CN102188840A - 离心真空脱气装置 - Google Patents
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Abstract
一种离心真空脱气装置，包括一个限定一内腔的壳体，该壳体具有一个用于向该内腔输入待脱气液体的进液口和一个用于从该内腔中抽取气体的抽气口，该抽气口用于连通到一个抽真空装置，在内腔之中于所述进液口和所述抽气口之间设有一个可绕一旋转轴线旋转的转轮装置，该转轮装置具有一对沿旋转轴线方向相面对的侧壁，其中之一个侧壁邻接着所述抽气口而称之为气侧壁，而另一个侧壁则称为液侧壁，所述转轮装置在所述液侧壁和气侧壁之间限定一条气液通道从所述进液口到所述抽气口流体连通，从气侧壁和/或液侧壁上相向伸出若干延伸件，用来搅动所述转轮装置内气液通道中的气体和液体使其产生旋转运动，气体和液体在离心作用下相互分离，分离出的气体到达所述抽气口，脱气的液体则在离心力作用下流到与所述转轮装置相邻的所述壳体内表面处的集液槽，该集液槽连通着一个用于排出液体的出液口。
Description
技术领域
本申请涉及一种在离心场内应用较高的真空度脱除液体中的溶解性气体(包括水蒸气)的方法与设备，本申请的技术特别适合于各种润滑油、绝缘油、液压油的真空脱气脱水处理，当然也可用于其他需要对液体进行真空脱气处理的场合。
背景技术
通常对液体进行真空脱气的工艺为将液体引入一个封闭的有一定真空度的真空罐内，液体中的易挥发性气体(包括水蒸气)挥发到真空罐内的空间，用抽真空装置抽出气体以保持真空罐内的真空度，液体在重力作用下落到真空罐底部，通常用泵排出真空罐。为了提高设备利用效率，通常的真空处理系统是连续运行的，即液体进入真空罐、抽真空装置抽出气体、真空罐底部排液泵输送液体等关键过程都是连续不断地进行的。
上述的真空处理工艺虽然得到广泛的应用，但是也有明显的不足，主要是真空罐体积较大，整个系统的设备较多，不够经济。当然，已经有一些改进的工艺与设备出现。例如实用新型申请“离心式真空除气器(申请号200620025731.2)”和实用新型申请“离心真空除气器(申请号01232266.0)”实用新型申请“离心真空除气器(申请号89207335.7)”揭示了采用真空处理钻井液中气体的离心式真空除气器。发明专利申请“控制离心泵与真空泵的组合的方法及一种气体分离离心泵(申请号96196074.4)”揭示了另一种用于抽送纸浆的离心泵，在泵送的同时进行真空脱气处理，类似的离心泵与真空泵的组合还有美国专利申请5151010，5152663，5366347，5842833。上述专利在应用过程中，都用离心真空设备取代了常规的真空罐和真空罐底部排液泵，有些还将真空泵集成在一起，大大减小了处理系统的体积。但是上述的专利技术主要是针对含有微小气泡的液体的脱气，特点是液体中已经存在气泡状的气体，气体相对容易脱除，工作真空度也较低。
真空脱气工艺广泛应用于润滑油、绝缘油、液压油的真空脱气处理，特别是用于脱除其中的游离状态与溶解状态的气体(包括空气与水份在内的挥发性物质)。真空脱气单元与过滤单元组合起来，形成的油净化处理设备，通常叫做真空滤油机。真空脱气单元工作时，真空度越高，脱水脱气越彻底。
根据真空罐内真空度与对应的真空环境下液体的沸点的关系，本文将真空状态分为“较高真空”与“较低真空”。本文所述的较高真空，是指在该真空度条件下进入真空室的液体会产生较强烈的沸腾现象，从而保证包括水蒸气在内的大量气体快速溢出，以达到相对快速、彻底地脱气脱水的目的；而本文中所述的较低真空，则是指在该真空条件下进入真空室的液体不会产生强烈的沸腾现象，水蒸气等挥发性气体主要是通过增加真空罐内液体的比表面积，主要通过液气表面的蒸发作用而脱除。
现有真空滤油机都采用真空罐进行脱气。现有真空滤油机在实际运行时，较高真空工作也带来一些负面的问题。
其一是，在较高真空条件下，气体变得非常稀薄，体积很大，油中气体较多时，在真空罐内会产生严重的泡沫问题。泡沫多时，大量泡沫状的油很容易从真空罐顶部的抽真空管进入真空泵中，出现严重的跑油事故，在某些场合会造成非常严重的后果。虽然在真空罐内安装泡沫探测传感器可以发现并避免跑油的问题，但是泡沫探测传感器有时会产生错误信号。
其二是，较高真空条件下，真空罐底部排油泵由于油液的静压头小、油液泡沫化后体积大而工作在十分不利的状态中，噪音与振动大，气蚀问题严重，无法长期可靠地工作。
其三是，在某些条件下，真空滤油机较高真空运行时，析出的气体中水蒸汽的百分含量较多，有些设备选用的真空泵不能抽除这么高浓度的水蒸气。
为了避免上述问题，大多数真空滤油机在实际工作时，通常会通过手动调节阀门或自动的气镇阀向真空系统释放一些空气，适当地降低系统的真空度来维持设备的正常运转。但这将显著降低真空罐内的真空度，严重影响整个真空脱气系统的工作效率。
为了弥补较低真空条件下脱气脱水效率低的不足，大多数真空滤油机设有大功率的加热器，通常把油加热到50-80℃，以获得相对满意的脱气脱水效率。然而，大功率加热是以浪费能源为代价的，显然与节能环保的观念相违背。
由于可能产生跑油等安全隐患，目前国内的大多数真空滤油机在运行时需要有人在现场值守，即操作员不能离开运行中的滤油机。
实用新型专利“真空滤油机充气混合脱水装置”(CN200820100047.5)是在加热、充气技术的基础上的一种优化方案，采用充气提高真空罐内液体的表面积从而提高脱水效率，是较好的现有技术的典型代表。
发明内容
为此，本发明提供一种离心真空脱气装置，包括一个限定一内腔的壳体，该壳体具有一个用于向该内腔输入待脱气液体的进液口和一个用于从该内腔中抽取气体的抽气口，该抽气口用于连通到一个抽真空装置，在内腔之中于所述进液口和所述抽气口之间设有一个可绕一旋转轴线旋转的转轮装置，该转轮装置具有一对沿旋转轴线方向相面对的侧壁，其中之一个侧壁邻接着所述抽气口而称之为气侧壁，而另一个侧壁则称为液侧壁，所述转轮装置在所述液侧壁和气侧壁之间限定一条气液通道从所述进液口到所述抽气口流体连通，从气侧壁和/或液侧壁上相向伸出若干延伸件，用来搅动所述转轮装置内气液通道中的气体和液体使其产生旋转运动，气体和液体在离心作用下相互分离，分离出的气体到达所述抽气口，脱气的液体则在离心力作用下流到与所述转轮装置相邻的所述壳体内表面处的集液槽，该集液槽连通着一个用于排出液体的出液口。
本发明是利用在一个真空室内的转轮装置中产生的离心力来抑制较高真空条件下液体产生的大量泡沫；转轮装置的结构设计成液体在离心场内“跌落”的结构形式，在“跌落”过程中液体中的气体可以较充分地释放，以促进液体与气体的分离；在转轮装置的外边缘设计了与离心泵相似的叶轮与蜗壳结构，或者是离心式旋涡泵的结构，可将经过真空处理的液体以一定的压力排出真空室；闪蒸出的气体经过气体离心净化区进一步分离出夹带的液滴；在出气口由真空泵不断地将产生的气体抽出，以维持真空室内保持在较高真空状态。
在转轮装置内的离心场内进行较高真空的高效气液分离，是本发明的核心内容。在离心力的作用下，在较高真空环境中呈沸腾状的气体与液体被甩向转轮装置的外侧。其中的液体比重远大于气体，在离心力的作用下在外侧聚集，可从转轮装置外侧流出。为了方便地将液体排出真空室，转轮装置外侧设计为离心泵的叶轮结构，相应地把与叶轮靠近的真空室壳体设计成离心泵蜗壳结构，可方便地将脱气后的液体输送出真空室。在转轮装置中释放出的气体所受的离心力小很多，在相对内侧的位置聚集，可从转轮装置侧面导出。
为了便于描述实现本发明的技术，这里把转轮装置在结构上大致可分为三个功能区域，分别是气液混合闪蒸区、液体离心送出区、气体离心净化区。
气液混合闪蒸区的主要工作原理：在转轮装置的气液混合闪蒸区引入需要处理的液体，在旋转时传给液体一定的圆周速度，使液体在离心力的作用下向外侧运动。引入转轮装置的液体可以设计成用一组喷嘴顺着旋转方向斜向喷射液体，可使液体在进入转轮装置时即有一定的初速度，可提高能量利用率。喷嘴数量以2-8个为宜，优选为2-4个。
在旋转的气液混合闪蒸区内，需要脱气的液体在较高真空的条件下呈强烈的沸腾状态迅速蒸发，可产生大量体积大、密度低的气体。在这个区域内，转轮装置的结构形式可以是多种多样的，可以设计成几乎任何规则或不规则的形状，只要保证带有气泡的液体能较顺畅地通过，且能将气体引导分离出来，即可满足本发明申请的基本要求。
脱气后的液体流向转轮装置外侧的液体离心送出区。转轮装置的离心送出区设计成合适的离心泵叶轮的结构，配套地将真空室外壳的相应位置设计成离心泵的蜗壳结构，可以采用离心泵的原理将分离出的液体带有一定压力地送出真空室。作为离心泵结构的替代，也可以将离心泵结构改为离心式漩涡泵的结构，同样能利用离心力将脱气后的液体泵送出真空室。
本发明的有益效果：
上述的技术方案，较好地解决了现有技术存在的跑油危险性大、体积大、加热功率大等不足，采用本技术的真空滤油机，体积小，运行能耗低，在可编程控制器(PLC)自动控制的情况下，可以无人值守运行，技术经济优势显著。
本技术在实施应用中，还涉及一些其他的相关技术。
首先，要向较高真空的真空室内传递动力，涉及到真空密封技术。目前常见的真空传动技术有磁力传动技术、磁流体密封传动技术，还可以采用浸入式电动机或屏蔽式电机直接将动力装置置入真空室内。这些密封传动技术的严密性好，可靠性较高。另外，一些机械密封技术也可以应用，但是需要解决好密封面的散热问题。
其次，较高真空的产生，也有多种形式的真空泵可以选用，主要是要根据设计的真空度与抽气流量、气体的成分来决定。真空滤油机常用的真空泵有液环真空泵、旋片真空泵、滑阀真空泵、爪式真空泵、螺杆式等品种。如果需要抽出的水蒸气多，可采用制冷机冷凝的方法将大部分的水蒸气冷凝分离后，剩余的气体由真空泵抽出，可以减少水蒸气对真空泵的不利影响，同时降低真空泵的工作负荷。
另外，为了使本发明的技术变成一个完整、实用的产品，除了前述的含有转轮装置的真空室、真空泵等脱气单元的部件外，还需要配套过滤器、管道与阀门、流量压力温度等传感器、带有PLC的电控装置、基座等设施，才能构成一台实用的真空滤油机。这些配套设施都有多种技术方案可选，熟悉本行业的技术人员可以在经验的基础上，结合具体的应用场合，优选合适的产品与本发明的脱气单元配套，在这里不做详细的描述。
以下结合附图对本申请的技术方案作进一步的说明。
附图说明
图1是一个本发明离心真空脱气装置的外轮廓透视图。
图2是一个采用浸油电机带动转轮装置的优化实施方案结构图。
图3是图2中的转轮装置的放大图。
图4是转轮装置另一实施方案的结构图。
图5是转轮装置又一实施方案的结构图。
图6是转轮装置再一实施方案的结构图。
具体实施方式
如附图2所示的实施例，是一个采用浸油电机150带动转轮装置104的优化的实施方案的脱气装置结构图，其优化的应用是绝缘油的脱气脱水，当然也可以用于其他某些合适的场合。以下以绝缘油为例进行说明。脱气装置上端是接真空泵的管道口或抽气口400，侧面是出液口或抽液口300，下部是进油口或进液口200。真空泵启动后，需要处理的绝缘油从设备下部的进油口200进入，经过浸油电机150的外壳与脱气设备的壳体100之间的间隙向上流进转轮装置104的气液混合闪蒸区。在转轮装置内的较高真空的作用下，气体快速蒸发出来。在离心作用下，气液混合闪蒸区的液体径向向外侧流动或甩出，到达液体离心送出区后采用离心泵的原理将油送出。气体则通过气液混合闪蒸区的气侧壁的开孔向上进入气体离心净化区。在气体离心净化区内，气体中携带的少量油滴在离心力的作用下被甩到外侧，通过转轮装置与脱气装置蜗壳107之间的间隙与其它液体汇合到一起排出。出液口的油液带有一定的压力，可以经过管路阀门系统与过滤器连接。而净化后的气体经管路系统连接到真空泵入口，从而实现较高真空条件下快速地完成气液分离。
如图1所示，一个真空离心脱气装置包括一个壳体100、一个进液口200、一个抽气口400和一个出液口300。
如图2所示，所述壳体100限定一个中空内腔，该中空内腔由一个上盖130盖住而密封。在内腔之中安装着一个电机之类的动力装置150，该动力装置固定到壳体100上。
所述动力装置150有一根输出轴102，该输出轴有一条旋转轴线155。在输出轴102上固定安装着一个转轮装置104，该转轮装置104位于所述中空内腔之中。所述转轮装置104有两个沿径向延伸的侧壁106和108，在这两个侧壁之中，侧壁106邻近抽气口400，称之为气侧壁；而另一侧壁108称之为液侧壁。
从液侧壁108上向上伸出若干同心环状板112，从气侧壁106上向下伸出若干同心环状板111。环状板111和112相互套插，但都不触及对面的侧壁106和108。
在气侧板106上开有若干通孔116，由此使抽气口400与气侧壁106、液侧壁108和环状板111、112限定的气液通道相沟通。
在气侧壁106上方做有若干叶片122，这些叶片一方面对叶片之间的气或气液混合施加圆周运动，另一方面也为这些气体或气液混合物提供径向流通通道。
现在描述本发明的离心脱气装置的工作原理。通过进液口200向壳体100的内腔注入液体，此时液体中含有溶解的气体、水份和其他易挥发物质。由抽气口400对壳体100的内腔抽真空，并开动电机150带动转轮装置104旋转。在内腔真空作用下，所述溶解气体和水分及易挥发物质开始形成气泡，这些气泡随液体一起沿箭头101所示方向进入转轮装置104，即进入气侧壁106、液侧壁108和环状板111和112所限定的气液通道内。
进入气液通道内的气液混合物在转轮装置104的带动下获得旋转速度，在离心力的强烈作用下，气液混合物加速分离为气体和液体，这是由于液体密度比气体大得多，特别是在高真空环境下更是如此。
因此液体就穿越环状111和112之间构成的曲折路径径向向外流动和聚集(如箭头105所示)，而脱出的气体聚集于转轮装置104中的集气空间118，气体再由此经气侧壁106上的通孔116沿箭头103方向排向抽气口400。由此，液体不断脱气，脱出的气体不断地从壳体100的内腔中抽出。
从转轮装置104中经通孔116送出的气体，可能仍会或多或少地夹带着液体，此处的气液混合物在叶片122的带动下旋转，进一步受到离心分离。
在转轮装置104中不断分离的液体沿径向从其中甩到壳体100内壁的集液槽107，应及时将这些液体抽走。为此，在壳体100环绕转轮装置104的部位，做成一个蜗壳形状，也就是一个环状集液槽107，集液槽与出液口300相连通。
图4示出本发明的另一实施例，与图2和3所示的实施方案不同之处在于，用栓、柱126取代了图2和图3中的同心环状板111和112。
图5示出了本发明的又一实施例，与图2和图3不同之处在于，这里用叶片128取代图2和3中的同心环状板111和112，用同心锥面板129及其间的间隙116′取代了图2和图3的气侧板106及其上的通孔116。
图6示出本发明的再一实施例，此处用螺线状板128取代了图2和图3中所示的同心环状板111和112。
上述的转轮装置实施例中，液体离心送出区位于气液混合闪蒸区的径向外侧，气体离心净化区位于气液混合闪蒸区的上方侧面。另外一种方案是转轮装置的结构为，气体离心净化区、气液混合闪蒸区、液体离心送出区为径向从内向外布置，因各分区的结构原理则是相同的，在此不再作详细描述。
当然，气液混合闪蒸区的结构会对工作效果产生较大的影响。根据不同的应用条件，可以进行优化。例如在泡沫现象不严重的情况下，为了提高脱气分离的效果，附图2与附图3所示的转轮装置气液混合闪蒸区设计成液体在离心场内逐级跌落、逐级分离的结构。附图4所示的转轮装置气液混合闪蒸区设计有多根圆柱体，而气液混合闪蒸区总体上流动通道比较通畅，可以适应泡沫相对多一些的应用场合。在液体产生的气体过多的情况下，特别是泡沫过多的情况下，可将该区域设计成与离心泵叶轮相似的结构，以加快液体排出的速度。总之，只要可以实现向液体传递能量、使液体蒸发分离的作用并能适应实际工作状况，气液混合闪蒸区的线形结构的变化可以说是无穷无尽的，连续或间断、规则或不规则、叶片上开孔或不开孔都可以，甚至可以放置多孔隙的填料。气液混合闪蒸区的具体结构在这里不可能完全列举出来。
蒸发分离出的气体进入气体离心净化区。气体离心净化区对防止液体从抽真空管道进入真空泵有重要作用。如附图2和附图3所示，分离后的气体还经过一组与转轮装置为一体的旋转叶片进行进一步的气液分离，这样可确保从真空室流到真空泵的气体中几乎不含有液体。气体离心净化区的叶片也可以有很多的形状，但直叶片最简单实用。叶片的数量也可多可少，但是数量过少会降低气液分离效果，数量过多则会增加转轮装置的重量并影响气体的顺畅流动。一般来说，叶片数量可选3-40片，优选为6-16片。
上述的由气液混合闪蒸区、液体离心送出区、气体离心净化区组成的转轮装置结构，经过针对各种应用场合的优化设计，容易保证设备安全可靠地运行。然而，这些功能区的划分是为了便于描述而划分出来的，是相对而言的，有些时候它们是可以交叉的，例如在气液混合闪蒸区也可以有与离心泵相同的叶片，这些叶片可以一直延伸到液体离心送出区；气体离心净化区的叶片也可以延伸到气液混合闪蒸区。
上述的转轮装置还可以通过多个并联等组合形式应用。
附图所示及对附图的描述，仅仅是本发明的具体实施例。显然，本领域普通技术人员可以依据本发明的构思，对所述具体实施例进行各种各样的修改。
Claims (7)
1.一种离心真空脱气装置，包括一个限定一内腔的壳体，该壳体具有一个用于向该内腔输入待脱气液体的进液口和一个用于从该内腔中抽取气体的抽气口，该抽气口用于连通到一个抽真空装置，在内腔之中于所述进液口和所述抽气口之间设有一个可绕一旋转轴线旋转的转轮装置，该转轮装置具有一对沿旋转轴线方向相面对的侧壁，其中之一个侧壁邻接着所述抽气口而称之为气侧壁，而另一个侧壁则称为液侧壁，所述转轮装置在所述液侧壁和气侧壁之间限定一条气液通道使所述进液口到所述抽气口流体连通，从气侧壁和/或液侧壁上相向伸出若干延伸件，用来搅动所述转轮装置内气液通道中的气体和液体使其产生旋转运动，气体和液体在离心作用下相互分离，分离出的气体到达所述抽气口，脱气的液体则在离心力作用下流到与所述转轮装置相邻的所述壳体内表面处的集液槽，该集液槽连通着一个用于排出液体的出液口。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述气侧壁上开有若干通孔，使所述转轮装置限定的气液通道与所述抽气口相连通。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述集液槽的形状做成：配合转轮装置的结构与旋转作用，使集液槽中的液体产生一定的压力，迫使此处的液体经所述出液口流到所述壳体的内腔之外。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述伸出件是从所述气侧壁和液侧壁上相对伸出的环绕所述旋转轴线的环状板，这些相对伸出的环状板沿所述旋转轴线方向是相互穿插的，但距对面的侧壁仍有一定空隙。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，从所述壳体上径向向内伸出一个密封板与所述转轮装置的液侧壁之间形成尽量小的间隙。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，从转轮装置的气侧壁上轴向向外安装若干叶片，所述叶片为6-16个，绕周向均匀布局。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述气侧壁上所开通孔的位置位于该气侧壁上伸出的环状板之中最外侧的两个相邻环状板之间。
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