CN1088488A - 喷嘴式离心机的定常下部流控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

在一用于将固体颗粒从液体中分离出来的离心 机中，其提浓的固体颗粒是从位于外周壁上的径向喷 嘴排出，装备有一种提浓固体颗粒下部流流出的控制 装置。该装置传感出下部流中固体颗粒浓度的增加， 并调整回流液的流量，从而防止固体颗粒向上旋转进 入上部流。一感应室和一有流量干扰装置的控制组 件用于测量一设定液位回溯。上述液位的任何变更 均由液位传感器测量并发信号给液面计控制装置来 控制用于控制下部流的回流阀的开和闭。

Description

本发明涉及具有一股上部流和一股提浓固体颗粒的下部流的可调圆片喷嘴式离心分离机械，更具体地说，涉及一种以调整下部流量的回流管路来控制液态上部流中固体颗粒理想含量的新颖方法和设备。

在喷嘴式离心分离机中，众所周知的如可调圆片喷嘴式离心机，被分离出来的下部流从设置在离心转筒分离室外周面上的喷嘴装置流出。离心机将给料浆分成二组份。一份为较重的喷嘴流出浆，即所谓的下部流组份，或称由喷嘴流出的提浓物;以及另一较轻组份，即由离心机顶部的上部流转筒流出的分离液。上部液流正是所需的终产物，因此必须精心控制其固体颗粒的含量。一部分下部流以一可控流量通过转子滚筒的下端回流至分离室。使用这类分离器，常常有必要通过这种回流入分离室的方法来控制流出的下部流中固体颗粒的含量。在离心机给料的固体颗粒含量较低的情况下，通常利用这种下部流回流的方法，其理想的结果便是下部流料浆中固体颗粒浓度较高。当离心机给料是可变的，或者下部流含有浓度太高的固体颗粒以致引起出口的喷嘴堵塞时，有必要对固体颗粒含量进行精确控制。

1995年授权予李等人的美国专利第4，505，697号公开的一种用于喷嘴式离心机下部流固体颗粒浓度控制提出了一种解决上述问题的方法。该现有系统采用根据下部流粘度的增加而相应控制回流数量的装置。更具体地说，含给定固体颗粒浓度的下部流在流过喷管装置时，呈现出某种粘度，在恒定的粘度下，下部流会保持一固定的流量。随着固体颗粒含量的增加，由此引起的下部流粘度的增加引起流过喷管装置时流量下降，因此，减少下部流回流通过离心机的流量并抵消粘度的增加。用这种方法，现有技术设备将下部流中固体颗粒的浓度保持基本恒定。

该现有技术提出恒定的下部流浓度作为一改进方法，而体现本发明的下部流控制装置实现对可调圆片喷嘴式离心机的最佳控制。该最佳下部流控制机理调整了回流容量，并从而调整了不同给料和不同下部流浓度情况下的下部流。

1979年授权给希尔的美国专利第4，162，760号公开了另一种用于控制喷嘴式离心机下部流的现有技术系统。该手控系统采用一具有可调环形圈阀的可调贮料槽来进行回流。该设备即非粘度或流量敏感，又不能由于给料量和下部流固体颗粒浓度的变化而产生或保持上部流中的最佳固体颗粒浓度。

实际的工作流程有着常变的给料浓度，因此，最佳的下部流运行点将随每个变化而变化，需要流程控制来保持最佳下部流的浓度。现有技术设备，包括上述两种，从最佳意义上讲，均不能控制离心机。上述两种普通的可调圆片喷嘴式离心机的流程控制分别是手动阀（非自动）和定常下部流控制。图1中描述了这两种构思。在手控情况下，回流流量通过人工设定一手动阀被设定在某一值上。通过固定回流流量，任何给料的固体颗粒的变化都将改变下部流固体颗粒的浓度。图1中N-N′线描述了这种情况。如果将阀门初始设定于U₂点，即给料F₂的最佳点，那么，给料固体颗粒的任何变化均会将运行拉离最佳值。不采取控制的合理结果便是上部流会处于运行中某些超过固体颗粒规定极限的运行点，因此，操作者会选择在如图1中所示的U_B点运行（不采取控制）。对给料F₂而言，该点不是最佳点，但是，它产生一缓冲区以使上部流经常能满足理想产品要求。

图1中C-C′线所示是定常下部流控制。该控制方法比一点也不控制要好，但仍远不够最佳。该方法如果结合前述缓冲区方法会得到提高。如上所讨论的，李等人（第4，505，697号专利）便是这种设备的一个例证。该设备达不到其理想的定常下部流控制目标。图2中“粘度感应下部流控制”显示了该设备较差的控制性能。

本发明的目的在于通过采用一种最佳下部流控制系统用于圆片喷嘴式离心机以获得一定常上部流固体颗粒浓度。该系统可随不同给料情况以及下部流固体颗粒浓度的变化而有效地改变下部流。

图2示出了用于可调圆片喷嘴式离心机的这种最佳控制方案。对于给料浓度F₂，有一对应的将满足上部流固体颗粒规范的最佳下部流浓度U₂。较高的给料浓度，诸如F₃，需要一较低的下部流浓度，以U₃点为最佳。同样，给料浓度减少到诸如F₁，则需要将下部流浓度变到U₁。对于所有的给料浓度而言，只有唯一的下部流浓度会实现最佳作业。这些最佳点在图2被描述成一斜率为-m的直线。实际上，下部流/给料的关系是非线性的，但它会有大体形状为如图2所示的直线。

用于可调圆片喷嘴式离心机的最佳下部流控制也适用于不同给料流流量的运行。在这种情况下，尽管实际值-m稍微不同于不定的给料固体颗粒情况，但最佳控制仍如图2所描述的一斜率为负值的线。

该最佳下部流控制设备通过在下部流流出管路上插入控制组件和感应室来传感给料流量变化和下部流中悬浮的固体颗粒的含量变化，从而实现上述目的。这些变化通过使用压力或液位传感器感应出感应室内液位的变化测得。所测得的变化发信号给液面计控制装置，然后改变在下部流回流管路中的流量。流量是通过使用管路中一高灵敏阀来进行调节。任何能够保持感应室中给定点的值以控制离心机最佳运行性能的控制组件设计均能被采用。

在本发明的最佳实际运行中，设有气动阀装置来调节下部流回流管路中的流量。用这种方法，下部流所保持的固体颗粒浓度维持在最佳水平上，以防止固体颗粒流入上部流和引起劣质液体出品产生。

最佳下部流控制装置包括一感应室和使感应室中产生一回溯液位的流量干扰装置。此外还备有一监控感应室中回溯液位的液位传感器和一感应液位变化并将这种变化结果发出信号的液面计控制装置。信号打开或关闭回流管路中的阀门以控制通过的流量，进而校正并恢复下部流流出液中理想的固体颗粒浓度。这样一种变更可控制上部流中固体颗粒的含量。此外，在感应室和流量干扰装置之间采用一液位设定挡板以产生一测量用所需的和可测的液位。

图1示出了两种用于可调圆片喷嘴式离心机现有技术的下部流控制图表;

图2示出了最佳下部流离心机控制;

图3是一可调圆片喷嘴式离心机的纵剖视图，它示出了流入和流出离心机的工作液流;

图4是下部流控制装置的一总的平面布置图;

图5是一带蜗壳连接板的离心转筒的横剖视图;

图6是图5中沿A-A线的剖视图;

图7是一回流液和回流阀的局部放大剖视图;

图8是一流出液和控制组件的剖视图;

图9是图8中流量干扰装置沿B-B线的剖视图;

图10是本例中下部流控制装置中感应室液位线的图示;

图11是一高容量离心机机内多波美度进料分离的运行线的图示;

图12是一离心机反馈控制机理的图示;

图13是一两种下部流控制组件性能的图示。

现参阅附图，更具体地说是参阅图3，图中描述了可调圆片喷嘴式离心机的工作流。可调圆片喷嘴式离心机将给料流20分成一主要是液体的液体上部流22和一含有大部分随给料流进的固体颗粒的下部流24。下部流24中的固体颗粒由喷嘴26、28流出离心转筒的外周壁，而下部流的流出量对于离心机流程控制中涉及的所有变化而言，均是不变的。一部分喷嘴流出液回溯入（回流30）离心转筒从而对下部流中悬浮的固体颗粒进行控制。如果需要，可采用清洗流32通过稀释回流30中可溶性固体颗粒浓度来减少随流出液34带走的母流。

图4描述了本发明最佳实施例的总平面布置图。最佳下部流控制系统10包括：一感应室40，一液位设定挡板41，一控制组件42，一排液阀44，一回流阀46以及一指压器48。图中也描述了可调圆片喷嘴式离心机50，给料管路52，上部流54，流出管路56和回流管路58。图中还描述了液位传感器60和液面计控制装置62。在正常的最佳理想流动条件下，上部流54和下部流流出管路56均有一理想的固体颗粒浓度。当流出液56流入控制组件42，一设定流量的液体向上回溯入感应室40并为液位传感器60所测得。该设定液位可通过调节液位设定挡板41来改变，以使液位更易测量。当给料流量或下部流悬浮的固体颗粒含量发生变化，向上回溯入感应室40的液位也会改变。这种变化通过液位传感器60测得，然后，液面计控制装置62相应起作用，打开或关闭回流阀46。该最佳控制方式允许进行调节并维持所得到的理想下部流中悬浮的固体颗粒含量，进而控制上部流的固体颗粒浓度。

图5示出了一可置于离心转筒内（流向如箭头所示）下部流72中的涡壳连接板70。图中所示的是位于出口或流出前的下部流以及涡壳连接板70的位置。当下部流72离开离心机时，大量空气会夹带其中而产生问题，涡壳连接板70产生一隔离层以大大减少夹带空气的量。

图6是图5中沿A-A线的剖视图。所示出的涡壳连接板70具有一尺寸“D”，可根据工作情况进行调节以防止流动中不需要的空气夹带。

图7是回流阀的详细描述，包括气压传动装置80，阀杆82，阀塞84和阀座86。另外还描述了回流入口88，回流出口90，清洗流入口92和清洗流出口94。回流阀81按液面计控制装置的指令动作以限制回流流量进而改变下部流的流出量。

流出液100流过位于流出管道内由一组紧靠的板组成的控制组件102（图8）。板110被设置成与流出管路平行（见图9）。控制组件的长度101取决于离心机和工作条件，控制组件上游的液压是干扰的体现。一感应室（图中未示出）紧接置于控制组件的上游，该控制组件使液位相应于压力而聚集。该液位通过压力传感元件测得。控制组件的管道下游设有节流，因此，感应室液位将是控制组件两侧压差的可靠测量值。置于控制组件与感应室之间的一液位设定挡板104（图8）系用来设定感应室中可测量的液位以便测出感应室中所有的液位变化。

由于下述两个理由，感应室液位会变化：

（1）下部流中悬浮固体颗粒含量的变化。下部流悬浮固体含量的增加导致液流粘度提高，迫使提高压差来维持经过控制组件的相同流量。如果下部流的固体颗粒含量下降，则结果相反;

（2）流出液流量的变化（下部流中固体颗粒含量恒定）。较高流量需要较高液位，而较低流量则需要较低液位。

在图10中，以一张图表描述了上述影响（1）和（2）。数据经处理以便得到图中所示的定常感应室液位线。画出该图表所用的液流是悬浮于水中的玉米淀粉。以玻美度测得的流体密度是测量该种物料中悬浮固体颗粒的方法。

图11所示是在一高容量可调圆片喷嘴式离心机中用于淀粉分离的运行线。随给料流进的固体颗粒随流出液流出。此外，由于固体颗粒是以一给定流量随给料流入，因此，它们也随流出液以相同的流量流出离心机。流出液流量和流出液固体颗粒的含量之间的关系就是这样，即两者之乘积是一常数。对于一个稳定的运行，人们可以调整流出液流量，而流出液固体颗粒浓度将会自然而然地调整以保持流出离心机的固体颗粒的稳定质量平衡。这种关系在图11中以运行线在改变的流出液流量描述。而且，玻美度是用来测量工作液流中悬浮固体颗粒的含量。将图10和图11的曲线合并，便得到图12，它描述了本发明的控制方案。在我们的实例中，进入离心机的初始给料是9玻美（流量为800加仑/分钟），而下部流则调整至19玻美。从运行线上可以查出流出液流量是360加仑/分钟（如点1所示）。感应室记录的液位是41英寸。

如果给料变为10玻美，离心机又加了一条新的运行线。为适应新的工况，下部流玻美数和流出液流量必须调整。如果流出液流量保持恒定（没有下部流控制），下部流将增至20玻美。相应地，液位也将升至51英寸（图12中点2）。同样地，如果组料降至8玻美，下部流将降至18.1玻美，液位将降至34英寸（如图12点4所示）-又一条新的运行线。

如果液位超过给定值，控制装置指令通过增加流出液流量（减少回流量）来保持液位，而如果液位低于给定值，则减少流出液流量。控制装置是具有比例加微复位反馈控制作用的普通反馈控制装置。给定值液位是在启动期间，通过调节液位设定挡板来确定的。本例中给点值是41英寸。

如果液位升至超过给业值（本例中是由于给料由9玻美变为10玻美所引起），控制装置的作用将发出信号使流出液增加来降低液位。若不了解运行线，人们会慌乱，在增加流出液时，初始会增加液位，从而怀疑控制方案是在反向工作。但是，控制装置引起的任何误导将很快由下部流中固体颗粒的下降所克服，进而导致液位下降。控制装置的作用将持续至初始液位（41英寸）被重新恢复为止。这便是图中的点3，其下部流中固体颗粒浓度低于初始条件并位于10玻美运行线上。对于给料中固体颗粒浓度减少的情况，一相似的控制路径也可查出：给料由9玻美变为8玻美，产生一新的运行点5，其下部流中固体颗粒含量与初始条件相比较高。

在我们的实例中，我们将控制系统的响应曲线下定义为合成的下部流玻美数是给料玻美数的一个函数。这在图13中示作控制组件1。如该响应曲线按图2的原理为最佳，它必须有一与最佳控制线一样的斜率（-m）。实际上，该最佳控制线由现场数据所决定，因此需要一种方法来改变响应曲线的斜率，图13中“控制组件2”的响应曲线便描述了这一种方法。两种控制组件的不同之处在于板的长度（见图8和图9）：控制组件2板的数目与控制组件1一样，但其板的长度是控制组件1的两倍。

必须注意，紧靠的板不是用来产生干扰的唯一办法。这种干扰可以通过采用其它诸如同心管、静止的串联混合器、或仅仅是一根细长管等装置获得。事实上，只要干扰-液位-运行线之间的关系能导致一与最佳控制线一致的控制响应曲线，任何水阻法均可采用。

在第二最佳实施例中，感应室的液位允许对应于流出液的变化而上升和下降。一个单比例控制器用来保持给定液位值。这样一个控制器可按误差（实际液位与给定液位之差）的比例改变其输出信号。尽管达不到给定点，仍能获得平衡。

尽管本发明的一个实施例已经详细公开。但可以清楚地知道，本发明并不局限于此。那些专业技术人员会知道，在权利要求范围内，构件设计和布置中的不同变化都是可以的。

Claims (15)

1、一种最佳下部流控制装置，用于一喷嘴式离心分离机，具有一出口处生成的下部流，所述下部流分成一路流出液和一路回流液；它包括：

(a)一控制组件，包括流量干扰装置，该装置用于在紧接所述控制组件上游由于液压而产生一液体聚集，这种聚集就是干扰的体现；

(b)一感应室，置于紧接所述控制组件的上游，以允许液流在其内部相应于所述压力聚集；

(c)一连接于所述感应室，用于测量感应室液位的液位传感器；

(d)一液面计控制装置，可以来自液位传感器的信号中读出液位的变化并发出相应信号；

(e)一回流阀装置，可根据所述液面计控制装置发出响应的信号打开和关闭，从而调整回流返入所述分离机的流量，导致回复至最佳的下部流。

2、如权利要求1所述的最佳下部流控制装置，其特征在于：它进一步包括一液位设定挡板，用于设定感应室中的可测量液位，以便所有预计的液位变化均在液位传感器的感应范围之内。

3、如权利要求1所述的最佳下流控制装置，其特征在于：它进一步包括一位于流出管路中、置于所述感应室之前、用于增加控制范围的排液阀装置。

4、如权利要求3所述的最佳下部流控制装置，其特征在于：它包括一置于所述回流管路中的指压器，在运行时便于适当地调整所述排液阀装置。

5、如权利要求1所述的最佳下部流控制装置，其特征在于：所述控制组件装置包括一带有平行狭缝的屏栅，以限制所述流出液的流量并产生一液流回溯。

6、如权利要求1所述的最佳下部流控制装置，其特征在于：所述下流动中心装置系沿所述下部流的所述的回流管路设置。

7、如权利要求1所述的最佳下部流控制装置，其特征在于：所述回流阀装置具有一快速响应的气动致动器。

8、如权利要求1所述的最佳下部流控制装置，其特征在于：它进一步包括一置于所述离心转筒中所述分离器的所述出口前的蜗壳连接板，从而限制所述下部流中夹带的空气量。

9、如权利要求1所述的最佳下部流动控制装置，其特征在于：所述离心分离机是一可调圆片喷嘴式离心机。

10、在一喷嘴式离心分离机的运行中的一种最佳控制下部流的方法，用于将给料分成一提浓固体颗粒的下部流和一上部流组分，所述方法包括以下步骤：在分离机运行时将排放的下部流分入一回流管路和一流出管路，下部流连续地从所述管路中流过和测出位于流动干扰装置前的感应室中的一设定回溯液位以监控给料或下部流中固体颗粒的浓度。

11、如权利要求10所述的方法，其特征在于：它进一步包括所述应室内产生所述液流回溯的控制组件和一监控回溯液位变化的液位传感器。

12、如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述回流管路中的所述流量是通过一阀门装置，根据来自液面计控制装置的信号来调整，以与所述设定液位的变化相一致。

13、如权利要求10所述的方法，其特征在于：它进一步包括一位于所述感应室前流出管路中的排液阀装置来增加控制范围。

14、如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述流量干扰装置是一带有平行狭缝以限制所述流出管路中的流量而产生一液流回溯的屏栅。

15、如权利要求13所述的方法，其特征在于：它进一步包括一位于所述回流管路中的指压器，显示所述下部流管路中的流量变化来调整所述排液阀。

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