CN1157246C - 喷射携带固体水流进入离心分离器的改进结构 - Google Patents

Abstract

一个离心分离器(10)，它具有一个带有顶盖(30)的上端、一个下端、一个中心轴(13)和一个沿所述中心轴(13)延伸的中间环形圆筒状轴向延伸壁(12)的分离滚筒(11)，所述环形圆筒状轴向延伸壁(12)与邻近于所述下端的收集室形成一个分离室。一个环形接受室壁(36)在邻近于所述上端处环绕分离滚筒，从而形成一个环形接受室，一个供料喷嘴(37)沿切向进入所述接受室以喷射携带固体的液体物流进入到所述接受室并在其中形成环流。多个径向间隔分离的轴向延伸的切口，通过所述分离滚筒(11)壁使所述接受室和所述分离室流体相互连通。所述切口是以多个轴向设置级所形成的，每级包括多个等角度间隔分离的切口。

Description

喷射携带固体水流进入离心分离器的改进结构

发明领域

喷射携带固体水流进入离心分离器的改进结构，由入口切口约束携带固体的液体的进入物流到所述离心分离器的分离滚筒之中。

发明背景

离心分离器广泛地用作从流动水流中分离出所携带固体的元件。典型设计是从一个喷嘴沿切向喷射物流到一个圆筒形分离滚筒中。当所述物流沿着所述分离滚筒壁旋转时，随着旋转物流从所述分离滚筒的上部流到其下部，物流内的高超重力使得固体颗粒向滚筒壁迁移。在所述分离滚筒的低端或其附近位置，存在一个回旋板，它可使管式涡流的中心部分向上折回流向一个中心出口部件。在一个合适设计和合适操作的离心分离器中，所述物流中心部分基本上不再含有固体。

在所述回旋板邻近位置存在一个切口，它可以穿过或者是位于所述分离滚筒的下端，处于所述分离器滚筒壁附近的固体可以流过该切口。这些固体形成邻近于所述筒壁物流外围部分的一部分。

这种类型的离心分离器公开在Laval Jr.的专利4072481之中，其用来说明这类分离器的理论和实践，本文引入其全部内容作为参考。

这类装置经常用于在大范围规模内分离固体颗粒。采用这种原理的设备，在规模上从用于汽车装配间很小的部件清洁器，到用于从洗涤水中分离谷物洗涤物和地板废屑的大型工厂装置，以及用于非常大的水分配和灌溉系统中粗砂的清除。

这是一种被动系统，其功能和效率在很大程度上是源自于分离器中物流的流动速度和平稳度。系统中某处的紊流或物流引入到分离滚筒的无效率，将会导致需要更多的动力(较高喷射压力)，或导致分离效率降低。

另一个问题是源于固体自身的磨损性质。为了形成所需要的主要超重力，所述颗粒的速度和它们与分离器部件接触的作用力，将会导致主要的磨损率，通过采用合金钢仅可部分地得到补偿。当携带固体的水进入到所述分离室时，对于位于携带固体的水从接收室流过的切口边缘位置尤其是这样。非紊流平稳流动在整个系统中形成低的磨损。

其结果是紊流减小，对所述物流的限定可显著地改进分离、降低动力费用、延长维修时间间隔和延长装置的使用寿命。本发明的一个目的就是提供这些改进。

发明的简要说明

构成本发明的离心分离器包括一个分离器滚筒。这种滚筒具有一个形成轴向延长的分离室的圆筒形内壁。物流在上部位置沿切向喷射到所述分离室中。它以螺旋方式沿所述壁旋转向下流到下部位置，在此它与中心回旋板相遇。在所述回旋板和所述壁之间存在一个切口，所述固体可以通过该切口流到下部的收集室中。

按照已知的原理，回旋板可使得所述旋转物流的中心部分翻转其旋转方向和轴向流动方向，并向上流到位于所述分离室顶部的出口部件。

环绕在所述分离滚筒位于其顶部的外围接受室，接受输入到所述分离室中的携带固体的物流。在该室中，待处理的携带固体的物流结合在一起，并由此通过喷嘴孔被喷射到所述分离室，使所述物流相对于所述分离室壁形成离心运动。

根据本发明，所述接受室具有一个带有一个上端和一个下端的轴向长度部分。根据本发明，所述切口具有一个轴向分量长度部分，带有相应的上端和下端，和宽度部分。这可形成一个细长的喷嘴，它可沿切向排放物流到所述分离室壁之上。

根据本发明，所述切口是以多级呈轴向形式排列的。优选地，存在有两个级，一个上级和一个下级。尽管这些级可能会有少量交迭，但是，优选结构是对于所述下级中切口的上端是不高于所述上级中切口的下端。

在每个级中存在多个切口，它们排列在外围夹中，沿着所述外围夹它们按角度相互间隔。

根据本发明的一个优选但不是必须的特征，所述上级和下级的切口是按角度相互间隔以形成一种交错方式。

尽管所述切口可能并常常与所述分离室的轴是平行的，但是根据本发明的又一个优选但不是必须的特征，所述切口是倾斜的，从而可形成一个螺旋部分，当它沿水流入到所述分离滚筒的方向延伸时是递减的。

本发明的上述及其它特征，可由下述的详细说明和附图，变得更为清楚明了，其中：

附图的简要说明

图1为本发明目前优选实施方式的侧视图；

图2为沿图1中线2-2的轴向截面图；

图3为分离滚筒上部的横截面图；

图4为目前优选切口形式的展开局部视图；

图5为另一替代切口形式的展开局部视图。

发明的详细说明

用于本发明的一个离心分离器10，如图1和2所示。其基本的功能元件为一个分离滚筒11，它具有一个沿中心轴13延伸的环形圆筒壁12。它形成一个分离室14。

一个收集室15，在邻近滚筒11的下端16与滚筒11结合，并向下延伸以收集分离的固体，或者收集富含固体的液流。位于所述收集室底端的泄孔17，可使得所述固体和部分液体能够从其中流出，可以是连续地进行，也可以是时断时续地进行。为此目的，可以配置一个可以移去的塞子。在另一种设计中，为此目的，可以提供一个连续的排放管。一种这类排放管公开在Haslup专利5571416之中。除去固体的方法或措施并不构成本发明的一个部分。

位于或邻近于所述分离滚筒的下端，存在一个回旋板20，它垂直于所述滚筒的中心轴在筒内延伸。在所述回旋板和所述滚筒之间留有一个切口21。如果优选的话，则所述回旋板可封闭所述滚筒下端，可在所述滚筒壁上切割一个切口。这里所示回旋板是实际上圆锥形的，但是平面板也可替代采用。

如图所示，在所述板和所述滚筒下端留有一个缝隙以形成所述切口，是简便且费用低廉的。所述切口使由滚筒限定的分离室14与收集室15相互连通。

位于所述分离滚筒上端的顶盖30，包括一个带有用于排放处理水的中心通道32的排放管31。该排放管延伸到下部开口端33，被所述回旋板向上折回的水流入到其中。位于所述排放管和所述分离滚筒壁之间的环形区34，接受所述携带固体的物流。当所述物流进入所述分离滚筒时，排放管31外壁用来约束所述物流，并使它与处理水的向上中心流分离开。

接受室35是由一个围绕所述分离滚筒上端的壳体36所形成的。所述壳体是呈环形的并环绕分离滚筒固定，且与所述分离滚筒保持流体密封关系。一个喷射喷嘴37，经由所述壳体壁，直接沿切向连接在所述接受室中。它接受有一定压力的携带固体的液体物流，并将它们喷射到所述接受室中。这会在所述壳体壁38和所述分离滚筒外壁39之间形成环流。入口切口40，经由所述分离滚筒壁，使所述物流从所述接受室流入到所述分离滚筒之中。

入口切口(在所述接受室中，圆周排列的等长度和同轴向位置的切口轴向延伸)的采用，是已知的且是当前普遍采用的。在合理的能耗下，它确实能够提供良好的固体和液体分离效果。但是，本发明的改进，可获得显著的改进结果，它是通过提供入口切口的不同排列和形状来实现的。性能改进的原因自身是令人感到惊奇的。

固体从液体中的分离，是源于超重力场。如果采用本发明处理的固体/液体物流允许静置足够长的时间，则尺寸大于胶体的固体将会完全地沉积下来。较重颗粒比那些较细小颗粒将会更快地得到分离。即使是在快速移动的物流中，在它们分离时，重力对于颗粒从液体中的分离以及对不同尺寸大小的颗粒分离也是有效的。

当所述作用力是不同于处于静止状态重力时，也能获得相似的分离。特别地，施加在离心分离室中的非常大的离心力，可以引起更为有效的快速分离。

所述物流以高速喷射到所述分离滚筒中，并按照以螺旋方式从其上端移动到其下端的快速流动物流进行旋转。在所述分离滚筒中，所述离心力比重力要大得多。对于沿着所述滚筒内表面的相同线速度来说，直径越小，则离心力就越大。

在所述接受室中的情形和目的是相似的，但是，在某些重要方面是不同的。举一个例子来说，在所述接受室中不希望颗粒分离。除了具有切口外，它是一个封闭的室，所有的水和所有的固体必须完全地流过所述切口。这样，所有固体都可能从所述接受室排放到所述分离室中。为此，当使用一个接受室来在其整个轴向长度上延伸形成所述切口，仅留下很小或不存在固体能够在其中被截留的室体积。

一些离心分离器不包括接受室。代之以一个或多个喷嘴直接喷射所述物流沿切向流入到所述分离滚筒中。这当然可能消除由接受室所引起的问题，但是，也丧失了这类室的部分潜在优点。

采用接受室基本长度大小的切向定向切口的优点是，当物流进入到所述分离室中时，它们能约束所述物流成为片层状。从具有其它形式的截面的喷嘴喷射，所提供物流在所述分离室中时，必须要平直为片层状。这需要一定的时间。当实现这一目的所需要的时间确实是很短时，物流沿所述分离滚筒壁的停留时间也是很短的，它通常至多为几秒钟。

片层状物流最好是在所述接受室中得到的非紊流源，这样，就可制备得到这样一种物流，其颗粒对于物流方向具有尽可能小的速度。这样，就可以在所述接受室中避免紊流。对于本发明，它是通过提供具有所述形式的入口切口来实现的，其中，在进入到所述切口中的较大颗粒和较小颗粒之间，仅存在很小的竞争。这种竞争会引起紊流，降低流过所述切口的流动自由度，并增加了对于分离器的磨损。这种竞争将会增加对动力的需要，阻碍平稳的非紊流物流的形成，并需要更多的维护。采用本发明，则这些问题就可得以避免或是得到最小化。

上述的不利之处主要是在重力作用下，当较大颗粒和较小都存在于接受室中时，较大颗粒比较小颗粒易于向接受室下端迁移所引起的。令人惊奇地，这种分离会发生于其中的圆周速度是相对高的环形室中，但确实是发生了。其结果是，在较大颗粒和较小颗粒之间在进入所述切口时，存在着竞争。

通过提供这样的切口，它们的下端处于不同的轴向高度，尤其是通过交错布置这些切口，人们就可补偿固体在进入接受室之后由其内在重力所引起的固体歪斜分布。典型地，一旦进入接受室，较重固体迅速地向下流到所述室的底部，而细小较轻固体则更多地是处于其上部。事实上，接受室开始根据预分离物质的尺寸大小和重量对固体进行分类。由于在一个单一线路中具有所有的切口，所以，小颗粒和大颗粒都受迫共存于同一物流之中流过相同的切口。这已经被证明会干扰有效的分离。较大颗粒占据了流动领域，迫使较小颗粒“避开”，从而阻止它们进入到切口中。通过提供一个用于较小颗粒经由一个较高级切口进入到分离滚筒的位置，与较大颗粒分离开来，较小颗粒就不需要为进入到切口之中而与较大颗粒或相互间竞争了。

而且，由于细小固体将会进入到位于分离滚筒中较高位置的切口中，当它们达到分离器的出口时，它们比进入位于下级的切口中的较大固体受迫回旋更长的时间。这正是我们所希望的，因为通过使之比较重固体置身于超重力之下有更长的时间，它为细小固体提供了更多进行分离的机会。

因此，采用多级切口，可提供这样一种设计，其中的切口是专门设置处于轴向特定位置，用来接受最可能尺寸的固体颗粒。这可使得各种尺寸颗粒得以快速地离开所述接受室。它也可减少对于装置壁的磨损，因为其中存在较少的紊流和更快的流过所述切口。相应地，这可延长维修或保养的时间间隔，并降低设备的操作费用。

用于这种装置的切口，便利地可由激光切割而成，这样，就可获得一种切口，在其不同高度的所有位置都是切向地导向所述分离室的内壁。在如图4所示的一个实施例中，优选具有二级：具有切口52的上级51和具有切口54的下级53。在一个圆周夹中，每级优选具有六个分立的切口，尽管为了描述便利在说明书中每级中仅给出了一个切口。所述切口优选是“交错的”，就是说，上级中的切口下端与下级中的切口上端是等距离分隔的。

所述切口可以有时与所述轴平行。但是，对于切口来说，与分离室壁表面的轴线呈一定角度倾斜向下是一种明显的改进。所述角度优选约20度，但是，在高至45度的任意角度都可获得改进。一种平展图案如图4所示。

另一种替代方案是，如图5所示，切口60和61可以分别地设置在上级和下级62、63之上，并都与所述轴平行。在所有实施例中，所述切口壁将设置成一个角度，以排放所述物流切向地流出所述分离室壁。

在一个具有长度约为64英寸且直径约为7英寸(17.8cm)的分离滚筒中，具有轴向长度约为53/4英寸(14.6cm)的倾斜切口，其上端和下端偏移约为11/2英寸(3.8cm)，每级切口的数目为6个被证明是非常有效的。它们通常宽度约为3/8英寸(9.5mm)。如图5所示的竖直切口，具有大致相同的轴向高度和数目。其它尺寸可根据需要或附图的比例而改变。

本发明并不局限于附图所示和说明书所述的实施例，它们是作为实例给出的，而不是对本发明的限定，本发明仅仅由随后权利要求书的范围来限定。

Claims (5)

1.一种离心分离器，包括一个带有一个上端、一个下端、一个中心轴和一个中间环形圆筒状轴向延伸壁形成的分离室的分离滚筒，一个邻近于所述下端的收集室，一个邻近于所述下端延伸通过所述分离室的回旋板，一个邻近于所述下端使所述收集室和分离室流体相互连通的固体切口，一个具有一个设置在中心的出口部件的封闭所述上端的顶盖，一个在所述分离滚筒和所述接受室壁间形成一个环形接受室的环绕在所述分离滚筒且邻近于所述上端的接受室壁，一个沿切向进入所述环形接受室并在其中形成环流的供料喷嘴；以及

多个径向间隔分离的轴向延伸的切口，穿过所述分离滚筒壁使所述环形接受室和所述分离室的流体相互连通，以与所述接受室中旋转方向相同的旋转方向沿切向进入所述分离室中，每个所述切口相对于所述底部具有一个上端和一个下端，其特征在于：

所述切口是以多个轴向设置级所形成的，每级包括多个等角度间隔分离的切口，每个所述下级切口的上端具有的高度，不高于刚好位于其上级的切口的下端，所述切口是以交错方式形成的。

2.如权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，存在有两级所述切口，所有的所述切口是等角度地相互间隔分开的。

3.如权利要求1或2所述的离心分离器，其特征在于，每个所述切口与所述轴都是平行的。

4.如权利要求1或2所述的离心分离器，其特征在于，每个所述切口以相对所述中心轴的螺旋方向延伸。

5.如权利要求4所述的离心分离器，其特征在于，存在有两级所述切口，每个级具有六个所述切口，所有的所述切口相互是等角度地相互间隔分开的。

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