CN105618274B - 壁面旋转双锥内螺旋水力旋流器 - Google Patents

Abstract

一种壁面旋转双锥内螺旋水力旋流器。主要目的在于提供一种具有更好分离效果的水力旋流分离装置。其特征在于：所述水力旋流器由传动部分、分离部分和辅助三部分组成；传动部分由传动轴、空心驱动轴以及同步转筒等组成，其作用在于将电机的动力传递给旋流器单体；分离部分为旋流器单体，其作用在于实现多相的分离；辅助部分由电机、联轴器、静止外筒、底座、支架、轴承、机械密封和标准紧固件等组成。本种双锥内螺旋水力旋流器绕其自身轴线旋转，同时具有传统水力旋流器和旋转管流的流动特点，管壁的旋转可以增加内部流体的切向速度，内部梯形螺旋流道，减轻了旋流腔内的死循环流和短路流，增加了有效分离段的长度，提高了分离效率。

Description

壁面旋转双锥内螺旋水力旋流器

技术领域：

本发明涉及一种可应用于多相分离的水力旋流器。

背景技术：

液-液旋流分离器是利用混合液中互不相溶介质的密度差，通过离心力的作用在其内部进行分离的设备。从20世纪60年代末开始，英国南安普顿大学Martin Thew等人，开始液-液水力旋流器的研究工作，经过将近十年的研究，设计出双锥双入口的F型水力旋流器，1984年第一台液-液分离旋流器于在海洋平台上试验成功。与传统的液-液分离设备相比较，液-液旋流分离器具有结构紧凑、体积小、重量轻，分离效率较高等优点，目前已经在石油工业、船舶工业、水处理工业等领域得到了广泛的应用。但是经过较长时间的应用后发现，这种现有的液-液旋流分离器由于液-液分离难度相对较大，单纯依靠静态结构仍得不到理想的分离效果。

发明内容：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种壁面旋转双锥内螺旋水力旋流器，该种水力旋流器在工作工程中，双锥内螺旋水力旋流器绕其自身轴线旋转，同时具有静态水力旋流器和旋转管流的流动特点，管壁的旋转可以增加内部流体的切向速度，有利于分离，从而得到更好的分离效果。

本发明的技术方案是：该种壁面旋转双锥内螺旋水力旋流器，其特征在于：

所述水力旋流器由电机、联轴器、第一传动轴组件、出口组件、入口组件、静止外筒、底流腔、支撑座、空心驱动轴、电机底座、深沟球轴承、第二传动轴组件、第二入口盘组件、第一同步转筒组件、第二同步转筒组件、轴承挡环、静环支撑、第一插接件、第一入口盘组件、溢流嘴、阶梯挡环、旋流器单体、阶梯螺旋流道结构、第二插接件、轴端压盖、轴端静止外筒组件、轴承压盖、支撑组件、连接螺栓、密封压盖、支撑垫板、静环、动环以及销组成；

其中，所述电机通过螺钉固定在电机底座上，电机的输出轴通过联轴器与第一传动轴组件相连，并带动第一传动轴组件实现旋转运动；所述第一传动轴组件与第二传动轴组件焊接，可实现同轴转动；第二传动轴组件上有轴肩，轴肩左端装有深沟球轴承，深沟球轴承右侧安装轴承挡环，轴承挡环左端面与轴肩左端面重合，实现轴承的固定；轴承挡环的右侧安装静环支撑，其内有毛毡圈；静环支撑与静环配合，对其起支撑作用，二者均保持静止；静环右端面与动环配合，并保证其与第二传动轴组件有间隙，实现动静分开，动环与第二传动轴组件实现同轴转动；

第二传动轴组件的右端通过螺纹配合与第一插接件连接，内部通过密封圈密封，所述第一插接件内孔通过螺纹配合与溢流嘴连接；第一插接件的外螺纹与第一入口盘组件配合；第二入口盘组件与第一入口盘组件焊接在一起，并且第二入口盘组件的外圆面上有两个通透的圆孔；

第二入口盘组件外圆面上的两个孔分别与旋流器单体的左端外圆面的两个孔用销连接，使二者固定，保持同步转动，以保证所述旋流器单体完成旋转动作，所述旋流器单体的内部流道为梯形流道；

第二入口盘组件右端外螺纹与阶梯挡环左端外螺纹配合并密封，阶梯挡环的右端外螺纹与空心驱动轴左端配合；所述第一同步转筒组件与第二同步转筒组件焊接在一起，空心驱动轴右端内螺纹与第二插接件外螺纹配合，第二插接件右端外螺纹连接第一同步转筒组件；

所述第一同步转筒组件上亦有轴肩，其轴肩右端亦装有带防尘圈的深沟球轴承，此轴承左端装有轴承挡环，且保证轴承挡环右端与轴肩右端面重合，静环支撑的大内孔端与轴承挡环左端面重合；静环支撑与静环配合，对其起支撑作用，二者均保持静止；静环右端面与动环配合，并保证其与第一同步转筒组件有间隙，实现动静分开，动环与第一同步转筒组件实现同轴转动；

第一传动轴组件、第二传动轴组件、第一插接件、阶梯挡环、溢流嘴、第一入口盘组件、第二入口盘组件、旋流器单体、空心驱动轴、第二插接件、第一同步转筒组件及第二同步转筒组件相互连接，实现同轴转动；

支撑座由第一支撑座组件和第二支撑座组件通过螺钉连接构成，支撑组件外圆与支撑座内圆配合；第一轴端静止外筒组件与第二轴端静止外筒组件焊接在一起，轴端静止外筒上装有出口组件；

所述支撑座左端面装有轴承压盖，以及密封压盖，轴承压盖左端面又装有轴端静止外筒组件，此三者通过螺栓连接，轴端静止外筒组件左端面又装有轴端压盖，通过螺栓与轴端静止外筒组件连接；静止外筒上装有入口组件；左侧支撑座右端面与静止外筒左端面通过螺栓连接固定；静止外筒右侧和右侧支撑座左端面连接，静止外筒和支撑座连接接触处有橡胶垫；

支撑座的右端面装有轴承压盖，轴承压盖右端面装有底流腔，此三者同样通过螺栓连接；支撑座底面通过支撑垫板用螺栓与电机底座连接。

本发明具有如下有益效果：本种旋流器装置主要由传动部分、分离部分和辅助三部分组成。传动部分由传动轴、空心驱动轴、同步转筒等组成，其作用在于将电机的动力传递给旋流器单体；分离部分为静态旋流器单体，其作用在于实现油水两相的分离；辅助部分包括电机、联轴器、静止外筒、底座、支架、轴承、机械密封和标准紧固件等。本种旋流器独创性的采用了壁面旋转和双锥旋流分离器结构相结合，通过壁面绕其自身轴线旋转，使流体受到较大的离心力，大大的增加了分离速度，提高了分离效率，内部旋转装置和外部静止外筒通过密封及连接件连接，实现动静结构分开，工艺安装方便；此外，本种旋流器单体内部流道为梯形螺旋流道，起到了很好的导流作用，大大减轻了传统旋流器在旋流腔内的死循环流和短路流，沿整个内壁面的梯形螺旋槽使混合液的旋转速度沿轴向得到持续的补偿，增加了有效分离段的长度，提高了分离效率，同时，沟槽壁面对螺旋湍流有减阻作用，可减小流动的阻力。

本种结构与传统水力旋流器的分离原理相似，但与传统旋流器的最重要的不同之处在于：采用壁面旋转结构及双锥结构设计，壁面旋转增大混合液的切向速度；采用内部梯形螺旋流道，减轻无效循环，增加有效分离段长度，使得分离效率提高。本壁面旋转水力旋流器装置结构简单，设计巧妙，工艺合理，具有很大的实际应用价值。

附图说明：

图1是本发明所述旋流器的整体结构图。

图2是本发明所述旋流器局部剖视图。

图3是本发明所述旋流器转动部分的装配结构图。

图4是本发明所述旋流器中静止外筒、旋流器单体插接件连接后的剖视结构图

图5是本发明所述旋流器中传动轴组件、插接件、溢流嘴和第一入口盘组件的装配结构图。

图6是本发明所述旋流器中轴承、传动轴、溢流嘴及第一插接件配合后的结构图。

图7是本发明所述旋流器中静止外筒、入口盘、旋流器单体以及阶梯挡环配合后的结构图。

图8是本发明所述旋流器中静止外筒、入口盘、旋流器单体、阶梯挡环配合后的结构剖视图。

图9是本发明所述旋流器中旋流单体的局部剖视结构图。

图10是本发明所述旋流器中第二插接件、轴承与同步转筒配合后的结构图。

图11是本发明所述旋流器中第二插接件、轴承与同步转筒配合后的剖视图。

图12是本发明所述旋流器中静止外筒与支撑座的装配图。

图13是本发明所述旋流器中左侧支撑组件连接结构图。

图14是本发明所述旋流器中静止外筒与入口组件的装配图。

图15是本发明所述旋流器中右端支撑组件连接结构图。

图16是本发明所述旋流器中右端支撑组件连接剖视图。

图17是本发明所述旋流器的机械结构剖视图。

图18是本发明所述旋流器中电机底座的结构示意图。

图19是本发明所述旋流器中第一传动轴组件的结构示意图。

图20是本发明所述旋流器中第一传动轴组件和第二传动轴组件装配后的结构示意图。

图21是本发明所述旋流器中轴承和机械密封局部剖面示意图。

图22是本发明所述旋流器中第一插接件的结构示意图。

图23是本发明所述旋流器中溢流嘴的结构示意图。

图24是本发明所述旋流器中第二传动轴组件、第二插接件和溢流嘴装配后的结构示意图。

图25是本发明所述旋流器中第二入口盘组件的结构示意图。

图26是本发明所述旋流器中第一入口盘组件和第二入口盘组件装配后的结构示意图。

图27是本发明所述旋流器中旋流器单体与入口组件连接后的结构示意图。

图28是本发明所述旋流器中第二插接件的结构示意图。

图29是本发明所述旋流器中第一同步转筒组件、第二插接件和空心驱动轴装配后的结构示意图。

图30是本发明所述旋流器中轴承和机械密封局部剖视图。

图31是本发明所述旋流器中支撑座及支撑座组件装配后的结构示意图。

图32是本发明所述旋流器中轴端静止外筒的结构示意图。

图33是本发明所述旋流器中密封压盖的结构示意图。

图34是本发明所述旋流器中第一轴端静止外筒组件的结构示意图。

图35是本发明所述旋流器中轴端压盖的结构示意图。

图36是本发明所述旋流器中静止外筒及支撑座装配后的结构示意图。

图37是本发明所述旋流器中外部静止结构的结构示意图。

1-电机，2-联轴器，3-第一传动轴组件，4-出口组件，5-入口组件，6-静止外筒，7-底流腔，8-支撑座，9-空心驱动轴，10-电机底座，11-深沟球轴承，12-第二传动轴组件，13-第二入口盘组件，14-第一同步转筒组件，15-第二同步转筒组件，16-轴承挡环，17-静环支撑，18-第一插接件，19-第一入口盘组件，20-溢流嘴，21-阶梯挡环，22-旋流器单体，23-阶梯螺旋流道结构，24-第二插接件，25-轴端压盖，26-轴端静止外筒组件，27-轴承压盖，28-支撑组件，29-连接螺栓，30-密封压盖，31-支撑垫板，32-轴肩，33-毛毡圈，34-静环，35-动环，36-销。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本种壁面旋转双锥内螺旋水力旋流器，其独特之处在于：

所述水力旋流器由电机1、联轴器2、第一传动轴组件3、出口组件4、入口组件5、静止外筒6、底流腔7、支撑座8、空心驱动轴9、电机底座10、深沟球轴承11、第二传动轴组件12、第二入口盘组件13、第一同步转筒组件14、第二同步转筒组件15、轴承挡环16、静环支撑17、第一插接件18、第一入口盘组件19、溢流嘴20、阶梯挡环21、旋流器单体22、阶梯螺旋流道结构23、第二插接件24、轴端压盖25、轴端静止外筒组件26、轴承压盖27、支撑组件28、连接螺栓29、密封压盖30、支撑垫板31、静环34、动环35以及销36组成；

其中，如图18、19所示，所述电机1通过螺钉固定在电机底座10上，电机1的输出轴通过联轴器2与第一传动轴组件3相连，并带动第一传动轴组件3实现旋转运动，如图1、图2、图17所示。

所述第一传动轴组件3与第二传动轴组件12焊接，可实现同轴转动，如图20所示；

第二传动轴组件12上有轴肩32，轴肩32左端装有深沟球轴承11，深沟球轴承11右侧安装轴承挡环16，轴承挡环16左端面与轴肩32左端面重合，实现轴承的固定；轴承挡环的右侧安装静环支撑17，其内有毛毡圈33，可以防止灰尘和油污进入，如图5、6所示；静环支撑17与静环34配合，对其起支撑作用，二者均保持静止；静环34右端面与动环35配合，并保证其与第二传动轴组件12有间隙，实现动静分开，动环35与第二传动轴组件12实现同轴转动，如图21所示。

如图12所示，第二传动轴组件12的右端通过螺纹配合与第一插接件18连接，内部通过密封圈密封；如图23所示，所述第一插接件18内孔通过螺纹配合与溢流嘴20连接，如图24所示；第一插接件18的外螺纹与第一入口盘组件19配合，如图、图13所示；第二入口盘组件与第一入口盘组件19焊接在一起，并且第二入口盘组件13的外圆面上有两个通透的圆孔，如图26所示。

第二入口盘组件13外圆面上的两个孔分别与旋流器单体22的左端外圆面的两个孔用销36连接，使二者固定，保持同步转动，以保证所述旋流器单体完成旋转动作，即本专利的重点保护部分，如图27所示，旋流器单体选取内部流道为梯形流道的结构单体，如图9所示。

第二入口盘组件13右端外螺纹与阶梯挡环21左端外螺纹配合并密封，阶梯挡环21的右端外螺纹与空心驱动轴9左端配合，如图7、8所示；第一同步转筒组件与第二同步转筒组件焊接在一起，空心驱动轴9右端内螺纹与第二插接件24外螺纹配合，第二插接件24右端外螺纹连接第一同步转筒组件14，如图28、29所示。

所述同步转筒上亦有轴肩，其轴肩右端亦装有带防尘圈的深沟球轴承11，此轴承左端装有轴承挡环16，且保证轴承挡环16右端与轴肩右端面重合，静环支撑17的大内孔端与轴承挡环16左端面重合，如图10、11所示；静环支撑17与静环34配合，对其起支撑作用，二者均保持静止；静环34右端面与动环35配合，并保证其与第一同步转筒组件14有间隙，实现动静分开，动环35与第一同步转筒组件14实现同轴转动，如图30所示。

第一传动轴组件3、第二传动轴组件12、第一插接件18、阶梯挡环21、溢流嘴20、第一入口盘组件19、第二入口盘组件13、旋流器单体22、空心驱动轴9、第二插接件24、第一同步转筒组件14及第二同步转筒组件15相互连接，实现同轴转动，整个转动部分结构，如图3所示。

下面介绍一下本种水利旋流器的外部结构：

支撑座由第一支撑座组件和第二支撑座组件通过螺钉连接构成，支撑组件28外圆与支撑座8内圆配合，如图31所示；

如图34所示，第一轴端静止外筒组件与第二轴端静止外筒组件焊接在一起，轴端静止外筒26上装有出口组件4，如图32所示；

如图33、34、35所示，所述支撑座8左端面装有轴承压盖27，以及密封压盖30，轴承压盖27左端面又装有轴端静止外筒组件26，此三者通过螺栓连接。轴端静止外筒组件26左端面又装有轴端压盖25，通过螺栓与轴端静止外筒组件26连接，如图12、13所示。

静止外筒6上装有入口组件5，如图14所示；左侧支撑座8右端面与静止外筒6左端面通过螺栓连接固定，如图36所示；静止外筒6右侧和右侧支撑座8左端面连接，静止外筒6和支撑座8连接接触处有橡胶垫，如图37所示。

支撑座8的右端面装有轴承压盖27，轴承压盖27右端面装有底流腔7，此三者同样通过螺栓连接；支撑座8底面通过支撑垫板31用螺栓与电机底座连接，如图15、16所示。本旋流器中内部与外部结构通过轴承、轴承挡环及静环支撑连接，如图17所示。

本发明壁面旋转双锥内螺旋水力旋流器的工作过程如下：

启动电机1，电机1通过联轴器2带动第一传动轴组件3旋转，第一传动轴组件3又依次带动第二传动轴组件12、第一插接件18、第一入口盘组件19、第二入口盘组件13、旋流器单体22、空心驱动轴9、第二插接件24，第一同步转筒组件14、第二同步转筒组件15一起同轴旋转，实现了入口和旋流器单体22的旋转运动。混合液由入口组件5流入，经第一入口盘组件19上的两个切向入口，流入旋转器单体22内，混合液经过切向入口进入后形成螺旋流，在旋流器单体22内高速旋转，旋流器单体22壁面的旋转运动，使混合液的旋转速度进一步增加，获得较大的离心力；高速旋转的混合液沿旋流器单体22内壁面的梯形螺旋流道流动，起到了很好的导流作用，大大减轻了传统旋流器在旋流腔内的死循环流和短路流，沿整个内壁面的梯形螺旋槽使混合液的旋转速度沿轴向得到持续的补偿，增加了有效分离段的长度，提高了分离效率；同时，梯形沟槽壁面对螺旋湍流有减阻作用，可减小流动的阻力。混合液在离心力的作用下，密度较小的轻相介质向轴心移动，密度较大的重相介质向壁面移动，分离出来的轻相介质聚集在轴心附近，从旋流器单体22左侧的溢流嘴20流出，分离后的重相介质在边壁附近，从旋流器单体22右侧的底流口流出，实现了多相的分离。从溢流嘴20流出的轻相介质，经第一插接件18、第二传动轴组件12、第一传动轴组件3内孔，从第一传动轴组件3上的侧孔流入出口腔，从出口组件4流出，重相介质从底流口流出，经第一同步转筒组件14、第二同步转筒组件15内孔，从底流腔7流出，从而实现了混合液的分离。

Claims (1)

1.一种壁面旋转双锥内螺旋水力旋流器，包括电机(1),其特征在于：

所述水力旋流器还包括联轴器（2）、第一传动轴组件（3）、出口组件（4）、入口组件（5）、静止外筒（6）、底流腔（7）、支撑座（8）、空心驱动轴（9）、电机底座（10）、深沟球轴承（11）、第二传动轴组件（12）、第二入口盘组件（13）、第一同步转筒组件（14）、第二同步转筒组件（15）、轴承挡环（16）、静环支撑（17）、第一插接件（18）、第一入口盘组件（19）、溢流嘴（20）、阶梯挡环（21）、旋流器单体（22）、阶梯螺旋流道结构（23）、第二插接件（24）、轴端压盖（25）、轴端静止外筒组件（26）、轴承压盖（27）、支撑组件（28）、连接螺栓（29）、密封压盖（30）、支撑垫板（31）、静环（34）、动环（35）以及销（36）组成；

其中，所述电机（1）通过螺钉固定在电机底座（10）上，电机（1）的输出轴通过联轴器（2）与第一传动轴组件（3）相连，并带动第一传动轴组件（3）实现旋转运动；所述第一传动轴组件（3）与第二传动轴组件（12）焊接，可实现同轴转动；第二传动轴组件（12）上有轴肩（32），轴肩（32）左端装有深沟球轴承（11），深沟球轴承（11）右侧安装轴承挡环（16），轴承挡环（16）左端面与轴肩（32）左端面重合，实现轴承的固定；轴承挡环的右侧安装静环支撑（17），其内有毛毡圈（33）；静环支撑（17）与静环（34）配合，对其起支撑作用，二者均保持静止；静环（34）右端面与动环（35）配合，并保证其与第二传动轴组件（12）有间隙，实现动静分开，动环（35）与第二传动轴组件（12）实现同轴转动；

第二传动轴组件（12）的右端通过螺纹配合与第一插接件（18）连接，内部通过密封圈密封，所述第一插接件（18）内孔通过螺纹配合与溢流嘴（20）连接；第一插接件（18）的外螺纹与第一入口盘组件（19）配合；第二入口盘组件（13）与第一入口盘组件（19）焊接在一起，并且第二入口盘组件（13）的外圆面上有两个通透的圆孔；

第二入口盘组件（13）外圆面上的两个孔分别与旋流器单体（22）的左端外圆面的两个孔用销（36）连接，使二者固定，保持同步转动，以保证所述旋流器单体完成旋转动作，所述旋流器单体的内部流道为梯形流道；

第二入口盘组件（13）右端外螺纹与阶梯挡环（21）左端外螺纹配合并密封，阶梯挡环（21）的右端外螺纹与空心驱动轴（9）左端配合；所述第一同步转筒组件与第二同步转筒组件焊接在一起，空心驱动轴（9）右端内螺纹与第二插接件（24）外螺纹配合，第二插接件（24）右端外螺纹连接第一同步转筒组件（14）；

所述第一同步转筒组件上亦有轴肩，其轴肩右端亦装有带防尘圈的深沟球轴承（11），此轴承左端装有轴承挡环（16），且保证轴承挡环（16）右端与轴肩右端面重合，静环支撑（17）的大内孔端与轴承挡环（16）左端面重合；静环支撑（17）与静环（34）配合，对其起支撑作用，二者均保持静止；静环（34）右端面与动环（35）配合，并保证其与第一同步转筒组件（14）有间隙，实现动静分开，动环（35）与第一同步转筒组件（14）实现同轴转动；

第一传动轴组件（3）、第二传动轴组件（12）、第一插接件（18）、阶梯挡环（21）、溢流嘴（20）、第一入口盘组件（19）、第二入口盘组件（13）、旋流器单体（22）、空心驱动轴（9）、第二插接件（24）、第一同步转筒组件（14）及第二同步转筒组件（15）相互连接，实现同轴转动；

支撑座（8）由第一支撑座组件和第二支撑座组件通过螺钉连接构成，支撑组件（28）外圆与支撑座（8）内圆配合；第一轴端静止外筒组件与第二轴端静止外筒组件焊接在一起，轴端静止外筒（26）上装有出口组件（4）；

所述支撑座（8）左端面装有轴承压盖（27），以及密封压盖（30），轴承压盖（27）左端面又装有轴端静止外筒组件（26），此三者通过螺栓连接，轴端静止外筒组件（26）左端面又装有轴端压盖（25），通过螺栓与轴端静止外筒组件（26）连接；静止外筒（6）上装有入口组件（5）；左侧支撑座（8）右端面与静止外筒（6）左端面通过螺栓连接固定；静止外筒（6）右侧和右侧支撑座（8）左端面连接，静止外筒（6）和支撑座（8）连接接触处有橡胶垫；

支撑座（8）的右端面装有轴承压盖（27），轴承压盖（27）右端面装有底流腔（7），此三者同样通过螺栓连接；支撑座（8）底面通过支撑垫板（31）用螺栓与电机底座连接。