CN101707916A - 多路旋流沉淀过滤器 - Google Patents

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Abstract

一种多路旋流沉淀过滤器，具有：沉淀杯，其具有半球形底部和贮槽，用于收集沉淀物；柱形旋流外壳，其布置在该沉淀杯上方并密封地连接到该沉淀杯；可拆卸和替换的旋流筒，其插入该旋流外壳中；扩散板，其密封地连接到旋流筒和旋流外壳；流体入口，用于将流体引入旋流外壳中；以及流体出口，用于将流体从旋流外壳中排出。插入旋流外壳中的旋流筒包括多个竖直布置的倒置圆锥形旋流器，每个旋流器在下端处具有小开口而在上端处具有较大开口。该筒具有多个流体流径，所述流体流径将流体引向在移动流体中诱发涡旋的旋流器。当在每个旋流器中将沉淀物从流体中除去时，沉淀物被分离出来并向下传送到沉淀杯贮槽中，而流体被向上引导并离开流体出口。

Description

多路旋流沉淀过滤器
技术领域
本发明主要涉及旋流分离器，更具体地涉及一种用于流体的多路旋流分离器和沉淀过滤器，其使用多个以放射式样布置的旋流设备以除去流体中的颗粒碎屑。
背景技术
旋流分离器用于通过使用离心力来从流体分离不需要的碎屑。流体通常倾斜地注入旋流分离器元件中，从而建立环流。离心力作用在碎屑上，该碎屑比其悬浮所在的流体的密度更大，从而向外并朝着分离腔的周界推动该密度较大的材料。分离器元件的圆锥形形状不允许密度较大的材料离开倒置圆锥的顶部。相反，环绕涡流的中心的基本无碎屑的流体被提取出并再循环，而碎屑被收集并丢弃。
一些旋流过滤器在部件系统中与单独的过滤器外壳和单独的淤渣接收器外壳结合使用。这些部件系统需要定期清洗和更换几个外壳和过滤器袋。这增加了设备停机时间以及保持系统处于正常工作状态所需的存货量。
旋流分离器通常用于在真空吸尘器中，以除去由真空形成的气流中的细微和大的碎屑。空气切向注入旋流腔中并且由此产生的涡流使碎屑旋转并将碎屑推向旋流腔的壁，而清洁空气离开涡流的顶部。
在石油生产中，旋流技术还在水处理中使用。标准的采油污水设备例如包括撇油罐、波纹板拦截容器、Wemco单元、离心分离机和水力旋流器。已认识到所有这些元件的操作参数都容易发生变化。为特定的流速、操作压力、固体浓度和油浓度设计了单元。在预定参数下能够有效地处理所产生的水。然而，通常，参数不保持恒定。CETCOOffshore已设计了
Figure G200880021133XD00021
单元，用于例如在三相分离器的上游或下游移除油、气和固体。
Figure G200880021133XD00022
的原理是在接近大气压力下运行的竖直容器。[CRUDESEP是Illinois的Arlington Heights的AMCOL国际公司的注册商标。]在使用喷射器在容器中间向上注射气泡的情况下，通过诱发的气体浮选和漩流来加强重力油分离。所产生的水在单元的下部中被从系统中抽回并用于驱动喷射器，气体被从容器的顶部取走。这意图利用旋流来消除麻烦的移动部件，该旋流通过一系列位于壁处的切向喷料嘴实现。
其它感兴趣的背景系统在若干专利中提出，包括Hubbard的US专利No.4726902，该专利教导了一种旋流除砂器，该旋流除砂器接收水的流入并引导水通过旋流单元，从而底流被引向沙罐，而溢流基本是净化水。
Tashiro等人的US专利No.7306730描述了一种用于分离液体中的固体颗粒的旋流式分离器。该设备包括具有入口和排出口的中空柱体。主体促使液体在该主体中打旋或涡旋，并通过液体打旋时的离心力来分离包含在液体中的杂质。杂质沿主体的内表面落下并通过排出口排出。清洁的液体从排出口排出。Tashiro等人显示了流体向单旋流器的侧部中的引导。
Duval等人的US专利No.4793925显示了一种单元件分离器，该单元件分离器包括具有入口和出口的本体，该本体通过将流体驱动进入倒置的圆锥腔中来在流体中诱发涡旋.固体颗粒材料从该圆锥底部中的口落下.在许多方面中，这难以同Tashiro等人的专利相区别.
Meyer的US专利申请No.2004/0149667显示了由Tashiro等人和Duval等人教导的类型的设备的另一版本。
Schreppel，Jr的US专利申请No.2006/0283788教导了一种三级分离器，在该三级分离器中，旋流腔和充气导致气泡的形成和破裂，这产生局部高压。在第一级中，液体经过旋流腔并且旋转流分散到氧化物并与它混合。旋流腔包括螺旋通道，用于待从该腔向外扩散的流入材料的离心流。旋流腔通常包括顶盖和底盖，所述顶盖和底盖基本封闭了除顶盖中的用于释放轻质材料的中心开口和底盖中的用于重污染物的中心开口之外的柱体。
其它感兴趣的专利包括Howeth的US专利No.4823731，该专利描述了一种静电干粉喷涂系统，该静电干粉喷涂系统具有多色彩粉末涂覆回收系统，该粉末涂覆回收系统包括多个绕中心竖直轴线侧向间隔并具有竖直对准上端的竖直延伸的旋流过滤器筒。包括过滤器反冲洗系统的单过滤器清洗设备适于靠在此上筒端的任意选定的一个上并可操作与该选定的一个接合，并且可操作该单过滤器清洗设备以在过滤器靠在筒上时对该过滤器进行反冲洗。来自喷射系统的过度喷射粉末通过吸引它通过与过滤器清洗设备相连的“活动”过滤器筒来收回。
Antoun的美国专利No.5879545描述了一种用于从流体分离不需要的碎屑的紧凑型旋流过滤器组件。该旋流过滤器组件使用离心力来分离流体中的大片碎屑并使用过滤器来分离流体中的剩余不需要的碎屑。该发明能容纳在紧凑的单外壳中，该单外壳可被拆开，以便于部件的清洗和替换。该旋流过滤器组件具有竖直定向的柱管，该柱管接收载有碎屑的流体的切向注入。该切向注入致使流体绕位于管内部并与管同轴的柱状涡流探测器循环。作用在碎屑上的离心力使碎屑远离涡流的中心向外移动。涡流探测器具有开口，该开口将相对清洁的流体拉到涡流的中心附近，而载有碎屑的流体沉淀到柱管下方的收集腔中。该发明具有容纳过滤器元件的过滤腔，该过滤器元件用于在流体离开旋流过滤器组件之前从该流体中提取剩余的不需要的碎屑。
Masters的US专利No.6485536描述了一种从流体分离夹带颗粒的颗粒分离器。该颗粒分离器使用封装在柱体中的螺旋输送器来形成旋流腔，空气被推动通过该旋流腔。空气内的颗粒的离心运动致使颗粒通过导管离开旋流腔，并且颗粒在收集腔中被分离。
目前，存在对用于处理泳池水、废水和油的紧凑型旋流分离器组件的需求。该预期的系统应采用离心力来从载有碎屑的流体中分离碎屑。重要地，该过滤器组件应能够易于拆卸，以进行清洗和部件替换，使分离器组件的维护便宜。此外它应能够处理高的流体流速和快速的流体处理并且应在流过砂粒过滤器元件之前提供预过滤，从而消除对频繁反冲洗砂粒过滤器的需求并节省成千上万加仑的水。
前述的现有技术文献反映了本发明所意识到的本领域的当前状况。对这些专利的参考和讨论意欲帮助履行申请人在可能与本发明的权利要求的审查有关的公开信息方面的公认的坦白责任。然而，应谦恭提出的是上文指出的专利中没有一个或单独地或结合考虑地公开、教导、暗示、显示或以其它方式明显地提出此处所述和所要求保护的发明。
发明内容
本发明是一种多路旋流沉淀过滤器，该多路旋流沉淀过滤器包括：沉淀杯，其具有半球形底部和贮槽，用于在其中收集沉淀物；柱形旋流外壳，其布置在该沉淀杯上方并密封地连接到该沉淀杯；可拆卸和替换的旋流筒，其插入旋流外壳中；扩散板，其密封地连接到旋流筒和旋流外壳；流体入口，用于将流体引入旋流外壳中；以及流体出口，用于将流体从旋流外壳中排出。插入旋流外壳中的旋流筒包括多个竖直布置的倒置圆锥形旋流器，每个旋流器在下端处具有小开口而在上端处具有较大开口。该筒具有多个流体流径，所述流体流径将流体引向在移动流体中诱发涡旋的旋流器。当在每个旋流器中将沉淀物从流体中除去时，沉淀物被分离出来并向下传送到沉淀杯贮槽中，而流体被向上引导并离开流体出口。
本发明的目的是提供一种新的和改进型的多路旋流沉淀过滤器，该多路旋流沉淀过滤器为用于过滤泳池水、废水或油的小或大的应用提供有效的过滤。
本发明的另一目的是提供一种新的和改进型的沉淀过滤器，该沉淀过滤器易于修理、维护、清洗和维修。
本发明的又一目的或特征是一种新的和改进型的过滤器设备，该过滤器设备非常适合用于对适当定位的砂粒过滤器进行预过滤。
本发明的另一目的是提供一种新颖的多路旋流沉淀过滤器，其包括多个放射状布置的旋流圆锥，以允许高速的流体流以及快速的流体处理。
本发明的又一目的是提供一种多路旋流分离器，该多路旋流分离器消除了对泳池砂粒过滤器的频繁反冲洗的需求，因而节省了成千上万加仑的水。
关于操作的组织和方法，根据与附图结合考虑的下文描述，与本发明的另外的目的和优点一起，作为本发明特征的其它新颖特点将得到更好地理解，本发明的优选实施例在附图中作为示例示出。然而，要特别理解的是附图仅用于示例和描述而无意作为对本发明的限制的定义。表现本发明特征的各种新颖特点特别地在附带并形成本公开的一部分的权利要求中提出。本发明不独立存在于这些特征的任一个中，而是存在于其所有用于指定功能的结构的具体组合中。
附图说明
当考虑到下文本发明的详细描述时，本发明将得到更好的理解并且除上文提出之外的目的将变得更明显。此描述参照附图，其中：
图1是组装的多路旋流分离器的透视图；
图2A是多路旋流分离器的上部的分解透视图；
图2B是显示设备的下部的分解透视图；
图3是显示流体流径的所发明的多路旋流分离器的横剖透视图。
附图标记
100 所发明的多路旋流沉淀过滤器(总体)
110 沉淀杯
120 沉淀杯的底部
130 流体入口
A   中心轴
140 流体入口管的螺纹阳端
150 流体源管
160 锁环
170 沉淀杯排放管
180 沉淀杯排放管的螺纹阳端
190 排放出口管
200 锁环
210 放空阀
220 粒床
230 颗粒床中的孔
240 支座
250 凸缘
260 旋流外壳
270 阳螺纹
280 平台
290 沉淀孔
300 流体导管
310 平台的下侧
320 平台的顶侧
330 密封环
340 凸缘
350 环形凹槽
360 O型环密封件
365 锁环
370 旋流筒
380 旋流器
390 旋流筒入口管
400 旋流筒入口管的扩口上端
410 涡流开口
420 涡流通道
430 涡流口
440 O型环密封件
450 环形凹槽
460 凸缘
470 O型环
480 环形凹槽
490 环形凹槽
500 O型环密封件
510 扩散(歧管)板
520 涡流(扩散)管
530 通孔
540 扩散板上方的空间
550 中心孔
560 分流圆锥
570 外(凸缘)部
580 环形凹槽
590 O型环
600 盖
610 盖颈部
620 颈部的螺纹阳端
630 流体出口管
640 锁环
650 凸缘
660 螺栓
具体实施方式
参照图1到图3，其中在各个视图中，相同的附图标记指示相同的部件，其中示出了此处总体命名为100的一种新的和改进型的多路旋流分离器或沉淀过滤器。这些视图共同显示所发明的设备包括下沉淀杯110，该下沉淀杯110具有半球形底部或贮槽120，以及流体入口130，该流体入口130优选为轴向布置在通过底部的中心轴A上的管。该流体入口包括螺纹阳端140，该螺纹阳端140通过流体源管150经由锁环160连接到加压流体源，该锁环160具有与该流体入口管的阳端互补的阴螺纹。
沉淀杯排放管170从沉淀杯的底部径向延伸，该沉淀杯排放管170具有螺纹阳端180，用于经由锁环200连接到排放出口管190。该排放出口管优选包括用于沉淀杯的选择性排放的放空阀210。
大体平面和环形的颗粒床220放置在沉淀杯的底部并包括多个孔230，所述孔230允许最细微的沉淀物沉淀到沉淀杯的底部中，同时限制较大颗粒物质的通过。该颗粒床通过一个或多个布置在颗粒床下侧的支座240稳定。
沉淀杯的上缘包括向外延伸的凸缘或边缘250。
所发明的设备中的第二主要元件是柱形旋流外壳260，该旋流外壳260具有：位于其外部下端上的阳螺纹270；具有多个沉淀孔290的底板或平台280；从该平台的下侧310向下以及从该平台的顶侧320向上延伸的整体形成的流体导管300；与平台的下侧成整体并且尺寸设置为具有紧密装配到沉淀杯的上部的内侧上的外圆周直径的密封环330；以及从旋流外壳260的上缘向外延伸的凸缘340。该密封环包括外部环形凹槽350，O型环密封件360布置在该外部环形凹槽350中。
沉淀杯和旋流外壳通过将密封环330插入沉淀杯的上部而相连，从而平台的下侧310的最外部安置在沉淀杯的凸缘或边缘250上.然后将螺纹锁环365拧到旋流外壳的暴露阳螺纹上.当此完成时，流体导管300与流体入口130形成流体连通，并与该流体入口130形成紧密的密封接合.
该多路旋流分离器接下来包括旋流筒或容器370，该旋流筒是一个复杂的元件，包括多个竖直布置的倒置圆锥形旋流器380，该旋流器380具有开口的上端和下端，所述下端具有较小的开口。旋流筒的中心部包括旋流筒入口管390，在组装的设备中，该旋流筒入口管390与流体导管300轴向对齐。旋流筒入口管390包括扩口式的上端400，该上端400促使水在压力和高速下移动到多个涡流开口410并通过涡流通道420，所述涡流通道420延伸到与倒置圆锥形旋流器380的开口上端处于流体连通的圆形涡流口430。O型环440布置在流体导管的上端中的环形凹槽450中，以实现与旋流筒入口管的密封。
旋流筒的上缘包括向外延伸的凸缘460，该凸缘460安置在旋流外壳260的凸缘340上，并且通过布置在凸缘340的上表面中的环形凹槽480中的O型环470形成密封。旋流筒的凸缘460还包括环形凹槽490，O型环密封件500放在该环形凹槽490中。
本发明的沉淀过滤器和多路旋流分离器接下来包括大体平面的扩散板或歧管板510，该扩散板510具有多个从其下侧向下延伸的扩散管(涡流管)520，每个管插入圆锥形旋流器的上部中，扩散管具有比旋流器的开口上端的上直径更小的外径。穿过扩散板的通孔530使扩散管和旋流器与扩散板上方的空间540处于流体连通。扩散板中的中心孔550容纳分流圆锥560，该分流圆锥560将流体向上引导流过该分流圆锥并使流体远离所述扩散板。当扩散板放在旋流筒上时，它在旋流筒上形成顶板并与旋流筒结构协作来限制通过旋流筒的流体流径，从而形成歧管。由此产生的结构限定了从筒流体入口通过旋流筒到许多涡流开口410、涡流通道420和涡流口430再到旋流器380的有效流径，在系统操作期间，在所述旋流器380处发生沉淀分离。
扩散板的外(凸缘)部570具有与旋流外壳凸缘340和旋流筒凸缘460基本相同的圆周，从而在组装时，它安置在旋流筒凸缘的顶上。它也包括用于O型环密封件590的环形凹槽580。
接下来，具有轴向布置的颈部610的圆顶形盖600布置在该扩散板的顶上，该颈部610延伸到螺纹阳端620，该螺纹阳端620适于通过锁环640附接到流体出口管630。如同布置在盖之下的元件一样，盖包括尺寸与下凸缘部基本相同的凸缘部或圆环650。因此，如通过参照附图将立即理解的，多路旋流外壳、旋流筒、扩散板510和盖600以本领域中公知的方式通过穿过元件的凸缘部的每一个中的对准孔的螺栓660彼此固定。另外，圆顶形盖600形成开口空间540，流体在离开旋流筒中的旋流器之后以及在通过流体出口630离开过滤器之前流过该开口空间540。
现在参照图3，箭头显示了流体进入、通过和离开本发明的多路旋流分离器的流径.流体通过流体入口管130从诸如泵的加压源引入.水继续向上通过流体导管300，然后进入并通过旋流筒入口管400.当它到达旋流筒入口管的扩口上部时，流体向外流动，流体在此处通过与旋流筒370的结构元件的接合而进一步分流，这产生了限制流径，使流体传送通过涡流入口410、涡流通道420和涡流口430，然后流体在该涡流口430处被引入旋流器380的开口上端的侧部中并环绕部分延伸到旋流器中的涡流管520.利用此流径，流体在恒定的压力和持续的流动下在旋流器中诱发涡流.该涡流通过离心力使沉重的沉淀颗粒向外旋转，然后所述沉淀颗粒在重力的影响下向下落到旋流器的底部并通过旋流器中的底部开口.旋流器中的可用出口之间在尺寸上的差别产生从顶部到底部的压力差，而与沉重的颗粒相比，流体继续向上通过扩散板孔530并最终离开流体出口630.沉淀物继续在此处下落并最终在沉淀杯的底部处聚集在贮槽中.
本发明减小了反洗，延长了过滤器筒的寿命，消除了对清洗或替换过滤介质的需求，并且清洗非常简单。因为没有发生故障或磨损的移动部件或者要清洗或替换的过滤介质，所以本发明需要很少或不需要维护。沉淀物的累积能通过透明的沉淀物贮槽进行可视监控。仅通过打开放空阀就可将沉淀物排出。仅排出少量的水来清洗沉淀物的过滤器。因而，该多路旋流分离器完美地适于进行预过滤以延长现有过滤器的过滤周期。在试验中，表明该多路旋流分离器将从通常的住宅泳池中过滤掉引入沉淀物的大约75％。
最重要地，所发明的设备提供了一种用于快速的部件替换和维护的方式，特别是对于旋流筒或容器370，系统中的信号元件。这通过断开流体出口然后拆下以叠层构造固定过滤器元件的螺栓650来实现。旋流筒能简单地从旋流外壳260中提出并利用新的旋流容器进行替换，同时能对取出的筒进行清洗、修理或直接丢弃。
然而，在其最基本的方面中，所发明的多路旋流沉淀过滤器包括：用于收集沉淀物的沉淀杯；布置在该沉淀杯上方并密封地连接到该沉淀杯的旋流外壳；布置在该旋流外壳中的可拆卸旋流筒，该旋流筒包括多个圆锥形的旋流器，每个旋流器在下端处具有小开口，而在上端处具有较大开口，并且该旋流筒进一步包括多个通过旋流筒到旋流器的流体流径。与旋流外壳处于流体连通的流体入口将压力下的流体引入旋流外壳中，用于通过旋流筒中的流径并到达旋流器。最后，与旋流外壳处于流体连通的流体出口允许过滤流体从旋流筒中排出，而移除的沉淀物向下落入沉淀杯中。
前述公开内容足以使相关领域中的技术人员能在无过多试验的情况下实施本发明。该公开进一步提供了目前由发明人所设想的实施本发明的最佳方式。
尽管详细显示和公开的该特定流体过滤设备完全能够实现此处所述的目的并提供此处所述的优点，但是要理解的是本发明的目前的优选实施例仅仅是示例性的并且除了如所附权利要求中所限定的之外，无意对此处显示的构造或设计的细节进行限制。将认识的是例如流体入口路径不需恰好源于沉淀杯之下。实际上，可采用任意数量的流体入口路径，只要以确保通过筒向多个旋流器中分配的方式将流体输送到旋流外壳和旋流筒中即可。因而，流体入口管能布置为通过沉淀杯的侧部乃至通过旋流外壳的侧部，尽管该后一种路径将稍稍有损于旋流筒的对称性。
此外，将认识的是可采用可替代的附接方法来以所述和所示的叠层构造固定结构元件。例如，可采用附加的螺纹锁环，而不是使用多个穿过相似尺寸的凸缘的螺栓。尽管这在适合用于泳池过滤的小过滤器中将不是最佳的结构配置，但是较大的过滤器可有利地采用此方法。
因此，本发明的正确范围应仅通过所附权利要求的最广泛解释来确定，以便包含所有这些修改以及所有与图中所示和说明书中所述等同的关系。

Claims (12)

1.一种多路旋流沉淀过滤器，包括：
沉淀杯，所述沉淀杯用于收集沉淀物；
旋流外壳，所述旋流外壳布置在所述沉淀杯上方，且以密封方式连接到所述沉淀杯；
旋流筒，所述旋流筒布置在所述旋流外壳中，所述旋流筒包括多个圆锥形的旋流器，每个旋流器在下端具有小开口，而在上端具有较大开口，并且所述旋流筒进一步包括通过所述旋流筒到达所述多个旋流器的多个流体流径；
流体入口，所述流体入口与所述旋流外壳流体连通，用于将流体引入所述旋流外壳并穿过所述旋流筒；
流体出口，所述流体出口与所述旋流外壳流体连通，用于将流体从所述旋流筒排出。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述沉淀杯包括贮槽，该贮槽用于收集从穿过所述设备的流体中分离的沉淀物。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述沉淀杯包括底部，并且所述流体入口是布置为穿过所述沉淀杯的所述底部的管，并且所述流体入口连接到处于压力下的流体源。
4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括沉淀杯排放管，所述沉淀杯排放管具有阀，用于所述沉淀杯的选择性排放。
5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括与所述流体入口流体连通的流体导管，其中，所述旋流筒包括多个竖直布置的倒置圆锥形旋流器、具有与所述流体导管轴向对齐的旋流筒入口管的中心部，其中，所述旋流筒中的所述多个流体流径中的每一个所述流体流径包括涡流开口、涡流通道和涡流口，每个所述涡流开口、涡流通道和涡流口与所述多个旋流器中的一个的开口上端流体连通。
6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括扩散板，所述扩散板以密封方式连接到所述旋流筒和所述旋流外壳，并且所述扩散板具有多个扩散管，每一个所述扩散管向下延伸到所述多个旋流器中的一个所述旋流器的上开口部中。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述扩散管的外径小于所述旋流器的上直径。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，每一个所述扩散管包括通孔，所述通孔穿过所述扩散板并使所述旋流器与所述扩散板上方的空间形成流体连通。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，在运行中，流体通过所述流体入口管从加压源引入，连续进入所述旋流筒，通过所述涡流入口、所述涡流通道和所述涡流口，并环绕所述涡流管而进入所述旋流器的所述开口上端的侧部，由此处于恒定压力和持续流动下的流体在所述旋流器中诱发涡流，通过离心力使重的沉淀颗粒向外旋转，然后所述沉淀颗粒下落并从所述旋流器的所述开口底部落下而进入所述沉淀杯中，由此过滤后的水然后向上穿过所述涡流管和所述扩散板到达并穿过所述流体出口。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述扩散板基本为圆形并且是平坦的，所述扩散板进一步包括分流圆锥，所述分流圆锥布置在所述扩散板的中心，从而将流体向上引导流过该分流圆锥并使流体远离所述扩散板。
11.根据权利要求6所述的设备，进一步包括盖，所述盖以密封方式连接到所述扩散板，并在所述盖与所述扩散板之间形成空间。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述流体出口与所述盖和所述扩散板之间的所述空间流体连通。
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