CN208414026U - 一种多级旋流分离和过滤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多级旋流分离和过滤装置。所述过滤装置包括主旋流分离筒、一个或多个副旋流分离筒、环形进料导向管、环形出液导向管和颗粒收集箱，一个或多个副旋流分离筒的进料口通过环形进料导向管与固液混合进料管串联，形成一个封闭的固液进向循环通路，每个副旋流分离筒的出液口通过环形出液导向管与主旋流分离筒的进料口连通；在主旋流分离筒和每个副旋流分离筒的底部分别设有二级颗粒沉淀器和一级颗粒沉淀器，且二级颗粒沉淀器和每个颗粒沉淀器均通过排废管与颗粒收集箱连通，并在排废管上设有排废控制阀。本实用新型便于组装和清理、经济性强、社会效益好、使用寿命长，并能快速有效的从固液中分离固体颗粒。

Description

一种多级旋流分离和过滤装置

技术领域

本实用新型涉及固液两相分离技术领域，尤其涉及一种从固液中分离颗粒的旋向相反的多级旋流分离和过滤装置。

背景技术

国家正大力推动全社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发展。但是目前很多行业中，对于一些排放物的处理均达不到要求，比如在建筑业中特别是地下工程的施工中，存在大量的泥浆和颗粒物未经细致化的分离和过滤就进行了排放；而针对污水处理过程中，目前主要采取集中收集，分级沉淀和添加剂处理的方式；除此之外，在油田的抽油井中，从地层中抽出的原油含有砂粒或杂质，导致原油达不到生产要求。

目前针对固液分离最常用的技术为水力旋流分离泥砂技术，具体就是采用旋流器利用离心沉降的原理进行分离，其具体的工作原理是：当待分离的两相(固-液)(或三相)混合液以一定压力从旋流器周边切向进入旋流器内后，产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动，由于粗颗粒(或重相)与细颗粒 (或轻相)之间存在着粒度差(或密度差)，其受到的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分粗颗粒(或重相)经旋流器底流口排出，而大部分细颗粒(或轻相)由溢流管排出，从而达到分离分级的目的。

旋流器是一种利用流体压力产生旋转运动的装置。当料浆以一定的速度进入旋流器，遇到旋流器器壁后被迫作回转运动。由于所受的离心力不同，料浆中的固体粗颗粒所受的离心力大，能够克服水力阻力向器壁运动，并在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的颗粒及大部分水则因所受的离心力小，未及靠近器壁即随料浆做回转运动。在后续给料的推动下，料浆继续向下和回转运动，于是粗颗粒继续向周边浓集，而细小颗粒则停留在中心区域，颗粒粒径由中心向器壁越来越大，形成分层排列。随着料浆从旋流器的柱体部分流向锥体部分，流动断面越来越小，在外层料浆收缩压迫之下，含有大量细小颗粒的内层料浆不得不改表方向，转而向上运动，形成内旋流，自溢流管排出，成为溢流，而粗大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终由底流口排出，成为沉砂。

虽然现有的旋流器可以实现固液分离，能够一定程度上对泥浆、污水以及原油中的颗粒物进行分离，但是只能进行初步分离，其处理的排放物质并不能达到环保、节能的要求。除此之外，现有普通结构的旋流器装置在处理泥浆等一些粘稠液体时，由于颗粒浓度过大或液体黏度过高，工作中经常发生旋流器底流管堵塞现象，导致生产不能进行，而且底流管发生堵塞时，溢流口将出现粒径较大的固相颗粒以及溢流浓度过高等现象，降低了旋流器的分离效率。

为了采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，需要提供一种能够降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源的分离过滤装置。

发明内容

本实用新型根据现有固液两相流颗粒分离技术的不足提供一种多级旋流分离和过滤装置及使用方法，该过滤装置依据液体在圆柱体内做圆周运动产生旋流和离心力的原理对颗粒进行分离并采用特殊的过滤结构进行过滤，整个装置操作简便、经济性强、社会效益好、使用寿命长，并能快速有效的从固液中分离处固体颗粒，且分离效果好。

本实用新型提供的技术方案：所述一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：该装置包括主旋流分离筒、初级分离过滤装置、环形进料导向管、环形出液导向管和颗粒收集箱，所述初级分离过滤装置包括一个或多个副旋流分离筒，一个或多个副旋流分离筒通过支撑架设置在主旋流分离筒的外围，一个或多个副旋流分离筒的进料口通过环形进料导向管与固液混合物进料管串联，形成一个封闭的固液进向循环通路，且每个副旋流分离筒的进料口及固液混合物进料管均与环形进料导向管切向连通，每个副旋流分离筒的出液口通过环形出液导向管与主旋流分离筒的进料口连通，且每个副旋流分离筒的出液口及主旋流分离筒的进料口均与形出液导向管切向连通；在主旋流分离筒底部设有二级颗粒沉淀器，且在二级颗粒沉淀器主旋流分离筒的连接口设有A过滤网；在每个副旋流分离筒的底部设有一级颗粒沉淀器，且在每个副旋流分离筒筒体与一级颗粒沉淀器的连接口处设有B过滤网，在一级颗粒沉淀器和二级颗粒沉淀器的底部分别设有一级颗粒排除口和二级颗粒排除口，且二级颗粒沉淀器和每个副旋流分离筒底部的一级颗粒沉淀器均通过排废管与颗粒收集箱连通，并在排废管上设有排废控制阀。

本实用新型进一步的技术方案：所述过滤装置还包括所述主旋流分离筒和副旋流分离筒均由上部的圆柱筒体和下部呈圆锥筒体组成，且上、下部分垂直长度相等；每个旋流分离筒的进料口均设置在圆柱筒体的上部侧面，每个旋流分离筒的出液口均设置在圆柱筒体的顶部，并在主旋流分离筒体的出液口处设有过滤装置，所述A过滤网设置在主旋流分离筒的下端口，B过滤网设置在副旋流分离筒的下端口；

本实用新型较优的技术方案：所述主旋流分离筒包括内、外双层筒体和设置双层筒体底部的二级颗粒沉淀器，所述内、外双层筒体之间形成一个中空腔体，并在内层筒体的筒壁上开设有多个通向中空腔体的凹槽口，在双层筒体与二级颗粒沉淀器的连接口设置的A过滤网为漏斗状或下凹弧形状的过滤网。

本实用新型较优的技术方案：在副旋流分离筒的筒体内设置有旋转搅拌轴，所述旋转搅拌轴是由旋转套筒和呈螺旋状分布在旋转套筒上搅拌叶片组成，旋转套筒通过转轴连接在副旋流分离筒下端口的B过滤网中央位置，且所述旋转套筒的高度与副旋流分离筒下部圆锥筒体的高度相等，搅拌叶片从旋转套筒的底端分布到顶端。

本实用新型较优的技术方案：当设置多个副旋流分离筒时，所述多个副旋流分离筒等距分布在主旋流分离筒外部圆周，每个副旋流分离筒的筒体通过支撑架与主旋流分离筒的筒体固定连接，且每个副旋流分离筒的出液口与主旋流分离筒进液口等高，所述主旋流分离筒和每个副旋流分离筒的进料口均呈弧形，分别沿着对应旋流分离筒的筒体顶端外壁圆周切向进入筒体内，且弧形进料口分别与对应旋流分离筒的圆心角为135°。

本实用新型较优的技术方案：所述初级分离过滤装置的每个副旋流分离筒的出液口设置在对应副旋流分离筒顶部的中央位置，其出液口形状为270°蜗壳渐扩结构,具体包括弧形侧壁、底板和顶板，其底板上开设有与副旋流分离筒顶端连通的圆形开口，顶板与弧形侧壁顶端密封，沿所述弧形侧壁切向设置有与环形出液导向管连通的固液导流出口。

本实用新型较优的技术方案：所述主旋流分离筒体的出液口设置在主旋流分离筒体的顶部中央位置，是由上部圆柱筒体和下部圆锥筒体组成，且上下两部分筒体高度相等，并在圆锥体筒体下端口水平向设置铁质过滤网，并沿下端口铁质过滤网圆周向垂直均匀设置多个S型导流过滤网，并在两相邻 S型导流过滤网之间沿筒体内壁垂直设置双重导流过滤网；所述S型导流过滤网为单层过滤网片，双重导流过滤网是由平面铁质网片和弧形纤维编织物材质过滤网片组成的双层过滤网。

本实用新型较优的技术方案：所述二级颗粒沉淀器和一级颗粒沉淀器为上端口小、下端口大的倒置圆锥体，在其下部端口外缘设置一圈向外凸出的弧形凹槽，并在下部端口设有向上凸起的封口底板，在封口底板上设有带排废开关，所述二级颗粒排除口和一级颗粒排除口均设置在弧形凹槽的底部；二级颗粒沉淀器和一级颗粒沉淀器的上端口分别通过丝扣与主旋流分离筒和副旋流分离筒连接。

本实用新型较优的技术方案：所述A过滤网的网孔直径为18目～300目；所述B过滤网为水平过滤网，其网孔直径为30目～100目，并沿水平过滤网圆周向设置一圈凸起弧形孔，且每个凸起弧形孔开口向与固液切向运动方向相反；所述主旋流分离筒内层筒体的凹槽口为竖向条形状，均匀分布在内层筒体的筒壁上。

本实用新型较优的技术方案：所述S型导流过滤网和弧形纤维编织物材质过滤网片均是由纤维编织物材料编织而成，其网孔直径为～0.5mm-1mm，并在网孔内填充有直径为0.2mm-0.3mm的球形活性炭颗粒。

本实用新型中设置在副旋流分离筒顶部结构为270°蜗壳渐扩结构的出液口进行出液时，固液混合物在副旋流分离筒段内进行切向圆周运动及颗粒初步分离后，沿筒段中心轴线向上螺旋式进入270°蜗壳渐扩结构，其后通过 270°蜗壳渐扩结构的弧形侧壁切向设置固液导流出口进入排出导流管。

本实用新型中的过滤网其材质有铁质过滤网和纤维编织物材质过滤网，其网孔大小的旋转均根据所通过的物质进行选择，设置在副旋流分离筒底部设置水平铁质B过滤网在通水时选取目数为10，在通油时选取目数为100；设置在主旋流分离底部设置漏斗型铁质A过滤网，在通水时选取目数为18，在通油时选取目数为300；设置在主旋流离筒出液口垂直向设置的S型导流过滤网和双重导流过滤网的两个网片通水时选取目数为30，在通油时选取目数为480。在进行初步分离和过滤时选取目数小的过滤网，其目的在于重点过滤粗粒径的颗粒，进行最后过滤和排出液体环节选取目数高的过滤网，其目的在于准确有效的过滤颗粒。目前国内可生产目数达7000的过滤网，根据固液中液相的种类不同分别选取相应目数的过滤网。

本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型的旋向相反的多级旋流分离和过滤装置具备多级旋流和过滤的功能，具体包括主旋流分离筒和初级分离过滤装置，初级分离过滤装置为设置在主旋流筒周围的多个副旋流分离筒组成，并通过副分离装置筒进行颗粒的初步分离和过滤，初步分离和过滤后，增强了含有细颗粒固液的旋流动量矩，缩短了细颗粒的分离运动距离，提高了颗粒分离效率；

(2)本实用新型中多个副旋流分离筒通过进向导流管串联，其排出口通过排出导流管与主旋流分离筒上的进口串联，形成一个封闭的循环系统，使进入主旋流分离筒和多个副旋流分离筒内固液混合物均在筒体内做圆周切向运动产生的离心力、向心力及压力梯度差理论知识对固液中颗粒的分离和过滤，其分离方式简单、操作性强；

(3)本实用新型的主副旋流分离筒的进入口设置成弧形导流体，固液从弧形进入口进入筒体从筒顶向下能快速进行圆周切向运动，弧形进入口分别与对应主副分离装置筒圆心角为135°，可加速固液的流畅性，流畅性越好颗粒的分离效果越好；

(4)本实用新型的副旋流分离筒的排出口设置成270°蜗壳渐扩结构,能降低固液排出时的流动速度，确保固液在主副分离筒段内有效分离颗粒，提高固液的静压，减少旋流损失，降低能耗；

(5)本实用新型的主旋流分离筒设置成双层，并沿内筒内壁均匀设置竖向中空条型凹槽口，能够使大颗粒的固体在旋流过程中直接从中空槽口流出，并在筒体底部设有过滤网，避免了大颗粒将分离筒底部的沉淀器堵塞，也便于组装和清理；

(6)本实用新型的副旋流分离筒的筒内中央沿垂直方向设置套筒和螺旋叶片，固液在进行圆周切向运动时，螺旋叶片可对粘度较大固液进行搅拌，同时对较大颗粒进行破碎和初步分离，并在筒体底部设有过滤网，沿水平过滤网圆周向设置一圈凸起弧形孔洞，孔洞开口向与固液切向运动相反，可以有效分离和过滤颗粒；

(7)本实用新型设置在主副旋流分离筒体底部的颗粒沉淀器，底部圆周设置向外凸出的弧形凹槽，底部设置可开启的底板向内凸起，底板上设置第一级排废开关；能够使固液混合物在筒体内进行高速圆周切向运动时，颗粒在自重和旋流离心力及底板向内凸起的导流作用下向外凸弧形凹槽内汇集，避免了颗粒再受拉升力的影响进入主分离筒段内，可进行一次有效的颗粒分离和排废。

(8)本实用新型在主旋流分离筒的排出口设置过滤网、S型导流过滤网和双层导流过滤网，并在导流过滤网内填充活性炭，可有效除臭，脱色，有效去除水质里的有害物质，而且活性炭具有发达的孔隙结构，良好的吸附性能，机械强度高，易反复再生，造价低等特点。

本实用新型可以适用于工业、建筑业、化工、石油，更适合用于取地下水作为饮用水的偏远落后的农村，其操作简便、经济性强、使用寿命长，可有效降低固液加工和生产成本，可获得良好的社会效益。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中主旋流分离筒的纵向剖面图；

图3是图2中AA剖面图；

图4是图3中BB剖面图；

图5是本实用新型初级分离过滤装置的进向循环系统结构示意图；

图6是本实用新型中副旋流分离筒的纵向剖面图；

图7是本实用新型副旋流分离筒顶端蜗壳渐扩结构出液口的结构示意图；

图8是本实用新型中主旋流分离筒的出液口结构示意图；

图9是图8中AA剖视图；

图10是本实用新型S型导流过滤网的结构示意图；

图11是本实用新型双重导流过滤网的结构示意图。

图中：1—主旋流分离筒，1-1—外层筒体，1-2—内层筒体，1-3—中空腔体，1-4—A过滤网，1-21—凹槽口，2—副旋流分离筒，2-1—B过滤网， 2-11—凸起弧形孔，3—环形出液导向管，4—环形进料导向管，5—颗粒收集箱，6—支撑架，7—二级颗粒沉淀器，7-1—二级颗粒排除口，8—一级颗粒沉淀器，8-1—一级颗粒排除口，9—固液混合物进料管，10—弧形凹槽，11—旋转搅拌轴，11-1—旋转套筒，11-2—搅拌叶片，12—主旋流分离筒体的出液口，12-1—铁质过滤网，12-2—S型导流过滤网，12-3—双重导流过滤网，12-31—平面铁质网片，12-32—弧形纤维编织物材质过滤网片，13—副旋流分离筒体的进料口，14—副旋流分离筒体的出液口，14-1 —弧形侧壁，14-2—底板，14-3—顶板，14-4—固液导流出口，15—主旋流分离筒进料口，16—封口底板，16-1—排废开关，17—固液外旋线，18 —固液内旋线，19—流液导向箭线，20—管道接头。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示的一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：该装置包括主旋流分离筒1、初级分离过滤装置、环形进料导向管4、环形出液导向管3 和颗粒收集箱5，所述初级分离过滤装置包括一个或多个副旋流分离筒2，一个或多个副旋流分离筒2通过支撑架6设置在主旋流分离筒1的外围，当设置多个副旋流分离筒2时，所述多个副旋流分离筒2等距分布在主旋流分离筒1外部圆周，每个副旋流分离筒2的筒体通过支撑架6与主旋流分离筒1 的筒体固定连接，且每个副旋流分离筒2的出液口与主旋流分离筒1进液口等高。一个或多个副旋流分离筒的进料口13通过环形进料导向管4与固液混合物进料管9串联，形成一个封闭的固液进向循环通路，且每个副旋流分离筒的进料口13及固液混合物进料管9均与环形进料导向管4切向连通，每个副旋流分离筒的出液口14通过环形出液导向管3与主旋流分离筒的进料口 15连通，且每个副旋流分离筒的出液口14及主旋流分离筒的进料口15均与形出液导向管3切向连通，形成一个密封的循环系统，确保固混合物在每个副旋流分离筒2和主旋流分离筒1内均做旋流运动，在进行旋流分离时会形成固液外旋线和固液内旋线，其固液外旋线是固液混合物分别从所述主、副旋流分离筒顶部进入口进入筒内，沿筒内壁上端至下进行切向圆周运动形成固液外旋线；固液流速越大压强越小，中间部分固液旋转很快压强小,周围固液旋转慢压强大，旋转的固液中压力分布外高内低，形成固液内旋线。因主、副旋流分离筒上部分为圆柱体型，下部分为圆锥体型，固液在筒体内进行切向圆周运动同时需要一个向心力和一个离心力，固液在上部分是匀速旋转，下部分是非匀速旋转，上部固液旋转速度比下部分的大，上部固液所需的向心力比下部大，上下两部分内的固液压力大小不同，形成上下压力梯度差，颗粒在自重、离心及压力梯度差的共同的作用下被抛向筒壁后落入筒底部。

如图1所示，在主旋流分离筒1底部设有二级颗粒沉淀器7，且在二级颗粒沉淀器7主旋流分离筒1的连接口设有漏斗状或下凹弧形状的A过滤网 1-4；在每个副旋流分离筒2的底部设有一级颗粒沉淀器8，且在每个副旋流分离筒2筒体与一级颗粒沉淀器8的连接口处设有水平B过滤网2-1；如图2 和图6所示的二级颗粒沉淀器7和一级颗粒沉淀器8均为上端口小、下端口大的倒置圆锥体，在其下部端口外缘设置一圈向外凸出的弧形凹槽10，分离装置筒段内的固液仍在进行高速的圆周切向运动，固液的内旋流对颗粒有一个拉升力，颗粒在进入沉淀器后并非处于静止状态，颗粒在自重和旋流离心力及底板向内凸起的导流作用下向外凸弧形凹槽内汇集，颗粒进入向外凸弧形凹槽内后极难再受拉升力的影响进入主分离筒段内，可进行一次有效的颗粒分离和排废。在下部端口设有向上凸起的封口底板16，在封口底板16上设有带排废开关16-1，在一级颗粒沉淀器8和二级颗粒沉淀器7的弧形凹槽10上分别开设有一级颗粒排除口8-1和二级颗粒排除口7-1。如图1所示，二级颗粒沉淀器7和一级颗粒沉淀器8的上端口分别通过丝扣与主旋流分离筒1和副旋流分离筒2连接，其排除口分别通过排废管5-1与颗粒收集箱5 连通，并在排废管5-1上设有排废控制阀5-2。

如图2和图6所示的主旋流分离筒1和副旋流分离筒2均由上部的圆柱筒体和下部呈圆锥筒体组成，且上、下部分垂直长度相等；每个旋流分离筒的进料口均设置在圆柱筒体的上部侧面，每个旋流分离筒的出液口均设置在圆柱筒体的顶部，并在主旋流分离筒体的出液口12处设有过滤装置，所述A 过滤网1-4设置在主旋流分离筒1的下端口，B过滤网2-1设置在副旋流分离筒2的下端口。所述A过滤网1-4的网孔直径为18目～300目；所述B过滤网的网孔直径为30目～100目，并沿水平过滤网圆周向设置一圈凸起弧形孔2-11，且每个凸起弧形孔2-11开口向与固液切向运动方向相反。所述主旋流分离筒1和每个副旋流分离筒2的进料口均呈弧形，分别沿着对应旋流分离筒的筒体顶端外壁圆周切向进入筒体内，且弧形进料口分别与对应旋流分离筒的圆心角为135°。

如图2所示，所述主旋流分离筒1包括内、外双层筒体1-2、1-1和设置双层筒体底部的二级颗粒沉淀器7，所述内、外双层筒体1-2、1-1之间形成一个中空腔体1-3，并在内层筒体1-2的筒壁上开设有多个通向中空腔体1-3 的凹槽口1-21，所述主旋流分离筒1内层筒体1-2的凹槽口1-21为竖向条形状，均匀分布在内层筒体1-2的筒壁上，在双层筒体与二级颗粒沉淀器7 的连接口设置的A过滤网1-4为漏斗状或下凹弧形状的过滤网。

如图6所示，在副旋流分离筒2的筒体内设置有旋转搅拌轴11，所述旋转搅拌轴11是由旋转套筒11-1和呈螺旋状分布在旋转套筒11-1上搅拌叶片11-2组成，旋转套筒11-1通过转轴连接在副旋流分离筒2下端口的B过滤网2-1中央位置，且所述旋转套筒11-1的高度与副旋流分离筒2下部圆锥筒体的高度相等，搅拌叶片11-2从旋转套筒11-1的底端分布到顶端。所述初级分离过滤装置的每个副旋流分离筒的出液口14设置在对应副旋流分离筒顶部的中央位置，其出液口形状为270°蜗壳渐扩结构,具体如图7所示，包括弧形侧壁14-1、底板14-2和顶板14-3，其底板14-2上开设有与副旋流分离筒2顶端连通的圆形开口，顶板14-3与弧形侧壁14-1顶端密封，沿所述弧形侧壁14-1切向设置有与环形出液导向管3连通的固液导流出口14-4。

如图8和图9所示，所述主旋流分离筒体的出液口12设置在主旋流分离筒体的顶部中央位置，是由上部圆柱筒体和下部圆锥筒体组成，且上下两部分筒体高度相等，并在圆锥体筒体下端口水平向设置铁质过滤网12-1，并沿下端口铁质过滤网12-1圆周向垂直均匀设置多个S型导流过滤网12-2，并在两相邻S型导流过滤网12-2之间沿筒体内壁垂直设置双重导流过滤网 12-3；如图10所示，所述S型导流过滤网12-2为单层过滤网片，如图11 所示，所述双重导流过滤网12-3是由平面铁质网片12-31和弧形纤维编织物材质过滤网片12-32组成的双层过滤网。所述S型导流过滤网12-2和弧形纤维编织物材质过滤网片12-32均是由纤维编织物材料编织而成，其网孔直径为～0.5mm-1mm，并在网孔内填充有直径为0.2mm-0.3mm的球形活性炭颗粒。由于活性炭可有效除臭，脱色，有效去除水质里的有害物质，而且活性炭具有发达的孔隙结构，良好的吸附性能，机械强度高，易反复再生，造价低等特点。

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，其具体实施例如下:某市地铁标段工程，该工程采用盾构机掘进作业，工程盾构机掘进施工需泥浆80 万立方，工程进行24小时不间断施工。在施工过程中有大量的废弃泥浆需进行处理和排放，废弃泥浆中含有砂粒、粘土颗粒及其他细小杂质，废弃泥浆密度1.3-1.6。目前常规做法是在现场设置泥浆储蓄池，利用泥浆车把泥浆运至储蓄池进行沉淀预分离，其中沉淀成絮状的土砂、泥土被打捞上来进行晾干后装车外运，分离后的液体进入PHC槽进行酸碱处理，达到要求后进行排放，以上做法工序繁琐，时间周期长，各项成本过高。

根据以上情况，选择采用本实用新型进行废弃泥浆处理。首先，如图5 所示，盾构机排浆管与本实用新型的固液混合物进料管9连接，泥浆进入环形进料导流管4，按照流液导流箭线19分别通过副旋流分离筒的进料口13 由上至下切向流入副旋流分离筒2内，泥浆在螺旋搅拌叶片11-2的螺旋作用下对所含粘土颗粒、细小杂质进行搅拌和分离，颗粒在自重、离心及压力梯度差的共同的作用下被抛向筒壁后落入副旋流分离筒2底部的B过滤网2-1 上，在设置与泥浆切向圆周运动相反的凸起弧形孔2-11和B过滤网2-1的共同作用下颗粒分离后最终落入一级颗粒沉淀器8内，颗粒在封口底板16向内凸起的导流作用下向外凸弧形凹槽10内汇集，颗粒进入向外凸弧形凹槽10 内后极难再受固液拉升力的影响进入主分离筒段内，汇集到一定程度后通过排废管5-1排入颗粒收集箱5内，完成第一次有效的泥浆内颗粒分离、过滤和排杂。

泥浆内的颗粒进行了第一次分离和过滤后的液体及部分难分离的细小颗粒由副旋流分离筒2底部中间纵轴线向上螺旋，进入副旋流分离筒的出液口 14内，并进行与副旋流分离筒2螺旋相反的切向运动，通过270°蜗壳渐扩结构是我固液导流出口14-4进入环形出液导流管3内，再次通过主旋流分离筒的进料口15进入主旋流分离筒1内。如图4所示，按照流液导向箭线19 的导向，进行了第一次分离和过滤，泥浆分离后的液体及部分难分离的细小颗粒从主旋流分离筒1的顶端由上至下进行切向圆周运动，此时形成固液外旋线17，液体先在主旋流分离筒1的内层筒壁接触，液体在切向运动及离心力的作用下颗粒通过内层筒壁上竖向中空条型凹槽1-21进行分离，再次分离后的颗粒触碰到主旋流分离筒1的外层筒壁后下落至铁质漏斗型A过滤网 1-4内，在颗粒的自重及液体压力梯度差的作用下，颗粒最后落入二级颗粒沉淀器7内，颗粒汇集到一定程度后通排废管5-1排入颗粒收集箱5内，完成第二次有效的泥浆内颗粒分离、过滤和排杂。

如图2所示，进行第二次有效的泥浆内颗粒分离、过滤和排杂后的液体在主旋流分离筒1内由下至上纵轴线向上螺旋，此时形成固液内旋线18。分离后的液体进入主旋流分离筒的排液口12。液体在主旋流分离筒1内完成分离和过滤后，先穿过设置在主旋流分离筒的排液口12底端的铁质过滤网12-1 然后沿主旋流分离筒的排液口12的内筒壁进行向上切向圆周运动，如图8 所示，液体沿着导流箭线19第一次水平向穿过S型导流过滤网12-2，固液旋转后在离心力的作用下沿主旋流分离筒的排液口12的内筒壁进行切向圆周运动过程中穿过双重过滤装网12-3的第一层铁质过滤网片12-31，而后继续穿过弧形纤维编织物材质过滤网片12-32。液体在主旋流分离筒的排液口 12的内筒经过第三次有效的分离、过滤和排杂后最终将满足规范要求的液体排出去或者再次循环利用。

本实用新型可适用于工业、建筑业、石油化工、饮用水、生活污水处理等固液两相流的相关领域，其他领域的固液中颗粒处理可参照以上实例的处理步骤进行。根据所使用领域的不同可对过滤网片进行更换，部分高温、高腐蚀的领域可更换不锈钢或定制专用的过滤网片。本实用新型操作简便、经济性强、使用寿命长，可有效降低固液中颗粒分离、过滤的加工和生产成本，可获得良好的社会效益。

Claims (10)

1.一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：该装置包括主旋流分离筒(1)、初级分离过滤装置、环形进料导向管(4)、环形出液导向管(3)和颗粒收集箱(5)，所述初级分离过滤装置包括一个或多个副旋流分离筒(2)，一个或多个副旋流分离筒(2)通过支撑架(6)设置在主旋流分离筒(1)的外围，一个或多个副旋流分离筒(2)的进料口(13)通过环形进料导向管(4)与固液混合物进料管(9)串联，形成一个封闭的固液进向循环通路，且每个副旋流分离筒的进料口(13)及固液混合物进料管(9)均与环形进料导向管(4)切向连通，每个副旋流分离筒的出液口(14)通过环形出液导向管(3)与主旋流分离筒的进料口(15)连通，且每个副旋流分离筒的出液口(14)及主旋流分离筒的进料口(15)均与形出液导向管(3)切向连通；在主旋流分离筒(1)底部设有二级颗粒沉淀器(7)，且在二级颗粒沉淀器(7)主旋流分离筒(1)的连接口设有A过滤网(1-4)；在每个副旋流分离筒(2)的底部设有一级颗粒沉淀器(8)，且在每个副旋流分离筒(2)筒体与一级颗粒沉淀器(8)的连接口处设有B过滤网(2-1)，在一级颗粒沉淀器(8)和二级颗粒沉淀器(7)的底部分别设有一级颗粒排除口(8-1)和二级颗粒排除口(7-1)，且二级颗粒沉淀器(7)和每个副旋流分离筒(2)底部的一级颗粒沉淀器(8)均通过排废管(5-1)与颗粒收集箱(5)连通，并在排废管(5-1)上设有排废控制阀(5-2)。

2.根据权利要求1所述的一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：所述主旋流分离筒(1)和副旋流分离筒(2)均由上部的圆柱筒体和下部呈圆锥筒体组成，且上、下部分垂直长度相等；每个旋流分离筒的进料口均设置在圆柱筒体的上部侧面，每个旋流分离筒的出液口均设置在圆柱筒体的顶部，并在主旋流分离筒体的出液口(12)处设有过滤装置，所述A过滤网(1-4)设置在主旋流分离筒(1)的下端口，B过滤网(2-1)设置在副旋流分离筒(2)的下端口。

3.根据权利要求1或2所述的一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：所述主旋流分离筒(1)包括内层筒体(1-2)、外层筒体(1-1)和设置双层筒体底部的二级颗粒沉淀器(7)，所述内层筒体(1-2)、外层筒体(1-1)之间形成一个中空腔体(1-3)，并在内层筒体(1-2)的筒壁上开设有多个通向中空腔体(1-3)的凹槽口(1-21)，所述主旋流分离筒(1)内层筒体(1-2)的凹槽口(1-21)为竖向条形状，均匀分布在内层筒体(1-2)的筒壁上，在双层筒体与二级颗粒沉淀器(7)的连接口设置的A过滤网(1-4)为漏斗状或下凹弧形状的过滤网。

4.根据权利要求1或2所述的一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：在副旋流分离筒(2)的筒体内设置有旋转搅拌轴(11)，所述旋转搅拌轴(11)是由旋转套筒(11-1)和呈螺旋状分布在旋转套筒(11-1)上搅拌叶片(11-2)组成，旋转套筒(11-1)通过转轴连接在副旋流分离筒(2)下端口的B过滤网(2-1)中央位置，且所述旋转套筒(11-1)的高度与副旋流分离筒(2)下部圆锥筒体的高度相等，搅拌叶片(11-2)从旋转套筒(11-1)的底端分布到顶端。

5.根据权利要求1或2所述的一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：当设置多个副旋流分离筒(2)时，所述多个副旋流分离筒(2)等距分布在主旋流分离筒(1)外部圆周，每个副旋流分离筒(2)的筒体通过支撑架(6)与主旋流分离筒(1)的筒体固定连接，且每个副旋流分离筒(2)的出液口与主旋流分离筒(1)进液口等高，所述主旋流分离筒(1)和每个副旋流分离筒(2)的进料口均呈弧形，分别沿着对应旋流分离筒的筒体顶端外壁圆周切向进入筒体内，且弧形进料口分别与对应旋流分离筒的圆心角为135°。

6.根据权利要求1或2所述的一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：所述初级分离过滤装置的每个副旋流分离筒的出液口(14)设置在对应副旋流分离筒顶部的中央位置，其出液口形状为270°蜗壳渐扩结构,具体包括弧形侧壁(14-1)、底板(14-2)和顶板(14-3)，其底板(14-2)上开设有与副旋流分离筒(2)顶端连通的圆形开口，顶板(14-3)与弧形侧壁(14-1)顶端密封，沿所述弧形侧壁(14-1)切向设置有与环形出液导向管(3)连通的固液导流出口(14-4)。

7.根据权利要求1或2所述的一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：所述主旋流分离筒体的出液口(12)设置在主旋流分离筒体的顶部中央位置，是由上部圆柱筒体和下部圆锥筒体组成，且上下两部分筒体高度相等，并在圆锥体筒体下端口水平向设置铁质过滤网(12-1)，并沿下端口铁质过滤网(12-1)圆周向垂直均匀设置多个S型导流过滤网(12-2)，并在两相邻S型导流过滤网(12-2)之间沿筒体内壁垂直设置双重导流过滤网(12-3)；所述S型导流过滤网(12-2)为单层过滤网片，双重导流过滤网(12-3)是由平面铁质网片(12-31)和弧形纤维编织物材质过滤网片(12-32)组成的双层过滤网。

8.根据权利要求1或2所述的一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：所述二级颗粒沉淀器(7)和一级颗粒沉淀器(8)为上端口小、下端口大的倒置圆锥体，在其下部端口外缘设置一圈向外凸出的弧形凹槽(10)，并在下部端口设有向上凸起的封口底板(16)，在封口底板(16)上设有带排废开关(16-1)，所述二级颗粒排除口(7-1)和一级颗粒排除口(8-1)均设置在弧形凹槽(10)的底部；二级颗粒沉淀器(7)和一级颗粒沉淀器(8)的上端口分别通过丝扣与主旋流分离筒(1)和副旋流分离筒(2)连接。

9.根据权利要求2所述的一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：所述A过滤网(1-4)的网孔直径为18目～300目；所述B过滤网(2-1)为水平过滤网，其网孔直径为30目～100目，并沿水平过滤网圆周向设置一圈凸起弧形孔(2-11)，且每个凸起弧形孔(2-11)开口向与固液切向运动方向相反。

10.根据权利要求7所述的一种多级旋流分离和过滤装置，其特征在于：所述S型导流过滤网(12-2)和弧形纤维编织物材质过滤网片(12-32)均是由纤维编织物材料编织而成，其网孔直径为～0.5mm-1mm，并在网孔内填充有直径为0.2mm-0.3mm的球形活性炭颗粒。