CN1094794C - 离心分离器的控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种在一用于从提供到其中的液态混合物中分离某种物质的离心转动体(1)，其构成一具有周边出口(30)的分离腔(7)。该离心转动体包括用于在离心转动体转动过程中断续地打开和关闭出口(30)的出口装置(20-28)。致动装置(31-40)可使出口装置(20-28)保持可变的打开程度和/或可变的打开时间，而控制装置(43)适于根据所感测到的提供到该转动体内的混合物的量的数值来控制致动装置(31-40)，使预定量的已收集在分离腔(7)内的分离物质(29)在出口(30)每次打开和关闭时通过该出口排出。

Description

离心分离器的控制装置
本发明涉及一种离心分离器，其包括一个构成一分离腔的可旋转的离心转动体，该分离腔有分离物质的周边出口，该分离器包括用于将含有上述物质并将在分离腔中进行处理的液态混合物引入离心转动体的固定入口装置，包括可随离心转动体转动且适于在离心转动体的转动过程中断续地打开和关闭上述周边出口，从而将上述分离物质排出分离腔的出口装置，以及包括布置在离心转动体之外的致动装置，它适于操纵上述出口装置，以使周边出口保持打开一定程度和/或一段时间，使预定量的上述分离物质离开离心转动体，上述程度和/或时间是可变的。更具体地，本发明涉及一种控制装置，在上述周边出口每次打开和关闭时，使离开分离腔的上述分离物质的量保持恒定。
因为上述类型的传感装置长期以来都是与离心分离器结合使用的，所以众所周知，利用该装置，当上述分离物质在离心转动体分离腔内积蓄到一定量时可以精确探测出来，进而自动打开和关闭上述周边出口。但是，已经证明，在分离操作过程中要通过周边出口在每次打开和关闭时排出同样数量的分离物质是难于实现的。
困难的原因看起来是所讨论的这类离心转动体在每次排放操作中在保持周边出口打开相同的程度和/或相同的时间和因此在不同的打开时间下排放相同量的物质方面的能力不强。因此，如果排放较少量的物质，如果该物质由固体颗粒构成，那么它在通过周边出口排放之前，有时间达到过高的颗粒浓度。这会导致这样的效果，即部分分离出的物质在周边出口打开之前有时间固着到离心转动体的内壁上。而另一方面，如果排放较大量的物质，物质获得的颗粒浓度过低，即所排放出的物质中含有一定量所不希望有的、颗粒应从其中分离出来的液体。这会造成所不希望有的损失，因为该液体经常是所供给到离心转动体中的混合物的有价值部分。
即使是在已于残渣排放操作之前向分离腔中提供一定量的密度高于有价值液体的低值液体，使分离腔中的有价值的分离液体径向内移的某些分离作业中，在周边出口每次打开和关闭时使通过周边出口排放的分离物质(颗粒和/或液体)的量得到良好控制也是有价值的。因此，在周边出口每次打开之前，使所加入的低值液体的量最佳化成为可能。提供大量的不需要的这类液体要考虑中断分离过程的时间，这是所不希望的。
为了解决以上所讨论的问题，在每次打开和关闭周边出口时通过它排放预定量的分离物质，人们一直在改进转动体上述出口装置和设置在离心转动体外侧用于使该出口装置动作的致动装置的设计。但是，这并未完全解决上述问题。现在已知的实现所讨论的分离物质自这类离心转动体理想排放的装置在例如美国专利US4,510,052和国际专利WO97/27945中有说明。
本发明的目的是提供一种控制装置，通过这种装置，离开开始时所定义的这类离心转动体中分离腔的分离物质的量可以在出口装置每次打开和关闭周边出口时均保持大体不变。
此目的根据本发明可以通过这样一种调节装置来实现，其特征为有一用来感测表示单位时间内通过上述入口装置供入离心转动体内的混合物的量的某个参数的传感装置，以及与该传感装置和上述致动装置均相连接的控制装置，该控制装置适于自该传感装置接收一个反映每单位时间内提供到离心转动体的混合物的量的信号，并按照预定的每单位时间内通过入口装置供入离心转动体内的混合物的量和周边出口通过出口装置所要保持打开的程度和/或时间之间的关系，根据上述信号控制致动装置，从而使上述预定量的分离物质离开离心转动体。上述关系在某些特定情况下可以计算，而在其它一些情况下必须根据经验确定。
传统情况下，关于本文所讨论的这类离心分离器，上述出口装置适于通过由离心转动体外侧的上述致动装置供给到离心转动体的流体(液体或压缩空气)使离心转动体的一个或多个阀门或滑动件动作。这类出口装置也适于与本发明结合使用。但是，在本发明的范围内，电动、磁力、热力或其它致动方式的出口装置均可使用。
就使用可通过所供给的流体致动的出口装置而言，此出口装置可以有多种类型。因此，该出口装置可适于借助致动装置所供给的上述流体的压力打开上述周边出口并将这种打开状态保持一定程度或持续一段时间，该程度和时间均是随压力可变的。或者，该出口装置可适于根据由致动装置输出的流体量或单位时间内输出的流体量来操作。
即使致动装置也可以具有多种类型。在上述流体为液体且这种液体以可变但以预定的压力提供给出口装置的情况下，该致动装置可以包括一盛放该液体的容器和一处于该容器内以将液体排出该容器的移动体，例如活塞。再者，该致动装置可以包括一存放压缩空气的容器，可能就由液体容器的一部分构成。
上述传感装置可由传统的质量或体积流量计构成，或用任何适用的能直接或间接感测通过离心分离器的入口装置的液体流大小的设备，例如一压力计构成。该传感装置应适于发出一个代表所感测液体流量大小的任何适用形式的信号。该信号的形式可以是电流或电压，其大小取决于所感测液体流量的大小。
接收由传感装置所产生信号的控制装置应适于以一种方式或另一种方式，以控制上述致动装置。实现这种控制的方式当然取决于已选定的致动装置的类型。
在一种非常简单的情况下，致动装置可适于通过一根导管提供具有一定压力的所谓操作液。那么，在上述导管内存在一关闭阀，该阀可以打开，且可在一定的可控时间周期内保持打开状态。通过这种类型的致动装置，在所需的时间周期内可向离心转动体提供所需量的液体。然而上述阀门的打开运动可以由一适于确定离心转动体的周边出口何时打开的时间点的设备来启动，阀门保持打开状态的时间可以由上述控制装置根据来自传感装置的信号进行控制。
在另一种情况，即下面将结合附图做详细说明的情况下，致动装置可适于借助压力可变的压缩空气排出一液体流。这样，上述空气压力的大小可以由控制装置根据来自传感装置的信号进行控制，致动装置还适于在取决于所选空气压力的一段时间内仅提供一定量的所谓操作液体。
其它一些可能的形式在上述专利说明书US No.4,510,052和WONo.97/27 945中有说明。
下面将参照附图对本发明做更详细的说明，其中，图1示意性地以截面图形式给出了离心转动体的一部分和根据本发明的调节装置的各部件；和图2更详细地示出了包括在调节装置内的致动装置。
图1给出了离心转动体1的一部分，它可绕中心轴线2转动，且其包括上部3和下部4。转动体部分3和4通过锁环5相互连接。在转动体内布置有一环形滑动件6，在转动体内对中地相对于转动体下部4以及相对于转动体的周围部分径向密封的条件下，该环形滑动件可在轴向上做短距离移动，与转动体上部3的环形下边缘部分相抵靠和相分离。
在转动体内，转动体上部3和滑动件6之间构成一分离腔7，其中布置有一叠与转动体同轴的截头圆锥形分离盘8。
此叠分离盘坐放在所谓的分布器9的下部上，分布器接下来坐落在支撑于转动体下部4的中心部分11上的圆锥隔板10上。
具有环形横截面的分布器9环绕入口腔12，在转动体中进行处理的液态混合物的固定入口管13延伸到其中。入口腔12通过围绕转动体中心轴线2分布并于圆锥隔板10和分布器9的上述部分之间构成的一些槽道与分离腔7连通。隔板10的上侧载装有径向和轴向延伸的翅片14，上述槽道即在其之间延伸。
入口管13在分布器9上方支撑一适于将液体排出转动体的所谓削刮盘15。削刮盘15自入口管13径向向外延伸到出口腔15a内。在出口腔15a和分离腔7之间，转动体上部3在其内侧装有一环形隔板16，其内缘形成液体自分离腔7至出口腔15a的溢流出口。
在转动体下部4和环形滑动件6之间构成一所谓的封闭腔17。它具有靠近转动体中心的操作液体常开入口18和处于转动体周边附近的该液体的可关闭出口19。当出口19关闭且关闭腔17充满操作液体时，滑动件6保持在如图1中所见的其上部位置，其中，它轴向上抵靠在转动体上部3的边缘部分。
转动体1在其下侧支撑于一环形滑动件20上，它可以相对于转动体在轴向上运动，方式是滑动件20的一部分可以交替地关闭和打开关闭腔17的出口19。滑动件20通过一些弹簧21轴向上压靠在转动体的下侧，弹簧围绕转动体中心轴线分布并由支撑装置22支撑。支撑装置22与转动体的下部4牢固地连接。在滑动件20和转动体下部4之间构成一环形的所谓的打开腔23，它有至少一个中心入口24和至少一个处于径向最靠外部分的出口25。
支撑装置22支撑一环形件26，它形成与关闭腔17的入口18联通的径向向内敞开的第一环形槽27。环形件26还形成与打开腔23的入口24联通的第二槽28。第二槽28位于第一槽27径向向内侧的位置上。
上述部件20-28和环形滑动件6共同构成一可与离心转动体一起转动的出口装置，用于在滑动件6与转动体上部3脱开贴靠时自分离腔7排放分离物质29。在随后构成转动体下部4的环形狭槽的外侧有沿转动体周边均匀分布的几个孔30。
在离心转动体1之下方布置有一致动装置，用于以所需的方式使上述出口装置的致动。此致动装置包括一压缩空气的压力罐31和布置用来将所谓的操作液体供给到离心转动体的液体供给装置32。一根液体供给管33自装置32延伸到槽27内且通过导管34与操作液体源联通。导管34有止回阀35。
在连接压力罐31与装置32的导管36内布置有一个三通阀37。
压力罐31还与压缩空气的供给导管38联通。此供给导管38由一电流/压力转换器39启动，它接下来通过导管40与压缩空气源(未示出)联通。
三通阀37和电流/压力转换器39分别通过信号线41和42与控制单元43相联接。它还通过信号线44和45分别与流量计46，例如一质量流量或体积流量计和传感装置47相联接，流量计布置在入口装置(未示出)内，离心转动体通过该入口装置装填液态混合物；传感装置47布置在出口导管内，离心转动体内所分离的液体可通过该出口导管该离开该离心转动体。传感装置47的功能将在下面说明。
图2更详细地给出了液体供给装置32。图2还示出了压缩空气的供给导管36、其中的三通阀37、操作液体的供给导管33的一部分、导管34和止回阀35。
液体供给装置32包括一具有端壁49和50的圆柱形容器48。在容器48内的活塞51可在两端部位置之间，相对于容器周壁密封的条件下可在轴向上移动。在图2中，活塞51位于其端部位置之间。活塞51将容器48的内部分隔为第一腔52和第二腔53。
活塞51在其一侧与中心活塞杆54相连，在活塞的所示位置，它穿过端壁50上的开孔延伸到管33内。
活塞杆54有一中心通道55，它在其一端开口于活塞杆的自由端，且在其另一端通过通道的径向延伸部分开口于腔53内。
腔52通过端壁49上的一孔与压缩空气的供给导管36永久性联通，同时腔53与操作液体的供给导管33的内部永久性联通；其联通或是当活塞51处于容器48的右半部时通过活塞杆54中的通道55。
图1和图2中的离心分离器以下述方式操作。
在离心转动体1已绕中心轴线2转动之后，含有某种物质的液体通过流量计46和入口管13注入，该物质以固体小颗粒形式弥散于液体中，其密度大于液体。所供给的液态混合物通过入口腔12和翅片14之间的槽道导入分离腔7。当它被充满且液体开始通过削刮盘15排出转动体时，入口腔12、分离腔7和出口腔15a内在径向位置上形成自由液体表面，在图1中以提供有小三角的实线表示。
在转动体转动过程中，弥散在液体中的固体在分离腔7中通过径向向外运动而被分离。它们在分离腔的径向最外侧部分聚集为一层所谓的残渣空间29。清除了颗粒的液体通过由隔板16构成的溢流出口和通过削刮盘15逐渐排出。经过一段分离时间后，分离腔7必须将蓄积在其中的颗粒全部或部分清除。这可在预定的分离时间周期之后进行或在以一种或另一种方式感测到一定量的颗粒已经存积在分离腔内时进行。图1中示意性地给出了用于此目的的传感装置47。此传感装置适于感测从转动体排出的液体何时开始污浊。这种污浊性表示继续进行分离效益将降低。它进而还表示存积颗粒和清洁液体之间的界面层在分离腔内已经到达一定的径向位置。有关这种状态的信号从传感装置47传送至控制装置43，控制装置随后开始所谓的残渣排放操作。
用于感测分离腔内已经收集了一定量的颗粒的设备可以是任何所需的适用类型。许多不同类型的这类设备早已众所周知。对于本发明根本不是必须使用本文所涉及的这种类型的传感装置。
在残渣排放操作开始前，控制装置43通过信号线44自流量计46接收到一个关于进入入口管43的为主的液体流量信号。此信号被转换成弱电流，通过信号线使电流/压力转换器39动作。电流/压力转换器39适于根据电流强度调整减压阀(未示出)，其方式是将在导管40中为主的相对高压(例如8巴)，降低到在导管38以及在压力罐31中所保持的多少低一些的压力(例如5巴)。
根据由流量计46感测出的液体流量，压力罐31中的空气压力可以调节到例如3-6巴之间的某值。这种调节可以根据所感测到的液体流量变化连续进行，也可以在例如预定的时间间隔或就在开始残渣排放操作之前断续进行。
根据残渣排放操作的开始，一个信号自控制装置4通过信号线送至三通阀37，使以前关闭的压力罐31和液压缸48内腔52(图2)之间的联接打开。
因此，使在此阶段处于其最靠近端壁49的端部位置的活塞51就图2而言向右快速运动，随后使操作液体(通常是水)通过管33排出腔53，到达转动体内的环形槽27(图1)。
应当指出，在活塞51进行上述运动之前，管33和腔53已经通过导管34完全注满操作液体。这是通过在导管34内保持恒定的预定液体压力而实现的，该液体压力保证了槽27内的自由圆柱形液体表面保持在图1中以三角表示的预定径向位置上。
当活塞1将操作液体从腔53泵出送到管33时，这是通过大体超过导管34内的上述预定的恒定压力的压力产生的。利用止回阀35，此液体全部通过管33导入转动体内的槽27中。槽27内的液体表面随后将径向向内运动，直至液体开始流过槽27的最低限制壁并进入槽28。液体自槽28继续导入部分注满的操作腔23内。
当足够量的液体进入操作腔23，超过来自弹簧21的力时，滑动件20开始向下运动，于是关闭腔17的出口19被打开。但是在出口19打开之前，打开腔23内的液体表面已经向处于该液面内侧的某径向位置移动，在该处滑动件20开始向下运动；这是由于自打开腔23通过出口25向外的流量小于通过入口24进入打开腔23的流量的结果。因此，就是通过入口24所流入液体的流速决定了在给定时间内供给到开口腔23的液体有多少。
当滑动件20向下运动，操作液体开始离开关闭腔17时，关闭腔17内的自由液体表面以及槽27内的自由液体表面开始径向向外移动。而后，操作液体自槽27向槽28的流动将被中断，但是由于来自打开腔23的出口25强力的节流作用，所以大部分液体在一定的时间内保持在打开腔23内，使其压力超过弹簧21的力。关闭腔17的出口19在此时间内保持打开状态。
当关闭腔17内的液体表面径向向外移动时，关闭腔内的液体作用在滑动件6上的轴向力减小，所以经过很短一段时间后，它变得小于分离腔7内的液体和分离物质作用在滑动件6上的反向力。因此，滑动件6将受压而轴向向下并打开转动体部分4上的周边出口孔30，使分离物质开始通过这些出口孔射出。
在此阶段，有如此多的操作液体通过开口孔25离开打开腔23，所以弹簧21的力可再次使滑动件20轴向向上移动，关闭关闭腔17的出口19。
这意味着关闭腔17内的液体表面径向向外的移动将中断。由于新的操作液体恒定地供给到槽27和入口18(将说明如下)，所以关闭腔17内的液体表面并不停止于某一液面，而是开始径向向内运动。
在非常短的时间之后，关闭腔17将盛放足够多的操作液，以致于其所产生的作用在滑动件6上的力超过分离腔7中的液体和有可能残存的分离物质作用在其上的反作用力。滑动件6随后再次封闭周边出口30。
在活塞51移动到图2中左侧之前，控制装置43已调节三通阀37，使腔52与环境大气联通。
供给装置32以下述方式操作。
当三通阀37调节到使压力罐31与腔52联通时，操作液体自腔53排出进入管33，再进入转动体的槽27，活塞51因此向右运动。这会较快速地发生，直到活塞杆54到达端壁50并覆盖住其上的孔。根据压力罐31中经过调节的空气压力，活塞51移动上述距离的时间或长或短，意味着所设定的空气压力决定了预定量的操作液体泵入转动体内的槽27的流速(l/h)。
此流速与操作液体自槽27流入槽28进而流入打开腔23的流速一致。如前所述，当滑动件20处于其下方位置时，即当关闭腔17的出口19保持打开时，此流速将决定最靠内的径向液位，打开腔23内的自由液体表面将位于此处，此液位在打开腔23内所处位置靠转动体中心轴线越近，打开腔23排空如此多的液体使弹簧21将滑动件20推回来关闭出口19之前所用时间越长。它进而影响给定时间内离开封闭腔17的操作液体的量，因此关闭腔17中的液体表面所处的径向最靠外的位置允许移动。此液位的位置进而决定有多少分离物质能够离开分离腔7，因为分离腔中的自由液体表面径向向外的运动将与其相关。
当活塞51已经移动到液压缸48的右侧，使活塞杆54覆盖端壁50上的孔时，转动体中的槽27的液位已经开始径向向外移动。
而后或多或少(或根本没有液体)留在槽27内。当活塞51继续向右运动，液流自腔53通过活塞54中的槽道55向上到达并通过管33。此液流基本小于前面由活塞51所造成的液流，但大于能通过导管34向上到达管33的液流，并较其更能够控制。
由活塞51完成流入槽27且从该处进入关闭腔17内的液流使关闭腔内的液体表面径向向内的移动较分离腔17中的自由液体表面的相应运动更快。如果这种情况不发生，那么滑动件6将再次受压而向下，即打开出口孔30。分离腔7中的液体表面向内运动取决于这样的事实，即混合物通过入口管13的供给在残渣排放过程中不中断。
当活塞51已经到达其在端壁50的端部位置时，操作液体根据需要通过导管34进一步自动供给，直至槽27中的液体表面维持在其预定的径向位置，它与上述的止回阀35上游的导管34中占主导地位的管33中的恒定液体压力相对应。
从以上所述可以看出，压力罐31中空气压力设定的低或高分别导致残渣排放操作中分离物质离开分离腔7的量的少或多。
如前面已经提到的，本发明的目的是实现在各残渣排放操作中，自分离腔中排出恒定量的分离物质。业经证明，这可以根据供给到离心转动体中的液态混合物流量的大小，通过使离心转动体打开装置的动作，打开周边出口30来实现。
对此一个可能的解释是，一定流量的液态混合物通过入口管23进入离心转动体，使自由液体表面在入口腔22内的一特定液位处形成(见图1中实线)，但是如果流量增大，自由液体表面将在径向上更靠近离心转动体中心轴线的某液位处形成(见图1中虚线)。
其原因可能是，经过分离盘8之间非常狭小的分离通道流入分离腔7的液体的流动阻力由于通过离心转动体的流量增加而增大。
由于入口腔12内的液体液位的改变，正如刚讨论过的，分离腔7中存在的液体作用在滑动件6上的力将改变，影响前述的滑动件6的运动过程。因此，滑动件6随着分离腔7内液体压力的提高将受到更大的打开力，如果滑动件6的操作液体侧的状态保持不变，它将使残渣排放过程中出口30的打开时间延长。
根据本发明，由于进入离心转动体的流量提高而使分离腔7中的液体压力增大可以通过多少降低一些压力罐31中所设定的空气压力来补偿，其结果是操作液体通过供给装置32以较正常低一些的速度提供给转动体，即打开腔23的注满程度将小一些，且因此其排空较正常多少快一点。自由液体表面在关闭腔17中的径向向外运动因此将较正常提前一些中断，即径向位置较正常多少更靠近转动体中心轴线。因此，实现了来自关闭腔17一侧的操作液体作用在滑动件6上的液体压力与来自分离腔7中的液体作用于滑动件6上的液体压力的一致。
上面已经描述了与离心转动体的固定入口管13相连设置的，用于感测表示单位时间内导入离心转动体的混合物量某参数的传感装置46。但是用于此目的的传感装置不是必须与固定入口导管13相连，而可代之以布置在转动体内或分离液体通过它离开转动体的转动体的固定出口导管上。
如果传感装置布置在转动体内，它可以是液位计的形式，即一浮体，处于转动体的一个腔内，例如入口腔12。或者，它也可以是压力计的形式。

Claims (5)

1.一种用于离心分离器的调节装置，其包括：
●一可转动的离心转动体(1)，其构成一个具有分离物质的周边出口(30)的分离腔(7)；
●一固定入口装置(13)，用于将含有上述物质并将在分离腔(7)中进行处理的液态混合物引入离心转动体；
●出口装置(20-28)，其可随离心转动体(1)共同转动，且适于在离心转动体的转动过程中断续地打开和关闭上述周边出口(30)，以便将上述分离物质自分离腔(7)中排出；和
●致动装置(31-40)，其处于离心转动体(1)的外侧，且适于使上述出口装置(20-28)动作，使周边出口(30)打开一定程度和/或一段时间，使预定量的上述分离物质离开离心转动体(1)，上述程度和/或时间是可变的，
其特征在于
●传感装置(46)，用于感测表示单位时间内通过上述入口装置(13)供给到离心转动体(1)内的混合物的量的某一参数；和
●控制装置(43)，其与传感装置(46)和致动装置(31-40)均相连接，控制装置(43)适于自传感装置(46)接收一个反映单位时间内供给到离心转动体(1)内的混合物的量的信号，并按照单位时间内通过入口装置供入离心转动体(1)的混合物的量和周边出口(30)借助出口装置(20-28)保持打开的程度和/或时间之间的预定关系，根据上述信号控制致动装置(31-40)，使得上述预定量的分离物质离开离心转动体(1)。
2.如权利要求1所述的调节装置，其中，传感装置(46)由布置为与上述固定入口装置(13)相连的流量计构成。
3.如权利要求1或2所述的调节装置，其中，致动装置(31-40)适于通过向离心转动体提供操作液体而使出口装置(20-28)动作。
4.如权利要求3所述的调节装置，其中，致动装置(31-40)包括提供流量可变的操作液体的装置。
5.如权利要求4所述的调节装置，其中，上述装置包括一布置为盛装压缩空气的压力罐(31)和布置为盛装操作液体的容器(48)，容器(48)内的一活动壁，例如活塞(51)，布置为由压力罐(31)中的空气压力致动而使操作液体排出该容器，且上述控制装置布置为根据上述反映单位时间内供入离心转动体(1)的混合物的量的信号控制压力罐(31)中的空气压力。
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