CN111001195A - 用于从流体中分离固体的分离器 - Google Patents

Abstract

本申请描述了用于从流体中分离固体的分离器2，该分离器2包括托盘组件4，该托盘组件4包括多个嵌套的托盘单元14，该多个嵌套的托盘单元14限定分离器轴线16并沿该分离器轴线16彼此间隔开，每个托盘单元14包括内表面42，该内表面42朝向分离器轴线16并远离设置在分离器轴线16处的托盘单元14中的孔44而向外延伸，其中，内表面42包括内部部分46和外部部分50，其中内部部分46设置在孔44和外部部分50之间，并且其中外部部分50的梯度大于内部部分46的梯度。

Description

用于从流体中分离固体的分离器

技术领域

本发明涉及到用于从流体中分离固体的分离器，并且特别但并非唯一地，涉及到用于从污水流中去除砂砾的分离器。

背景技术

诸如到达污水处理设施的污水可能包含砂砾，这会导致加工设备磨损，如果砂砾积聚，则会导致加工设备性能下降。

在US6645382中描述了一种用于从污水流中去除砂砾的分离器。该分离器包括由多个堆叠的沉降板组成的托盘组件，这些沉降板以具有截头圆锥形的托盘的形式存在。每个托盘具有位于中心的开口和唇缘，该唇缘围绕托盘的外围延伸并向内突出。托盘轴向间隔开，以便污水可以在托盘之间流动。将堆叠的托盘浸没在诸如砂砾盆的容器中。进水管道在两个托盘之间引导污水，并确保污水在整个托盘堆中均匀分布。进水管道布置成提供切向入口，使得在相邻的托盘之间建立低能量的涡流。低能涡流使被气流夹带的砂砾颗粒沉降在每个托盘的倾斜内表面上，随后这些颗粒趋向并穿过托盘的开口。砂砾从下层托盘的开口中掉出，并从托盘组件的底部掉出。砂砾聚集在分离器的底部，从中将其作为浓缩物除去。去砂砾的污水从塔板的边缘流出，进入砂砾池进行进一步处理。

在使用中，沉淀在每个托盘内表面上的砂砾颗粒可能会重新悬浮。这降低了分离器的分离效率。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于从流体中分离固体的分离器，该分离器包括托盘组件。托盘组件包括多个嵌套的托盘单元，该多个嵌套的托盘单元限定分离器轴线并且沿该分离器轴线彼此间隔开。每个托盘单元包括内表面，该内表面朝向分离器轴线并远离设置在分离器轴线处的托盘单元中的孔而向外延伸。内表面包括内部部分和外部部分。内部部分设置在孔和外部部分之间。外部部分的梯度大于内部部分的梯度。

每个托盘单元的内表面可以包括设置在内部部分和外部部分之间的中间部分。中间部分的梯度可以大于内部部分的梯度并且小于外部部分的梯度。

每个托盘单元的内表面的内部部分、外部部分和中间部分中的一个或多个可以与分离器轴线对齐。

每个托盘单元的外周可以限定托盘单元的内表面的外部部分。

每个托盘单元的内部部分可以限定孔。

每个托盘单元的内表面可以在内部部分、外部部分和中间部分中的两个或更多个之间平滑地分度(graduated)，使得内部部分、外部部分和中间部分中的两个或更多个形成单个连续的表面的一部分。

每个托盘单元的内部部分、外部部分和中间部分中的一个或多个可以是截头圆锥形的。

每个托盘单元的外部部分可以竖直地延伸。

每个托盘单元的内表面可以包括在内部部分、外部部分和中间部分中的两个或更多个之间的台阶。

该台阶可以被定向为基本上垂直于分离器轴线。

每个托盘单元的内部部分、外部部分和中间部分中的一个或多个的梯度可以朝着孔逐渐减小。

每个托盘单元的内表面可以是凹形的。

每个托盘单元的内部部分可以被定向为基本上垂直于分离器轴线。

在托盘组件中的每对相邻的托盘单元之间可以形成环形通道。

每个托盘单元的中平面半径可以是大约43厘米。每个托盘单元的轴向长度可以是大约41厘米。内表面的整个凹形部分的半径可以是大约54厘米。

可提供任何先前描述中所述的托盘组件。可提供任何先前描述中所述的托盘单元。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且更清楚地显示本发明是如何实现的，现在将以举例的方式参考附图，其中：

图1是包括已知分离器托盘组件的已知分离器的透视截面图；

图2是图1所示的分离器的剖视图。

图3是沿与图2垂直的方向截取的图1所示的分离器的剖视图。

图4是图1所示的分离器的剖视平面图。

图5示出了根据本发明第一实施例的第一托盘单元的横截面轮廓。

图6示出了根据本发明第二实施例的第二托盘单元的横截面轮廓。

图7示出了根据本发明第三实施例的第三托盘单元的横截面轮廓。

图8示出了根据本发明第四实施例的第四托盘单元的横截面轮廓。

图9是图8所示的第四托盘单元的横截面轮廓的注释视图。

图10是根据本发明实施例的托盘组件的截面侧视图，该托盘组件包括多个第三托盘单元；

图11是表示已知分离器的采集效率和根据本发明实施例的包括多个托盘单元的分离器的采集效率的堆积柱状图；以及

图12是表示在多个流速下已知分离器的去除效率和根据本发明实施例的包括多个托盘单元的分离器的去除效率的折线图。

具体实施方式

图1示出了已知的分离器2，其包括设置在处理容器6内的托盘组件4。托盘组件4包括多个嵌套的托盘单元14。图1示出了五个托盘单元14，但是应当理解，托盘组件可以包括更多或更少的托盘单元14。嵌套的托盘单元14限定了分离器轴线16(如图2和3所示)，该轴线是直立的，并且优选地是基本上垂直的。托盘单元14沿着轴线16彼此间隔开。处理容器6设置有入口斜槽8、砂砾出口10和流体出口12。

每个托盘单元14包括截头圆锥形部分18，截头圆锥形部分的轴线与分离器轴线16对齐。截头圆锥形部分18在向下的方向上聚合。每个托盘单元14在托盘单元14的顶点处具有圆形孔20。孔20与分离器轴线16对齐。托盘单元14的外周由从截头圆锥形部分18的外周向上延伸的圆柱形边缘24形成。环形唇缘26从边缘24的末端径向向内延伸。环形唇缘26的径向向内部分倾斜成与托盘18的内表面的方向平行。边缘24和环形唇缘26可通过托盘18的折叠部分与托盘18一体形成。边缘24和环形唇缘26可与截头圆锥形部分18分开地制造和组装，或者可与截头圆锥形部分18一体形成，例如，当托盘是塑料模制件时。

参照图2和图3，入口斜槽8具有单个入口30和多个出口32。斜槽8通过处理容器6的外壁延伸到处理容器6中并且与托盘组件4直接连通。斜槽8的中部从入口30到出口32在向下的方向上倾斜。斜槽8的中部在竖直方向上从入口30向出口32发散。出口32垂直地对齐并从斜槽的中部的下端沿水平方向延伸。每个出口32与相应的托盘单元14直接连通，并且相对于分离器轴线16(在图3和图4中示出)切向地布置。特别地，出口32与环形唇缘26和截头圆锥形部分18的内表面之间的区域直接连通。

设置有漏斗部分36的板34设置在处理容器6的底部内。板34在容器6的范围内水平延伸，并且漏斗部分36在向下的方向上会聚。出口10设置在漏斗部分36的下部区域中，并且通向容器6下方的集水槽(未示出)。漏斗部分36与分离器轴线16同轴地布置。漏斗部分36可以在容器6的全部范围延伸，特别是在容器是圆柱形的情况下。漏斗部分36因此将向上延伸至容器6的侧壁。

分离器2可以是废水处理设备的一部分，其功能可以是在进一步处理过程之前从废水流中分离出砂砾和类似颗粒。

在使用期间，处理容器6被淹没，使得托盘组件4被淹没。夹带水的诸如砂砾的进水混合物通过斜槽入口30供应，并沿着斜槽8向下流动，并通过出口32流到各自的托盘单元14中。出口32的切向布置使得混合物在托盘单元14内围绕分离器轴线16循环。

循环流是相对低的能量流，其允许夹带的砂砾沉降在托盘18的内表面上。每个截头圆锥形部分18的倾斜的内表面导致砂砾向着截头圆锥形部分18中的孔20倾斜。砂砾落入孔20，落在下面的截头圆锥形部分18的内表面上，并趋向并穿过下面的截头圆锥形部分18的孔20。砂砾穿过下面的截头圆锥形部分18的相应孔20，直到它从托盘组件4的底部排出。然后，砂砾通过出口10从处理容器6排放到例如容器6下方的集水槽(未显示)。

当除砂水在每个托盘单元14中循环时，它向上流过环形唇缘26并流过边缘24进入处理容器6的外部区域。因此，环形唇缘26有助于将已收集在每个截头圆锥形部分18的表面上的砂砾保持在托盘单元14内。收集在容器6中的除砂水通过出口12溢流。

图5至图9示出了根据本发明实施例的第一、第二、第三和第四托盘单元40、60、80、100的横截面轮廓。尽管对于每个托盘单元40、60、80、100仅示出了单个横截面轮廓，但是应当理解，横截面轮廓中所示的表面围绕分离器轴线16的整体延伸。本发明的一个实施例的托盘组件4可以包括例如多个嵌套的第一托盘单元40、多个嵌套的第二托盘单元60、多个嵌套的第三托盘单元80或多个嵌套的第四托盘单元100，例如，代替参考图1至图4描述的多个嵌套托盘单元14。根据本发明的分离器2的所有其他结构方面可以与参考图1至图4描述的已知分离器2相同。例如，尽管未在图5至9中示出，但是根据本发明的分离器2的入口斜槽8的每个出口32可以分别与第一、第二、第三或第四托盘单元40、60、80、100直接连通。

如图5所示，第一托盘单元40包括朝向分离器轴线16的内表面42。内表面42是第一托盘单元40的上表面。内表面42向外延伸，远离位于第一托盘单元40的顶点的孔44。孔44与分离器轴线16对齐。因此，内表面42远离分离器轴线16延伸。内表面42包括内部部分46和外部部分50。孔46和外部部分50之间设置有内部部分46。内部部分46限定了孔44。第一托盘单元40的外周限定了外部部分50。

内部部分46和外部部分50是截头圆锥形的。截头圆锥形的内部部分46和外部部分50的轴(即它们的对称轴)与分离器轴线16对齐。内部部分46和外部部分50相对于分离器轴线16呈角度(即，非垂直)。内部部分46和外部部分50在向下的方向上朝向孔44会聚。外部部分50的梯度大于内部部分46的梯度。即，外部部分50和分离器轴线16之间形成的角度小于内部部分46和分离器轴线16之间形成的角度。因此，内表面42具有近似凹形的形状。

如图6所示，第二托盘单元60包括朝向分离器轴线16的内表面62。内表面62是第二托盘单元60的上表面。内表面62向外延伸，远离位于第二托盘单元60的顶点的孔64。孔64与分离器轴线16对齐。因此，内表面62远离分离器轴线16而延伸。内表面62包括内部部分66、中间部分68和外部部分70。内部部分66布置在孔64和中间部分68之间。中间部分68布置在内部部分66和外部部分70之间。因此，内部部分66布置在孔64和外部部分70之间。内部部分66限定孔64。第二托盘单元60的外周限定外部部分70。

内部部分66和中间部分68是截头圆锥形的。外部部分70垂直延伸并且是圆柱形的。截头圆锥形的内部部分66和中间部分68的轴线(即它们的对称轴线)以及圆柱状的外部部分70的轴线与分离器轴线16对齐。内部部分66和中间部分68朝孔64沿向下的方向会聚。中间部分68的倾斜度大于内部部分66的倾斜度且小于外部部分70的倾斜度。即，中间部分68与分离器轴线16之间形成的角度小于在内部部分66和分离器轴线16之间形成的角度，并且大于在外部部分70和分离器轴线16之间形成的角度。因此，在外部部分70和分离器轴线16之间形成的角度小于在内部部分66和分离器轴线16之间形成的角度。所以，内表面62具有大致凹形的形状。

如图7所示，第三托盘单元80包括朝向分离器轴线16的内表面82。内表面82是第三托盘单元80的上表面。内表面82向外延伸，远离位于第三托盘单元80的顶点的孔84。孔84与分离器轴线16对齐。因此，内表面82远离分离器轴线16延伸。内表面82包括内部部分86、中间部分88和外部部分90。内部部分86布置在孔84和中间部分88之间。中间部分88布置在内部部分86和外部部分90之间。因此，内部部分86布置在孔84和外部部分84之间。内部部分86限定了孔84。第三托盘单元80的外周限定了外部部分90。

内部部分86、中间部分88和外部部分90的轴线(即它们的对称轴线)与分离器轴线16对齐。内部部分86、中间部分88和外部部分90的内部朝着孔84沿向下方向会聚。中间部分88的梯度大于内部部分86的梯度，并且小于外部部分90的梯度。即，中间部分88与分离器轴线16之间形成的夹角小于内部部分86和分离器轴线16之间形成的角度、并且大于外部部分90和分离器轴线16之间形成的角度。因此，在外部部分90和分离器轴线16之间形成的角度小于内部部分86和分离器轴线16之间形成的角度。

内部部分86、中间部分88和外部部分90中的每个的梯度朝向孔84逐渐减小。因此，内部部分86、中间部分88和外部部分90中的每个都以向下的方向(即朝向孔口84)朝分离器轴线16弯曲。内表面82在内部部分86、中间部分88和外部部分90之间平滑地分度(graduated)(即弯曲)，使得内部部分86、中间部分88和外部部分90形成单个连续表面的一部分。内表面82的整体梯度朝向孔84逐渐减小。因此，内表面82是凹形的(即碗形)。

如图8所示，第四托盘单元100包括朝向分离器轴线16的内表面102。内表面102是第四托盘单元100的上表面。内表面102向外延伸，远离位于第四托盘单元100的顶点的孔104。孔104与分离器轴线16对齐。因此，内表面102远离分离器轴线16延伸。内表面102包括内部部分106、中间部分108和外部部分110。内部部分106设置在孔104和中间部分108之间。中间部分108设置在内部部分106和外部部分110之间。因此，内部部分106设置在孔口104和外部部分110之间。内部部分106限定孔104。第四托盘单元100的外周限定外部部分110。内部表面102还包括设置在中间部分108和外部部分之间的台阶112。台阶112是平坦的并且径向向外延伸，使得其基本上垂直于分离器轴线16定向。

内部部分106、中间部分108和外部部分110的轴线(即它们的对称轴线)与分离器轴线16对齐。内部部分106和中间部分108沿向下的方向朝向孔104会聚。中间部分108的梯度大于内部部分106的梯度并且小于外部部分110的梯度。也就是说，中间部分108与分离器轴线16之间形成的角度小于中间部分108与分离器轴线16之间形成的角度。内部部分106和分离器轴线16之间的夹角大于在外部部分110和分离器轴线16之间形成的夹角。外部部分110和分离器轴线16之间形成的夹角小于在内部部分106和分离器轴线16之间形成的夹角。

外部部分110垂直延伸并且是圆柱形的。内部部分106和中间部分108中的每一个的梯度朝向孔104逐渐减小。因此，内部部分106和中间部分108中的每一个均沿向下方向(即，朝向孔104)朝向分离器轴线16弯曲。内部部分106的最内部大约是水平的(即，垂直于分离器轴线16)。内表面102在内部部分106和中间部分108之间平滑地分度(graduated)(即弯曲)，使得内部部分106和中间部分108形成单个连续表面的一部分。形成内部部分106和中间部分108的内部表面102的梯度朝向孔104逐渐减小。因此，形成内部部分106和中间部分108的内部表面102的截面是凹形的(即碗形)。

现在将参照图9描述第四托盘单元100的内表面102的凹形外形。如图所示，内表面102的凹形部分(即，形成的内表面102的部分是内部和中间部分106，108)的轴向长度为A。凹部的中平面114位于轴向长度A的中途，垂直于分离器轴线16定位。位于中间平面114的内表面102的凹部的半径称为其中平面半径R_m。在图9所示的示例布置中，中平面半径R_m为大约43厘米，轴向长度为大约41厘米，并且内表面102的整个凹入部分的半径R_T为大约54厘米。这些尺寸可以用来描述根据本发明的实施例的任何托盘单元的内表面的凹形外形。

图10示出了根据本发明实施例的用于分离器2的托盘组件120。托盘组件120包括多个嵌套的第三托盘单元80。然而，在替代布置中，托盘组件120可包括如上所述的多个第一、第二或第四托盘单元40、60、100。在托盘组件120的每对相邻的托盘单元80之间形成有环形通道122。特别地，在托盘单元80的外部部分90的上边缘与位于外部部分90上方的相邻的托盘单元80之间限定有环形通道122。环形通道122的宽度被测量为相邻的托盘单元80之间的最小距离。环形通道122的宽度可以是大约2厘米。

在使用中，当除砂水在每个托盘单元80内循环时，其流过环形通道122并进入处理容器6的外部区域。托盘单元80的凹形外形减小了在环形通道122处的托盘单元80之间的间隙。这提供了流量限制，该流量限制阻止(即节流)穿过环形通道122并流出托盘单元80的流，这改善了围绕托盘单元80周边的流量分布，并改善了沉积物去除效率。另外，对于给定的托盘单元80直径、孔84直径和轴向长度A，托盘单元80的凹形外形增加了托盘单元80的表面积。因此，循环流的低能量流所通过的面积增加，因此夹带的砂砾能够沉降的面积增加。这提高了夹带的砂砾在托盘单元80上沉降的速率，从而增强了沉积物的捕获。

在使用中，沿分离器轴线16形成了一个循环的、旋进的涡流芯，该涡旋芯可以使已沉降在托盘单元80的内表面82上的砂砾重新悬浮。但是，托盘单元80的凹形外形减小了托盘单元80的靠近孔84的表面的比例，并消散涡流芯，从而减少了重新悬浮的砂砾的量，并增加了通过孔84下落并流出出口10的砂砾的量。

由于系统的改进的性能，每个托盘单元80以及分离器2整体上都可以减小尺寸。可替代地，每个托盘单元80可以被制成与已知的托盘单元14基本相同的尺寸，使得它们可以被改装到已知的分离器2中。

第一、第二和第四托盘单元40、60、100可以以与第三托盘单元80基本相同的方式起作用，并且第一、第二和第四托盘单元40、60、100可以提供与以上关于第三托盘单元80所述的那些相同的益处，它们具有凹形或近似凹形外形。

图11是堆叠柱状图，其比较了已知分离器2和根据本发明实施例的分离器2的效率，已知分离器2包括中平面半径R_m为33厘米的多个托盘单元14，根据本发明实施例的分离器2包括具有中平面半径R_m为43厘米的多个第四托盘单元100。在图11所示的数据中，流入分离器2的流入混合物的流速为每分钟3690升。如图所示，进入已知分离器2的砂砾(即沉淀物)的质量比例以底流流出(即通过一系列孔从分离器中出来)的比例约为9％。在根据本发明实施例的分离器2中，该比例增加到大约21％。此外，进入已知的分离器2的砂砾的质量部分以溢流的形式流出(即，通过环形通道从分离器2中出来)的比例约为37％。在根据本发明实施例的分离器2中，该比例减小到大约12％。另外，进入已知的分离器2的砂砾的质量比例保持在处理容器6内，约为54％。在根据本发明实施例的分离器2中，该比例增加到大约67％。

图12是比较已知分离器2和根据本发明实施例的分离器2的去除效率如何根据流入混合物到分离器2中的混合物的流速变化的线形图。在图12中，去除效率是进入已知分离器2的砂砾的质量比例，其以底流的形式流出并保留在处理容器6中。如图所示，已知分离器2的去除效率几乎从100％(流速为每分钟961升)(每分钟1268加仑)降低至大约50％(流速为每分钟4800升)(每分钟254加仑)。相反，根据本发明的实施例的分离器2的去除效率从100％(流速为每分钟961升)降低到大约85％(流速为每分钟4800升)。

尽管已经描述了第一、第二和第四托盘单元40、60、100的内表面42、62、102，包括具有近似于凹形的不同梯度的两到四个部分，但是根据本发明实施例的托盘单元可以包括具有五个或更多个部分(例如截头圆锥形或圆柱形部分)的内表面，所述五个或更多个部分具有近似于凹形的不同梯度。

Claims (15)

1.一种分离器，用于从流体中分离固体，该分离器包括托盘组件，该托盘组件包括多个嵌套的托盘单元，该多个嵌套的托盘单元限定分离器轴线并沿该分离器轴线彼此间隔开，每个托盘单元包括内表面，该内表面朝向分离器轴线并远离设置在分离器轴线处的托盘单元中的孔而向外延伸，其中，内表面包括内部部分和外部部分，其中内部部分设置在孔和外部部分之间，并且其中外部部分的梯度大于内部部分的梯度。

2.根据权利要求1所述的分离器，其中，每个托盘单元的内表面包括设置在内部部分和外部部分之间的中间部分，其中中间部分的梯度大于内部部分的梯度并且小于外部部分的梯度。

3.根据权利要求1或2所述的分离器，其中，每个托盘单元的内表面的内部部分、外部部分和中间部分中的一个或多个与分离器轴线对齐。

4.根据前述权利要求中任一项所述的分离器，其中，每个托盘单元的外周限定托盘单元的内表面的外部部分。

5.根据前述权利要求中任一项所述的分离器，其中，每个托盘单元的内部部分限定孔。

6.根据前述权利要求中任一项所述的分离器，其中，每个托盘单元的内表面在内部部分、外部部分和中间部分中的两个或更多个之间平滑地分度，使得内部部分、外部部分和中间部分中的两个或更多个形成单个连续的表面的一部分。

7.根据前述权利要求中任一项所述的分离器，其中，每个托盘单元的内部部分、外部部分和中间部分中的一个或多个是截头圆锥形的。

8.根据前述权利要求中任一项所述的分离器，其中，每个托盘单元的外部部分竖直地延伸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的分离器，其中，每个托盘单元的内表面包括在内部部分、外部部分和中间部分中的两个或更多个之间的台阶。

10.根据权利要求9所述的分离器，其中，该台阶被定向为基本上垂直于分离器轴线。

11.根据前述权利要求中任一项所述的分离器，其中，每个托盘单元的内部部分、外部部分和中间部分中的一个或多个的梯度朝着孔逐渐减小。

12.根据前述权利要求中任一项所述的分离器，其中，每个托盘单元的内表面是凹形的。

13.根据前述权利要求中任一项所述的分离器，其中，每个托盘单元的内部部分被定向为基本上垂直于分离器轴线。

14.根据前述权利要求中任一项所述的分离器，其中，在托盘组件中的每对相邻的托盘单元之间形成环形通道。

15.一种根据前述权利要求中任一项所述的托盘组件或托盘单元。

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