CN1016320B - 离心分离器 - Google Patents

Abstract

在离心分离器的转子中一组锥形分离盘(4)是与转子轴同心安装。转子有分散体入口和与分散物质分离后的液体出口。在每个相邻分离盘(4)的间隙中，当转子转动时由于离心力的作用被分散物质离开的表面有流动影响元件(17)，而与该元件相对的另一个分离盘的表面基本平滑。相邻流动影响元件之间的距离L和分离盘之间的距离H之比(L/H)，和每个流动影响元件沿着盘面之长度1和分离盘之间的距离H之比(1/H)一样，是大于零但小于2。

Description

本发明与应用于分离散布在液体中物料的离心分离器有关，该分离器包括：带有分离室的转子，用于分散体的入口和用于分离后液体的出口，一组与转子同轴安装在分离室内的锥形分离盘和至少在各分离盘间的间隙部分区域有流动影响元件，每个位于间隙内的该元件是与一个分离盘的表面相接触，在转子转动时由于离心力作用的结果，分散的物料将会离开有流动影响元件的盘面，移向相隔一定距离的另一个分离盘的表面，从而在所述元件和所述另一个分离盘之间形成一定的空间，以此允许处在转子圆周方向上的分散体流过各元件，该流动影响元件在其本身之间形成流路，并在该分离盘的内区和外区之间径向延伸。

在瑞典专利号为7，503，054-4的专利说明书中描述的这类离心分离器装有径向伸展肋条形的流动影响元件。据说这些肋条使得在分离盘之间的每个间隙内“流量是以这样的方式分配：即悬浮液的极大部分（80-90%）流经肋条15间的空隙”，在转子转动时，在离心力作用下悬浮粒子朝向肋与分离盘之间的空隙运动，“在此空隙内形成滞区，悬浮液以低速流动。”进一步说，其结果是在离心力作用下悬浮粒子流向速度梯度降低的分离盘表面附近，从而使这些粒子可以得到更有效的分离。据说，离心分离器的效率比常规的可提高2-5倍。

在该专利说明书中既没有这些肋条的形状和位置的细节也没有进行解释，以致不能按专利所宣称的那样在实践中使用肋来提高离心分 离器的效率。从下面的解释中，理由将是很清楚的。

本发明的目的是提供在本文开头所定义的一种离心分离器，它的设计是藉助分离盘之间的流动影响元件来显著提高分离效率。

按照本发明，为了基本上防止在一个分离盘表面形成所谓的埃克曼层（Ekman），如果将因此而设置的流动影响元件这样构成，使从转子的圆周方向看，相邻的流动影响元件之间的距离与分离盘表面之间的距离比，和在转子的圆周方向每个元件的延伸长度与分离盘表面之间的距离比相同，其比值大于0但小于2，最好是在0.2到1.0之间，同时如果所述另一个分离盘的表面，即与流动影响元件相对的表面是常规结构，则在转子转动时可得到埃克曼层，那么提高分离效率就是可能的。

根据本发明有可能防止在有流动影响元件的分离盘表面上形成所谓的埃克曼层，代之在紧贴这些分离盘的表面上建立起一种流动，它与假想的很厚的埃克曼层有相同的作用。换句话说，就是得到这样的效果，使在每个间隙内分散体的径向流这样分配，径向流的主要部分紧靠流动影响元件通过，仅有一小部分靠近分离盘表面流过，分散体中要分离的物质应移向并延着该分离盘表面移动。用特殊形状的流动影响元件避免在分离盘的间隙内分散体形成的阻碍要分离物有效分离的湍流。按照前面提到的瑞典专利说明书所描述的流动影响元件的布置有可能在分离盘之间形成这种不希望的湍流。而且在这种已知的结构中，所谓的埃克曼层将会在上述的这些肋之间及其上端形成，由于这个原因分散体沿着间隙两边分离盘表面的径向流动将会是相同的。

在本发明的优先实施方案中，流动影响元件是形成在每个间隙中一个分离盘表面上的均匀分布的凸起物，它在分离盘表面的各个方向 上具有大体上相同的长度，借助该分离盘表面上这种粗糙和均匀的结构，沿着整个分离盘的表面基本上可以得到一致的流动条件。

下面参考附图描述本发明，附图中

图1表示本发明应用的有锥形分离盘的离心分离器，

图2是锥形分离盘的俯视图，

图3是两个平滑的分离盘和其间隙的径向剖面图，

图4表示带有按照本发明设计的流动影响元件的分离盘的一部分，和

图5表示与图3相似的一个间隙，其中一个分离盘有按照本发明设计的流动影响元件。

图1表示了由垂直驱动轴支持的离心转子1、在转子内形成一个分离室3，在其内部装有一组与转子共轴的截头锥体形分离盘4。转子1的分离室3内有一个中心入口室5，供混有要分离组份的分散体进入，和一个中心出口室6用于排出被分离的轻液。固定的入口管7插入到入口室5内，相似的固定出口管8伸入出口室6内。在转子的外围有一个能间断打开的出口9用于排出被分离的重组份，例如泥渣，也就是分离前分散体中的分散相。入口室5通过沿转子轴的圆周均匀分布的径向通道10与分离室3相通，通过溢流出口11分离室3与出口室6相通。

图2表示分离盘4，在其上盘面有很多径向延伸的肋12，在图1所示的离心转子内这些肋12作为该分离盘与另一个分离盘构成间隙的空间分隔装置，箭头R表示指定的旋转方向。

按图1所示的离心转子在转动时，使进入入口室5的分散体在通过径向通道10时与转子同速旋转。当分散体被迫沿分离盘之间的空隙 朝转子轴返回时，已达到分离盘4的外缘区的分散体的角速度将进一步增加。正在旋转的分散体，其每一部分都力图保持它的动量，根据这个事实，分离盘之间的分隔元件如图2所示的这种肋不能阻止这种角速度的增加。

上述的结果是分散体将流经相邻分离盘之间的每个间隙，流向转子轴的附近。这种流动在转子圆周方向的速度比这些分离盘本身的速度还大，下面称这种流动为地转流。该地转流的部分流线示于图2中，标记13。如图所示肋12对大体上是环形的地转流构成阻碍。但是如果用通常采用的点状凸起物取代肋，就可得到这种环形流。

基本上在转子的圆周方向绕转子轴运动的分散体的地转流在分离盘的表面上遇到摩擦阻力，但是地转流是因为分散体被迫通过分离盘的间隙流向转子中心而形成的。由于这种摩擦阻力在最紧贴每个分离盘表面极薄的一层中产生一种液体流，它有比地转流更大的向内的径向分量，至少地转流在转子的圆周方向转动时是这样。此薄层通常称为埃克曼层。在刚描述过的情况中，当地转流比分离盘转动更快时，埃克曼层内的液体沿分离盘表面向内径向流动，如果地转流比分离盘速度慢，分散体被迫径向朝外流出分离盘的间隙，埃克曼层内的液体代之成为向外的径向流。

图3图示说明了在两个通常光滑的分离盘4a和4b的间隙内，径向流动可以分成不同的层次，其中线2a表示转子轴。在分离盘表面径向流速为零，在分离盘之间中部大部分区域14流速也基本上是零。仅在靠近分离盘的两层15和16内存在主要的径向流，这两层就是上述所谓的埃克曼层。从外缘到内缘流过分离盘4a和4b间隙的全部分散体，因此都被迫在层15和16内径向向内流动。在大多实际操作条件 下，每个埃克曼层的厚度约为两相邻分离盘间距的1/10。

在分散体中分散的物质，例如比载液重的小固体粒将受离心力作用，在分离盘之间的间隙内被驱使径向向外朝着分离盘4a并沿着分离盘4a向其外缘运动。层15内分散体的径向流动将使这种朝向分离盘4a并沿着分离盘4a的固体流动变得困难。因此如果可能的话，希望得到分散体径向向内流动的不同分布。使得在层区域15内流量少而在区域16内大，这种所希望的流动分布在图3中由虚线表示。

按照本发明通过在分离盘4的上表面装上如图4和图5所示的特殊形状的流动影响元件17可以实现这种流动分布。流动影响元件必须这样形成以便使每个分离盘的上表面有粗糙的表面结构，以防止在其上面形成埃克曼层。还有，它们在形成时还必须满足这样的条件：虽然它们对沿着该上表面的地转流比在光滑平面上产生更大的摩擦阻力，但它们不应在分离盘间隙内大部分区域中引起湍流。这种湍流将使被分散物质很难或不可能得到希望的分离。为了得到预期的效果，按照本发明流动影响元件必须这样形成，从转子的圆周方向看，相邻元件间的距离与分离盘之间的距离比同每个元件在转子圆周方向上的长度与分离盘间的距离比一样，其比值小于2。

刚才阐述的“在转子圆周方向”应理解为“在地转流的方向”。不一定要求流动影响元件遍布在每个分离盘的整个上表面。特别当板间设有肋或其他流动障碍物时，有可能在这部分的盘表面上免装流动影响元件。

图5是两个相邻分离盘4c和4d及其中间间隙的局部    边的分离盘4d的上表面有很多流动影响元件17（见图4），    在板面上长为l，高度为h。两个相邻流动影响元件间的距离， 两分离盘之间的距离定为H。在分离盘间隙内的地转流的方向由箭头G所示。

所谓埃克曼层一般可接受的理论是埃克曼层的形成要求地转流沿表面一相当最小距离分布。这距离相当短。由上面可定义相邻流动影响元件之间的距离和每个流动影响元件沿转子圆周方向的伸长与分离盘之间的距离（H）之比分别为l/H和L/H，其值应小于2，再结合这类离心分离器实际上常采用的参数，如流速、粘度、转速等，那么在分离盘4d的上表面将不会形成埃克曼层。而且规定的比值还可避免在分离盘间隙内流动影响元件17上产生湍流。

按照本发明每个流动影响元件17的高度h可在宽度的范围内变化。但是最好比值h/H，就是每个元件的高度与分离盘之间的距离之比，应在0.2到0.5之间。

在本发明的这种离心分离器中，盘板的厚度通常为0.5～1.0mm，相邻盘之间距H约为0.5～1.5mm。这表明按照本发明构成的流动影响元件可以具有的高度为0.1～0.7mm，沿分离盘表面和地转流方向的长度为0.2～3.0mm。

上面就应用于被分散物比分散体中的连续相更重的情况描述了本发明。正如下面权利要求书中所包括的，本发明也可应用于分离比分散体中的连续相更轻的被分散物，例如从牛奶中分离奶油。

在这种情况下，流动影响元件应装设在锥形分离盘的底面上，就是说在转子转动时由于离心力的作用被分散物从此盘面上离开。

正如以上所述，分离盘的上面或下面不必全部装设流动影响元件。根据分离盘之间必要的分隔空间机构的形状，可能会产生改变方向的地转流。流动影响元件对分离盘间隙的部分空间是至关重要的，因为 在那些地方要分离的分散物质和由于地转流而形成的埃克曼层之间可能会产生强烈的反向流动。

上面只描述了流动影响元件的一种形式。在下面权利要求书所包括的范围内，能使分离盘的部分表面变为粗糙的任何其它形式都是可取的。在金属的分离盘上得到粗糙的表面结构可能是困难的或者成本太高。因此当分离盘由塑料制成，流动影响元件和分离盘是一整块加工而成时，则可以证明本发明在上述的所有实践场合都可应用。

Claims (6)

1、用于分离散布在液体中物料的离心分离器包括下列部件：带有分离室(3)的转子(1)，分散体的入口和分离后液体的出口，一组与转子同轴安装在分离室(3)内的锥形分离盘(4)，至少在各分离盘(4)间隙的部分区域带有流动影响元件(17)，在每个间隙中该元件是在一个分离盘的表面上，在转子转动时由于离心力作用的结果，分散的物料离开有流动影响元件的盘面，但是移向隔着一定距离的另一个分离盘，从而在元件和该另一个分离盘之间形成一定空间，允许处在转子圆周方向的分散体流过各元件，在该流动影响元件(17)本身之间形成流路，此流路在该分离盘的内区和外区之间径向延伸，其特征是：

为了基本上防止在该分离盘的表面上形成所谓的埃克曼层的流动影响元件(17)是这样的构造，从转子圆周方向看相邻流动影响元件之间的距离L和两个分离盘表面之间距离H之比(L/H)，和每个流动影响元件在转子圆周方向的长度1和分离盘表面之间距离H之比(1/H)一样，是大于零但小于2，和

与流动影响元件(17)对面的另一个分离盘的表面应在转子转动时仍然产生埃克曼层。

2、根据权利要求1所述的离心分离器，其特征是流动影响元件是这样构成和放置的，使得该分离盘至少在其一面的部分区域有这种均匀的表面结构。

3、根据权利要求1或2所述的离心分离器，其特征是流动影响元件（17）有相同的形状。

4、根据权利要求3所述的离心分离器，其特征是每个流动影响元件（17）在该分离盘的表面上沿着各个方向都有基本相同的长度。

5、根据权利要求1或2所述的离心分离器，其特征是每个流动影响元件高出该分离盘表面的高度h和分离盘之间距离H之比（h/H）是在0.2～0.5之间。

6、根据权利要求1或2所述的离心分离器，其特征是，从转子圆周方向看相邻流动影响元件之间的距离L和分离盘表面之间距离H之比（L/H）和每个流动影响元件在转子圆周方向的长度l和分离盘表面之间距离H之比（l/H）一样，是大于0.2，小于1.0。

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