若干布置在兩個分隔壁上的如前述權(quán)利要求24-28任一所述的分 離旋流器，其中每個分離旋流器布置成其入口在進入室中，第一輕 餾分出口在第一輕餾分室中，第二輕餾分出口在第二輕餾分室中，重 餾分出口在重餾分室中。
36. 如權(quán)利要求35或36所述的組件，其中，在分離容器的重餾分 出口元件和輕餾分出口元件上分別布置有第一和第二壓力控制元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將液體混合物分離為重餾分的分離旋流器，所述旋流器包括旋流管(2)，所述旋流管(2)中限定了流動空間，其中旋流管設(shè)置有用于進給至少兩種不同液體的混合物的入口、用于排出從混合物中分離的重餾分的重餾分出口和用于排出從混合物中分離的輕餾分的輕餾分出口；用于設(shè)定成使經(jīng)由入口進給的混合物旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)發(fā)生單元(8)；基本上同心地布置在旋流管中的流動主體(6)，在該主體中設(shè)置有連接于輕餾分排出口的輕餾分排出通道(12)，其中排出通道具有在流動方向上沿著其長度的至少一部分大體上減小的橫截面。
文檔編號B04C11/00GK101287529SQ200680038206
公開日2008年10月15日 申請日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者R·斯霍克 申請人:Fmc科技有限合伙公司;光之技術(shù)股份有限公司