CN107073484A - 离心分离器 - Google Patents

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CN107073484A CN201580062996.1A CN201580062996A CN107073484A CN 107073484 A CN107073484 A CN 107073484A CN 201580062996 A CN201580062996 A CN 201580062996A CN 107073484 A CN107073484 A CN 107073484A
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Abstract

公开了用于微粒与气流的分离的离心分离器和方法(1)。分离器包括框架(2)、气体入口(3)和气体出口(4)。离心转子(5)布置成可在框架中围绕旋转轴线(x)旋转且包括分离部件(6)。转子中的中心气室(8)与气体出口和分离部件的径向内部连通。环绕转子的空间(9)与气体入口和分离部件的径向外部连通。驱动器件提供离心转子(5)的旋转以用于将微粒与气流分离，气流从环绕转子的空间穿过分离部件且朝中心气室引导。环形密封件布置在第一框架部分(15a)和离心转子之间且与第一框架部分(15a)和离心转子密封地接触。通过减少从中心气室的泄漏和压力损耗，这改进离心分离器用于微粒与气流的分离的分离性能。

Description

离心分离器
技术领域
本发明大体上涉及用于微粒与气流的分离的方法和离心分离器。
背景
WO 2014/079832A1公开了用于从气体混合物分离固体和液体微粒和/或雾来获得分离的气体的离心分离器设备。该设备包括带有限定分离空间的框架或静止罩的离心分离器。离心分离器包括用于气体混合物的入口、用于分离的气体的气体出口和用于排出分离的固体和液体微粒的出口。转子包括用于分离气体混合物的分离部件。驱动部件经由心轴连接至分离部件且使转子围绕旋转轴线旋转。在框架和转子之间是窄间隙。
由于气体出口处相比于分离器的内部的较低压力水平，将存在穿过间隙的泄漏流，其降低分离器的分离性能。
概要
本发明的目的在于改进用于微粒与气流的分离的离心分离器(诸如背景技术中公开的离心分离器的类型)的分离性能。
因此本发明涉及用于微粒与气流的分离的离心分离器。微粒限定为固体和/或液体微粒，诸如油微滴或油雾。离心分离器包括框架、气体入口和气体出口。离心转子布置成可在框架中围绕旋转轴线旋转且包括分离部件。中心气室在转子中形成且与气体出口和分离部件的径向内部连通。空间环绕转子且与气体入口和分离部件的径向外部连通。驱动器件提供离心转子的旋转以用于将微粒与气流分离，气流从环绕转子的空间穿过分离部件且朝中心气室引导。环形密封件布置在框架和离心转子之间且与框架和离心转子密封地接触。
多个分离板可包括设为与彼此成相互距离的截头圆锥形分离盘的堆叠，限定盘之间的分离通路，且其中各个分离盘设有间隔部件，间隔部件从分离盘的径向内部延伸至分离盘的径向外部以限定截头圆锥形分离盘的堆叠的盘之间的分离通路。因此，在分离通路中的旋转气体加快自旋时，气流的旋转可有效地传递至转子的旋转。间隔部件可通过提供作为将旋转动量从气体传递至转子的功能而增加效率。间隔部件可备选地或另外地包括分布在分离盘的表面上的点形填缝或微填缝的形式的间隔部件。
分离盘可以聚合物材料或金属(诸如不锈钢)形成。
离心分离器可构造成在装置的操作且由气流的旋转流驱动期间为转子提供100-11000转/分(优选地1000-3000转/分)的范围中的旋转速度。分离甚至在相对低的旋转速度下有效率。
本发明还涉及一种将微粒与气流分离的方法，提供了围绕静止框架中的旋转轴线(x)可旋转布置且包括分离部件的离心转子，与气体出口和分离部件的径向内部连通的转子中的中心气室，环绕转子且与气体入口和分离部件的径向外部连通的空间，使转子旋转以用于将微粒与气流分离，通过环形密封件使转子相对于框架密封。
气流可为化石气体、天然气、生物气、排气、通风气体、曲轴箱气、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)等的流。
本发明还涉及使用如公开的离心分离器用于从诸如化石气体、天然气、生物气、排气、通风气体、曲轴箱气、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)等的流的气流分离诸如固体或液体微粒的微粒，且/或应用至气体压缩、胺过程、壳牌克劳斯尾气处理(SCOT)过程、排气净化等中的位置。
附图的简要描述
现在通过示例参照附图描述本发明，在附图中：
图1示出了沿布置在圆柱形容器中以用于传送气流的根据本发明的离心分离器的旋转轴线的截面。
图2示出了沿布置在圆柱形容器中以用于传送气流的根据本发明的离心分离器的旋转轴线的截面。
图3示出了带有截头圆锥形开槽盘的保持器件的轴向截面。
图4示出了构造成使气流旋转的装置的透视图。
图5示出了根据另一实施例的与构造成使气流旋转的装置的旋转轴线垂直的截面。
图6示出了沿布置在圆柱形容器中以用于传送气流的根据本发明的离心分离器的旋转轴线的截面。
图7示出了根据本发明的密封件布置之处的分离器的区域的图6中的实施例的局部切出视图。
图8示出了根据本发明的密封件。
实施例的描述
在图1中，用于微粒与气流的分离的离心分离器1示为布置在用于引导气流的圆柱形管的形式的圆柱形容器19中。分离器包括用于安装在容器19内的自支撑框架2。自支撑理解为框架诸如在安装和拆卸期间能够支撑自身而不依靠来自容器19的支撑的能力。框架2设有第一隔板15以用于将容器19分成第一隔板15上游的第一区段16和第一隔板15下游的第二区段17。分离器1还包括与第一区段16连通的气体入口3和与第二区段17连通的气体出口4。
离心分离器1还包括布置成可在框架2中围绕旋转轴线x旋转的离心转子5。旋转轴线在容器19的延伸的方向上延伸。转子5包括具有第一端部和第二端部的轴26。第一端部中借助于第一轴承13支撑在第一框架部分15a。第一框架部分15a包括第一隔板15。第二端部借助于保持在第二框架部分21中的第二轴承14支撑在框架2中。参照图2，更加详细地描述了转子5。转子5包括连接至转子轴26且在转子轴26的第一端部和第二端部之间延伸的盘支撑结构27。盘支撑结构27具有沿转子轴26延伸且从转子轴26沿径向向外延伸的三个板状翼。在备选实施例中，盘支撑结构27包括两个或更多个翼，诸如六个翼。朝转子轴26的第二端部，底盘28附接至盘支撑结构27的翼。多个截头圆锥形分离盘6堆叠在底盘28上，且由板状翼的径向外部引导。分离盘6可由轻量材料(诸如塑料)制成，或由金属(诸如不锈钢)制成。分离盘6分别设有间隔部件以便在堆叠中的盘6之间提供分离通路7。间隔部件为从各个分离盘6的径向内部延伸至径向外部的伸长凸起的形式，具有沿直线或曲线的延伸。伸长间隔部件或填缝可为直的或弯曲的，且可整体结合在盘6中或附接至盘6。间隔部件可备选地或另外地包括分布在分离盘6的表面上的点形填缝或微填缝的形式的间隔部件。顶盘29设在分离盘6的堆叠的顶部上。顶盘29附接至盘支撑结构27的翼。分离盘6的堆叠由顶盘29和底盘28加压。由盘支撑结构27的翼分成三部分的中心气体空间8沿径向形成在分离盘6内。顶盘29设有中心开口30，使得转子5的中心气体空间8打开以用于气体穿过顶盘29的通路。顶盘29设有围绕中心开口30的凸缘31，提供圆柱形外密封表面，18a。分离盘6和盘支撑结构27以及底盘28和顶盘29一起形成分离部件。
转子5中的中心气室8经由顶盘29的中心开口30以及环绕第一轴承13在第一隔板15中形成的开口32与气体出口4和分离通路7的径向内部连通。此外，空间9环绕转子5且在其径向外侧形成。环绕转子5的空间9与气体入口3和分离通路7的径向外部连通。离心分离器1构造成使得容器19的第一区段16和第二区段17经由转子5的分离通路7连通。
再次转到图1，窄间隙18在顶盘29的凸缘31上形成的密封表面18a和第一隔板15上的相应的圆柱形密封表面18b之间形成。间隙18由环形密封件41密封，其为活塞环状密封件，具有矩形截面，且通过摩擦固定在第一隔板15上。密封件41然后与顶盘29的密封表面18a机械接触。
图8中所示的密封件41具有贯穿切口，当其磨损时切口允许其挠曲和移动且还允许环的周向扩张。贯穿切口应当均考虑这些功能同时允许最少量的泄漏。贯穿切口可因此为成角度的或直的切口。优选的是成角度的切口以避免泄漏，但直的切口通常较强。使用哪一种切口因此取决于应用或优选特性。切口可改为阶梯式的。
此实施例中的密封件41制造成使得切口较宽。因此当压缩密封件41且将其安装在第一隔板15上时，密封件41相对于密封表面18a扩张。
密封件41在顶盘29中的凹槽42中自由活动，带有小余隙且具有分别面向分离器的内部和外部的内表面和外表面。当分离器1由待分离的气体混合物填充时，出口4和空间9之间的压力差将密封件41在它的外表面靠在顶盘29中的凹槽42的上表面上的情况下向上或下游压，结果带有密封件41的增加的紧密性。凹槽42具有矩形截面但在另一实施例中可具有允许环绕转子5的空间9中的气体压力作用在密封件41的外表面的一部分和内表面两者上的截面。通过选择截面，可控制作用在密封件41的表面上的力之间的关系。作为补充或备选，密封件41的截面可选择成允许气体以类似方式作用在密封件41的外表面的该部分和内表面两者上。布置在框架2的第一隔板15上的活塞环形密封件41将是静止的且因此将不旋转。
在根据图6和图7的另一实施例中，顶盘29和第一隔板15之间的间隙18由环形活塞环状密封件41密封，其通过摩擦固定在转子的顶盘29的凸缘31上。密封件41在第一隔板15中的凹槽42中带有小余隙自由活动，且具有内表面和外表面。当分离器1由待分离的气体混合物填充时，出口4和空间9之间的压力差将密封件41的外表面靠在第一隔板15中的凹槽42的上表面上向上或下游压，结果带有密封件41的增加的紧密性。凹槽42可具有允许环绕转子5的空间9中的气体压力作用在密封件41的外表面的一部分和内表面两者上的截面。通过选择截面，可控制作用在表面上的力之间的关系。作为补充或备选，密封件41的截面可选择成允许气体以类似方式作用在外表面和内表面两者上。布置在顶盘29上的活塞环状密封件41将与分离部件一起旋转。
此实施例中的密封件41制造成使得密封件的切口端重叠。因此当扩张密封件41且将其安装在转子上时，密封件41压靠在密封表面18b上。密封件41然后与第一隔板15的密封表面18b机械接触。
活塞环状密封件41可由铸铁或钢(诸如不锈钢)制造，且可涂覆或处理以增强磨损抗性。密封件41可改为陶瓷材料或为材料中的全部或一些的组合。
框架2包括形成框架2中的气体入口3的底部密封环33。底部密封环33密封地连接38至内容器壁25。圆柱形框架管24沿作为框架2的一部分的容器19的内壁从底部密封环33延伸至第一隔板15，且与框架2的其它部分连接以提供自支撑框架结构。支撑第二轴承14的第二框架部分21连接至圆柱形框架管24的内壁且由其支撑。
框架2还包括在容器19内的位置处保持框架2的保持器件20。保持器件20包括借助于密封部件37密封地连接至内容器壁25的环形部分34。保持器件20构造成通过提供可扩张的外径而与容器19的圆柱形内表面接合。参照图3，更加详细地描述了保持器件20。环形部分34通过围绕环形部分34的圆周分布的多个螺栓35连接至第一隔板15。保持器件20包括一个或多个径向开槽的截头圆锥形盘36，其安装成使得通过上紧环形部分34的螺栓35对盘36的压缩引起盘36的开槽的径向外部36a扩张且与容器19的圆柱形内表面接合。因此，可扩张外径通过上紧加压的螺栓而实现。
再次参照图1，离心分离器1包括构造成使气流旋转的静止装置10。构造成使气流旋转的装置10定位在转子5上游且形成在第二框架部分21中。装置10包括环形气体偏转部件11，其包括相对于离心转子5的轴向方向x倾斜且围绕旋转轴线分布的多个导叶12。导叶12布置在形成于转子5上游的第二框架部分21中的通路11a中。通路11a在离心转子5的分离板外沿径向延伸。参照图4，更加详细地示出了构造成使气流旋转的装置10。装置10包括环形气体偏转部件11，其包括从环形部件11向外延伸且围绕转子5的旋转轴线分布的多个导叶12。导叶12相对于转子5的轴向方向倾斜，该倾斜在流动气体的方向上沿导叶12的长度逐渐增大。
根据一个实施例，导叶12可为活动的且/或导叶12的倾斜在操作期间可调整，以便控制气流的旋转速度。
除了图4中示出的那样之外或作为其备选，离心转子5上游的气流入口3可布置成与离心转子5的旋转轴线成直角，如图5中所示的那样。此图示出了在离心分离器1的入口侧处垂直于转子5的旋转轴线的容器19的截面。优选的是以直角连接外管连接件以便承受容器19中的高压力。在此实施例中，构造成使气流在转子5上游旋转的装置10包括布置成使气流从气体入口3朝离心转子5的切向方向偏转的入口气体偏转部件11'。入口气体偏转部件11'可为静止的或枢轴地连接至容器19且可倾斜或弯曲，使得流过入口3的气体朝离心转子5的切向方向偏转，因此在容器19中实现气流的旋转流。偏转部件11'的倾斜或位置在分离器1的操作期间可调整，以便控制气流的旋转速度。如图所示，这可由在点39处枢轴地连接至容器19且借助于弹簧40朝初始位置偏置的入口气体偏转部件11'实现。弹簧40可在枢轴点39处与入口气体偏转部件11'整体结合，或将入口气体偏转部件11'连接至容器19的另一个点。在增加的气流下，入口气体偏转部件11'由气流偏转，其可造成容器19中的气体的旋转速度的限制。
参照图1，分离器1安装在容器19中，通过使其自支撑框架2在容器19内的情况下将分离器1放置在容器19内的期望位置处，且扩张保持器件20的直径使得保持器件20与容器19的内表面接合以将分离器1保持在容器19内的期望位置处。
在离心分离器1的操作期间，气流进入离心分离器1的入口3中。气流被推入通路11a中，在该处，倾斜导叶12使气体朝分离器1的转子5的切向方向偏转。因此，通过导叶12使气流旋转，且进入环绕转子5的空间9中。在此空间9中，发生预分离，而具有比气流中的气体的密度大的固体微粒和/或液体微滴的形式的较大微粒借助于旋转气流中的离心力与气流分离且沉积在圆柱24的内表面上。
旋转气流从环绕转子5的空间9进入形成在转子5中的分离盘6之间的分离通路7中。通过旋转气流借助于作用在分离通路7中的分离盘6上的粘性力使转子5旋转。转子5的旋转还由用作导叶或涡轮叶片的盘堆叠的伸长的间隔部件促进以改善从气流到转子5的动量的传递。由于旋转气流从分离通路7的径向外部且朝分离通路7的径向内部引导，故气流由于角动量的守恒而加快自旋。因此，从气体到转子5的旋转的传递在此构造中特别有效。
在分离通路7中，具有比气流中的气体的密度大的固体微粒和/或液体微滴的形式的微粒通过离心力与气流分离。由于截头圆锥形盘6的堆叠的分离通路7中的较小分离距离，这甚至允许较小和/或较不质密的微粒与气流分离。与气流分离的微粒沉积在截头圆锥形分离盘6的内表面上且借助于离心力沿径向向外输送。从分离盘6的径向外缘，与分离通路7中的气流分离的微粒朝圆柱24的内表面抛射且沉积在该处。
因此，气体混合物的旋转流独自驱动离心转子5的旋转，而没有驱动转子5的驱动马达。所得的旋转引起微粒与相同气流的分离。朝转子5的中心气室8引导的清洁气体通过形成在转子5和第一隔板15中的通路30和32提供至出口4，且从分离器1输送穿过容器19。
代替根据图1将离心分离器1布置在容器19中，分离器1可布置成独立式单元。分离器1的框架2然后具有用于分离部件上游的待清洁气体的带有连接件的入口以及用于分离部件下游的清洁的气体的带有连接件的出口。
代替流动的气体在该处驱动转子的驱动器件，驱动马达可联接至轴。驱动马达可为电动的或由某一外部流体源驱动。
代替截头圆锥形盘，分离部件可包括居中地连接至轴且带有或不带有倾斜沿径向延伸的多个垂直板。分离部件可改为布置在轴上的一个旋转螺旋形的部件。

Claims (12)

1.一种用于微粒与气流的分离的离心分离器(1)，
包括：
框架(2)，其包括第一框架部分(15a)、气体入口(3)和布置在所述第一框架部分(15a)中的气体出口(4)，
离心转子(5)，其布置成可在所述框架中围绕旋转轴线(x)旋转且包括分离部件(6,27,28,29)、在所述转子中与所述气体出口(4)和所述分离部件的径向内部连通的中心气室(8)，
空间(9)，其环绕所述转子(5)且与所述气体入口(3)和所述分离部件的径向外部连通，
驱动器件，其提供所述离心转子(5)的旋转以用于将微粒与所述气流分离，所述气流从环绕所述转子(5)的所述空间穿过所述分离部件且朝所述中心气室(8)引导，
环形密封件，其布置在所述第一框架部分(15a)和所述离心转子之间且与所述第一框架部分(15a)和所述离心转子密封地接触。
2.根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，所述环形密封件通过摩擦布置在所述第一框架部分(15a)上或所述转子上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的离心分离器，其特征在于，所述环形密封件具有面向所述空间(9)的内表面和面向所述出口的外表面，且带有小余隙在所述第一框架部分(15a)中或所述转子中的凹槽中自由活动。
4.根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，所述凹槽或所述密封件具有允许环绕所述转子的所述空间(9)中的压力作用在所述内表面上且部分地作用在所述外表面上的截面。
5.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述环形密封件至少部分地由陶瓷材料制造。
6.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述分离部件包括多个分离盘。
7.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述转子具有第一轴向端部和第二轴向端部，且其中，所述转子在所述第一轴向端部处借助于第一轴承(13)且在所述第二轴向端部处借助于第二轴承(14)可旋转地支撑在所述框架中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述框架构造成可安装在容器(19)内以用于引导所述气流，且包括第一隔板(15)以用于将所述容器(19)分成所述第一隔板上游的第一区段(16)和所述第一隔板下游的第二区段(17)，其中所述气体入口与第一区段连通，所述气体出口与第二区段连通，且其中所述离心分离器构造成使得所述第一区段和所述第二区段经由所述转子的分离通路连通。
9.根据权利要求11或权利要求12所述的离心分离器，其特征在于，所述框架是用于安装在现有的容器(19)内的自支撑框架以用于引导所述气流，且其中所述框架包括保持器件(20)以将所述框架保持在所述容器内的位置处。
10.根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述多个分离盘包括设为与彼此成相互距离的截头圆锥形分离盘的堆叠，限定所述盘之间的分离通路，且其中各个分离盘设有间隔部件，所述间隔部件从所述分离盘的径向内部延伸至所述分离盘的径向外部以限定截头圆锥形分离盘的所述堆叠的盘之间的分离通路。
11.一种将微粒与气流分离的方法，提供了围绕静止框架中的旋转轴线(x)可旋转布置且包括分离部件的离心转子，
所述转子中的中心气室，其与气体出口和所述分离部件的径向内部连通，
空间，其环绕所述转子且与气体入口和所述分离部件的径向外部连通，
使所述转子旋转以用于将微粒与所述气流分离，
通过环形密封件使所述转子相对于所述框架密封。
12.使用根据权利要求1所述的离心分离器用于从诸如化石气体、天然气、生物气、排气、通风气体、曲轴箱气、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)等的流的气流分离诸如固体或液体微粒的微粒，且/或应用至气体压缩、胺过程、壳牌克劳斯尾气处理(SCOT)过程、排气净化等中的位置。
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