CN1378486A - 离心加压分离器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一个固体－液体/液体－液体分离器包括一个容器,这一容器拥有一个限定有一个腔室的外壁。腔室与一个入口端口和一个出口端口相通。该容器可围绕一个贯穿容器延伸的旋转轴加以旋转。一系列叶片配备在腔室中,每一个叶片以基本上与旋转轴平行校准的方式从旋转轴径向地向外探出。叶片与外壁配合,形成一系列贯穿容器纵向延伸的分立的流通道。一个排出管沿容器的旋转轴的一部分加以配备,这一排出管拥有一个配备在腔室中的第一端和一个与容器的外部以流体形式进行相通的相对的第二端。一系列抽取管在腔室中从旋转轴径向地向外探出。这些抽取管拥有一个与排出管以流体形式进行相通的第一端和一个与外壁相距一段距离配备的相对的第二端。把一种固体－液体或液体－液体混合物输送到旋转的压力容器中,通过离心力分离混合物的成分。上清液物质通过出口端口排出。把底层流物质抽入到抽取管中,并通过排出管排出容器。

Description

离心加压分离器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理受到有机和无机物污染的水的离心分离器系统。在第一实施例中，本发明涉及一种旋转压力容器，这种旋转压力容器可以高速地把固体和液体分离开来。在另一个实施例中，本发明涉及一种响应过激负载干扰的液体-液体分离器。
背景技术
长期以来，水的净化是人们一直在不断地加以尝试的活动，其所追求的是获得可饮用的水和可供工业使用的水。随着工业化水平的不断提高，水的净化具有了新的更为重要的地位，因为工业上对水的使用通常涉及把受到污染的水释放于环境中的问题。随着人们对环境日趋关注，释放到环境中的水已受到越来越高的标准的制约。于是，人们付出了更大的努力以找出能够明显减少溶解的和颗粒状污染物的处理水的方法。
特别费时与/或需要大量设备的液体-固体分离，是水净化的一个十分棘手的问题。传统上，一直在使用沉淀池或沉降槽，沉淀池或沉降槽允许含有大量颗粒物的水以静止状态驻留于其中。由于作用在混合物上的重力，颗粒物，即使是斯托克斯(Stokes)流状态，也将能够同液体相分离。
使用沉降槽的一个缺点是，它们必须具有极大的容积，以容纳相当大的流容量。因此，在通常最需要这样的水净化系统的人口密集的城市地区，对它们的使用是不实际的。因而，人们已开发出了允许含颗粒物的液体连续地流入沉降槽的中心，产生一种澄清的上清液和稠密的泥状沉积物的沉降槽。稠密的泥状沉积物从沉降槽的底部排出，通常拥有输入沉降槽的总水量的10％～30％的水含量。
在过去的10多年中，传统的沉降槽已得以改进，并诞生了高速率的沉降槽。高速率的沉降槽拥有一个在泥状底层流之下延伸的中心输送井，因而，进入沉降槽的所有的水必须流过作为一个过滤媒体的泥状沉积物。通过把泥状沉积物作为一个过滤器，固体-液体分离率得以提高，尽管在这一方面仅于传统的沉降槽之上逐步地得以提高。另外，高速率的沉降槽也必须拥有非常大的容积，因而也拥有非常大的占地面积，在许多情况下，致使对它们的使用是不实际的。
这一技术所需要的是一种用于澄清一种含颗粒物的液体、并能够克服对空间的需求和现有技术所具有的较慢的固体-液体分离速度的系统。本专利公开了这样的装置、系统以及方法，并对它们提出了相应的权利要求。
分离过程的另一个方面包括液体-液体分离系统，例如把来自一个机械车间或一个火车或汽车等的冲洗场中的污水池的油和水分离开来。在需要分离油和水的食品行业中使用了另外一些液体-液体分离器系统。现有技术中的问题之一是负载失调的影响，例如在一个净化操作中，油或水的骤增打乱了馈入到分离器中的油/水的输送比率的平衡。尽管可对分离器加以控制以防止一种成分进入错误的排出源流，但一种成分或另一种成分的一个大的骤增是不能加以控制的。
液体-液体分离器系统所面临的另一个挑战是，对两种密度在大约5％或5％以下的范围内变化的不相溶的液体的分离。由于密度的接近，分离变得更加困难。
这一技术中所需要的是能够克服现有技术的问题的一种液体-液体分离器。
发明内容
本发明涉及分离器系统，即涉及包括一种压力容器固体-液体分离器和液体-液体分离器。压力容器可以为球形或拥有一个可选的配置，例如复合截头圆锥体的配置。压力容器的端点是这样安装的：致使容器能够围绕贯通容器延伸的纵向轴或旋转轴迅速地旋转。一个入口通道配置在容器的一端，通过这一入口通道，把一种流体混合物泵入到压力容器中。一个排出通道提供在容器的相对的一端，通过这一排出通道，所选择的一部分流体混合物排出容器。
在本发明的第一实施例中，分离器系统包括一个固体-液体分离器或澄清器。固体-液体分离器的设计旨在把颗粒物质同液体分离开来。在这一实施例中，一系列叶片配备在压力容器中。叶片以与纵向轴平行校准的方式从纵向轴径向地向外探出。至少把每一叶片的一部分配备在容器壁的附近，以至于叶片能与容器壁相接触，以形成一系列分立的流通道，这些流通道贯通容器纵向地加以延伸。
以基本上与纵向轴垂直校准的方式从纵向轴径向地向外探出的是一系列间隔的圆盘。这些圆盘与叶片相交，以便部分地封锁流通道，圆盘把流体流引离容器的纵向轴，并沿容器壁加以引导。圆盘并未一路延伸到压力容器的外壁，而是在圆盘的周边和压力容器的壁之间留出一个流路径。
除了它们在引导流体流方面所起的作用外，圆盘和叶片还提供了结构上的相互支持。圆盘和叶片每个都配置有相应的槽，通过这些槽，每一个叶片与每一个圆盘互相匹配地啮合在一起，因而有助于装配和提供相互间结构上的支持。因此，圆盘和叶片可以互相作为支撑物，并可作为分流器使用。
在第一个实施例中，底层流管路在环绕纵向轴的最大直径处所选择流通道之间延伸。可通过切掉一个叶片的端点或通过在一个所希望的位置处，在一个叶片的外边缘，或沿一个叶片的外边缘提供洞或其它孔，配置底层流管路。如以下所讨论的，底层流管路可使所分离的颗粒成分在相邻的流通道之间流动，以便可从压力容器中对它们加以抽取。
沿容器的纵向轴配备的是一个排出管，排出管拥有一个居中配备在容器中的入口端，以及一个与容器的外部以流体形式耦合的出口端。从纵向轴径向向外探出的是一系列抽取管，每一个抽取管拥有一个与排出管的入口端以流体形式耦合的第一端和一个距容器壁很短一段距离配备的相对的第二端。把每一抽取管的第二端配备在一个相应的流通道中。在第一实施例中，为每一流通道配备一个抽取管。在一个可选的实施例中，可为两或两个以上的流通道仅配备一个抽取管。在后面的这一实施例中，底层流管路用于在不具有抽取管的流通道和配备了一个抽取管的流通道之间提供流体相通。
在固体-液体分离器的操作期间，在压力下，通过入口通道把一种含有颗粒物质的液体泵入到旋转的容器中。当液体进入容器时，把液体引导到由径向叶片所定义的流通道之一。在流通道中对圆盘的定位迫使液体径向向外地朝容器壁流动。在这一位置，液体承受着由旋转的容器所产生的最大的离心力。由于所施加的离心力，液体中较重的颗粒物质流向环绕纵向轴的容器的最大内径处，并在那里加以聚集。从颗粒物质中分离出来的其余的液体继续流向容器的相对端。接下来，澄清的液体通过一个压力释放阀经由出口通道排出容器。
把颗粒物质(通常以一种流体泥浆的形式出现)通过抽取管从容器中去除，即允许颗粒物质在容器中聚集，直至所聚集的颗粒物质上升到抽取管的第二端以上。此时，一个耦合于排出管的出口端的阀打开。由于加压容器的内部和周围环境之间的压力差，颗粒物质被吸入抽取管中，然后通过排出管排出容器。
还配置了固体-液体分离器，以备可能被引入到压力容器中的气体的释放。特别是，在排出管的入口端形成了一个小气孔，以便在排出管和容器之间建立起流体相通。另外，还形成了一个从入口通道向排出管上的气孔延伸的气体通道。气体通道沿容器的纵向轴形成，在叶片之间延伸，并穿过圆盘。在操作期间，较轻的气体流向容器的中心，并从那里进入气体通道。当打开阀以便去除颗粒物质时，气体通过该孔进入排出管，并随颗粒物质排出。在一个可选的实施例中，可通过使用一种商业上可得的针阀或其它设计旨在从流体源流中去除气体的设备传输输送源流，在气体进入固体-液体分离器之前，从输送源流中去除气体。
固体-液体分离器特别适合于在相邻的叶片之间并对着旋转的容器的内壁创建基本上静止的固体-液体分离单元(流通道)。因此，可以阻止涡旋传输现象，并可避免有机液体、无机液体、以及悬浮固体的乳化。这一固体-液体分离器还拥有明显优于现有技术的优点，即它明显地减少了随固体颗粒物质一起释放的液体的液体量。特别是，作为固体颗粒物质的一部分排出的馈向固体-液体分离器的所有水的百分比保持最少量。
在本发明的一个第二实施例中，分离器系统包括一种液体-液体分离器。液体-液体分离器的设计旨在分离两种或两种以上的不相溶的液体(例如油和水)的一种混合物。液体-液体分离器与以上所讨论的固体-液体分离器基本相同。主要的不同之处是：圆盘拥有一系列贯穿其中加以延伸的孔眼。与必须围绕圆盘周边流动相对，这些孔眼使各种液体能够直接穿过圆盘。然而，为了建立一个直接导向容器外部的流态，最接近于容器的入口通道的圆盘不必是实体的。在这一实施例中，穿孔眼的圆盘的主要功能是支撑叶片。
在液体-液体分离器的操作期间，  在压力下，通过入口通道把不相溶的液体的一种混合物泵入旋转的容器。当液体进入容器时，把液体引导到由径向叶片所定义的流通道之一。第一实体圆盘在流通道中的定位迫使液体径向地向外朝容器壁流动。由于所施加的离心力，较重的液体流到环绕纵向轴的容器的最大内径处，并在那里加以聚集，较轻的液体和任何夹杂的气体流到容器的中心处。因此，一条边界线形成在较重的液体和较轻的液体之间。可有选择地把这条边界线控制在距纵向轴的一个确定的范围内。
在排离容器期间，较轻的液体和气体流过有孔眼的圆盘，并通过一个第一阀流出排出通道。由于气体随较轻的液体排出，所以无需一个与排出管相通的气体孔。通过抽取管抽取较重的液体，并通过一个第二阀经由排出管排除。
在一个维持边界线(例如，一个油/水界面)的本发明的压力差系统(例如，一个油/水界面)下，在距压力容器的纵向轴的一段优选的径向距离范围内操作液体-液体分离器。特别是，本发明的这一系统允许压力容器处理大的负载失调，例如，从油/水混合物到100％的油或100％的水的一个变动，与此同时，把边界线维持在所希望的范围内。
通过以下的描述和所附的权利要求，或通过实践(如以下所给出的)对本发明加以了解，本发明的这些和其它的特性将变会得更加明显。
附图说明
以上仅对本发明进行了简要的描述，为了能够获得本发明的以上所提到的方式、其它的好处以及目的，以下将参照本发明的一个具体的实施例给出以上本发明的简要描述的一个更具体的描述，这一实施例是在附图中加以说明的。应领悟到：这些附图仅描述了本发明的一些典型的实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制。将参照这些附图更具体和更详细地对本发明加以描述和解释。在这些附图中：
图1是一个使用本发明的固体-液体分离器的过程的总结构图；
图2是本发明的固体-液体分离器的第一实施例的一个透视图；
图3是本发明的固体-液体分离器的一个实施例的一个剖面图；
图4A～4B是分别沿图3的线4A-4A和4B-4B所截的本发明的剖面图；
图5是本发明的固体-液体分离器的一个实施例的容器的内部部分装配情况的一个透视图，揭示了部分叶片和圆盘的装配情况；
图6是图3中所说明的固体-液体分离器的一个实施例的容器的内部部分装配情况的一个透视图，揭示了叶片和圆盘装配情况的一个更完整的部分；
图7A、B以及C是可以在本发明的固体-液体分离器中使用的叶片实施例以及一个可选的叶片实施例的设计图；
图8是图3中所说明的固体-液体分离器的容器的内部部分装配情况的一个透视图，揭示了一个完整的叶片和圆盘的装配情况；
图9是沿图3的线9-9所截的一个垂直剖面图；
图10是图3中所说明的固体-液体分离器的一个剖面图，说明了操作中的固体-液体分离器；
图11是本发明的液体-液体分离器的第一实施例的一个剖面图；
图12是图11中所示的液体-液体分离器的容器的内部部分装配情况的一个透视图，揭示了部分叶片和具有孔眼的圆盘的装配情况；
图13是一个结构图描述了一个控制流入和流出液体-液体分离器的液体流的阀配件的第一实施例；
图14是一个结构图描述了一个控制流入和流出液体-液体分离器的液体流的阀配件的另一个实施例；
图15是使用了与一个水力旋流器相连接的液体-液体分离器的本发明的第一过程的总结构图；
图16是分离器的一个可选的实施例的剖面图，其中已用一个双截头圆锥体形的压力容器取代了球形的压力容器；以及
图17是图16中所示的分离器的容器的内部部分装配情况的一个透视图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于澄清受到颗粒物质(包括有机物和非有机物质)污染的水的系统。
本发明还涉及一种用于分离不相溶的液体(例如分离一种油/水)混合物的系统。现在参照附图，其中以相同的参照数字指示相同的部件操作或结构。这些图应被视为示意性的与/或概要性的，而且不必按比例描绘，它们也不局限于本发明的构思与范围。
图1是一个使用本发明的固体-液体分离器的一个过程的总结构图；如图1中所说明的，一个固体-液体分离器10与一系列其它处理部件相连。一个配置可以包括一个输送源流12，输送源流12包括一个准备加以处理的物质流。输送源流12可以包括各种各样的成分，例如包括污染物(例如油、细菌污染物、溶解的金属和矿物质、以及乳化的胶态悬浮体)的水。输送源流12可能源于工业设施、动物产品加工厂、污水处理系统、城市水处理系统、以及石油工业等。
输送源流12向浪涌调整槽14提供补给，浪涌调整槽14作为一个可存储大量流入的水的容纳箱。浪涌调整槽14可以包括任何商业上可得的浪涌调整槽、一种陶制的蓄水池或其它液体容纳容器。从浪涌调整槽14出发，流体循一条流路径16，流到一个垃圾滤网18，以消除可能阻塞系统的过大的颗粒。从垃圾滤网18排出，流体循着流路径20进入一个油/水分离器22，油/水分离器22把一个油源流24同一个水源流26分离开来。尽管可以使用各种各样的油/水分离器，但在第一实施例中，可以使用诸如在序号为5,387,342、5,582,724以及5,464,536的美国专利中所公开的一种油/水分离器，现将这些专利并入此处，以将它们所公开的全部内容作为参考。
可以把水源流26与一个过滤器水源流28结合在一起，作为一个静电凝聚器32的供给源流30。静电凝聚器32的操作，旨在通过杀死任何活的有机物电气地消毒水、打碎杂质的乳化的悬浮液、以及把杂质凝结成为一种絮状物。这样的系统可得于科罗多州丹佛的Scott Powell WaterSystems公司。
一个凝聚的污水源流34向一个展开罐36提供补给，通常拥有一个1～5分钟或5分钟以上的滞留时间。当在展开罐中时，絮状物的颗粒尺寸增大。污水源流38向本发明的固体-液体分离器10提供补给，固体-液体分离器10生成一种由颗粒物质和气体构成的底层流源流40和一个由澄清的水或其它液体构成的上清液源流42。把上清液源流42中的澄清的水直接或通过一个后过滤器45释放到环境中。把底层流源流40提供于一个过滤器46，通过过滤器46将生成过滤器水源流28和一个滤饼48。
在第一实施例中，可以直接把在展开罐36的顶部所聚集的气体和残余的油通过管线49抽取到过滤器46。还应该认识到：油/水分离器22、静电凝聚器32、展开罐36、分离器10、以及过滤器46每一个都可以在一个增加的压力下操作，例如通过使用一个泵，以促进所希望的流流过这一系统。部件22、32、10以及46中的一个或多个中的压力可以不同，以便按所希望的方向控制流。
在图2中，说明了本发明的固体-液体分离器10的第一实施例。固体-液体分离器10包括一个由马达62加以驱动的压力容器60。尽管本发明的固体-液体分离器能够以各种尺寸加以制造，但所描述的这一实施例被设计为可处理大约40升/分。在这样的一个实施例中，可以使用一个2.5马力、3440RPM的电动马达。
较佳的做法是令压力容器60安装在一个防护装置64中。防护装置64仅提供了一个屏蔽板或防护罩，作为一个使人和物体与旋转的压力容器60相隔离的安全机制。在所说明的这一实施例中，提供了一个框架配件66，通过安装叶片68把防护装置64安装在框架配件66上。当然，那些熟悉这一技术的人将会意识到：能够以各种各样的方式配置防护装置64和把防护装置64附接在框架配件66上。
对框架配件66进一步加以配置，以提供对马达62和支撑压力容器60的轴承结构的支持。固体-液体分离器10包括一个固定入口槽70，固定入口槽70的配置旨在接纳一个入口管线72。相类似，把一个固定出口槽74提供在附接了一个底层流出口管线76和一个上清水管线78的压力容器60的相对的一端上。
一个泵80用于接收污水源流38，并通过入口管线72把污水源流38提供于固体-液体分离器10。泵80向入口管线72中的污水源流38加压，以致于固体-液体分离器10可操作在这样的压力下。因此，泵80必须能够以固体-液体分离器10的流速容量泵取污水源流38，与此同时，维持一个所希望的压力。在第一实施例中，泵80把污水源流38维持在大约3psi(2.07×104Pa)到大约500psi(3.45×106Pa)之间的一个范围内的一个压力上，较佳的做法是这一压力在大约15psi(1.03×105Pa)到大约60psi(4.14×105Pa)之间的一个范围内。泵80还产生大约3升/分到大约1000升/分之间的一个范围内的流速。任何商业上可得的能够创建以上压力和所希望的流速的泵80将可用于达到所希望的目的。
如图3中所说明的，安装压力容器60，使其围绕旋转轴90旋转，旋转轴90也与固体-液体分离器10的纵向轴相重合。压力容器60包括一个外壁92，外壁92拥有一个限定了一个腔室95的内表面93。在所描述的这一实施例中，腔室95呈球形，但也可以使用其它的配置。由于所安装的压力容器60围绕轴90旋转，所以压力容器60通常将包括一个含有一个围绕旋转轴90旋转的旋转体的几何形状。
另外，人们所希望的(尽管不是所要求的)是，压力容器60的壁径向向外地朝一个拥有环绕纵向轴90的最大直径的中纬线97倾斜。因此，尽管一个具有球壁92的压力容器是人们所希望的一个实施例，因为它具有有效的压力承受质量，但也可以使用其它具有曲线壁的容器，例如使用那些呈卵形、椭圆形、或对称的不规则形状的其它具有曲线壁的容器，而且也可以使用直线配置，例如两个截头圆锥体，并把它们的宽端固定在一起。相类似，可以使用一个在边缘拥有一个圆柱形配置而中心是通过连接在一起的截头圆锥体所形成的容器。在又一个实施例中，压力容器60不需要向外倾斜的壁。例如，压力容器60可以为圆柱形或拥有一个多边形的横断面。
压力容器60可使用各种材料制造，这些材料包括不锈钢、塑料、纤维缠绕结构、以及其它传统的材料等。在第一实施例中，压力容器60能够承受在大约1psi(6.90×103Pa)到大约500psi(3.45×106Pa)之间的一个范围内的压力，较好的做法是令其能够承受在大约10psi(6.90×104Pa)到大约500psi(3.45×105Pa)之间的一个范围内的压力。在所描述的这一实施例中，压力容器60使用不锈钢制造，并且拥有两个部分，以便制造和构造。把这两个部分固定在一起，例如通过焊接、栓接、或其它传统的方法，以致于在容器60的中纬线97处形成一个缝隙。
如图3中所说明的，固体-液体分离器10在其入口端96包括一个驱动轴94，驱动轴94严密地安装在容器60上。驱动轴94的配置旨在啮合马达62(图2)，如人们在事先技术中所了解的那样。把驱动轴94安装在固定于入口安装轴环100中的空心轴98中。反过来，以那些熟悉这一技术的人所熟悉的一种方式，把入口安装轴环100固定在一系列安装螺栓102中的容器60上。
因而，通过这一技术中人们所熟悉的任何一种方法，例如通过焊接或使用螺栓，例如啮合一个入口安装凸缘104的安装螺栓102，把驱动轴94、空心轴98、以及入口安装轴环100全都严密地互相固定在一起，并全都固定于压力容器60。这些部件包括一个严密地附接于压力容器60因而可随压力容器60旋转的驱动器配件。
驱动配件的配置旨在啮合入口槽70。入口槽70使用一个入口轴承配件106支撑入口驱动配件。在这一实施例中，入口轴承配件106啮合入口安装轴环100。入口轴承配件106是一个密封的滚珠轴承配件，座落在一个轴承座上，例如，那些熟悉这一技术将十分熟悉的轴承座。
入口槽70配置有一个输送源流入口114，输送源流入口114的配置是为了通过这一技术中人们所熟悉的任何一种已知的用于提供流体相通的附接方法接纳入口管线72(图2)。如参照图3和4A所说明的，入口槽70还配置有一个围绕空心轴98的环形歧管槽108。空心轴98包括一系列存取端口110。在空心轴98和入口槽70之间提供了机械泵密封垫112，从而提供了一个流体密封垫，与此同时允许入口固定槽70和空心轴98之间的相对旋转。机械泵密封垫，例如可得于马萨诸塞州Stoneham的A.W.Chesterton公司的机械泵密封垫，可用于达到所希望的目的。
继续参照图3，将说明和描述出口端120处的压力容器60的支撑结构。如在入口端96处一样，在出口端120处的容器60类似地配置有一个出口安装突缘122。使用一系列螺栓102把出口安装轴环124附接于出口安装突缘122。通过出口轴承配件126把出口安装轴环124支撑在一个出口槽74上。
出口槽74和出口安装轴环124每一个都配置有一个中空的内部，用于接纳其中拥有一个去除通道130的底层流排出管128。如图4B中所示，对出口槽74的中空的内部、出口安装轴环124、以及排出管128进行配置，以致于可在它们之间定义环形污水通道132。污水通道132从排出管128的外部扩展，并与配置在出口槽74中的一个上清液出口134以流体形式相通。再次参照图3，上清液出口134包括一个压力释放阀136，用于维持容器60中的压力。压力释放阀136可以是一个1路的、弹簧加载失败关闭阀，其中弹簧力必须由一个足够的流体压力加以克服，以迫使阀打开。
排出管128的一个出口端129与机械泵密封垫138紧密接合在一起。机械泵密封垫138的相对端严密地附接在一个配置在出口槽74的内部端中的一个环形迂回管上。因而，机械泵密封垫138可作为去除通道130和污水通道132之间的一个流体屏障，并允许排出管128和出口槽74之间的相对的旋转运动。出口槽74的出口端还配有一个排出孔140，排出孔140与底层流排出管线76相啮合。通过一个底层流排出阀148对底层流排出管线76加以存取，底层流排出阀148可以是一个标准的或电磁阀，例如一种商业上可得的球形阀。
排出管128还拥有一个入口端131。在第一实施例中，用一个塞子162挡在入口端131处的开口中。一个气体逃逸孔164贯通塞子162加以扩展，以便在腔室95的中心和贯穿排出管128延伸的通道130之间建立起流体相通。通常气体逃逸孔164拥有在大约0.02英寸(0.05cm)到大约0.5英寸(1.3cm)之间的一个范围内的直径，较佳的做法是令这一直径在大约0.02英寸(0.05cm)到大约0.125英寸(0.3cm)之间的一个范围内。在一个可选的实施例中，入口端131可以使用一个与去除通道130相通的收缩孔简单地形成，从而消除了对塞子162的需求。
继续参照图3。排出管128延伸到容器60的中心。固体-液体分离器10还包括一系列径向底层流抽取管160，每一个抽取管160拥有一个第一端161和一个相对的第二端163。每一个第一端161在排出管128的入口端131处与排出管128以流体形式进行相通。贯穿每一抽取管160延伸的是一个直径在大约0.06英寸(0.15cm)到大约2.0英寸(5cm)的一个范围内的通道，较佳的做法是令这一通道的直径在大约0.125英寸(0.3cm)到大约0.5英寸(1.3cm)的一个范围内。在第一实施例中，使用了8个抽取管160，每一个与相邻的管间隔45度。在一个可选的实施例中，可以使用任何数量的抽取管160。在第一实施例中，抽取管160的典型的数目大约为2～144个，较佳的做法是令其为大约4～24个。
在又一个实施例中，抽取管160不需要从排出管128径向地向外探出，以致于抽取管160垂直于排出管128。相对，抽取管160可以从排出管128按一个角的方向探出。例如，在第一实施例中，每一个抽取管160和排出管128之间内角可在大约90度到大约160之间的一个范围内。在那些其中内角大于90度的实施例中，排出管128可以较短，以致于排出管128的入口端131可与每一个抽取管160的第一端161相耦合。
每一个抽取管160从固体-液体分离器的纵向轴90向外延伸一段相等的距离。每一个抽取管160在其第二端163拥有一个开口166，用于接纳所分离的颗粒物质。在操作过程中，抽取管160，如以下进一步加以解释的，辅助定义了所聚集的颗粒物质和所澄清的液体之间的一条边界。因而，对抽取管160的长度加以设置，以在抽取管160内提供一条预确定的边界线。在第一实施例(其中容器60在中纬线97处拥有一个19英寸的最大内径)中，对抽取管160进行配置，以在抽取管160中的开口166和容器60的壁92之间留有一个0.25英寸(0.65cm)的间隔。在可选的实施例(包括那些具有不同尺寸的容器的实施例)中，抽取管160中的开口166和容器60的壁92之间的间隔通常在大约0.125英寸(0.3cm)到大约2英寸(5cm)之间的一个范围内，较佳的做法是令这一间隔在大约0.25英寸(0.6cm)到大约1英寸(2.5cm)之间的一个范围内。
容器60还配置有一系列叶片和圆盘，用于引导通过容器60的流体流。固体-液体分离器10的第一实施例包括一个中心圆盘170，定位在容器60的中心，面向垂直于纵向轴90的方向，如图3中所示。中心圆盘170配置有一个镶嵌在塞子162上的中心孔。中心圆盘170以一种环形配置从塞子162径向向外延伸。圆盘170的外缘172呈环形(遵循容器60的曲率)，其配置旨在于圆盘170的边缘172和容器60的壁92之间提供一个轴向流管路174。流管路174围绕轴90环形地延伸。外缘172，尽管不必要，通常从抽取管160的开口166径向向内地加以配备。在第一实施例中，圆盘170的边缘172和容器60的壁92之间的距离在大约0.5英寸(1.3cm)到大约4英寸(10cm)之间的一个范围内，较佳的做法是令这一距离在大约0.8英寸(2cm)到大约1.2英寸(3cm)之间的一个范围内。
所描述的实施例还包括4个附加的圆盘176、178、202、以及204。圆盘176和202定位在容器60的入口侧上，而圆盘178和204定位在出口侧上。圆盘176、178、202、以及204部分地用于简化固体-液体分离器10的装配，并在其操作期间提供结构上的支持。另外，固体-液体分离器10既可以装配较少量的配件圆盘，也可以装配较大量的配件圆盘。也可想象，能够在无圆盘的情况下，通过把叶片直接固定于排出管128与/或容器60的壁92上，构造本发明的固体-液体分离器10，如以下所描述的。
如图5和6中所说明的，圆盘176和202包括一个中心孔180，中心孔180允许抽取在容器60的中心处所聚集的气体。圆盘178和204相类似地配置有稍微大于排出管128的外径的中心孔182，因而可容纳贯穿于排出管128的管路。V形槽口210可以这样地形成：例如可通过激光切割形成于圆盘170的外缘172。这些V形槽口最小化了当澄清的水环绕圆盘170流动时所聚集的颗粒物质的失调。在第一实施例中，在圆盘170的边缘172切割这些V形槽口210，这些V形槽口的宽度大约在0.1英寸(0.25cm)到大约1英寸(2.5cm)之间的一个范围内，深度在大约在0.1英寸(0.25cm)到大约1英寸(2.5cm)之间的一个范围内。切割进每一对儿叶片184之间的中心圆盘170的V形槽口210的个数通常大约为3到8个。另外，V形槽口210的数量和尺寸既可增加也可减少。
现在参照图5，固体-液体分离器10还包括一系列径向叶片184，每一个叶片184拥有一个总体上平行于纵向轴90的内缘186和一个总体上遵循容器60的曲率的外缘188。因而，在此处所说明的配置中，其中使用了一个球形容器60，叶片184的外缘188呈半环形配置。
在图8中所说明的实施例中，使用了两种类型的叶片184：修边的叶片212和非修边的叶片214。如图7A中所描述的，每一个修边的叶片212包括一个基本上平整的内缘186以及一个相对的外缘188。外缘188包括一个基本上平整的边部分187，边部分187从内缘186的每一端垂直地伸延；一个居中配备的基本上平整的突出部分189，突出部分189基本平行于内缘186配备；一个弯曲的突出部分191，从每一边部分187向突出部分189的相对的端点延伸。
如图7B中所说明的，每一个未修边的叶片214包括一个基本平整的内缘186和一个相对的外缘188，外缘188包括一个从内缘186的每一端垂直地伸延的基本平整的边部分187，以及一个在每一个边部分187之间延伸的曲面部分193。一个居中配备的半环形槽口194形成在曲面部分193上。
图7C中说明了一个可选的叶片215。除了用贯穿叶片215延伸的孔洞196取代了槽口194，叶片215拥有基本上与未修边的叶片214相同的配置。这样的孔洞196通常拥有大约在0.5英寸(1.3cm)到大约1.5英寸(3.8cm)之间的一个范围内的直径。
叶片184定位在容器60的腔室95中，并垂直于圆盘170、176、178、202以及204，如图5和6中明确加以说明的。每一个圆盘具有一个相应于每一叶片184的槽198。槽200，相应于每一圆盘170、176、178、202以及204，也配置于每一叶片184中。在第一实施例中，叶片184和圆盘170、176、178、202以及204由不锈钢形成，但也可以由塑料、合成物、以及其它强度足够高的材料形成。可以使用任何传统的方法，例如激光切割，形成槽198和200。槽198和200的配置旨在允许叶片和圆盘以一种滑动装配、互相匹配的关系相互啮合。因而，配置在圆盘170、176、178、202以及204的槽198的宽度至少与叶片184的厚度一样。相类似，配置在叶片184中的槽200的宽度至少与相应于这些槽的圆盘170、176、178、202以及204的厚度一样。
因而，如图5中所说明的，通过在排出管128上定位出口圆盘204和187，装配容器60中的叶片和圆盘配件。如从图6中所看到的那样，然后围绕塞子162放置中心圆盘170，并把某些叶片184啮合于它们在圆盘170和178上的相应的槽中，与此同时，把这些圆盘与叶片184上的相应的槽相啮合。于是，当把一个叶片184与一个圆盘互相匹配地啮合时，实际上禁止了圆盘和叶片之间的所有的相对位移。然后，把圆盘176和202与叶片184上的槽200的互相匹配地啮合。现在，由于所有5个圆盘170、176、178、202以及204已经就位，所以可通过径向地滑动其余的叶片使它们就位，从而使其余的叶片逐一得以安装，直至容器60的内部配置全部完成，如图8中所说明的。槽198和200是把叶片和圆盘简单地固定在一起的一种手段。在一个可选的实施例中，可以把叶片和圆盘焊接、夹持、整体塑形在一起、或使用传统的方法把叶片和圆盘固定在一起。
在所描述的实施例中，在容器60中使用了24个叶片184，如图8和图9中所说明的。在可选的实施例中，叶片184的个数通常大约为8～144个，较佳的做法是令叶片184的个数为大约12～48或48个。如图3、8和9中明确加以所描述的。所装配的散热片184从纵向轴90以基本与纵向轴90平行校准的方式径向向外探出。每一个内缘186与纵向轴90的中心相间隔，以致于可形成一个通道219，通道219从入口端96向气体逃逸孔164延伸，如图3中所描述的。通常，通道219拥有在大约0.25英寸(0.6cm)到大约2英寸(5cm)之间的一个范围内的一个直径，较佳的做法是令这一直径在大约0.25英寸(0.6cm)到大约1英寸(2.5cm)之间的一个范围内。所图7A和7B中所说明的，切割每一个叶片184的内缘186，以防止对排出管128和气体逃逸塞子162的干扰。
为了容纳8个径向抽取管160，使用一个中心槽口216调节修边的叶片212，如图5中所说明的。对槽口216的尺寸加以设计，以允许修边的叶片212与抽取管160具有一定的交叉度，如图9中所说明的。因此，在所描述的实施例中，使用了16个经过一个槽口216调节的修边的叶片212，并把这些修边的叶片212与8个未经过这样调节的非修边的叶片214组合在一起。
在一个可选的实施例中，应该认识到，叶片184不需要以与纵向轴90校准的方式径向向外探出。相对，每一个叶片184的内缘186可以偏移作为准线的纵向轴90，并且仍通过圆盘使其就位。
使用如图8中所说明的围绕排出管128所装配叶片和圆盘，把内部配件封闭在60的腔室95中。在第一实施例中，容器60由两个固定在一起的部分组成，例如通过焊接或栓接，并把一种密封装置，例如一个密封垫或0形环配备在其中。通过在容器60的壁92中覆盖图8的内部配件，叶片和圆盘变成相对啮合地互锁，因而不需要通过焊接把它们加以固定。
特别是，如图10中所描述的，每一个叶片184的平边部分187相邻于安装凸缘104和122配备。修边的叶片212的弯曲的突出部分188相邻于壁92配备。相类似，非修边的叶片214的曲面部分193也相邻于壁92配备。叶片184的边部分187、突出部分188、以及面部分193可直接针对容器60偏置。另外，可以在容器60和部分187、188、以及193之间形成一个小的缝隙，通常小于1/4英寸。如图9中所说明的，相邻于壁92定位叶片184，导致一系列贯穿容器60沿纵向轴的分立的流通道218的形成。然而，每一个流通道218由于各中心圆盘170、176、178、202、以及204的交叉而部分地锁定。由于这些圆盘，要求穿过流通道218流动的流体围绕圆盘的外缘流动。
返回到图10，一个底层流管路190形成在修边的叶片214的平突出部分189和壁92之间。底层流管路190使流体能够在中纬线97处的分立的流通道218之间流动。在第一实施例中，修边的叶片214的平突出部分189和壁92之间的最大缝隙在大约0.125英寸(0.3cm)到大约2英寸(5cm)之间的一个范围内，较佳的做法是令这一最大缝隙在大约0.25英寸(0.6cm)到大约1英寸(2.5cm)之间的一个范围内。在第一个实施例中，每一个叶片184的平突出部分189从每一个相应的抽取管160的开口166径向地向内定位。
当然，可以认为也能够以各种不同的配置形成叶片184，以使流通道218之间的底层流管路190更为通畅。例如，可以使用一种可选的叶片215取代修边的叶片212。在这一实施例中，孔洞196可使底层流管路190更为通畅。在又一个实施例中，槽口、槽、孔洞、凹槽等能够在叶片184中形成，以使底层流管路190更为通畅。
形成于未修边的叶片214中的槽口194(图7B)的设计旨在执行两个功能。第一，在一个其中一条缝隙形成于中纬线97处的实施例中，例如一个内部凸缘、槽口194提供了接纳这一缝隙的空间。槽口194的作用还允许至少某些流在由未修边的叶片214所分隔的流通道218之间存在。因而通过槽口194的流体流有助于确保边界层和流速在每一分立的流通道218中是相同的。
一旦把内部配件封闭在容器60中，如以上所描述的，使用这一技术中人们所熟悉的传统的方法，把入口和出口安装轴环100、124、轴承配件、所装配的槽栓接或固定于容器60。
在操作期间，如图2中所说明的，通过接通马达62启动容器60的旋转。通常，马达62导致容器60以大约600转/分～大约10000转/分之间的一个范围内的转速加以旋转，较佳的做法是令这一转速在大约1200转/分～3600转/分之间的一个范围内。通过泵80接收一个源流38，泵80通过入口管线72把源流38泵入固体-液体分离器10。较佳的做法是令泵80对源流38加压，以致于在固体-液体分离器10的操作期间在容器60中维持这一压力。固体-液体分离器10的第一实施例操作在大约15psi(1.03×104Pa)到大约600psi(4.13×106Pa)之间的一个范围内的一个压力上，较佳的做法是令这一压力在大约75psi(5.17×105Pa)到大约125psi(8.61×105Pa)之间的一个范围内。实际上，源流38可以包括任何一种受到密度大于这一液体的一种颗粒成分污染的液体。然而，对于大多数应用来说，液体将为水。因而，尽管这里把水叫做被澄清的液体，但应该认识到本发明的固体-液体分离器10可用于澄清各种各样的液体。
如图10中所示，入口源流38通过输送源流入口114进入固体-液体分离器10。当输送源流38到达旋转的空心轴98时，迫使其通过存取端口110(也参观图4)进入空心轴98，在那里把源流加速到与容器60相同的旋转速度。穿过旋转的空心轴98的流继续沿箭头A的方向前进，当到达与入口安装凸缘104相邻的容器60的入口时，由于容器60的旋转所施加的离心力，径向向外地朝容器60的壁92推挤源流。当源流进入容器60时，它进入流通道218之一(图9)，并继续填充容器60。
流通道218有助于消除Coriolis效应，即，如果去除了叶片184，当流体进入容器60时，流体将在一个旋涡中打旋儿。这样的打旋儿产生一个把颗粒悬浮在流体中的湍流。如以下所讨论的，通过针对容器60的壁92沉淀颗粒物质，接着把颗粒从那里除去，操作本发明的固体-液体分离器10。通过让流体穿过分立的流通道218，基本上消除了流体的打旋。流体在一个基本上多层的流中流动，其中流体以与容器60相同的速度旋转。因此，沉淀液体中的颗粒的潜力得以最大化。
当源流38进入容器时，迫使其围绕圆盘176沿箭头B的方向流动。在容器60中，源流经受了由于容器60的旋转而强加于它的巨大的离心力，因而，源流的较稠密的成分径向地向外流动，与此同时，次稠密的成分径向地内流动或停留在顶部。由于固体-液体分离器中所存在的离心力，在这一实施例中为一个大约500g～2000g的平均值。几秒钟后，基本上完全澄清的流体成分出现，以及一个低液体含量的较绸密的颗粒出现。因而本发明的固体-液体分离器10可以在几秒后实现一个静态罐分离器几小时才能实现的分离量。
在源流38中，容器60的旋转向颗粒物质施力，以便在中纬线97处针对壁92聚集。把所积累的颗粒物质标识为底层流224。把一条边界线228定义在底层流224和径向向内地放置在那里的所澄清的水226之间。允许底层流224积累，边界线228上升，直至把边界线228径向地定位在抽取管160的开口166的内部(图10中所说明的一个状态)。接下来通过抽取管160从压力容器60中抽出底层流224，如以下所描述的。
通过轴向流管路174围绕圆盘170的边缘流动的水流，可以搅起已经在压力容器60的最大维度半径，即中纬线97处形成的底层流224。这一由旋涡效应造成的搅动与固体-液体分离器的目的相孛，因此，可把槽口，例如先前就图6所讨论过的V形槽口210在圆盘170的外周边加以切割。由于减小了围绕圆盘170的水流的力，所以槽口最小化了搅起，从而减少了旋涡效应。因此，V形槽口210维持了底层流224和所澄清的水226之间的边界层228。
除了用于支撑叶片184外，各圆盘，特别是圆盘170，还用于帮助去除颗粒物质，即，进入容器60的所有流体在其可以排出容器60之前必须流到圆盘170的外缘或者环绕圆盘170的外缘流动。通过迫使所有流体流向中纬线97处的圆盘170的外缘，所有的流体经受由于容器60的旋转所产生的最大的离心力，因而，确保了把最高浓度的颗粒从流入的流体中去除。此外，由于把圆盘176和178定位在圆盘170相对的各侧，所以当流体在圆盘之间流动时，会径向地向内和向外流动。流体的这一径向流动增加了容器内流体的滞留时间，从而使流体较长时间地经受容器的离心力。因此，去除了较大部分的颗粒物质。然而，在一个可选的实施例中，本发明的固体-液体分离器可以在无需使用圆盘，特别是无需使圆盘170的情况下加以操作。
由于可能会偶然地在入口源流38中发现气体，所以一个气体层230可能会围绕纵向轴90在容器60的入口侧形成。圆盘170有效地作为容器60的入口侧和出口侧之间的一个屏障。因此，在入口源流中所发现的气体通常将仅在容器60的入口侧发现，因为在液体流过轴向流管路174之前，它们很可能已被分离。
当入口源流38继续流入容器60中时，液体穿过流管路174流入容器60的出口侧。液体或水226填充容器60的出口侧，然后通过污水通道132流出。接下来，所澄清的水226通过上清液出口134和压力释放阀136排出固体-液体分离器10。当上清液出口134中的反压力克服了阀的弹簧力时，才打开压力释放阀136，从而确保了维持在容器60内的一个预确定的压力。在一个可选的实施例中，可以使用执行同样功能的其它操作系统取代压力释放阀136。例如，可以使用一种电子操作的阀和一种压力传感器取代压力释放阀136。当压力传感器感应到容器60中的一个预确定的压力时，能够电子地打开这一阀。
通过周期性地打开阀148，并允许通过抽取管160对底层流224加以抽取，可把边界线228维持在一个所希望的水平上。当打开阀148时，在容器60的内部和底层流出口管线76之间创建了一个压力梯度。被分离的颗粒成分的流(底层流224)将通过抽取管160从容器60中的较高的压力环境前进到较低的压力的环境。可以通过一系列方法创建这一压力差，例如，通过在环境压力下操作容器60，并在抽取管160上强加一个负压力，或如当前所描述的，在压力下操作容器60，并把抽取管160的压力强加到一个附近的环境压力。
认识到仅8个抽取管160延伸进8个流通道218(图9)，所以当对底层流224进行抽取时，边界线228落入这些流通道218。当这些流通道218中的边界线228落入时，来自相邻流通道218的底层流224穿过底层流管路190流动，以在容器60整个周围把边界线228维持在一个总体上恒定的水平上。在一个可选的实施例中，可想象把一个抽取管160馈向每一分立的流通道218。在这一实施例中，在流通道218之间不必拥有流管路190。
当打开底层流排出阀148时，已经积累在容器60内部形成了一个气体层230的任何气体将立即开始通过塞子162的孔164逃逸，塞子162的孔164以流体的形式与去除通道130进行相通。因此，较佳的做法是令孔164为这样的尺寸：任何预计的气体积累可以通过排出阀148的周期性的打开得以去除。然而，孔164应足够小，以使在抽取管160上有足够的抽取力，以去除底层流224。因而，孔164的尺寸部分地依赖于流体流的构成与特性。在第一实施例中，孔164拥有一个大约0.375英寸(1cm)的微小的直径。对这一0.375英寸(1cm)的孔刻螺纹，以允许放入一个垫片，从而可以减小孔径，甚至完全封闭，依赖于所选择的垫片。可以把一个垫片放入孔164，甚至是在对容器60的构造之后，因为仍可通过排出孔140和去除通道130对孔164加以存取。这一孔径的可调整性允许在使用同样的固体-液体分离器10时，针对不同的流体流对孔164进行裁剪。
在本发明的第一实施例中，球形容器60拥有一个大约19英寸(48cm)的内径，并能够每分钟处理大约38升的水。这提供了在固体-液体分离器10中大约1.5分钟的滞留时间，与此同时使水承受一个平均大约700g的力。这大约等价于在拥有同样容量的一个静态澄清器中2小时的滞留时间。本发明的固体-液体分离器能够澄清水，以去除至少99％的固体。在一个可选的实施例中，本发明预想：所形成的典型的容器可拥有一个在大约6英寸(15cm)到大约120英寸(300cm)之间的一个范围内的最大内径，较佳的做法是令这一最大内径在大约12英寸(30cm)到大约60英寸(150cm)的之间的一个范围内。可把这样的容器设计成按大约0升/分到大约4000升/分的一个范围内的速率处理流体，较佳的做法是令这一速率在大约1升/分到大约1000升/分的一个范围内。
让最终的底层流源流70流过一个袋式滤器、压滤机或传送带过滤器，以去除其余的水和把固体压成“饼”。然后，通过合成或这一技术中人们所知的其它方法把这些压成“饼”的固体加以排除。最终，排除方法将依赖于压成“饼”的固体的成分。例如，包含重金属的固体不能加以混合，并将使用其它合适的排除方法。
为了关闭固体-液体分离器，应关闭泵和电机，然后把容器排净并加以清洗。另外，在使用期间，也可简单地把流体留在容器中。
从以上的描述中可以看出，本发明的固体-液体分离器克服了许多现有技术的问题。具体地说，此处所描述的本发明的实施例通过使用离心力和通过引导含有颗粒物质的流，实现了一个旋转的容器中的固体-液体的分离。这些实施例还包括一种这样的固体-液体分离器：能够以比传统的沉降槽和高速率沉降槽更高的速率完成固体-液体分离的一种固体-液体分离器。最后一点是，本发明的固体-液体分离器的优选的实施例把固体从一种液体中分离出来，以致于所压缩的固体的液体含量占含有颗粒的液体的输送物质的总量的大约5％或5％以下。
如图11和12中所描述的，本发明的另一个实施例涉及一个使用了与图2～10中所描述的固体-液体分离器10具有类似结构的液体-液体分离器244。与其设计主要旨在从液体中去除颗粒的固体-液体分离器10相比，液体-液体分离器244的设计主要旨在分离一种含有两种或两种以上的不相溶的液体(例如油和水)的混合的液体。
图11说明了液体-液体分离器244的一个子配件232。子配件232包括一个类似于图6中所描述的入口侧辅助圆盘176的固体入口侧辅助圆盘234。一个中心圆盘236被描述为拥有一系列孔眼238。孔眼238为从那里流过的液体准备了管路。另外，还把出口侧辅助圆盘240描述为拥有一系列贯穿那里加以延伸的孔眼238。
如图10中所描述的，子配件232的其余部分和把子配件232配备在其中的容器，与先前针对固体-液体分离器10所进行的讨论基本相同。因此，将以同样的参照字符标识同样的部件。此外，以上针对固体-液体分离器10所进行的可选的讨论也适用于液体-液体分离器244。
液体-液体分离器244还以类似于固体-液体分离器10的一种方式加以操作。例如，利用容器60的旋转，把混合的液体泵入入口114，以便沿箭头A向下流入空心轴98。当到达容器60的入口时，混合的液体进入流通道218(图9)之一，并继续填充容器60。由于容器60的旋转所产生的离心力和针对辅助圆盘234的混合的液体的影响，把混合的液体径向向外地推向容器60的壁92和圆盘234的周围。
混合的液体包括一种重液体241和一种轻液体243，重液体241和轻液体243根据它们的相对密度加以定义。在所混合的液体包括两种以上的不相溶的液体的情况下，可以把重液体241或轻液体243定义成包括一种以上的液体。接下来，可以通过一个第二液体-液体分离器244处理包括一种以上液体的所抽出的液体，以便在其中分离液体。
由于所施加的离心力，重液体241向中纬线97处的壁92流动。轻液体243向容器60的中心或纵向轴流动。因此，在重液体241和轻液体243之间形成了一条边界线245。把边界线245维持在与旋转轴90相距的一段径向距离内。这一液体-液体边界线245类似于图10中针对固体-液体分离器10所描述的边界线228。然而，相比之下，把液体-液体边界线245定位在与旋转轴相距的一段径向距离上，即这一径向距离约为旋转轴90和中纬线97处最大直径之间的距离的1/5～4/5，较佳的做法是令这一径向距离约为旋转轴90和中纬线97处最大直径之间的距离的1/3～2/3。
由于贯穿圆盘236和240延伸的孔眼238，轻液体243和气体230可以穿过圆盘236和240流动，并流出污水通道132。由于气体230随轻液体243排出，所以不存在着对排出管128的入口端131处一个气体逃逸孔的需求。在这一实施例中，圆盘236和240主要的功能是支撑叶片184，因而可以为任何所希望的配置。另外，也可以去除圆盘236和240。
把重液体241通过抽取管160和排出管128从容器60中去除。在抽取管160少于分立的流通道218的情况下，把底层流管路190形成在分立的流通道218之间，以致于对于所有流通道218来说，边界线245是不变的。由于通常边界线245比边界线189更靠近于纵向轴90，所以可以把抽取管160的第二端163更近地向纵向轴90移动。
图13中所描述的是用于把从液体-液体分离器244中所分离的液体去除的一个控制系统290的第一实施例。特别是，把一种含有两种不相溶的液体的一个供给源流30输送于液体-液体分离器244，两种液体将在液体-液体分离器244中加以分离，如以上所描述的。控制系统290包括一个与一个相应的第一阀248相耦合的第一压力传感器246，每一个均沿第一出口源流250加以定位。另外，还把一个第二压力传感器252定位在第一出口源流250上。把一个第二阀256定位在第二出口源流258上。一条信号线254把一个信号从第二压力传感器252传输到第二阀256。
根据本发明，在第一阀248和第二阀256之间维持一个压力差。需要这一压力差在所定义的与纵向轴90相距的一段径向距离处维持边界线245，以致于仅重液体241通过排出管128(第一出口源流250)排出，而且仅轻液体243通过污水通道132(第二出口源流258)排出。即如果不存在着压力差，理论上讲，边界线245(依赖选择变量)可能向压力容器60的壁92之外加以扩展。因此，重液体241和轻液体243都将通过第一出口源流250流出。
所需要的压力差的大小取决于液体-液体分离器244的旋转的速度、包含在供给源流30中的至少两种不相溶的液体的密度、以及边界线245的所希望的位置。实践中，压力差可以根据经验加以确定。例如，最初把第一阀248设置为操作在一个第一压力上，即第一阀248把第一出口源流250维持在第一压力上，与此同时，使第一出口源流250能够继续通过第一阀248流动。因此，如果第一出口源流250的流减少，第一阀248关闭一个相应的量，以便维持第一压力。第一压力的大小在某些方面是任选的，因为控制边界线245的位置的是压力差。然而，在第一个实施例中，通常第一压力在大约5psi(3.45×104Pa)到大约500psi(3.45×106Pa)之间的一个范围内，较佳的做法是令第一压力在大约15psi(1.03×105Pa)到大约60psi(4.14×105Pa)之间的一个范围内。
一旦针对第一阀248设置了第一压力，则可把第二阀256设置为让其操作在同样的压力上。然后，液体-液体分离器244操作在一个针对供给源流30的流速上，并操作在针对容器60所定义的一个旋转速度上。由于把阀248和256设置在同样的操作压力上，所以重液体241和轻液体243均通过第一出口源流250流出。然后，逐渐地减小第二阀256的操作压力。当第二阀256的操作压力减小时，第一阀248和第二阀256之间的压力差增加，而且边界线245径向地朝纵向轴90向内移动。当第二阀256操作压力逐渐地减少时，通过监视流经出口源流250和258流量，可以确定第二阀256的极端操作压力。这些极端的操作压力是第二阀256在轻液体243最初开始流出第一出口源流250和重液体241最初开始流出第二出口源流258时的操作压力。然后，把第二阀256设置成操作在这两个极端压力之间的一个压力上。这把边界线245居中地放置在了环形污水通道132的开口和抽取管160的开口166之间。第一阀248和第二阀256之间的最终的压力差定义了这一压力差。
本发明的系统的优点之一是其可补偿供给源流30中的两种不相溶的液体的比率方面的变化。例如，一个油/水供给源流30输送于液体-液体分离器244。油/水供给源流30是一种50/50的混合物。在一个给定的时刻，50/50的混合物突然经历一个到10％的油和90％的水的负载变化。在液体-液体分离器244的旋转速度保持基本恒定的情况下，所增加的水量将倾向于导致边界线245向旋转轴90的方向移动。因此，在第一压力传感器246和第二压力传感器252处所感应到的压力增加，因为液体-液体分离器244中的水量增加。由于来自传感器246和252的信号，第二阀256将稍微自动地关闭，而且第一阀248将稍微自动地打开。因此，针对阀248和256的操作压力以及阀248和256之间的压力差继续保持相对稳定，即使是供给源流30中的液体的比率可能不断地变化。
也可在距旋转轴90的一段优选的距离范围内通过维持边界线245对一个100％的水供给源流30或一个100％油供给源流30加以控制。例如，在把一个100％的油供给源流30输送于液体-液体分离器244的情况下，第一阀248将最终完全关闭，以在距旋转轴90的优选的距离范围内维持液体-液体界面。因此，在供给源流30中的所有液体均为油的情况下，油将基本上通过液体-液体分离器244移动，而且在这一情况下，与水的任何混合基本上不会停滞在其中。在第一实施例中，第一阀248可以是一个反压调节器，例如一个Fiser 98L。第二阀256可以是一个差压调节器，例如一个Fiser 98LD。这些阀是由衣阿华Marshal1 Town的FisherControls International公司制造的。应该意识到，那些熟悉这一技术的人还将会认识到：其它类型的阀和阀配置也可用于控制系统290中。
尽管图13中把压力传感器246和252描述为两者均与第一出口源流250相耦合，但在一个可选的实施例中，可以把传感器246和252中的每一个与第二出口水流258相耦合。在图14所描述的又一个实施例中，可以把一个控制器260用于从液体-液体分离器244中抽取所分离的流体。通过使用一个第一发射器传输来自第一压力传感器246的信号，第一发射器262利用具有一个4～20mA的信号的非限制样本加以运作。相类似，第一阀248通过使用也具有一个4～20mA的信号的第一I/P转换器264发射一个信号。第一I/P转换器264把一个4～20mA的信号转换成一个气体力学信号，以操作第一阀248。第二出口源流258还配置有第二压力传感器252、一个第二发射器266、一个第二阀256、以及一个第二I/P转换器268。
根据本发明，当一个负载失调出现在供给源流30中时，第一压力传感器246和第二压力传感器252检测流经第一出口源流250的重液体和流经第二出口水流258的轻液体之间的相应压力的变化。根据本发明，控制器260将对这样的一个负载失调加以关注，并将对相应的阀248和256加以调整，以在距旋转轴90的一段优选的距离范围内维持边界线245。根据本发明的这一实施例，通过对第一阀248和第二阀256的控制维持压力差。因此，可把边界线245的位置维持在距旋转轴90的一段优选的距离范围内。
本发明的一个与对液体-液体分离系统的控制相关的特有的优点是，能够分离相互间拥有不到大约5％的一个特定重力差的不相溶的液体。对于分离那些拥有在大约5％～大约5％的一个范围内的一个特定重力差的不相溶的液体，本发明是有用的。较佳的做法是令这一特定重力差在大约4％～大约0.5％的一个范围内，最好在大约3％～大约0.5％的一个范围内。当然，对于分离那些拥有5％以上的一个特定重力差的不相溶的液体，本发明也是有用的。在提供了一种液体-液体分离系统以致于两种液体的特定重力是已知的情况下，通过本发明可以实现对这样的系统的控制。如此处所公开的，可针对一个给定的旋转加压容器进行校准。可以建立一个第一rpm，并针对两种液体的不同的比率记录各种压力差。把一条曲线对应于这些数据。相类似，可以测试其它rpm量，以校准旋转压力容器。通过使用标准的控制方法，例如一个PID控制器，可对旋转压力容器的rpm量加以追踪和对通过把边界层245维持在一个所希望的范围内进行分离的分离液体-液体分离器加以追踪。
图15中描述了液体-液体分离器244的一个应用。在某些条件下，环境排放的规定可能要求把水中所夹杂的油清除到大约100ppm以下的一个水平。根据图15中所描述的本发明的实施例，输送源流12包括基本上不松散的颗粒物质，除了那些能够在垃圾滤网18中加以去除的偶然的垃圾。供给源流30进入液体-液体分离器244，两种不相溶的液体得以分离，如以上所描述的。
在第一出口源流250包括重成分液体，例如包括一个油/水系统中的水的情况下，一个液体-液体水力旋流器270接收第一出口源流250，并在其中完成一个去除更多轻成分液体的分离，使浓度从大约100ppm以上降至浓度大约在10ppm以下。较佳的做法是，在提供了一个油/水系统的情况下，包括水或重成分液体成分的第一出口源流250可拥有一个大约100ppm的油含量。液体-液体水力旋流器270提供了一个净化后的重成分液体源流272。净化后的重成分液体源流272拥有从大约0.1ppm～大约100ppm的一个范围中的油含量，较佳的做法是令这一油含量在大约1ppm～大约10ppm的一个范围内，最好在大约2ppm～大约5ppm的一个范围内。把一个再循环轻成分液体源流274从液体-液体水力旋流器276中抽出，并与流路径20相混合，形成供给源流30。通常，在一个50/50的油/水混合物流路径20中，再循环轻成分液体源流274中的水含量在大约50％的水～大约80％的水的一个范围中。水力旋流器276可包括任何对于熟悉这一技术的人所知的水力旋流器。在序号为5,133,861的美国专利中公开了水力旋流器的一个例子，为了便于说明，现将这一专利并入此处，以作特别参考。
因此，使用图14中所描述的配置分离液体-液体混合物的一种方法可以包括图12和13中所描述的受控的实施例之一。另外，还可包括对一个水力旋流器的提供，这一水力旋流器连接于重成分液体出口。
图16中描述了本发明的另一个实施例，其中，较贵重的球压力容器60已为一个双截头圆锥体压力容器276所取代。图16描述了一些抽取管160，这些抽取管160长于它们的图3中所描述的等价物。另外，双截头圆锥体276的一个凸缘278具有一个螺栓280，以便装配双截头圆锥体276。一个密封垫或一个O形环(未在图中加以显示)可以放置在凸缘278的互相匹配的面的之间，以实现一个液体-密封层。液体-密封层在针对本发明所预期的压力下固定。
图16还描述了轴向流管路174，由于双截头圆锥体276的形状，轴向流管路174将具有更大的角度。双截头圆锥体276的一个显著的优点是，不存在一个逐渐减小的流坡。换句话说，对于固体颗粒物质或一种重成分液体来说，沿容器壁92的流坡是恒定的，因为固体颗粒物质或重成分液体径向向抽取管开口166的方向沿容器壁92移动。
图17是一个分离器子配件292的一个透视图。分离器子配件292包括附加的圆盘202、204，其中至少有一个主圆盘，例如中心圆盘170。图17描述了径向叶片184的一种叶片形状，这些径向叶片184的形状符合压力容器270的双截头圆锥体形状。子配件292和固体-液体分离器10中的相应的部件之间的另一个不同之处是，把一个抽取管160配备在子配件292中的每一个叶片184之间。在这一实施例中，不需要在相邻的流通道218之间形成底层流管路190。根据本发明，可以把图16和图17中所描述的双截头圆锥体270与一个固体-液体分离器或一个液体-液体分离器一起使用。
在又一个实施例中，想象可以配置一个单一的分离器，同时从一个流体源流中分离两种或两种以上的不相溶的液体和颗粒物质。这一分离器的配置可与图10和11中所描述的配置基本相同。然而，在这一实施例中，颗粒物质在距旋转轴最远的径向距离处加以聚集，两种不相溶的液体中的较轻的围绕旋转轴加以聚集，两种不相溶的液体中的较重的在颗粒物质和较轻液体之间加以聚集。使用了两组独立的抽取管，第一组向下延伸到颗粒物质，以抽取颗粒物质。这类似于先前针对图10所进行的讨论。第二组抽取管延伸到较重的液体，用于抽取较重的液体。较轻的液体以先前针对图11所讨论的相同的方式排出。
在不背离本发明的精神与实质特性的情况下，本发明能够以其它具体的形式加以体现。从各方面讲，所描述过的实施例仅被视为说明性的，而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附的权利要求而不是先前的描述加以表示。所有落入权利要求的等价含义和范围内的变化都将被包括在权利要求的范围内。

Claims (34)

1.一个分离器包括：
一个容器，拥有一个限定了一个腔室的外壁，腔室与一个入口通道和一个出口通道相通，该容器可围绕一个贯穿容器延伸的旋转轴加以旋转；
一系列叶片，配备在腔室中，每一个叶片以基本上与旋转轴平行校准的方式从旋转轴向外探出；
一个排出管，沿容器的旋转轴的一部分加以配备，这一排出管拥有一个配备在腔室中的第一端和一个与容器的外部以流体形式进行相通的相对的第二端；以及
一个抽取管，配备在腔室中，这一抽取管拥有一个与排出管以流体形式进行相通的第一端和一个与外壁相距一段距离配备的相对的第二端。
2.如权利要求1中所述的一个分离器，还包括一个配备在腔室中的第一圆盘，这一第一圆盘从旋转轴向外探出，以便与一系列叶片中的每一个相交。
3.如权利要求2中所述的一个分离器，其特征在于第一圆盘以基本上与旋转轴垂直校准的方式从旋转轴径向地向外探出。
4.如权利要求2中所述的一个分离器，还包括一系列贯穿第一圆盘延伸的孔眼。
5.如权利要求2中所述的一个分离器，其特征在于第一圆盘拥有一个周缘，这一周缘具有一系列在其上形成的槽口。
6.如权利要求2中所述的一个分离器，其特征在于把第一圆盘相邻抽取管加以配备。
7.如权利要求1中所述的一个分离器，还包括一系列配备在腔室中的间隔开的圆盘，每一个圆盘以基本上与旋转轴垂直校准的方式从旋转轴径向地向外探出，以便与一系列叶片中的每一个相交。
8.如权利要求1中所述的一个分离器，其特征在于抽取管从排出管径向地向外探出，以便与排出管基本上垂直。
9.如权利要求1中所述的一个分离器，还包括一系列抽取管，这些抽取管在腔室中从旋转轴向外探出，每一个抽取管拥有一个以流体形式与排出管进行相通的第一端和一个与外壁相距一段距离配备的相对的第二端。
10.如权利要求1中所述的一个分离器，  其特征在于一系列叶片中的每一个都拥有一个外缘，每一个外缘的至少一部分相邻于外壁加以配备，以便形成一系列分立的流通道。
11.如权利要求10中所述的一个分离器，还包括：
    容器，这一容器具有一个中纬线，这一中纬线拥有一个围绕旋转轴的最大的直径；以及
    一个管路，这一管路在中纬线处的至少两个分立的流通道之间延伸。
12.如权利要求1中所述的一个分离器，其特征在于腔室拥有基本上呈球形的配置。
13.如权利要求1中所述的一个分离器，其特征在于腔室拥有一个双截头圆锥体的配置。
14.如权利要求1中所述的一个分离器，还包括一个在排出管的第一端处形成的孔，这一孔有助于腔室和排出管之间的流体相通。
15.如权利要求1中所述的一个分离器，其特征在于把容器配置成在大约6.90×104Pa～大约6.90×105Pa的一个范围内的一个压力下操作。
16.如权利要求1中所述的一个分离器，还包括一个与容器的出口端口相耦合的压力驱动阀。
17.如权利要求1中所述的一个分离器，还包括：
    一个第一阀，与排出管相耦合；
    一个第二阀，与容器的出口通道相耦合；
    一个第一压力传感器，在第一阀之前与排出管相通，第一压力传感器电气地连接于第一阀；以及
    一个第二压力传感器，在第一阀之前与排出管相通，第二压力传感器电气地连接于第二阀。
18.如权利要求17中所述的一个分离器，其特征在于第一阀和第二阀的配置旨在于它们之间维持一个压力差。
19.如权利要求1中所述的一个分离器，还包括：
    一个第一阀，与排出管相耦合；
    一个第二阀，与容器的出口通道相耦合；
    一个第一压力传感器，在第一阀之前与排出管相通；
    一个第二压力传感器，在第一阀之前与出口通道相通；
    一个控制器，与第一阀、第二阀、第一压力传感器、以及第二压力传感器电气地进行相通。
20.如权利要求1中所述的一个分离器，其特征在于把入口通道配备在容器的一个第一端，把出口通道配备在容器的一个相对的第二端。
21.如权利要求1中所述的一个分离器，其特征在于旋转轴贯穿入口通道和出口通道的至少一部分加以延伸。
22.一种净化多成分流体混合物的方法，包括：
    从流体混合物中去除一种有机部分；
    脱溶流体混合物中所溶解的杂质；以及
    通过使用固体-液体分离器把流体混合物分离成一个较稠的部分和一个次稠的部分，包括：
    一个容器，拥有一个限定了一个腔室的外壁，腔室与一个入口通道和一个出口通道相通，该容器围绕一个贯穿容器延伸的旋转轴加以旋转；
    一系列叶片，配备在腔室中，每一个叶片以基本上与旋转轴平行校准的方式从旋转轴向外探出；
    一个排出管，沿容器的旋转轴的一部分加以配备，这一排出管拥有一个配备在腔室中的第一端和一个与容器的外部以流体形式进行相通的相对的第二端；以及
    一个抽取管，这一抽取管拥有一个与排出管以流体形式进行相通的第一端和一个与外壁相距一段距离配备的相对的第二端。
23.一种对多成分流体混合物进行分离的方法，包括：
    通过一个配备在容器的第一端的一个入口通道把流体混合物输送于容器的一个腔室，流体混合物包括一种重成分和一种轻成分，容器拥有一个相对的第二端，这一相对的第二端拥有一个配置在那里的一个出口通道，一个外壁在第一端和相对的第二端之间延伸；
    围绕一个贯穿容器延伸的旋转轴旋转容器，以致于重成分针对容器的外壁从旋转轴径向向外地聚集，以及较轻的成分朝径向轴聚集；
    通过出口通道去除轻成分；以及
    通过配备在腔室中的一个导管、从重成分向旋转轴以及容器的外部延伸的导管，去除重成分。
24.根据权利要求23所述的一种方法，还包括：
    从旋转的容器中基本上连续地去除轻成分；以及
    从旋转的容器中间歇地去除重成分。
25.根据权利要求23所述的一种方法，还包括：
    从旋转的容器中基本上连续地去除轻成分；以及
    从旋转的容器中基本上连续地去除重成分。
26.根据权利要求23所述的一种方法，其特征在于把流体混合物输送到腔室的动作包括含有固体的较重的成分。
27.根据权利要求23所述的一种方法，还包括向腔室中的流体混合物加压。
28.根据权利要求13所述的一个方法，还包括基本上可引导从旋转轴向外探出的一个圆盘的周缘和外壁之间的所有流体混合物。
29.分离一种液体-液体混合物的一种方法，包括：
    连续地把液体-液体混合物输送于容器的一个腔室中，液体-液体混合物包括一个重成分和一个轻成分，容器包括一个入口、一个轻成分出口、以及一个重成分出口、一个调节流经轻成分出口的轻成分流的第一阀、以及一个调节流经重成分出口的重成分流的第二阀；
    围绕一个贯穿容器延伸的旋转轴旋转容器，以致于重成分针对容器的外壁从旋转轴径向向外地聚集，以及较轻的成分朝径向轴聚集；
    设置第一阀，以致于在一个第一压力下轻成分连续地通过那里排出；以及
    设置第二阀，以致于在一个第二压力下重成分连续地通过那里排出，第二压力大于第一压力，以致于在距旋转轴一段径向距离处在腔室中可获得重成分和轻成分之间的一条边界线。
30.如权利要求29中所述的一种方法，还包括控制对第一阀和第二阀的打开与关闭，以致于当进入容器的重成分和轻成分的比率发生变化时在距旋转轴的一个距离范围内维持边界线。
31.如权利要求30中所述的一种方法，其特征在于：控制对第一阀和第二阀的打开与关闭的动作包括仅根据重成分的流体压力控制对第一阀和第二阀的打开与关闭。
32.如权利要求30中所述的一种方法，其特征在于：控制对第一阀和第二阀的打开与关闭的动作包括仅根据轻成分的流体压力控制对第一阀和第二阀的打开与关闭。
33.如权利要求30中所述的一种方法，其特征在于：控制对第一阀和第二阀的打开和关闭的动作包括连续地感应轻成分和重成分的流体压力。
34.如权利要求29中所述的一种方法，还包括通过一个水力旋流器传输重成分。
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