CN86107227A - 离心分离器的进口装置 - Google Patents

Abstract

在离心分离器中，已知有一个进口装置，其中有一叠环形盘(10)；将待分离的组分混合液供给该盘垛中心上形成的接受腔。混合液的薄层，从环形盘间的通道中通过，并且依靠盘和混合液之间的摩擦，加速到转子的旋转速度。本发明有关把液体向该接受腔供给的装置，其方式为：供给件(8)中的混合液，和在接受腔中已向转子供给的混合液，保持为连贯的液体状态；供给件(8)最好是静止型的。

Description

把混合液的两种或两种以上组成成份连续离心分离，有一个由来已久的问题，是把混合液的旋转速度，提高到将在离心器转子的分离腔中达到的速度，而在随后的分离中不会造成困难。与这问题关系更切的是防止混合液加速时，承受两个大剪切力，例如湍性剪切或分流作用，因为在这情况下，混合液中的一种或数种成分，会破碎到所不希望的程度。

自从与本问题有关类型的离心分离器发明以来，曾有许多关于解决这问题的方案提出。例如有人提出过应该在把混合液转移到转子中以前，已先给它某种程度的旋转运动。对于放在转子里的元件，也有人提过各种设计，把混合液在进入转子分离腔的中途逐渐加速。

但是，至今为止，已提过的解决方法，还没能消灭这个问题的，因此问题的大部分仍然存在。

1940年已经有人提出过一个解决问题的方法，但似乎没有受到广泛的实际应用，这方法在美国专利说明书第2，302，381号中已有叙述。在该专利介绍了一种离心分离器，其中有一个转子形成一个分离腔，并有一个带开口的供给装置，放在转子中心上，接受待在转子分离的组分混合液，转子有一个进口装置，有若干环形盘互相同心，并和转子同心放置。该环形盘形成通过供给装置进入转子的混合液的中心接受腔，并且在盘的相互间形成把中心接受腔和转子分离腔连接的通道。

在这已知的进口装置中，有静止供给管从下面伸入一个转子，转子有垂直旋轴。供给管的末端在中心接受腔下方，在这区域中有一个被很强节流的轴向孔。当混合液通过供给管供给时，有节流阀的孔把它形成一个喷流，通过整个接受腔轴向传送，冲撞一个随转子旋转的圆锥形折流件。喷流被折流件向环形盘径向偏折，使液流进一步通过环形盘之间的通道前进。

根据美国专利说明书第2，302，381号揭示，据称从上述进口装置取得的效果，是使供给的混合液在不受剧烈冲击的情况下，迅速加速到转子速度。据说环形盘可依靠摩擦，迅速使混合液达到与转子同速旋转，而混合液不需冲击任何径向伸展的翼板，翼板表面垂直于液流方向活动。

上文已提到过，虽然据说环形盘有上述的有利作用，但这种进口装置并未能得到广泛应用。

本发明的目的是提出一种进口装置，有与美国专利说明书第2，302，381号揭示的相同类型进口装置的加速圆盘，但在对供给离心器转子的混合液能缓和对待方面，则优胜很多。

按照本发明达到这个目的，是由于环形盘形成的中心接受腔，在它的轴向伸长的一个区域中，和一个把气体引出的槽道接通;供给件开口在一个选定的位置上，使该诸通道中的若干，其径向内侧开敞部分，在轴向上处于该开孔运转时，在供给件开口处，保持一个液潭（body    of    liquid）至少从一些通道中通过;供给的形式，要求在转子运转时，该开口没在液体中，从而通过供给件供入的混合液，形成与该液潭连贯的液体状态。

本发明的基础，是理解到有美国专利说明书第2，302，381号中安排形式的离心器转子中的环形盘，对在环形盘之间的混合液加速到转子速度，实际上有缓和的影响。然而本发明还有一基础，是理解到在美国专利说明书第2，302，381号的进口装置中，向环形盘径向内侧的中心接受腔的液体供管开口的很强节流，和藉以形成的喷流对圆锥折流件的冲撞，造成严重的湍流和混合液组分的分流。这种不利影响的幅度很大，因此这已知进口装置在总的方面，并不比其他已知进口装置更有优点。于是，有相当大改进分离效果的先决条件，已经由于向中心接受腔供给湍流混合液而破坏。

在本发明的进口装置中，在转子运转时，混合液供给件保持部分浸没在已向转子供给的液体中。这是使混合液进入转子时不分流的先决要求。业已证明在已经供入的混合液，和供给件本身之间形成的相对运动，基本不会在供入的混合液中造成任何剪切力。在本发明中，供入的液体和转子中心的空气或其他气体的接触，可以减少到最低限度。

首先，本发明是要用于静止的供给件，即供给件不旋转。然而为了某种原因供给件需要旋转时，本发明当然也可应用。

与美国专利第2，302，381号的已知进口装置相似，本发明进口装置的环形盘最好为完全平面。但是作为举例，甚至用截头圆锥形盘也可以考虑。如果盘是截头圆锥形，那么甚至可把组分混合液在盘间的通道中加速利用通道作预分离。

无论离心转子轴的方向如何，也无论供入转子的混合液方向如何，本发明都可以使用。然而本发明的目的首先是用于有一个垂直的旋转轴，和一从上面下伸进转子的供给件的离心器转子。在本发明的一个理想实施方案中，中心接受腔的上部，便和一条槽道相通，把气体引出，供给件在槽道中穿过，其开口位于接受腔的这个部分的下面。

供给件最好穿过整个接受腔，因而开口在接受腔的下面。因此即使供给转子的液流非常小时，也可以保持供给件的开口浸没在液体中。通过供给件的混合液供给流相当小时，实际上只有位置最靠近供给件开口的通道中，有液体流过，而在其余的通道中只有一部分中有混合液，而其余的最接近接受腔的通道中则充有气体，因为接受腔有一部分和排气槽道相通。在混合液供给流相当大时，有数目多很多的通道，和接受腔的较大部分中都有液体流入，加速盘的泵送作用相对增高。

当混合液流通过进口装置后，遇到的反压有变化时，进口装置泵送作用便有相应变化。

当离心转子正常运转时，便可在环形加速盘径向内侧的接受腔中，保持一个理想的自由液表面。

在下文中将参照附图对本发明作叙述，附图1-3表示本发明进口装置的各种实施方案。

图1示离心器转子的简略轴向剖视。一个转子体1在一根垂直驱动轴2的上端上支承。转子体内形成一个分离腔3，其中有一组传统的截头圆锥形的分离盘4。

在转子内的一个中心件有管状上端部5和截头圆锥形下端部6。在下端部6和转子体1的上端壁之间，分离盘4被保持在分离腔3里的位置上（在实践中该端壁与转子体的其余部分分别制造，但用螺纹或类似方法轴向相连）。有若干槽道7，轴向穿过分离盘组4，槽道7由分离盘上互相对正的孔形成。

有一根静止供给管8，在中线上从上方穿入转子体1，供给待分离的组分混合液。管8轴向穿过转子的中心件5，6，在转子体内的下部9处开口。

在中心件5，6的截头圆锥形下部的下方，有一叠同心放置的平环形盘10。这些盘由既径向又轴向伸展的翼板11支承，并保持各盘之间的轴向间距，翼板基本上在盘10的径向外侧，围绕转子轴分布。而其余部分则没有盘10之间的间隔件，因此盘间的通道基本为环形。

在盘10叠垛的中心形成一个接受腔12，供给管8的开口9位于其内。围绕盘10的空间，由翼板11分成分离室，上部直接和分离腔3相通，分离腔3在轴向上和贯穿分离盘组4的槽道7相对。

标图号13表示转子体上端壁的径向内自由边缘，该边缘在转子运转时，起分离腔3的溢流出口作用。标图号14表示一条环形槽道，中心接受腔12的上部，通过这槽道和转子体周围的大气接通。

图1所示的器件工作方式如下：

当转子（包括图1所示除供给管8外的全部部件）旋转时，通过管8供给组分待分离的混合液。在接受腔12和盘10之间的最上面的通道中，有一个整体的液潭（liquid    body）形成，从管8的内部，外伸进接受腔，并进一步通过最后的盘10之间的通道。转子运转时，管8部分浸没在转子中已有的液体中。

进入接受腔12的混合液，继续向前流动，成为一个非常薄的液层，从盘10之间数目或多或少的通道中通过。混合液在这些通道中，盘和混合液之间的摩擦使其速度达到基本与转子的转速相同。当混合液接触翼板11时，速度基本和翼板速度相同，被翼板轴向向上引导，进入分离腔3。于是围绕盘10的空间，和分离腔3最高盘10所在区域接通，而进口管8的开口9，位于最低盘10的区域里。这样，甚至在进入的混合液没有在全部的盘间空间中通过时，也可以保证在围绕盘10的整个空间中，有连续的贯流。

在分离腔中，混合液的相对重的组分和相对轻的组分分离。在转子的连续运转中，假定较轻的被分离组分是液态，因而可在径向上向里流过分离盘4之间的通道。

相对重的组分可能是液态，或为固体。分离出的这种重组分，在分离腔的径向最外部分中聚集。

转子上端壁的内自由边缘13，形成分离腔3的被分离液体的轻组分溢流出口12，从而边缘13同时还构成一个必要的装置，在进入转子的某一供给流量下，保持接受腔12里的上述自由液面，使供给管8保持部分浸没在液体中。图1（实线）示运转时在分离腔3里形成的自由液面，和在混合液某一供给流量下，在接受腔12中形成的自由液面。

假如通过管8的混合液供给流在增大，盘10间的液体不满的通道中，自由液体表面将在径向上向里移动。同时液面高度在接受腔12中心部分，沿管8外侧上升，达到图1虚线所示行位置。这时可以看到盘10有较大的总面积和供入的混合液接触。于是盘对供入混合液的泵送作用增强。进口装置的泵送作用随供给混合液流增大而增强。

与之相对应，则泵送作用随混合液供给减少而减低，因为这时的自由液体表面，将分别在径向上向外和向下流动。

从图1可见，各盘10孔径在轴向上向上逐渐减小。也就是由于液体供给流量增大，每多用一个环形盘，其泵送作用则稍大于下面紧邻的盘。从图1还可看到，盘10在轴向上从下向上，外径逐渐增大，也有相同的效果。

接受腔12里从供入的混合液中分离出的空气或其他气体，向上通过环形槽14流出。

图2示本发明的另一实施方案。凡与图1实施方案相同的部件，用与图1相同的标图号表示。然而为了清晰起见，相当于图1中翼板11的翼板，图2中不用示出。

在图2中，布置在转子中心的元件5，6的管状部分，在上端上设置内环形突缘15。本文里的加速盘10，在轴向上安排在这突缘15和中心元件5，6的截头圆锥形下部之间。在盘10径向外侧的空间，下端通过围绕转子轴均匀分布的径向翼板（未示）之间的槽道16，与转子分离腔3接通。

图2供给管8的开口9，位置在盘10轴向下方的一个距离处。管8在开口9和最低盘10之间，支承一个外环形突缘17。突缘17有凸绕的形状，有一个椭圆轴向部分，以可拆卸的方式安装在管8上。管8的最低部分向外略呈圆锥形，和环形突缘17的径向向内的表面相似。当把管8从转子中抽出时，突缘17留在转子内，于是突缘停留在转子中的碗形表面18的中心上。把管8再插进转子，供给液体从里面通过以后，液体从突缘的中心孔中流过;进一步流到突缘的下面并在突缘和凹面18之间径向外流，突缘被在轴向上向上推，达到图2所示的位置。突缘17的凸面下侧保证突缘下方不会有气体或空气集聚。

进入的组分混合液在突缘17和表面18之间的空间中流过后，在轴向上向上转，经过突缘17的边缘，流进接受腔12。随着进入流量的大小，有或多或少的盘5间的通道中，有混合液流过，然后混合液进一步在轴向上向下，通过槽道16，进入分离腔3。在盘10之间的其余通道内，有一个自由液体表面形成，如图2所示。和图1中的盘10相似，图2中的盘10外径，向上逐个增大。

进入的混合液流之所以在轴向上向上流入接受腔12，而不与在轴向上向下流入槽道16中的液流合并，是因为向下的液流的转速，基本上与转子速度相同，而进入的混合液在突缘17下方，还没有任何实际的转速。

在供管8上布置一个突缘17的目的，主要是使一个非常小量的混合液供给流能从管8中通过，而同时保持管中的混合液和转子中管外的混合液成为连贯的液体状态。突缘17的一个次要的目的，是防止进入的混合液飞溅进接受腔12而分流。

图2中的盘10，可以不用与图1的翼板11相似的翼板支承，而在突缘15上悬挂。这样便可以有若干杆和突缘15连接，在轴向上下伸，从盘10的叠堆中通过。这种杆最好从盘的径向最外侧的部分中通过，支承在盘间隔件之间，保持盘的相互间有需要的距离。

图3中简示一个围绕静止供给管8的环形盘10。管8的下端上设置圆形件19及20，和翼板或类似件（图未示）形成径向槽21，作为通过管8的槽的继续。因此在本例中静止供给管8，19，20有径向的开口。如有需要，槽21可用一个单一的基本为环形的槽代替。

如从图3可见，盘10互相间的距离，从供给件开口逐渐向上减小。也就是盘垛的下部，比盘垛的上部有较小的泵送作用，为了在供给件8，19，20的内部，和分离腔3之间，甚至在通过供给件的混合液供给流量非常小时，保持一个连贯的流体状态，这样安排是理想的。盘间距的宽度变化，和图1所示的孔径变化及盘10外径变化是有相同的作用的。

图3中的元件19和图2中的突缘17有基本相同的功能。

由于有所谓的爱克曼层在最靠近盘10表面处形成，所以盘10的上述泵送作用相当强。决定爱克曼层厚度的因素之一，是所用液体的粘滞性。在这类离心分离器中，可能涉及的典型爱克曼层厚度，在30μ（10^-6M）和而350μ之间。为取得盘间液体的理想缓和加速度，相邻盘之间的最小距离，应该是相关爱克曼层厚度的二倍。

但是，供给离心分离器的液体中有固体时，常常要降低对相邻盘间空间的限制。这限制常比爱克曼层厚度两倍高相当多。在实践中，相邻盘间距离很少小于300μ。一般认为常见的间距在0.3mm和5.0mm之间。

需要放大盘10的泵送作用时，举例而言，可以利用径向肋条，在相邻盘之间的全部距离或部分距离上跨接。

在图1及图2的本发明实施方案中，槽14和转子周围大气接通。这并不是不能改变的。布置槽14的主要原因，是至少使某部分的空气或其他气体，排出中心接受腔12，因此，不会因为把气体截留在接受腔内，而使相当多的加速盘10失去效用，从而可防止混合液流入该盘间的通道内。

Claims (15)

1、离心分离器中有一个转子，形成一个分离腔(3)和一个供给件(8)，供给件开口(9)在转子中心上，把组分的混合液分离，转子有一个带若干环形盘(10)进口装置，环形盘互相同心，并和转子同心，这些盘形成一个中心接受腔(12)，接受通过供给件(8)进入转子的混合液，这些盘之间形成通道，把中心接受腔(12)和转子分离腔(3)连接，特征在于：

接受腔(12)的沿其轴向伸长部分的区域连接一条槽(14)，把气体引出，

供给件(8)的开口(9)处在一个选定的地点上，使该通道的若干，其径向内侧的开敞部分，在轴向上位于该开口(90)和接受腔(12)的该区域之间。

当转子运转时，元件(13)在供给件开口(9)处、保持一个至少通过一些通道的液潭(boddy of liquid)，

供给件(8)的形式，是在转子运转时，其该开口(9)位于液体中，因此通过供给件(8)供给的混合液，与该液潭形成连贯的液体状态。

2、如权利要求第1项中之离心分离器，而特征为保持该液潭的该元件（13）的安排，是为了把该液潭的一个自由液体表面，保持在中心接受腔（12）中。

3、如权利要求第1或第2项中之离心分离器，而转子有一个垂直旋转轴，和从上向下伸入转子的供给件（8），特征为中心接受腔（12）和槽（14）连接，把气体从其上部引出，供给件（8）贯穿其中（12）伸展，其开口（9）位于接受腔（12）的这个部分的下面。

4、如任何前述权利要求中之离心分离器，而特征为供给件（8）贯穿整个接受腔（12），其开口（9）位于接受腔的轴向外侧。

5、如任何前述权利要求中之离心分离器，而特征为环形盘（10）在从供给件开口（9）朝向与该槽（14）连接的接受腔（12）区域的方向上，孔径逐渐减小。

6、如任何前述权利要求中之离心分离器，而特征为环形盘（10）在从供给件开口（9）朝向与该槽（14）连接的接受腔（12）区域的方向上，外径逐渐增大。

7、如任何前述权利要求中之离心分离器，而特征为相邻环盘（10）的径向距离，靠近供给件开口（9）处较大，而靠近与该槽（14）连接的接受槽（12）处较小。

8、如任何前述权利要求中之离心分离器，而特征为供给件开口（9）在转子中有轴向的朝向。

9、如任何前述权利要求中之离心分离器，而特征为供给件（8）外部有一个环形突缘（17）围绕，在轴向上位于开口（9）和至少一些环形盘（10）之间。

10、如权利要求第9项中之离心分离器，而特征为该突缘（17）的外径，至少大于一些环形盘（10）的孔径。

11、如权利要求第9或10项中之离心分离器，而供给件开口（9）在转子中有轴向的朝向，特征在于环形突缘（17）的一侧有凸面，在轴向上顺供给件开孔（9）的方向突出。

12、如权利要求第9-11项中任何项中之离心分离器，而特征为可卸突缘（17）由一个可卸环形成，在轴向上相对于供给件（8）活动，使供给件（8）可以不带转子从转子中退出，组件（18）可以把环保持在转子的一个位置上，因而在把供给件（8）重新插入转子中，然后把液体通过环的中心孔，并从环的另侧向转子引入供给的液体时，将把环在轴向上压到围绕供给件（8）的位置上。

13、如权利要求第12项中之离心分离器，而特征为供给件（8）和可卸环的形式，为互相配合，限制环沿供给管（8）作轴向移动。

14、如任何前述权利要求中之离分离器，而特征为供给件（8）的开孔（9），位于盘垛的一个轴向端，而一个围绕盘（10）的空间，和盘垛的轴向另一端的分离腔（3）相连。

15、如任何前述权利要求中之离心分离器，而特征为盘（10）有截头圆锥的形状。

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