CN110304686A - 基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，包括水基过滤区和油基过滤区；所述水基过滤区包括永磁体以及永磁体与极靴围成的流道；所述流道内注有水基磁流体；所述油基过滤区包括永磁体以及永磁体与极靴围成的流道；所述流道内注有油基磁流体。本利用油基磁流体(MFZ)和水基磁流体(MFW)对石油和水的溶解性差异，将两种磁流体放置在特定的磁场结构中，通过特殊的磁场结构锁定磁流体中的磁性颗粒，使得磁性颗粒不会流走，实现海面石油的回收。

Description

基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置

技术领域

本发明涉及一种海面石油回收装置，尤其是一种基于磁流体油水分离技术的石油回收装置。

背景技术

海洋占据地球表面积的71％，为人们提供了丰富的生产和生活资源，是全球生命支持系统的重要组成部分。近十年来，随着沿海河口、港湾地区经济的迅速发展，海洋环境污染、生态破坏等问题日益严重。海上石油勘探与开发及航运事故中的大量溢油等庞杂的污染物进入河口、海湾和近岸海域，使得沿海海域的水质和生态环境不断恶化，海洋承受着前所未有的环境污染压力。据有关数据表明，全世界海上采油平台每年约有9500t石油排入海洋，海上石油运输中油轮发生碰撞、触礁等事故造成的溢油，每年约有1.5×106t。因此，海上石油污染问题的解决对于世界今后能源的发展有重要的意义。

海面石油能直接导致海鸟、海兽的毛、皮丧失防水和保温性能，甚至堵塞呼吸、感觉器官而大量死亡。油膜和油块能粘住鱼卵和幼鱼，阻碍海藻光合作用，底栖动物则还要受沉降到海底的石油的影响。此外，石油在氧化分解过程中，大量消耗水中的溶解氧，也会间接地对生物造成危害。现今世界各国对海面溢油的处理方法主要分为物理、化学和生物修复三大方法。而物理法主要有围栏法、硬刷撇油器法、吸油材料法、活性炭吸附过滤法和激光处理法等，但是该类物理方法，处理过程和设备装置复杂，耗资较大。化学法目前有胶凝剂处理法和溢油分散剂处理法，但是该种方法可使石油吸附沉降到海底，这样会将油污染带到海洋底部，危害海底栖生生物。生物修复法主要是微生物法和植物法，但是微生物的种类和数量对海洋石油烃的降解有明显影响，不同微生物种类对石油烃的降解能力差别较大，同一菌株对不同烃类的利用能力差别也较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，利用油基磁流体(MFZ)和水基磁流体(MFW)对石油和水的溶解性差异，实现海面石油的回收。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，包括水基过滤区和油基过滤区；所述水基过滤区包括永磁体以及永磁体与极靴围成的流道；所述流道内注有水基磁流体；所述油基过滤区包括永磁体以及永磁体与极靴围成的流道；所述流道内注有油基磁流体。本发明的原理在于利用油基磁流体(MFZ)和水基磁流体(MFW)对石油和水的溶解性差异，将两种磁流体放置在特定的磁场结构中，通过特殊的磁场结构锁定磁流体中的磁性颗粒，使得磁性颗粒不会流走，实现海面石油的回收。

作为一种改进，所述流道内侧壁设置有促使流体从流道入口向流道出口方向流动的螺旋形环道。在流道内壁上设计了空间扭曲的环道，当液体流过该流道时，会在两侧形成环流，产生促进中部流体加速过流的科氏力，增大流道过流能力。

作为一种改进，所述永磁体为环形，其中间设置有径向的隔板，隔板一侧为水基过滤区另一侧为油基过滤区；环形的永磁体顶部、底部、外侧、内侧均设置有极靴，所述永磁体、极靴、隔板围成水基外流道、水基内流道、油基内流道、油基外流道。为了将水基和油基过滤区有效的分开过滤，提高过滤效果，在水基过滤区和油基过滤区中间设置隔板。考虑到有效的空间内能够获得最大的过流量，本申请采用了同心双流道过流设计。同时考虑到永磁体的外侧漏磁，在设计中采用双流道包裹永磁体的设计，最大化的利用了永磁体的磁能，提高磁能利用效率。

作为一种改进，还包括壳体，所述永磁体、极靴、隔板均设置在壳体内；壳体顶部设置有进口，进口与流道入口之间设置有稳流区；所述壳体底部设置有出水口和出油口，出水口与水基外流道、水基内流道之间设置有出水池，出油口与油基外流道、油基内流道之间设置有出油池。水基过滤区和油基过滤区共用一个稳流区，水泵将海面的混水石油抽取到稳流区。而出油池和出水池由隔板分开，独立出水出油，互不干扰。

作为一种改进，还包括调节装置，所述调节装置包括横贯于隔板上的蜗杆，所述蜗杆两端贯穿永磁体上的螺孔；还包括与蜗杆配合的蜗轮；所述蜗轮固定套于转杆上，所述转杆延伸至壳体外。通过蜗轮带动蜗杆旋转，促使永磁体移动，从而改变流道面积以改变石油和水的过流量，提高过滤效果。

作为一种改进，还包括检测系统，所述检测系统包括位于进口处的恒压器，位于出水口处的水磁检测器和水检测器，位于出油口处的油磁检测器和油检测器。用于检测水基磁流体和油基磁流体是否泄漏、出水口出油口是否堵塞、以及进口的水压是否正常。

作为一种改进，所述油磁检测器包括设置在出油口上的油磁环以及与油磁环连接的警示灯；所述水磁检测器包括设置在出水口上的水磁环以及与水磁环连接的警示灯。油磁和水磁检测器利用电磁感应原理检测过滤区的磁流体是否发生泄漏。

作为一种改进，所述油检测器包括分别与电源正负极连接的固定触点和位于固定触点正下方的浮动触点，所述浮动触点浮于出油池内的油面上并能随油面升降；还包括与电源连接的警示灯。如果出油口堵塞油面上升，使得浮动触点也随之上升最终于固定触点接触接通电源，使得警示灯报警。

作为一种改进，所述水检测器包括分别与电源正负极连接的上触点和下触点；所述上触点和下触点均设置于出水池内并且至少一个触点位于出水口之上。利用水导电的原理，当出水口被堵塞时，水位不断升高，当水同时淹没上触点和下触点时，水检测线路被连通，水警示灯发亮，给出警示信号，从而检测出水口是否被堵塞。

作为一种改进，还包括分别由壳体外延伸进水基过滤区和油基过滤区的水磁补给管和油磁补给管，所述水磁补给管和油磁补给管上均设置有阀门，用于补给水基磁流体和油基磁流体。

本发明的有益之处在于：

1、本装置利用油基和水基磁流体与石油和水的溶解性差异，设计特殊的磁场结构锁定磁流体中的磁性颗粒，使得磁流体基液能发生渗析作用而不破坏影响另外一种液体的能力，实现无耗能的海面石油回收。该装置结构简单，回收石油过程不耗能，成本低廉。

2、本装置可针对不同种类液体的分离，适用范围较广。在处理其他不混溶液体时，只需更换磁流体种类即可，对液体分离而言具有较强的推广价值。

3、本装置利用磁流体的特殊性能设计实现高度密封，使得本装置不会产生油水泄漏，对外坏境不产生污染和破坏，达到了绿色回收石油的目的，促进生态可持续发展。

附图说明

图1为本发明的纵向剖视图。

图2为本发明的横向剖视图。

图3为油磁检测器结构示意图。

图4为油检测器示意图。

图5为水磁检测器结构示意图。

图6为水检测器示意图。

图7为计算结构图。

图8为磁路图。

图中标记：1-壳体；2-外极靴；3-环道；4-油基外流道；5-环道；6-中上极靴；7-进口；8-油基内流道；9-环道；10-内极靴；11-隔板；12-水基内流道；13-永磁体；14-稳流区；15-水基外流道；16-水磁补给管；17-阀门；18-出水口；19-水磁检测器；20-水检测器；21-中下极靴；22-蜗杆；23-出水池；24-支墩；25-蜗轮；26-转杆；27-出油池；28-油检测器；29-油磁检测器；30-出油口；31-阀门；32-油磁补给管；33-外侧密封条；34-内侧密封条；

191-水磁环；192-警示灯；201-警示灯；202-线路；203-上触点；204-下触点；291-油磁环；292-警示灯；281-固定触点；282-固定杆；283-固定上位；284-固定下位；285-浮动触点；286-软导线；287-警示灯。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图6所示，本发明包括水基过滤区和油基过滤区；所述水基过滤区包括永磁体13以及永磁体13与极靴围成的流道；所述流道内注有水基磁流体；所述油基过滤区包括永磁体13以及永磁体13与极靴围成的流道；所述流道内注有油基磁流体。

具体地，永磁体13为环形，其中间设置有径向的隔板11，隔板一侧为水基过滤区另一侧为油基过滤区；环形的永磁体顶部、底部、外侧、内侧均设置有极靴，所述永磁13、极靴、隔板11围成水基外流道15、水基内流道12、油基内流道8、油基外流道4。极靴包括设置在永磁体13外环的圆筒状的外极靴2，设置在永磁体13内环的圆柱状的内极靴10，以及设置在永磁体13上下端面的中上极靴6和中下极靴21。中上极靴6和中下极靴7均为环形。永磁体13、内极靴10、外极靴2、中上极靴6和中下极靴21均同轴设置，并被隔板11沿径向一分为二。

另外，流道内侧壁设置有促使流体从流道入口向流道出口方向流动的螺旋形环道。在本实施例中，外极靴内2环上设置有环道3，内极靴10外环上设置有环道9，中上极靴6和中下极靴21外环和内环上设置有环道5。流道入口在上方出口在下方，符合重力学原理。同时螺旋形的环道也促使流体从上之下流动。

为了方便装配，可以预见的是本装置还包括壳体1，所述永磁体13、极靴、隔板11均设置在壳体1内；壳体1顶部设置有进口7，进口7与流道入口之间设置有稳流区14；所述壳体1底部设置有出水口18和出油口30，出水口18与水基外流道15、水基内流道12之间设置有出水池23，出油口30与油基外流道4、油基内流道8之间设置有出油池27。

水基磁流体和油基磁流体在使用中会产生一定量的损耗，因此本装置还包括分别由壳体1外延伸进水基过滤区和油基过滤区的水磁补给管16和油磁补给管32，所述水磁补给管16和油磁补给32管上均分别设置有阀门17和阀门31，用于补给水基磁流体和油基磁流体。

因为水泵抽取海面混水石油的油水比例是未知，所以在本装置还包括调节装置，所述调节装置包括横贯于隔板11上的蜗杆22，所述蜗杆22两端贯穿永磁体13上的螺孔；还包括与蜗杆22配合的蜗轮25；所述蜗轮23固定套于转杆26上，所述转杆26延伸至壳体1外。转杆26的端部最好设置一个手柄方便驱动转杆旋转。考虑到蜗杆22移动过滤区时隔板11不产生阻碍，在设计上将隔板在流道处断开成5部分，见图2。并且和流道相交部分设置弹性的橡胶密封条33和橡胶密封条34，使得蜗杆带动过滤区移动时不会产生任何油水泄漏。同时橡胶密封条33和橡胶密封条34具有延展性，使得隔板11各部分之间柔性连接。

为了方便更换，壳体1内设置有支墩24用来支撑隔板11。

油基过滤区和水基过滤区是本装置的核心部件，如图1、图2所示，海面混水石油经水泵抽取到稳流区14，稳流区14下部设置2个同心圆结构的流道，该流道被隔板分隔成四个流道，从右至左分别为水基外流道15、水基内流道12、油基内流道8、油基外流道4。隔板11左侧的设置为过滤石油的油基过滤区，右侧设置为过滤水的水基过滤区。

在油基过滤区中，流道内充满油基磁流体介质。本装置中设置一块环形结构的永磁体13，该永磁体13被隔板11分隔为两部分，左侧半圆柱形的永磁体充13磁方向为竖直向上，磁力线从永磁体13垂直进入中上极靴6上侧，磁力线在中上部极靴6上侧被分为两部分，水平向左和向右，水平向左的磁力线垂直进入外油基过滤流道4上部，再垂直进入外极靴2，接着竖直向下，垂直进入外油基过滤流道4下部，最后回到中下部极靴21下侧。水平向右的磁力线垂直进入内油基过滤流道8上部，再垂直进入外极靴2，接着竖直向下，垂直进入内油过滤流道8下部，最后回到中下部极靴21下侧。外侧和内侧的磁力线在中下部极靴21处叠加，最后回到永磁体13内。油基过滤区的油基磁流体，在磁力的作用下被“固定”在流道内，不会随过滤液移动。混有水的石油，因油基磁流体具有亲油疏水特性，所以石油可以沿着油基过滤流道流出。油基过滤区流道的入口和出口面积设置相同，石油在流过该流道时会达到一个动态平衡，过滤石油时油基磁流体相当于发生渗析作用，磁流体基液不会流失，依旧具有密封能力。而水因为油水不相溶，在油基磁流体密封作用下，被阻挡在稳流区内。从而实现混水石油中分离石油和水的目的。

同时，油机过滤区的极靴上设置了空间扭曲的环道，使得过滤区边壁的液体过流会形成科氏力，该作用力竖直向下，对过滤区中部的流体产生一个附加促进过流的力，在一定程度上增加过滤区的过流能力。

对于本装置的水基过滤区，其结构设置和油基过滤区相同，唯一不同的是其中流道内的磁流体种类，水基过滤区的磁流体为水基磁流体，该种磁流体的特性是疏油亲水，水可以相似相溶进入该磁流体，然后流出，而石油由于水基磁流体的密封作用，从而被阻挡。以此实现水基过滤区过水疏油的目的。

以上是过滤区的基本工作原理。考虑到永磁体需要提供较大的磁能，能够阻挡住要求的0.2MPa压力的油和水，所以选用最大磁积能大的NdFeb(N38H)。考虑到油基磁流体具有较强的亲油性，水基磁流体具有较强的亲水性，选用MFZ油基磁流体，MFW水基磁流体。

为了保证装置的可靠运行，本装置还包括检测系统，所述检测系统包括位于进口处的恒压器，位于出水口18处的水磁检测器19和水检测器20，位于出油口30处的油磁检测器29和油检测器28。

油磁检测器29的主要作用是检测油基过滤区的油基磁流体是否发生泄漏。其结构包括设置在出油口30上的油磁环291以及与油磁环291连接的警示灯292。油磁检测器29的核心部件为圆周布置在出油口30上的油磁环291，当油基过滤区中永磁体失磁或消磁时，位于油过滤区的磁流体发生泄漏，将沿着出油口30流出，带有磁性的液体切割油磁环291的磁力线，从而产生电能，警示灯292便会发亮，给出警示信号，从而起到检测油基过滤区的磁流体是否泄漏。

油检测器28的主要作用是检测出油口30是否被堵塞。其结构包括分别与电源正负极连接的固定触点281和位于固定触点281正下方的浮动触点285，浮动触点285依靠软导线286连接在电路中。所述浮动触点285浮于出油池27内的油面上并能随油面升降；还包括与电源连接的警示灯287。为了确保浮动触点285上升时与固定触点281接触，可以竖直设置一个固定杆282，固定杆282上下两端由固定上位283和固定下位284固定于出油池27内。而固定触点281设置在浮动触点285上升的路径上。油检测器28核心部件为固定触点281和浮动触点285，当出油口30被堵塞时，出油池27的石油随着过滤的不断进行导致液面不断升高，而油检测器28的浮动触点285可以在固定杆282上滑动，在浮力的作用下随油位上升，浮动触点285和固定触点281接触时，连通油检测线路，警示灯287发亮，给出警示信号，从而起到检测出油口27是否被堵塞。

水磁检测器19的主要作用是检测水过滤区的磁流体是否发生泄漏，其结构包括设置在出水口18上的水磁环191以及与水磁环191连接的警示灯192。水磁检测器19的原理与油磁检测器29原理一致，这里不再赘述。

水检测器20的主要作用是检测出水口18是否被堵塞，其结构包括利用线路202分别与电源正负极连接的上触点203和下触点204；所述上触点203和下触点204均设置于出水池23内并且至少一个触点位于出水口之18上。水检测器20的原理是利用水导电的原理，当出水口18被堵塞时，水位不断升高，当水同时淹没上触点203和下触点204时，水检测线路被连通，警示灯201发亮，给出警示信号，从而检测出水口18是否被堵塞。

恒压器主要是为了保证进口处的压力恒定，其为现有技术可在市场上购得。

为了保证基于磁流体液体分离技术海面石油回收装置的可靠性，能高效的将石油和水进行分离，该装置需要保证两个条件。一是在过滤石油的时候，要求油基过滤区的磁流体能够密封住水，水基过滤区的一端能够密封住油，即密封可靠性。二是要求过滤渗析时，过滤液体与磁流体基液达到动态平衡，即进出流量相等。因此，本文对过滤装置的耐压方程和流体力学方程进行理论推导。

耐压计算过程如下：

为了便于计算，需要对装置建立计算简图，如图7所示，由计算结构图图7中过滤装置图可得，该装置由四个相似磁回路结构组成，在磁路计算中，只计算其中一个磁路即可，则对图7最左侧磁回路建立磁路图的图8所示。图7中I、II流道为油基过滤区；III、IV流道为水基过滤区；1、2、3为流体计算假设断面，L为永磁体厚度，Lg₁为内流道(即水基内流道、油基内流道)直径，Lg₂为外流道(即水基外流道、油基外流道)直径；c为中极靴(即中上极靴、中下极靴)宽度余量；L₂为外极靴宽度；L₀为隔板宽度；D₁为内极靴外径；D₂为中极靴内径；D₃为中极靴外径；D₄为外极靴内径；W₁为永磁体截面长度；W₂为中上极靴高度；h₂为流道长度；h₁为稳流池高度。图8为单磁路图，图8中Fc为永磁体磁势；Rm为永磁体磁阻；Rp1、Rp2为极身磁阻，单级密封中Rp2为磁路磁阻；Rs为转轴磁阻；Rσ1、Rσ2为永磁体外侧和主回路磁漏阻；Rt1、Rt2为极齿磁阻，在单级密封中用Rt表示；Rg1、Rg2为密封间隙磁阻。

由磁力学方程可得，极靴和主磁通回路的截面积较大，而且磁导率很高，所以极身磁阻和极靴磁阻较小，可以忽略，即Rs＝Rp1＝Rp2＝0。同时间隙中极齿尺寸相对于间隙而言，一般取为5～8倍，所以极齿尺寸对磁路的磁阻也可以忽略，即Rt1＝Rt2＝0。则间隙处的总磁阻R为：

对于磁路计算而言，在计算过程中忽略了极靴磁阻，而上下间隙尺寸形状完全相同，所以计算中设Rg1＝Rg2＝Rg。根据磁流体磁路定律可得，外半圆柱间隙处的磁感应强度B为：

想要解得公式(2)，则需要知道其中漏磁通的外侧和极间漏磁阻Rσ1、Rσ2和间隙间的磁阻Rg才行。而磁导和磁阻互为倒数，对于多并联路径而言，为了求解原变量，一般采取求解倒数方法求解。所以，令1/Rσ1＝λσ1；1/Rσ2＝λσ2；1/Rg＝λg。由图8，永磁体被包括在极靴间，所以外侧磁导λσ2＝0。

外半圆柱间隙磁导λg和极间漏磁导λσ1为：

式中：μ0为相对磁导率。

将公式(3)、公式(4)代入公式(2)可得外半圆柱间隙的磁感应强度B为：

由同理可得，中部的磁感应强度B₀为：

由图7可得，两侧的过滤口结构相同，则令两侧磁感应强度为B1、B4，中部的过滤口结构相同，则令中部磁感应强度为B2、B3。因结构相似，所以B₁＝B₄＝B；B₂＝B₃＝B₀。

由磁流体静密封耐压原理可得，间隙处的磁感应强度和间隙值成反比关系，因环道结构为凹凸状，设环道齿高为r，即间隙值存在极值，在凹处，间隙最大Lg+r，即存在极小值，在凸处，间隙最小Lg-r，即存在极大值。由静密封耐压公式可得：

式中：为磁流体平均磁化强度，单位为A/m；Bmax为B(高压侧)最大磁感应强度，单位为T；Bmin为A(低压侧)最小磁感应强度，单位为T；△P＝P₀(B)-P₀(A)为密封耐压值。

因为I和IV流道、II和III流道结构相同，所以△P₁＝△P₄，△P₂＝△P₃。具体表达式为：

结合装置运行条件可得，要求磁流体耐压可靠，则计算出的密封压力满足的条件为：△P₁＝△P4≤P₀，△P₂＝△P₃≤P₀。P₀为水泵提供的初始压力0.2MPa，考虑到极靴材料成本和较高磁导率，本次设计选用10#钢。

流体力学计算过程如下：

对2-3断面I流道建立伯努利方程和连续性方程可得：

式中：P₂₁、V₂₁和A₂₁为2断面I流道的进口压强、速度和面积；P₃₁、V₃₁和A₃₁为3断面I流道的出口压强、速度和面积；ρ油为油的密度，ρ油＝800kg/m3；Q1为I流道的流量；hw1为I流道的沿程阻力损失，V1为I流道平均流速，V21＝V31＝V1，λ为沿程阻力系数，λ＝64/Re1。

2-3断面I流道的雷诺数Re1为：

式中：v油为油的运动粘度，v油＝0.7×10-6m2/s(v水为水的运动粘度，v油＝1.005×10-6m2/s)。

I流道的出口和大气相通，则P₃₁＝0。将公式(11)代入公式(10)解之得：

同理可得，II、III和IV流道内的流速V₂、V₃和V₄为：

由流体连续性方程可得，I、II、III和IV流道内的流量Q₁、Q₂、Q₃和Q₄为：

因为本装置稳流区高度hc较小，且四个流道结构相似。所以四个流道进口的压强近似处理为相等，即P21＝P22＝P23＝P24＝P。然后对1-2断面建立伯努利方程可得：

式中：ξ₁、ξ₂、ξ₃和ξ₄为I、II、III和IV流道2断面进口的局部水头损失系数。四个流道2断面进口相似，则假设ξ1＝ξ2＝ξ3＝ξ4＝ξ。可得，ξ＝0.55。

解得公式(22)：

k₁P²+k₂P+k₃＝0 (22)

式中：

在本装置中，P为正值且k₁＞0，k₂＞0，所以解方程(22)得：

流体力学方程的推导都是依据液体层流进行计算，所以要求条件为：I、II、III和IV流道的雷诺数小于层流区的雷诺数2320。

科氏力计算过程如下：

科氏力，是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。本装置利用环道形成科氏力，使得间隙的过滤液被两侧过滤液作用，产生一个加速流动的力，即增大过流能力。由参考文献[6]可得，本装置的科氏力F为：

式中：F为科里奥利力，方向满足右手螺旋定则；m为质点的质量；V为相对于转动参考系质点的运动速度(矢量)；ω为旋转体系的角速度(矢量)。

根据磁路理论计算可得永磁体的厚度L和高度W1，根据极靴经验公式可得中极靴的高度W2，利用流道长度h2和中极靴高度与永磁体的关系得到流道长度h2。接着根据稳流区的作用，确定稳流区的高度h1。考虑余量，确定中极靴的宽度余量c。利用层流条件、密封压力条件和压强判别式以及假设出流量，确定出间隙Lg1和Lg2的具体范围，根据间隙值确定环道齿高r结合条件解出中极靴外径D3的范围，最后根据各极靴宽度与中极靴宽度的关系，求出D1、D2和D4的值。对于隔板宽度L0、外极靴宽度L2按照经验公式取得即可。本装置的实际尺寸表1所示。具体计算过程略。

表1转置尺寸

利用ANSYS中Workbench电磁场软件Magnetostatic，按照表1建立计算模型，对模型进行电磁场仿真计算，然后根据公式(8)、(9)求得仿真计算的密封压力。由公式(8)、(9)可得，间隙的磁感应强度值和间隙大小成反比关系，而且观察公式(8)和公式(9)可得，在I和IV流道磁感应强度值取得最小值，所以验证装置密封是否满足条件，只需要测量IV流道磁感应强度值代入公式(8)计算满足即可。

由分析出的IV流道磁感应强度值可得，仿真密封压力为0.3296MPa。按照计算公式(7)可得，密封最大压力为0.2762MPa。因为仿真计算中磁流体磁导率较低所以近似当成空气处理，即忽略间隙磁阻，因此仿真结果偏大。但计算值和仿真值都大于设计要求的0.2Mpa，所以计算磁场满足设计要求。

利用ANSYS中CFD有限元分析，按照表1尺寸建立计算模型，对装置流体域进行仿真计算，然后与公式(13)、(14)、(15)和(16)计算出的结果进行对比分析。

由仿真结果表明，流道I、II、III和IV流道口仿真的出口流速为1.275m/s、1.250m/s、1.250m/s和1.275m/s。而根据公式(13)、(14)、(15)和(16)可得，流道I、II、III和IV流道口的出口流速为1.1074m/s、1.2415m/s、0.8815m/s和1.9883m/s。因为本装置在各流道设置了环道，形成科氏力增大过流，所以仿真结果的流速大于实际理论计算结果。最后，根据流道尺寸，计算出各个流道的雷诺数为：Re1＝758.92＜2320；Re2＝819.64＜2320；Re3＝559.70＜2320；Re4＝539.18＜2320。由仿真得出各流道雷诺数小于2320，即满足层流条件。

以传统石油回收机为例，吸油流量在30L/min的浮油回收机价格在3000-4000元不等，占地约1.5m2，工作电压为380V/50Hz。存在体型庞大，造价昂贵，能耗高等众多缺陷。在本设计中，利用磁流体液体分离技术，除稳流泵抽取处理介质以外，无需外耗能源，初步设计造价为1310.04元，吸油流量高达30.64L/min。成本降低了三分之二，同现有技术相比，具有很高的优越性和实用性。如表2所示，为本装置造价表，表3为装置各流道流量表。

表2材料及造价表

表3各流道流量表

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，其特征在于：包括水基过滤区和油基过滤区；所述水基过滤区包括永磁体以及永磁体与极靴围成的流道；所述流道内注有水基磁流体；所述油基过滤区包括永磁体以及永磁体与极靴围成的流道；所述流道内注有油基磁流体。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，其特征在于：所述流道内侧壁设置有促使流体从流道入口向流道出口方向流动的螺旋形环道。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，其特征在于：所述永磁体为环形，其中间设置有径向的隔板，隔板一侧为水基过滤区另一侧为油基过滤区；环形的永磁体顶部、底部、外侧、内侧均设置有极靴，所述永磁体、极靴、隔板围成水基外流道、水基内流道、油基内流道、油基外流道。

4.根据利要求3所述的一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，其特征在于：还包括壳体，所述永磁体、极靴、隔板均设置在壳体内；壳体顶部设置有进口，进口与流道入口之间设置有稳流区；所述壳体底部设置有出水口和出油口，出水口与水基外流道、水基内流道之间设置有出水池，出油口与油基外流道、油基内流道之间设置有出油池。

5.根据利要求4所述的一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，其特征在于：还包括调节装置，所述调节装置包括横贯于隔板上的蜗杆，所述蜗杆两端贯穿永磁体上的螺孔；还包括与蜗杆配合的蜗轮；所述蜗轮固定套于转杆上，所述转杆延伸至壳体外。

6.根据利要求4所述的一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，其特征在于：还包括检测系统，所述检测系统包括位于进口处的恒压器，位于出水口处的水磁检测器和水检测器，位于出油口处的油磁检测器和油检测器。

7.根据利要求6所述的一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，其特征在于：所述油磁检测器包括设置在出油口上的油磁环以及与油磁环连接的警示灯；所述水磁检测器包括设置在出水口上的水磁环以及与水磁环连接的警示灯。

8.根据利要求6所述的一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，其特征在于：所述油检测器包括分别与电源正负极连接的固定触点和位于固定触点正下方的浮动触点，所述浮动触点浮于出油池内的油面上并能随油面升降；还包括与电源连接的警示灯。

9.根据利要求6所述的一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，其特征在于：所述水检测器包括分别与电源正负极连接的上触点和下触点；所述上触点和下触点均设置于出水池内并且至少一个触点位于出水口之上。

10.根据利要求3所述的一种基于磁流体液体分离技术的海面石油回收装置，其特征在于：还包括分别由壳体外延伸进水基过滤区和油基过滤区的水磁补给管和油磁补给管，所述水磁补给管和油磁补给管上均设置有阀门。