本發(fā)明大體上涉及用于微粒與氣流的分離的方法和離心分離器。

背景

wo2014/079832a1公開了用于從氣體混合物分離固體和液體微粒和/或霧來獲得分離的氣體的離心分離器設(shè)備。該設(shè)備包括帶有限定分離空間的框架或靜止罩的離心分離器。離心分離器包括用于氣體混合物的入口、用于分離的氣體的氣體出口和用于排出分離的固體和液體微粒的出口。轉(zhuǎn)子包括用于分離氣體混合物的分離部件。驅(qū)動部件經(jīng)由心軸連接至分離部件且使轉(zhuǎn)子圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。在框架和轉(zhuǎn)子之間是窄間隙。

由于氣體出口處相比于分離器的內(nèi)部的較低壓力水平，將存在穿過間隙的泄漏流，其降低分離器的分離性能。

概要

本發(fā)明的目的在于改進用于微粒與氣流的分離的離心分離器(諸如

背景技術(shù)：
中公開的離心分離器的類型)的分離性能。

因此本發(fā)明涉及用于微粒與氣流的分離的離心分離器。微粒限定為固體和/或液體微粒，諸如油微滴或油霧。離心分離器包括框架、氣體入口和氣體出口。離心轉(zhuǎn)子布置成可在框架中圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)且包括分離部件。中心氣室在轉(zhuǎn)子中形成且與氣體出口和分離部件的徑向內(nèi)部連通?？臻g環(huán)繞轉(zhuǎn)子且與氣體入口和分離部件的徑向外部連通。驅(qū)動器件提供離心轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)以用于將微粒與氣流分離，氣流從環(huán)繞轉(zhuǎn)子的空間穿過分離部件且朝中心氣室引導(dǎo)。環(huán)形密封件布置在框架和離心轉(zhuǎn)子之間且與框架和離心轉(zhuǎn)子密封地接觸。

多個分離板可包括設(shè)為與彼此成相互距離的截頭圓錐形分離盤的堆疊，限定盤之間的分離通路，且其中各個分離盤設(shè)有間隔部件，間隔部件從分離盤的徑向內(nèi)部延伸至分離盤的徑向外部以限定截頭圓錐形分離盤的堆疊的盤之間的分離通路。因此，在分離通路中的旋轉(zhuǎn)氣體加快自旋時，氣流的旋轉(zhuǎn)可有效地傳遞至轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。間隔部件可通過提供作為將旋轉(zhuǎn)動量從氣體傳遞至轉(zhuǎn)子的功能而增加效率。間隔部件可備選地或另外地包括分布在分離盤的表面上的點形填縫或微填縫的形式的間隔部件。

分離盤可以聚合物材料或金屬(諸如不銹鋼)形成。

離心分離器可構(gòu)造成在裝置的操作且由氣流的旋轉(zhuǎn)流驅(qū)動期間為轉(zhuǎn)子提供100-11000轉(zhuǎn)/分(優(yōu)選地1000-3000轉(zhuǎn)/分)的范圍中的旋轉(zhuǎn)速度。分離甚至在相對低的旋轉(zhuǎn)速度下有效率。

本發(fā)明還涉及一種將微粒與氣流分離的方法，提供了圍繞靜止框架中的旋轉(zhuǎn)軸線(x)可旋轉(zhuǎn)布置且包括分離部件的離心轉(zhuǎn)子，與氣體出口和分離部件的徑向內(nèi)部連通的轉(zhuǎn)子中的中心氣室，環(huán)繞轉(zhuǎn)子且與氣體入口和分離部件的徑向外部連通的空間，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以用于將微粒與氣流分離，通過環(huán)形密封件使轉(zhuǎn)子相對于框架密封。

氣流可為化石氣體、天然氣、生物氣、排氣、通風(fēng)氣體、曲軸箱氣、二氧化碳(co2)、硫化氫(h2s)等的流。

本發(fā)明還涉及使用如公開的離心分離器用于從諸如化石氣體、天然氣、生物氣、排氣、通風(fēng)氣體、曲軸箱氣、二氧化碳(co2)、硫化氫(h2s)等的流的氣流分離諸如固體或液體微粒的微粒，且/或應(yīng)用至氣體壓縮、胺過程、殼牌克勞斯尾氣處理(scot)過程、排氣凈化等中的位置。

附圖的簡要描述

現(xiàn)在通過示例參照附圖描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1示出了沿布置在圓柱形容器中以用于傳送氣流的根據(jù)本發(fā)明的離心分離器的旋轉(zhuǎn)軸線的截面。

圖2示出了沿布置在圓柱形容器中以用于傳送氣流的根據(jù)本發(fā)明的離心分離器的旋轉(zhuǎn)軸線的截面。

圖3示出了帶有截頭圓錐形開槽盤的保持器件的軸向截面。

圖4示出了構(gòu)造成使氣流旋轉(zhuǎn)的裝置的透視圖。

圖5示出了根據(jù)另一實施例的與構(gòu)造成使氣流旋轉(zhuǎn)的裝置的旋轉(zhuǎn)軸線垂直的截面。

圖6示出了沿布置在圓柱形容器中以用于傳送氣流的根據(jù)本發(fā)明的離心分離器的旋轉(zhuǎn)軸線的截面。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的密封件布置之處的分離器的區(qū)域的圖6中的實施例的局部切出視圖。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的密封件。

實施例的描述

在圖1中，用于微粒與氣流的分離的離心分離器1示為布置在用于引導(dǎo)氣流的圓柱形管的形式的圓柱形容器19中。分離器包括用于安裝在容器19內(nèi)的自支撐框架2。自支撐理解為框架諸如在安裝和拆卸期間能夠支撐自身而不依靠來自容器19的支撐的能力。框架2設(shè)有第一隔板15以用于將容器19分成第一隔板15上游的第一區(qū)段16和第一隔板15下游的第二區(qū)段17。分離器1還包括與第一區(qū)段16連通的氣體入口3和與第二區(qū)段17連通的氣體出口4。

離心分離器1還包括布置成可在框架2中圍繞旋轉(zhuǎn)軸線x旋轉(zhuǎn)的離心轉(zhuǎn)子5。旋轉(zhuǎn)軸線在容器19的延伸的方向上延伸。轉(zhuǎn)子5包括具有第一端部和第二端部的軸26。第一端部中借助于第一軸承13支撐在第一框架部分15a。第一框架部分15a包括第一隔板15。第二端部借助于保持在第二框架部分21中的第二軸承14支撐在框架2中。參照圖2，更加詳細地描述了轉(zhuǎn)子5。轉(zhuǎn)子5包括連接至轉(zhuǎn)子軸26且在轉(zhuǎn)子軸26的第一端部和第二端部之間延伸的盤支撐結(jié)構(gòu)27。盤支撐結(jié)構(gòu)27具有沿轉(zhuǎn)子軸26延伸且從轉(zhuǎn)子軸26沿徑向向外延伸的三個板狀翼。在備選實施例中，盤支撐結(jié)構(gòu)27包括兩個或更多個翼，諸如六個翼。朝轉(zhuǎn)子軸26的第二端部，底盤28附接至盤支撐結(jié)構(gòu)27的翼。多個截頭圓錐形分離盤6堆疊在底盤28上，且由板狀翼的徑向外部引導(dǎo)。分離盤6可由輕量材料(諸如塑料)制成，或由金屬(諸如不銹鋼)制成。分離盤6分別設(shè)有間隔部件以便在堆疊中的盤6之間提供分離通路7。間隔部件為從各個分離盤6的徑向內(nèi)部延伸至徑向外部的伸長凸起的形式，具有沿直線或曲線的延伸。伸長間隔部件或填縫可為直的或彎曲的，且可整體結(jié)合在盤6中或附接至盤6。間隔部件可備選地或另外地包括分布在分離盤6的表面上的點形填縫或微填縫的形式的間隔部件。頂盤29設(shè)在分離盤6的堆疊的頂部上。頂盤29附接至盤支撐結(jié)構(gòu)27的翼。分離盤6的堆疊由頂盤29和底盤28加壓。由盤支撐結(jié)構(gòu)27的翼分成三部分的中心氣體空間8沿徑向形成在分離盤6內(nèi)。頂盤29設(shè)有中心開口30，使得轉(zhuǎn)子5的中心氣體空間8打開以用于氣體穿過頂盤29的通路。頂盤29設(shè)有圍繞中心開口30的凸緣31，提供圓柱形外密封表面，18a。分離盤6和盤支撐結(jié)構(gòu)27以及底盤28和頂盤29一起形成分離部件。

轉(zhuǎn)子5中的中心氣室8經(jīng)由頂盤29的中心開口30以及環(huán)繞第一軸承13在第一隔板15中形成的開口32與氣體出口4和分離通路7的徑向內(nèi)部連通。此外，空間9環(huán)繞轉(zhuǎn)子5且在其徑向外側(cè)形成。環(huán)繞轉(zhuǎn)子5的空間9與氣體入口3和分離通路7的徑向外部連通。離心分離器1構(gòu)造成使得容器19的第一區(qū)段16和第二區(qū)段17經(jīng)由轉(zhuǎn)子5的分離通路7連通。

再次轉(zhuǎn)到圖1，窄間隙18在頂盤29的凸緣31上形成的密封表面18a和第一隔板15上的相應(yīng)的圓柱形密封表面18b之間形成。間隙18由環(huán)形密封件41密封，其為活塞環(huán)狀密封件，具有矩形截面，且通過摩擦固定在第一隔板15上。密封件41然后與頂盤29的密封表面18a機械接觸。

圖8中所示的密封件41具有貫穿切口，當(dāng)其磨損時切口允許其撓曲和移動且還允許環(huán)的周向擴張。貫穿切口應(yīng)當(dāng)均考慮這些功能同時允許最少量的泄漏。貫穿切口可因此為成角度的或直的切口。優(yōu)選的是成角度的切口以避免泄漏，但直的切口通常較強。使用哪一種切口因此取決于應(yīng)用或優(yōu)選特性。切口可改為階梯式的。

此實施例中的密封件41制造成使得切口較寬。因此當(dāng)壓縮密封件41且將其安裝在第一隔板15上時，密封件41相對于密封表面18a擴張。

密封件41在頂盤29中的凹槽42中自由活動，帶有小余隙且具有分別面向分離器的內(nèi)部和外部的內(nèi)表面和外表面。當(dāng)分離器1由待分離的氣體混合物填充時，出口4和空間9之間的壓力差將密封件41在它的外表面靠在頂盤29中的凹槽42的上表面上的情況下向上或下游壓，結(jié)果帶有密封件41的增加的緊密性。凹槽42具有矩形截面但在另一實施例中可具有允許環(huán)繞轉(zhuǎn)子5的空間9中的氣體壓力作用在密封件41的外表面的一部分和內(nèi)表面兩者上的截面。通過選擇截面，可控制作用在密封件41的表面上的力之間的關(guān)系。作為補充或備選，密封件41的截面可選擇成允許氣體以類似方式作用在密封件41的外表面的該部分和內(nèi)表面兩者上。布置在框架2的第一隔板15上的活塞環(huán)形密封件41將是靜止的且因此將不旋轉(zhuǎn)。

在根據(jù)圖6和圖7的另一實施例中，頂盤29和第一隔板15之間的間隙18由環(huán)形活塞環(huán)狀密封件41密封，其通過摩擦固定在轉(zhuǎn)子的頂盤29的凸緣31上。密封件41在第一隔板15中的凹槽42中帶有小余隙自由活動，且具有內(nèi)表面和外表面。當(dāng)分離器1由待分離的氣體混合物填充時，出口4和空間9之間的壓力差將密封件41的外表面靠在第一隔板15中的凹槽42的上表面上向上或下游壓，結(jié)果帶有密封件41的增加的緊密性。凹槽42可具有允許環(huán)繞轉(zhuǎn)子5的空間9中的氣體壓力作用在密封件41的外表面的一部分和內(nèi)表面兩者上的截面。通過選擇截面，可控制作用在表面上的力之間的關(guān)系。作為補充或備選，密封件41的截面可選擇成允許氣體以類似方式作用在外表面和內(nèi)表面兩者上。布置在頂盤29上的活塞環(huán)狀密封件41將與分離部件一起旋轉(zhuǎn)。

此實施例中的密封件41制造成使得密封件的切口端重疊。因此當(dāng)擴張密封件41且將其安裝在轉(zhuǎn)子上時，密封件41壓靠在密封表面18b上。密封件41然后與第一隔板15的密封表面18b機械接觸。

活塞環(huán)狀密封件41可由鑄鐵或鋼(諸如不銹鋼)制造，且可涂覆或處理以增強磨損抗性。密封件41可改為陶瓷材料或為材料中的全部或一些的組合。

框架2包括形成框架2中的氣體入口3的底部密封環(huán)33。底部密封環(huán)33密封地連接38至內(nèi)容器壁25。圓柱形框架管24沿作為框架2的一部分的容器19的內(nèi)壁從底部密封環(huán)33延伸至第一隔板15，且與框架2的其它部分連接以提供自支撐框架結(jié)構(gòu)。支撐第二軸承14的第二框架部分21連接至圓柱形框架管24的內(nèi)壁且由其支撐。

框架2還包括在容器19內(nèi)的位置處保持框架2的保持器件20。保持器件20包括借助于密封部件37密封地連接至內(nèi)容器壁25的環(huán)形部分34。保持器件20構(gòu)造成通過提供可擴張的外徑而與容器19的圓柱形內(nèi)表面接合。參照圖3，更加詳細地描述了保持器件20。環(huán)形部分34通過圍繞環(huán)形部分34的圓周分布的多個螺栓35連接至第一隔板15。保持器件20包括一個或多個徑向開槽的截頭圓錐形盤36，其安裝成使得通過上緊環(huán)形部分34的螺栓35對盤36的壓縮引起盤36的開槽的徑向外部36a擴張且與容器19的圓柱形內(nèi)表面接合。因此，可擴張外徑通過上緊加壓的螺栓而實現(xiàn)。

再次參照圖1，離心分離器1包括構(gòu)造成使氣流旋轉(zhuǎn)的靜止裝置10。構(gòu)造成使氣流旋轉(zhuǎn)的裝置10定位在轉(zhuǎn)子5上游且形成在第二框架部分21中。裝置10包括環(huán)形氣體偏轉(zhuǎn)部件11，其包括相對于離心轉(zhuǎn)子5的軸向方向x傾斜且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線分布的多個導(dǎo)葉12。導(dǎo)葉12布置在形成于轉(zhuǎn)子5上游的第二框架部分21中的通路11a中。通路11a在離心轉(zhuǎn)子5的分離板外沿徑向延伸。參照圖4，更加詳細地示出了構(gòu)造成使氣流旋轉(zhuǎn)的裝置10。裝置10包括環(huán)形氣體偏轉(zhuǎn)部件11，其包括從環(huán)形部件11向外延伸且圍繞轉(zhuǎn)子5的旋轉(zhuǎn)軸線分布的多個導(dǎo)葉12。導(dǎo)葉12相對于轉(zhuǎn)子5的軸向方向傾斜，該傾斜在流動氣體的方向上沿導(dǎo)葉12的長度逐漸增大。

根據(jù)一個實施例，導(dǎo)葉12可為活動的且/或?qū)~12的傾斜在操作期間可調(diào)整，以便控制氣流的旋轉(zhuǎn)速度。

除了圖4中示出的那樣之外或作為其備選，離心轉(zhuǎn)子5上游的氣流入口3可布置成與離心轉(zhuǎn)子5的旋轉(zhuǎn)軸線成直角，如圖5中所示的那樣。此圖示出了在離心分離器1的入口側(cè)處垂直于轉(zhuǎn)子5的旋轉(zhuǎn)軸線的容器19的截面。優(yōu)選的是以直角連接外管連接件以便承受容器19中的高壓力。在此實施例中，構(gòu)造成使氣流在轉(zhuǎn)子5上游旋轉(zhuǎn)的裝置10包括布置成使氣流從氣體入口3朝離心轉(zhuǎn)子5的切向方向偏轉(zhuǎn)的入口氣體偏轉(zhuǎn)部件11'。入口氣體偏轉(zhuǎn)部件11'可為靜止的或樞軸地連接至容器19且可傾斜或彎曲，使得流過入口3的氣體朝離心轉(zhuǎn)子5的切向方向偏轉(zhuǎn)，因此在容器19中實現(xiàn)氣流的旋轉(zhuǎn)流。偏轉(zhuǎn)部件11'的傾斜或位置在分離器1的操作期間可調(diào)整，以便控制氣流的旋轉(zhuǎn)速度。如圖所示，這可由在點39處樞軸地連接至容器19且借助于彈簧40朝初始位置偏置的入口氣體偏轉(zhuǎn)部件11'實現(xiàn)。彈簧40可在樞軸點39處與入口氣體偏轉(zhuǎn)部件11'整體結(jié)合，或?qū)⑷肟跉怏w偏轉(zhuǎn)部件11'連接至容器19的另一個點。在增加的氣流下，入口氣體偏轉(zhuǎn)部件11'由氣流偏轉(zhuǎn)，其可造成容器19中的氣體的旋轉(zhuǎn)速度的限制。

參照圖1，分離器1安裝在容器19中，通過使其自支撐框架2在容器19內(nèi)的情況下將分離器1放置在容器19內(nèi)的期望位置處，且擴張保持器件20的直徑使得保持器件20與容器19的內(nèi)表面接合以將分離器1保持在容器19內(nèi)的期望位置處。

在離心分離器1的操作期間，氣流進入離心分離器1的入口3中。氣流被推入通路11a中，在該處，傾斜導(dǎo)葉12使氣體朝分離器1的轉(zhuǎn)子5的切向方向偏轉(zhuǎn)。因此，通過導(dǎo)葉12使氣流旋轉(zhuǎn)，且進入環(huán)繞轉(zhuǎn)子5的空間9中。在此空間9中，發(fā)生預(yù)分離，而具有比氣流中的氣體的密度大的固體微粒和/或液體微滴的形式的較大微粒借助于旋轉(zhuǎn)氣流中的離心力與氣流分離且沉積在圓柱24的內(nèi)表面上。

旋轉(zhuǎn)氣流從環(huán)繞轉(zhuǎn)子5的空間9進入形成在轉(zhuǎn)子5中的分離盤6之間的分離通路7中。通過旋轉(zhuǎn)氣流借助于作用在分離通路7中的分離盤6上的粘性力使轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子5的旋轉(zhuǎn)還由用作導(dǎo)葉或渦輪葉片的盤堆疊的伸長的間隔部件促進以改善從氣流到轉(zhuǎn)子5的動量的傳遞。由于旋轉(zhuǎn)氣流從分離通路7的徑向外部且朝分離通路7的徑向內(nèi)部引導(dǎo)，故氣流由于角動量的守恒而加快自旋。因此，從氣體到轉(zhuǎn)子5的旋轉(zhuǎn)的傳遞在此構(gòu)造中特別有效。

在分離通路7中，具有比氣流中的氣體的密度大的固體微粒和/或液體微滴的形式的微粒通過離心力與氣流分離。由于截頭圓錐形盤6的堆疊的分離通路7中的較小分離距離，這甚至允許較小和/或較不質(zhì)密的微粒與氣流分離。與氣流分離的微粒沉積在截頭圓錐形分離盤6的內(nèi)表面上且借助于離心力沿徑向向外輸送。從分離盤6的徑向外緣，與分離通路7中的氣流分離的微粒朝圓柱24的內(nèi)表面拋射且沉積在該處。

因此，氣體混合物的旋轉(zhuǎn)流獨自驅(qū)動離心轉(zhuǎn)子5的旋轉(zhuǎn)，而沒有驅(qū)動轉(zhuǎn)子5的驅(qū)動馬達。所得的旋轉(zhuǎn)引起微粒與相同氣流的分離。朝轉(zhuǎn)子5的中心氣室8引導(dǎo)的清潔氣體通過形成在轉(zhuǎn)子5和第一隔板15中的通路30和32提供至出口4，且從分離器1輸送穿過容器19。

代替根據(jù)圖1將離心分離器1布置在容器19中，分離器1可布置成獨立式單元。分離器1的框架2然后具有用于分離部件上游的待清潔氣體的帶有連接件的入口以及用于分離部件下游的清潔的氣體的帶有連接件的出口。

代替流動的氣體在該處驅(qū)動轉(zhuǎn)子的驅(qū)動器件，驅(qū)動馬達可聯(lián)接至軸。驅(qū)動馬達可為電動的或由某一外部流體源驅(qū)動。

代替截頭圓錐形盤，分離部件可包括居中地連接至軸且?guī)в谢虿粠в袃A斜沿徑向延伸的多個垂直板。分離部件可改為布置在軸上的一個旋轉(zhuǎn)螺旋形的部件。