CN1024905C - 比液体密度更大的物质从液体中分离出的装置 - Google Patents

Abstract

为了分离分散在液体中并比液体有较大密度的物质，使用了一种具有锥形分离盘叠层的离心分离机转子，形成了在分离盘之间间隙中的延长间隔件(11a，11b)，这样在分离盘间隙中的液流以某种方式引导，因此液流的主要部分在流道(12a，12b)中被引导，各液流主要部分的方向有一径向分量和一与转子转动方向相反的分量。

Description

本发明与将分散在液体中并比液体密度更大物质从液体中分离出的方法和装置有关，和发明有关的那种装置包括，除了上述那种液体源外，一离心分离器包含有一按予定方向转动和限定一分离腔的转子;一与分离腔中的转子同轴安置的一锥形分离盘叠层，间隔装置安置在分离盘之间，这样就限定了二邻近分离盘之间的若干个流道，每个流道都有位于转子转动轴线不同距离的入口部分和出口部分;从上述液体源到上述各流道入口的液体供输装置，以及把从散离物质中分离出的液体从流道出口中排出的装置。

这种离心分离机很长时间来就被人们熟知，在这些离心分离机中，这些分离盘之间的流道通常由分离盘之间径向延伸的间隔装置来划分的，如果液体入口通道通过轴向对准分离盘上的分配孔而成形，这些分配孔常常位于间隔装置之间并与径向延伸的间隔装置等距间隔开。

然而，也有人建议把孔开在靠近间隔装置而使间隔装置有一延伸而不是单纯的径向延伸，这些建议譬如已列入瑞典专利说明书内（156317）。

本发明的目的是提供一比以前大家所共知的离心分离机有更好分离效率的离心分离机，用来把分散在液体中比液体有更大密度的物质分离出来，上述的物质可以由固体组成，也能由液体颗粒组成，但不是携带的液体。

根据本发明所述到的目的，在这种离心分离机中，在二相邻分离盘 之间形成二相邻间隔装置，这样，在它们之间形成了从入口部分到出口部分延伸的流道，有一径向分量方向和另一分量，其方向为转子圆周方向并和转子的予定转动方向相反。

以这种方法设计的离心分离机和以常规方法设计的离心分离机之间的比较，并且上述那种分配孔离分离盘之间径向延伸的间隔装置成等间距安置，这表明本发明的分离效率比以前公知的离心分离机的分离效率提高20～50%。

为什么本发明分离效率能够改进的原因通过下列叙述予以证实。

在常规设计的离心分离机中，其中所供输的液体沿着上述流道欲从径向流入，在流道进口和出口之间大部分的实际液体运输发生在非常薄的附面层中即在分离盘表面上形成的所谓“艾克曼层”中。一般大小的自由液体流，一所谓的“地转流”（因地球自转引起的）将流动在二相邻分离盘之间的各间隙的二附面层之间，但这液流基本上方向朝着转子的圆周方向，也就形成二分离盘之间的局部涡流，特别是在靠近上述的分配孔处易形成局部涡流。

在上述附面层中，液流在很大程度上沿着分离液体流过的分离盘表面以及沿着由于离心力作用而分散在液体中稍重的物质流过的表面从径向方向流入转子。在附面层中，沿着上述表面，径向向内方向的液流使被离心力带到靠近这些表面的分散物质受到不想要的剪力，并且沿着表面径向向外反作用于该物质的流动。

根据本发明，为了避免这些问题，在分离盘之间的液流以一种方法控制，这样在分离盘表面形成的附面层内的液流取得一个方向，从而比较重的分散物质的分离变得容易。

本发明能应用在分离盘之间间隙中径向向外方向的液流以及应用在径向向内方向的液流，在这第一种上述情况，上述液流通道应该这样延伸以至于由于转子转动的结果引起液流基本上在这些液流通路的纵向方 向自动地流动。但是在第二种情况，流道应该这样延伸即由于转子转动通过间隔装置使液体不以其自然方式流向转子轴线，而是被迫以一不同方向流动，在上述二种情况，本发明能做到，在各液流通路的进出口之间实际液流的主要部分将流动在分离盘表面所形成的二附面层之间的间隙内。这样，液体就有一流动阻力，此流动阻力比公知的离心分离机相应的流动阻力要低，其中，液流通路进出口之间的实际液流基本上发生在分离盘表面所形成的薄附面层中。

在达到各分离盘下侧所形成的附面层后，比较重的散离物质差不多在各流道径向向外流出，并使较重的散离物质在分离盘的径向外缘。为了对散离物质的径向向外液流干扰最小，发生在靠近分离盘径向外缘的轴向液流最好应加以限制，在本发明的离心分离机中，对离心盘的叠层在圆周的有限部分加以限定。

因此，就在二分离盘之间流道中的径向向外液流而论，应该有除去散离较重物质液流的排出通道，这些通道与靠近后部液流通道的出口部分相通，在转子转动方向可看出，这是因为在这种情况下，单独的较重散离物质径向向外的流动在液流通道出口部分的后部是最少的。

在二分离盘之间的液流通道中，液流径向向内流动的情况下，应该有用于引入排除散离重物质的液流的形成通道的相应装置，该通道与靠近前面部分流道的入口部分相通，这在转子转动方向可看出。在这种情况下，也就是分离的重散离物质的径向向外流动将至少在流道入口部分的前部。

上述通道形成装置，以其最简单形式，能由分离盘的打孔部分所组成，换句话说，在限定一流道的二分离盘中至少有一个能够从轴向输送液流的穿孔，分别通到或来自入口或出口部分有关部分的流道。

作为一种选择，通道形成装置可以是确定径向向外的轴向通道的轴向延伸的隔板装置的形式，但是靠近分离盘边缘，并在用于分离的重散 离物质的径向流出的间隙自身之间留下几个流道与分离腔。（也就是所谓的分离腔的沉积物空间）的径向最外部分相通。

参照附图，发明描述如下，

图1表示离心分离机转子轴向剖视图，该分离机转子备有按照本发明设计的分离盘，

图2和图3说明用于图1所述的一离心分离机转子的二种不同的离心分离盘。

图1表明离心分离机转子包含有一上部件1和下部件2，上部件1和下部件2藉助锁环3在轴向连在一起，离心分离机转子由与下转子部件2相连的驱动轴所支撑。

转子部件1和2形成一分离腔5，其中部分锥形分离盘6a和6b的二叠层与转子同心安置，一部分锥形隔板7放置在二叠层分离盘6a和6b之间，分离盘以及隔板是径向相互间在圆周方向和相对于转子藉助若干杆（图上未示出）加以固定，这些杆从轴向延伸穿过二叠层分离盘6a和6b，穿过隔板7，并在这些杆的二端分别与转子部件1和2相连。

图2表示从上方看的一分离盘6a，箭头P说明转子想要的转动方向，同样也是分离盘的转动方向。

分离盘6a包含有一中心环形平面部分8a和一锥形部分9a，平面部分8a有几个开在围着分离盘中心的环上的轴向穿孔10a，锥形部分9a有几个在其上侧面上的细长并弯曲的间隔件11a，这些间隔件绕着分离盘中心均匀分布并从中心平面部分8a延伸到分离盘的圆周边缘;在分离盘6a（图1）堆叠之中，相对于转动方向以增加的半径向后弯曲的间隔件11a对要处理的液体，创造了二相邻分离盘之间的流道，在图2中在二间隔件间形成的那种流道定为12a，流道12a有一位于靠近分离盘中心平面部分8a的一入口部分13a和一位于靠近分离盘圆周边缘的一出口部分14a，从转动方向看，靠近前间隔件11a处有一轴向穿孔15a，孔离分离盘周边径向向 内间隔一段距离。

图3表示从上方看的一分离盘6b，箭头P说明分离盘6b想要与图2中分离盘6a相同方向旋转。

分离盘6a包含有一中心环形平面部分8b和一锥形部分9b，平面部分8b有几个开在围着分离盘中心的环上的穿孔，锥形部分9b有几个在其上侧面上弯曲的间隔件11b，这些间隔件绕着分离盘中心均匀分布，并从中心平面部分8b延伸到分离盘的圆周边缘;在叠层的分离盘6b（图1）之中，相对于转动方向向前弯的间隔件11b对要处理的液体，创造了二相邻分离盘之间的流道。在图3中，在二间隔件11b间形成的那种流道定为12b，流道12b有一位于靠近分离盘中心平向部分8b的一入口部分13b和一位于靠近分离盘圆周边缘的一出口部分14b，从转动方向看，在靠近后间隔件11b有一轴向穿孔15b，孔离分离盘周边径向向内间隔一段距离。

从图1能看出，分离盘6a上的孔10a是轴向对准，从而，就形成-轴向通道穿过分离盘下叠层中心部分。通过在隔板7上方分离盘6b中相应的孔10b，形成了一相应的轴向通道，隔板7是防止二个通道直接连通。

在分离盘6a和6b中的孔15a和15b，以相应的方式分别形成在靠近盘的圆周边缘穿过分离盘二叠层的轴向通道，各孔15a所形成的通道在位置上与由孔15b所形成的通道轴向对准并且穿过隔板7上的孔而相连通。

一般来说，在分离盘6a的下叠层形成一入口腔16，一固定的入口管17从转子的外面延伸到入口腔，入口管17开在入口腔16的下部，在那里有些分离盘6a没有中心平面部分。

在上转子部件1内形成一径向向内开的环形出口腔18，该出口腔穿过轴向孔19与穿过上分离盘6b的孔10b所形成的轴向通道相通。一固定 的出口件20，也就是所谓的“切片件”由入口管17来支撑并延伸到出口腔18，可使在入口腔16的轴向上部和转子外部之间的空气自由流通。

横向出口开孔21从分离腔5的径向最外部分穿过转子部件2延伸到转子的外部。

在图1离心分离机转子的上方示出一容器22，该容量通过导管23与固定的入口管17相连，容器内用于容纳含有散布物质的液体，散布物质有比液体更大的密度，并要从其中分离出来。

根据图1，离心分离机想要以下列方式操作，假定容器22中液体内散布的物质是由固体组成。

容器22的液体通过入口管17输入到入口腔16的下部。从入口管的开孔，固液混合物在入口管17和分离盘6a径向内缘之间的入口腔16内向上沿轴向流动，液体逐步分布在一些分离盘6a的一些中心平面部分8a之间的空间内，在空间内的液体，当液体从径向向外流动时，在转子转动时，通过液体和上述平面部分8a的摩擦逐渐带走。

一旦某一液流进到入口腔16内，在容器内形成一在图1中由实线和三角形表示液位的一自由液面，当进入到入口腔16的液流增加后，自由液面升到入口腔更高的液位。

当液流进入到分离盘6a的中心部分之间的空间，在转子转动下，在此空间中，某些径向运动至少部分地带走液体，液流沿轴向分布越过位于隔板7下面的分离盘叠层，这发生在穿过孔10a形成的通道内。

在这之后，液体进一步从分离盘之间沿径向向外流出，悬浮在液体中的固体部分从液体中分离，固体粒沿向分离盘的底侧并沿着底侧滑到所谓分离盘径向外侧分离腔5的沉积物空间，通过周向出口孔21，固体粒离开转子。

逐渐去除了固体粒的液体在分离盘6a的流道12a（见图2）从径向向外流出，之后，液流沿轴向向上流过孔15a形成的通道，再进一步流过孔 15b形成的通道，在隔板7的上方，液流逐渐流入到分离盘6b之间的空间，在这里当液流沿着流道12b（见图3）流动，液流受到进一步的分离，液流通过孔10b形成的通道，并通过孔19再进一步流过出口腔18和穿过固定的出口件20而离开分离腔。

为什么在入口腔16的液流首先从轴向向上流过入口管17和分离盘6a的内缘之间而不直接从入口管17的开孔流出，穿过最下分离盘6a之间的空间到分离腔，其理由是当液流离开入口管开孔时，液流并不转动，因此它没有转动液流那么高的压力，转动液流出现在入口腔16的下部，靠近最下分离盘6a的锥形部分。

当液流沿着分离盘6a（图2）之间的流道12a流动，液流的主要部分将循着流道12a之一所示的那种液流路线24，此液流，以下改称“初级液流”，有一个径向向外方向的分量和一个与转动方向相反，沿转子圆周方向的分量。

由于上述的初级液流和转子转动另外一液流的结果，以下称为“次级液流”会在薄的附面层（艾克曼层）内流动，即在限定流道12a的分离盘表面。在这些“艾克曼”层内，液体以其它方向流动而不是初级液流方向流动，这样，在艾克曼层的部分液体，也就是位于最靠近分离盘表面的液体，它沿着图2中藉助虚线25所示的那些方向流动，根据公知的在转动系统中靠近物体表面液流的理论，流线25与所谓“初级液流”的流线成45°角，而在部分位于更远离分离盘表面的艾克曼层，液流以与流线24逐渐成较小角并与分离盘6a的表面成更大距离的流动。

当液体流动在分离盘6a之间的空间，悬浮在液体中的固体粒在离心力作用下，径向向外朝着分离盘的底侧移动，在固体粒靠近这些底面，这些固体粒被所谓靠近这些底侧的所谓次级液流带走并且这些固体粒逐渐取得一接近虚线流线25的移动方向，而逐渐去除固体粒的液体沿着实线流线24向着分离盘6a的孔15a流动，固体粒就从液体中分离出，固体 粒向着从转子转动方向看位于流道12a前端个隔件11a方向移动，当固体粒已到达此间隔件11a，它们在离心作用下被迫沿着间隔件向着分离盘的周边方向移动，从周边出来固体粒被甩到分离腔的所谓沉积物空间，从沉积物腔固体粒通过转子部件2上的出口孔21离开转子。

去除了固体粒的液流从不同流道12a的出口部分14a，轴向向上流过孔15a，通过隔板7并进一步穿过分离盘6b上的孔15b，进入到其间的空间，在这些空间，液流依靠间隔件11b（见图3）沿着流道12b导向转子中心。

在液流沿着分离盘之间的流道12b流动时，液流主要部分将循着流道12b之一所示的那种流线26流动，此液流也就是所谓初级液流有二个分量，其中一个分量的方向为径向向内，另一个分量的方向为与转子转动方向相反。

由于初级液流和转子的转动，一“次级液流”将流动在分离盘6b表面的“艾克曼”层，在位于最接近分离盘表面的各“艾克曼”层，上述方向的液流用图3中虚线流线27来说明，流线27与初级液流的流线26成45°的夹角，在其艾克曼层的其它部分则液流与流线26逐渐形成较小的夹角，且离开分离盘6b的表面有更大的距离。

而液流在分离盘6b之间的空间流动时，留在液体中的固体粒被离心力从径向向外移到分离盘的底侧。当固体粒接近这些底侧时，固体粒被靠近底侧在“艾克曼层”流动的“次级液流”带走，这些液流会逐渐采取接近虚线流线27方向而流动，这样，逐渐去除固体粒的液流沿着流线26向前转子中心流动，固体粒就从液体中分离。固体粒朝着从转子转动方向着位于流道12b之后的间隔件11b方向移动，这些固体粒在离心力作用下被迫沿着间隔件，移到分离盘的圆周边缘，再从那里固体粒被甩到所谓沉积物空间，再进而穿过出口孔21而离开转子部件2。

已去除了固体粒的液体从不同流道12b的出口部分14b，轴向向上穿 过孔10b，进入到转子的出口腔18，从那里，藉助固定的出口件20，把液体挪走。

在图1中，示出了一比较高的分离盘6a叠层和一比较低的分离盘6b叠层，这只是一实施例，经典的试验可证明，不同叠层高度之间的关系，从而可得出可能的最佳分离效果。

如果本发明与美国专利US    3606147所看到的那种转子设计结合起来，这就提供了在一相同离心机的转子上可能同时使用一径向向外液流和一径向向内液流，在这种转子设计中，液体在锥形分离盘之间各第二空间径向向外流动，而在其它分离盘间隙中径向向内流动，这样，液体会在图2所示那种具有流道12a的分离盘间隙中径向向外流动和在图3所示那种具有流道12b的分离盘间隙中径向向外流动和在图3所示那种具有流道12b的分离盘间隙中径向向内流动，而在这种情况下，具有流道12b的分离盘在径向向内方向封闭并且彼此相通，例如通过一管状件与转子出口相通，该管状件再连到靠近转子轴线其它分离盘的间隙中。同样，如在图2和图3中，即使在这种情况，分离盘之间间隙，通过靠近分离盘周边的孔15a和15b彼此相通。然而，如同正常情况，在许多分离情况下，在离心分离机转子的分离盘所有间隙中，只使用一径向向外液流或一径向向内液流证明是合适的。

在图2和图3中，间隔件11a，11b以弓形表示，然而，间隔件也能有其它形状按所需流向来引导液流主要部分。

图1-图3中，穿孔15a和15b形成了通过各自分离盘叠层延伸的轴向通道，孔15a形成从流道12a的出口部件的轴向排泄通道，孔15b形成从流道12b的入口部件的轴向进口通道。

另外，孔15a和15b可以用分离盘边缘的深孔代替，这样，这些深孔就形成了轴向延伸径向向外的开口排泄道或分离盘叠层外侧的入口槽。

另一选择是由图2和图3的虚线来表示，从图2中能明白，轴向和 径向延伸的导流件28a和29a在导流件自身之间形成了排泄通道30a且轴向延伸穿过几个径向向外并靠近离心盘叠层的流道12a，各排泄通道30a在其后部（从转子的转动方向看）与几个流通通道12a的出口部分相通。各流通通道出口部分的前部径向向外通过位于邻近排泄通道30a之间的通路就与分离腔5的径向最外部分相通。

从图3能看出，相应的导流件28b和29b形成了轴向延伸的入口通道30b，而轴向延伸的入口通道30b与从转子转动方向P看，在其前部的几个流道12b的入口部件相通。

各流通通道入口部分的后部径向向外与在邻近入口通道30b之间分离腔5的径向最外部分相通。

Claims (14)

1、把比液体密度更大的物质从液体中分离出的装置，包括有一离心分离机和一带有分散在其中且比液体有较大密度物质的液体源，离心分离机有一按予定方向转动并限定一分离腔的转子；一在分离腔中与转子同轴安置的锥形分离盘叠层；安置和形成在分离盘之间的间隔装置，间隔装置限定了二邻近分离盘之间的几个流道，各流道有位于与转子转动轴线不同距离的入口部分和一出口部分；从上述液体源供应液体到各流道入口部分的装置，把去除了分散物质的液体从各流道的出口部分排出的装置，其特征在于，二邻近分离盘(6a；6b)之间的二邻近的间隔装置(11a；11b)是这样成形，即在间隔装置之间形成一流道(12a；12b)该流道从其入口部分(13a；13b)以一径向分量和一与转子转动方向(P)相反的转子周向分量的方向，延伸到其出口部分(14a，14b)。

2、根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于流道的入口部分（13a）相比于流道的出口部分（14a）位于离转子转动轴线的较小距离，二邻近的间隔装置（11a）是这样形成的，流道（12a）从其入口部分以其径向向外分量方向延伸到其出口部分。

3、根据权利要求2所述的分离装置，其特征在于装置形成一用于排放已去除分散的重物质之液流的通道，上述通道与从转子转动方向看靠近其后部上述流道的出口部分相通。

4、根据权利要求3所述的分离装置，其特征在于至少二个邻近分离盘（6a）之一有一深孔（15a）用于轴向排放来自上述流道的出口部分（14a）的液流，此深孔位于分离盘的圆周径向内侧，且从转子的转动方向（P）看靠近上述二间隔件（11a）的后间隔件。

5、根据权利要求4所述的分离装置，其特征在于后间隔装置（11a）延伸过分离盘（6a）的深孔（15a）到一深孔径向外侧的平面。

6、根据权利要求3所述的分离装置，其特征在于上述装置的通道形成轴向延伸经过几个流道的通道，并与其出口部分相通。

7、根据权利要求2～6的任何一项所述的分离装置，其特征在于各间隔装置是细长的，至少有一从转子转动方向看向后延伸逐渐增加半径的部分。

8、根据权利要求7所述的分离装置，其特征在于各间隔装置（11a）是弓形的。

9、根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于流道入口部分（13b）位于比流道出口部分离转子转动轴线更大的距离，而二邻近的间隔装置（11b）是这样形成即流道从其入口部分以具有径向向内分量的方向延伸到其出口部分。

10、根据权利要求9所述的分离装置，其特征在于形成一用于引入已去除重物质的液流通道装置，上述通道从转子转动方向看与靠近其前部上述流道的入口部分相通。

11、根据权利要求10所述的分离装置，其特征在于至少二邻近分离盘（6b）之一有一深孔（15b），在其入口部分（13b）把液流引入到流道（12b），该深孔位于分离盘圆周径向之内并靠近从转子转动方向（p）看上述二间隔装置（11b）中的前面间隔装置。

12、根据权利要求11所述的分离装置，其特征在于上述前间隔装置（11b）延伸过在分离盘（6b）的深孔（15b）到深孔径向外侧的平面。

13、根据权利要求10所述的分离装置，其特征在于上述装置的通道形成一轴向延伸过几个流道的通道并与其入口部分相通。

14、根据权利要求9～13中任一项所述的分离装置，其特征在于各间隔装置（11b）是细长的，并有至少一从转子转动方向看向前延伸的半径逐渐增加的部分。

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