CN113351384B - 一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器 - Google Patents

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Abstract

一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器，涉及一种旋流分离器。由柱体空腔外壳和锥体空腔外壳组成分离器外壳，顶部中心竖向设置溢流出口，顶部边缘沿相切方向设置入管口，底部设置底流出口，内锥筒通过固定翼片固定在分离器外壳内部，且上端开口不高于溢流出口下端，内锥筒依据水力旋流分离器的零轴速包络面设计，注压防磨损组件包括在分离器外壳外部均匀连通设置多个注压通道，通过注压通道向分离器外壳内注入具有压力的连续相。通过在水力旋流分离器的零轴速包络面处插入内锥筒，将内外旋流分离以阻碍流体相互干扰，并设置了注压防磨损组件减弱固体颗粒的碰撞磨损，在保证分离效率的情况下降低分离能耗与磨损。

Description

一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器
技术领域
本发明涉及一种旋流分离器，尤其是一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器，属于旋流离心分离技术领域。
背景技术
水力旋流分离器广泛应用于石化、选矿、生命科学等各种两相或多相分离过程。在含固体非均质多相流分离中，固体颗粒对水力旋流分离器壁面的磨损非常严重，目前除了增加水力旋流分离器材质刚度和添加耐磨衬里，还没有其它防磨损方法。
此外，分离过程中水力旋流分离器内部流场湍动剧烈，外旋流和内旋流转捩相互干扰，存在循环流、短路流等使得分离能耗较高。目前对控制流场内部的湍流干扰主要方法有：插入调节锥、固体棒、带翼核心、实心杆等。插入可调节锥之后总压降呈下降趋势。插入不同的几何芯，降低了能量损失系数。设计不同的溢流管、底流管、锥体结构，也会对分离性能产生重要影响。设计固定在涡流探测器下方的带翼核心，以控制湍流结构，减少能量损失。插入实心杆，提高了分离效率，消除了空气芯。插入实体内锥有利于增加气泡的径向增长，提高分离效率。虽然这些方法表明，旋流器内部插入固体棒有利于分离性能，但主要目的都是为了控制空气芯，提高分离效率，且都是从底部或顶部两端插入。而实际中，不同用途的水力旋流分离器结构参数不同，无法对每个影响因素进行统一衡量。
因此，对于含固多相流的旋流分离过程，减小分离过程耗能和减弱水力旋流分离器的磨损显得尤为重要。
发明内容
为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器，通过在水力旋流分离器的零轴速包络面处插入内锥筒，将内外旋流分离以阻碍流体相互干扰，并设置了注压防磨损组件减弱固体颗粒的碰撞磨损，在保证分离效率的情况下降低分离能耗与磨损。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器，包括由柱体空腔外壳和同轴连通固定在其底部的锥体空腔外壳组成的分离器外壳，所述柱体空腔外壳顶部中心竖向设置有溢流出口，柱体空腔外壳顶部边缘沿相切方向设置有入管口，所述锥体空腔外壳底部设置有底流出口，还包括内锥筒以及注压防磨损组件，所述内锥筒通过固定翼片同轴间隔固定在所述分离器外壳内部，且内锥筒上端开口不高于所述溢流出口下端，内锥筒依据水力旋流分离器的零轴速包络面设计，所述注压防磨损组件包括在分离器外壳外部均匀连通设置多个注压通道，并通过所述多个注压通道向分离器外壳内注入具有压力的连续相。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明依据水力旋流分离器的零轴速包络面设计内锥筒，安装到零轴速包络面位置使得原本虚拟的零轴速包络面实体化，实现对内外旋流转捩引起的湍流耗散控制，减小分离过程耗能；
2.利用注压防磨损组件向分离器外壳内壁注入具有压力的连续相，减弱了固体颗粒对内壁面的碰撞磨损，还能够加速被分离固体颗粒的下滑排出；
3.依据零轴速包络面设计的内锥筒，使得传统水力旋流分离器在其不同位置插入各种形状的插入物调节分离性能得以统一化，内锥筒也防止注压过大对内旋流产生影响。
附图说明
图1是本发明的双锥低耗防磨损水力旋流分离器的主视结构示意图；
图2是本发明的双锥低耗防磨损水力旋流分离器的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1～2所示，一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器，包括分离器外壳、内锥筒3以及注压防磨损组件11，所述分离器外壳由柱体空腔外壳1和同轴连通固定在其底部的锥体空腔外壳2组成，所述柱体空腔外壳1顶部中心竖向设置有溢流出口5，所述溢流出口5为下端伸入柱体空腔外壳1并且上端留在柱体空腔外壳1外部的管状，柱体空腔外壳1顶部边缘沿相切方向设置有入管口4，所述入管口4的数量大于等于一个，入管口4数量大于一个时环绕柱体空腔外壳1顶部等角度排布，入管口4形状不限制，可以为圆形管、矩形管或不规则管，入管口4在柱体空腔外壳1顶部边缘相切方向上也可以倾斜一定角度，所述锥体空腔外壳2底部设置有底流出口6，所述内锥筒3通过固定翼片7同轴间隔固定在分离器外壳内部，且内锥筒3上端开口不高于溢流出口5下端，所述固定翼片7的横断面积尽可能小，数量在满足安装强度的情况下尽可能少，以避免对内部流体流动产生强烈干扰，内锥筒3依据水力旋流分离器的零轴速包络面设计，与锥体空腔外壳2具有相同的锥角，将内外旋流分离阻碍注压防磨损组件11中具有压力的连续相进入内旋流，所述注压防磨损组件11包括在分离器外壳外部均匀连通设置多个注压通道，并通过所述多个注压通道向分离器外壳内注入具有压力的连续相，减弱被分散固体颗粒与分离器外壳壁面的碰撞，达到减弱或防止壁面磨损的目的，鉴于实际工程应用中磨损区域主要集中在锥体空腔外壳2内壁，注压防磨损组件11的多个注压通道主要设置在与内锥筒3重合区域内即可起到有效作用。
其中，注压防磨损组件11中具有压力的连续相可来源于溢流出口5，溢流出口5设有旁通支管，分离器外壳外部围合有密封腔，所述密封腔与多个注压通道外侧端连通设置，所述旁通支管与密封腔连通设置，旁通支管上安装有变频泵9和调节压力表10用于控制连续相的压力大小。
进一步的，在溢流出口5的旁通支管还可以加装补充连续相外接阀门8，通过外部连接进行连续相的供给或补充。
此外，注压通道与分离器外壳外壁之间宜存在注压角度12，所述注压角度12在竖直面上与分离器外壳的轴线的夹角小于90°，其中注压通道外侧端高于内侧端，注压角度12在水平面上与分离器外壳的切线的夹角也小于90°，在防阻的同时能够加速外旋流固体颗粒的排出。
本发明含有依据零轴速包络面设计的内锥筒3和注压防磨损组件11，内锥筒3能够减小分离过程耗能和防止注压防磨损组件11的连续相注压过大对内旋流的干扰。运行时，流体介质从入管口4进入分离器外壳内部，在强离心力作用下旋转流动，固体颗粒随外旋流在内锥筒3外部旋转向下流动，连续相随内旋流在内锥筒3内部旋转向上流动，注压防磨损组件11从溢流出口5由变频泵9引入连续相向分离器外壳内斜向下注射，减小外旋流中固体颗粒与分离器外壳内壁面的碰撞概率，从而减轻固体颗粒对内壁面的磨损，内锥筒3可以防止因注射压力过大，固体颗粒向内旋流扩散而减小分离效率，同时降低分离能耗。本发明的分离效率会随入口流速增加先减小后增加，这与不含内锥筒3的传统水力旋流分离器不同，但能耗变化与传统水力旋流分离器一致，随入口流速增加而增加。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器，包括由柱体空腔外壳（1）和同轴连通固定在其底部的锥体空腔外壳（2）组成的分离器外壳，所述柱体空腔外壳（1）顶部中心竖向设置有溢流出口（5），柱体空腔外壳（1）顶部边缘沿相切方向设置有入管口（4），所述锥体空腔外壳（2）底部设置有底流出口（6），其特征在于：所述水力旋流分离器还包括内锥筒（3）以及注压防磨损组件（11），所述内锥筒（3）通过固定翼片（7）同轴间隔固定在所述分离器外壳内部，且内锥筒（3）上端开口不高于所述溢流出口（5）下端，内锥筒（3）依据水力旋流分离器的零轴速包络面设计，所述注压防磨损组件（11）包括在分离器外壳外部均匀连通设置多个注压通道，并通过所述多个注压通道向分离器外壳内注入具有压力的连续相，注压通道与分离器外壳外壁之间存在注压角度（12），所述注压角度（12）在竖直面上与分离器外壳的轴线的夹角小于90°，其中注压通道外侧端高于内侧端，注压角度（12）在水平面上与分离器外壳的切线的夹角也小于90°。
2.根据权利要求1所述的一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器，其特征在于：所述注压防磨损组件（11）中具有压力的连续相来源于溢流出口（5），所述溢流出口（5）设有旁通支管，所述分离器外壳外部围合有密封腔，所述密封腔与多个注压通道外侧端连通设置，所述旁通支管与密封腔连通设置，旁通支管上安装有变频泵（9）和调节压力表（10）。
3.根据权利要求2所述的一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器，其特征在于：所述溢流出口（5）的旁通支管加装有补充连续相外接阀门（8）。
4.根据权利要求1所述的一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器，其特征在于：所述注压防磨损组件（11）的多个注压通道设置在与内锥筒（3）重合区域内。
5.根据权利要求1所述的一种双锥低耗防磨损水力旋流分离器，其特征在于：所述入管口（4）的数量大于等于一个，入管口（4）数量大于一个时环绕柱体空腔外壳（1）顶部等角度排布。
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