一种轴流式宽流量适应范围结构可调旋流器

摘要

一种轴流式宽流量适应范围结构可调旋流器。包括轴向入口、螺旋流道、倾斜圆形入口、固定在连接杆上的遮挡组件、带动遮挡组件旋转且带有刻度标记的入口调节杆、带有通孔的锥台形溢流通道、通过合页与扇形过渡坡面连接的底流可移动挡板、与挡板连接带有刻度标记的左右对称分布的出口调节杆、连接在溢流通道下方的溢流内筒、溢流可移动挡板以及填充在可移动挡板与壁筒间隙中的密封软橡胶等部分；其中固定在连接杆上的遮挡组件，用来实现控制入口面积的大小；面积渐变的扇形坡面用来减缓流体的冲击；通过可移动挡板的活动端向轴心移动来实现对出口面积大小的调节。本种旋流器具有分离效率高，入、出口面积大小可根据实际工况中流量需求而调节的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可应用于石油、化工、海洋工程、水处理以及环保等领域中的油水两相介质分离装置。

背景技术

当前，旋流器在石油、化工以及煤炭等行业应用越来越广泛，且国内水力旋流器的技术日渐成熟。使用旋流分离器分离油水两相介质时，分离效果明显。但是在分离油水或者固液等介质时都存在一个问题：实际工况中流量过小时速度小、效率低；流量过大时会产生剪切作用，这样就会把流场中大颗粒油滴剪碎从而使颗粒的粒径变小从而导致不易分离。故旋流器的流量曲线会存在一个比较窄的高效区。

旋流器作为一种分离设备已经在我国获得了一定的应用，东北石油大学（原大庆石油学院）先后申请了多项技术专利如ZL01 2 77425.1、ZL2009 2 0099307.6、ZL2010 10556583.8等。但以上设计的旋流分离器，都是针对单一设定的流量，一旦实际工况中流量产生变化时，其分离效率就不会达到期望值。此外，虽然目前已经提出了一种提升旋流器分离效率的调节方法以及装置，该装置采用切向入口，通过旋转圆形挡片对入口面积进行调节，但是并没有对出口面积进行调节，导致在入口处调节好的流体流速到出口处又发生了变化，对分离效率会产生一定的影响。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种入口、出口面积会随实际工况中流量进行适应性调整的新型分离器，该种分离器具有分离效率高、流场稳定、适用面广泛以及操作维护方便的特点。

本发明的技术方案是：该种轴流式宽流量适应范围结构可调旋流器，包括外筒和底部支架，其特征在于：所述旋流器还包括螺旋流道、倾斜圆形入口、倾斜圆形遮挡组件、带孔溢流通道以及溢流内筒；

其中，在所述外筒的旋流腔底部，通过四个与旋流腔内壁相连的结构相同的底流扇形坡面向外筒中心轴线过渡后形成一个正方体状的底流腔；所述底流腔的内壁与所述底流扇形坡面的过渡连接处对称固定有两个底流段合页，通过所述底流段合页连接底流可移动挡板；所述底流可移动挡板的下端为活动端，所述底流可移动挡板的上端为与所述底流段合页的联结端；在所述底流可移动挡板与所述底流腔的内壁之间放置底流段密封软橡胶；

在所述底流腔内，置有一个溢流内筒，所述溢流内筒中亦通过四个与溢流内筒内壁相连的结构相同的溢流扇形坡面向溢流内筒中心轴线过渡后形成一个正方体状的溢流腔；所述溢流腔的内壁与所述溢流扇形坡面的过渡连接处对称固定有两个溢流段合页，通过所述溢流段合页连接溢流可移动挡板；所述溢流可移动挡板的下端为活动端，所述溢流可移动挡板的上端为与所述溢流段合页的联结端；在所述溢流可移动挡板与所述溢流腔的内壁之间放置溢流段密封软橡胶；

左侧出口调节杆和右侧出口调节杆分别穿过所述外筒的筒壁；左侧出口调节杆穿过位于左侧的底流可移动挡板和溢流可移动挡板，并与两者之间形成固定连接；右侧出口调节杆穿过位于右侧的底流可移动挡板和溢流可移动挡板，并与两者之间形成固定连接；在左侧出口调节杆和右侧出口调节杆的单杆段标有刻度；

在所述溢流内筒上同轴连接有一个呈空心的锥台形的带孔溢流通道，所述带孔溢流通道底端水平横切面的半径与所述溢流内筒的半径相同，所述带孔溢流通道的外壁上开有若干贯穿的通孔；

所述溢流内筒与所述底流腔内壁之间形成的环形空间的出口为底流口；所述溢流内筒内部空腔的底部出口为溢流口；所述底部支架具有两个支撑平台，分别用来支撑所述外筒和溢流内筒；

所述螺旋流道、倾斜圆形入口和倾斜圆形遮挡组件具有同一中心轴线，由上至下依次置于所述外筒内腔的上段；所述倾斜圆形入口固定在螺旋流道的下端，二者之间无相对运动，所述倾斜圆形入口上的若干倾斜的圆形通孔的倾角与所述螺旋流道的倾角相一致，以使得经所述螺旋流道流下的液体介质可以在不改变流向的条件下经过所述倾斜圆形入口后流出；

所述倾斜圆形遮挡组件由若干圆形挡片通过连接杆连接后构成；所述圆形挡片的分布与所述倾斜圆形入口上的圆形通孔的位置相对应；所述连接杆的中心与入口调节杆垂直交叉连接，所述入口调节杆贯穿所述螺旋流道的中心，杆的顶端位于所述螺旋流道之外，在所述入口调节杆的顶端杆壁外嵌套有环形刻度尺；

所述外筒的顶端入口为轴向入口，所述外筒内位于螺旋流道之下部分的空腔为旋流腔。

本发明具有如下有益效果：1.本旋流器入口面积及出口面积会随实际工况中流量进行适应性调整且可应用于水力旋流分离领域中用来提升旋流器分离效率。2.本装置将圆形入口及圆形挡板设计成与螺旋叶片同向倾角形式，不改变进入旋流腔流体速度方向。3.本装置溢流口、底流口上部采用扇形台进行缓冲，使溢流及底流出口由圆形渐变成方形结构，避免对内部流场产生影响。4.入口面积调节部分，通过入口调节杆调节倾斜圆形挡板遮挡倾斜圆形入口面积的大小，控制入口面积，并可通过杆上的刻度读出相应的入口流量数值大小（在实际工况条件下，根据流量计算公式，计算出不同入口及出口面积所流过的流量大小与调节杆上标注的刻度数值相对应）。5.出口面积调节区域，包括溢流及底流两个部分。并通过呈对称分布的出口调节杆同时调节，且杆上标有刻度，可显示相应的出口流量数值大小。

综上所述，本种轴流式宽流量适应范围结构可调旋流器，它解决了以往设计的旋流器都是针对单一设定的流量值，一旦实际工况中的流量发生变化，其运行效率就会大大降低，从而达不到其预想的效率的问题。针对以往设计的旋流器的流量曲线都会存在一个比较窄的高效区的问题，本发明设计的轴流式宽流量适应范围结构可调旋流器，可以通过依次调节旋流分离器的入口及出口部分面积的大小，从而适应实际工况中不同流量的需求，保证该装置在不同流量下，都可以保持一个较高的分离效率。本装置也可将电控装置与机械传动装置结合起来，操作者们可以根据实际工况中需要的流量利用电控装置进行调整本装置的入口及出口面积，从而针对不同入口流量得到不同的调节，极大地保障了旋流分离器的较高的运行效率。另外本发明可以用于多种领域，既可以应用于石油化工，还可以应用于海洋工程、水处理和环保等领域，如污水除油、污水除固体杂志等。应用本装置，会为企业带来极大地经济效益，并且具有可观的推广应用前景，该设计将会使旋流器的调节及其在石油化工等行业的应用提升至一个新层次，并且会为旋流器的创新发展提供一个新思路。

附图说明：

图1是本种轴流式宽流量适应范围结构可调旋流器的结构示意图；

图2为本种轴流式宽流量适应范围结构可调旋流器的装配示意图；

图3为本种轴流式宽流量适应范围结构可调旋流器结构的俯视图；

图4为本发明所述倾斜圆形入口的结构示意图；

图5为本发明所述倾斜圆形入口的剖视图；

图6为本发明所述倾斜圆形遮挡组件的结构示意图；

图7为本发明所述带孔溢流通道的结构示意图；

图8为本发明所述面积可调溢流口结构示意图；

图9为本发明所述旋流腔及面积可调底流口结构示意图；

图10为本发明出口段的剖视图；

图11为本发明所采用的螺钉结构示意图；

图12为本发明所采用的合页结构示意图；

图13为本发明所述入口调节杆展示若干刻度的结构示意图；

图14为本发明所述出口调节杆展示若干刻度的结构示意图。

图中1-轴向入口；2-螺旋流道；3-倾斜圆形入口；4-倾斜圆形遮挡组件；5-带孔溢流通道；6-底流扇形坡面；7-底流段密封软橡胶；8-左侧出口调节杆；9-底流口；10-溢流可移动挡板；11-右侧出口调节杆；12-底流可移动挡板；13-溢流口；14-底流段合页；15-溢流段合页；16—溢流内筒；17-旋流腔；18-连接杆；19-入口调节杆；20-溢流段密封软橡胶；21-螺钉。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图14所示，本种轴流式宽流量适应范围结构可调旋流器，包括外筒和底部支架，其独特之处在于：所述旋流器还包括螺旋流道、倾斜圆形入口、倾斜圆形遮挡组件、带孔溢流通道以及溢流内筒；

其中，在所述外筒的旋流腔底部，通过四个与旋流腔内壁相连的结构相同的底流扇形坡面向外筒中心轴线过渡后形成一个正方体状的底流腔；所述底流腔的内壁与所述底流扇形坡面的过渡连接处对称固定有两个底流段合页，通过所述底流段合页连接底流可移动挡板；所述底流可移动挡板的下端为活动端，所述底流可移动挡板的上端为与所述底流段合页的联结端；在所述底流可移动挡板与所述底流腔的内壁之间放置底流段密封软橡胶；

在所述底流腔内，置有一个溢流内筒，所述溢流内筒中亦通过四个与溢流内筒内壁相连的结构相同的溢流扇形坡面向溢流内筒中心轴线过渡后形成一个正方体状的溢流腔；所述溢流腔的内壁与所述溢流扇形坡面的过渡连接处对称固定有两个溢流段合页，通过所述溢流段合页连接溢流可移动挡板；所述溢流可移动挡板的下端为活动端，所述溢流可移动挡板的上端为与所述溢流段合页的联结端；在所述溢流可移动挡板与所述溢流腔的内壁之间放置溢流段密封软橡胶；

左侧出口调节杆和右侧出口调节杆分别穿过所述外筒的筒壁；左侧出口调节杆穿过位于左侧的底流可移动挡板和溢流可移动挡板，并与两者之间形成固定连接；右侧出口调节杆穿过位于右侧的底流可移动挡板和溢流可移动挡板，并与两者之间形成固定连接；在左侧出口调节杆和右侧出口调节杆的单杆段标有刻度；

在所述溢流内筒上同轴连接有一个呈空心的圆锥台形的带孔溢流通道，所述带孔溢流通道底端水平横切面的半径与所述溢流内筒的半径相同，所述带孔溢流通道的外壁上开有若干贯穿的通孔；

所述溢流内筒与所述底流腔内壁之间形成的环形空间的出口为底流口；所述溢流内筒内部空腔的底部出口为溢流口；所述底部支架具有两个支撑平台，分别用来支撑所述外筒和溢流内筒；

所述螺旋流道、倾斜圆形入口和倾斜圆形遮挡组件具有同一中心轴线，由上至下依次置于所述外筒内腔的上段；所述倾斜圆形入口固定在螺旋流道的下端，二者之间无相对运动，所述倾斜圆形入口上的若干倾斜的圆形通孔的倾角与所述螺旋流道的倾角相一致，以使得经所述螺旋流道流下的液体介质可以在不改变流向的条件下经过所述倾斜圆形入口后流出；

所述倾斜圆形遮挡组件由若干圆形挡片通过连接杆连接后构成；所述圆形挡片的分布与所述倾斜圆形入口上的圆形通孔的位置相对应；所述连接杆的中心与入口调节杆垂直交叉连接，所述入口调节杆贯穿所述螺旋流道的中心，杆的顶端位于所述螺旋流道之外，在所述入口调节杆的顶端杆壁外嵌套有环形刻度尺；

所述外筒的顶端入口为轴向入口，所述外筒内位于螺旋流道之下部分的空腔为旋流腔。

下面，结合附图，对本发明进行详细说明。

该种轴流式宽流量适应范围结构可调旋流器的结构如图1、2所示。分离原理是利用两种不互溶介质的密度差而进行离心分离。在分离前，根据实际工况中的流量需求，通过旋转入口调节杆19带动倾斜圆形遮挡组件4进行旋转，如图6所示，使之完成对倾斜圆形入口3的遮挡，如图5所示。并通过入口调节杆上的刻度，如图13所示，读出此时对应的入口流量数值大小，根据入口调节杆调节好的刻度值，向轴心方向相向推动左、右出口调节杆8、11，如图3所示，使其刻度与入口调节杆相同，从而改变出口面积，使入口面积及出口面积都能适应实际工况中流量的大小，从而使旋流器保持较高的分离效率。调节完毕后，启动装置，油水混合液以一定的速度由轴向入口1进入旋流器中，沿着螺旋流道2进入倾角与螺旋流道一致的倾斜圆形入口，如图4所示，通过倾斜圆形入口进入旋流腔17，并在旋流腔中发生离心分离。在离心力的作用下，轻质相-油向旋流器的中心移动，重质相-水向旋流器的边壁移动，分离后的油相聚集在中心，通过通孔进入带孔溢流通道5内部，如图7所示，并沿着面积渐变的溢流扇形坡面，进入溢流段面积调节区域，并通过溢流口13流出。该溢流段面积调节区域是通过合页15使溢流可移动挡板10与溢流内筒16的内壁连接，如图8所示，并通过螺钉21将合页固定，如图11、12所示，通过填充在可移动挡板与壁筒间隙中的密封软橡胶20进行密封防止液体泄漏。分离后的水相，被甩至外壁面，沿着面积渐变底流扇形台6，进入底流段面积调节区域，并通过底流口9流出，如图9所示，该底流段面积调节区域是通过合页14使底流可移动挡板12与底流内筒的内壁连接，并通过螺钉将合页固定，通过填充在可移动挡板与壁筒间隙中的密封软橡胶7，如图10所示，实现密封，并且在溢流段及底流段填充足够的软橡胶，使其紧密压实，确保溢流及底流可动挡板移动后仍然能实现密封功能。

两出口面积调节区域是通过出口调节杆8、11进行调节。出口调节杆与溢流可移动挡板10、底流可移动挡板12同时连接，并且呈对称分布，不仅可用来同时实现对溢流、底流面积的左右对称调节，而且出口调节杆上标有刻度，如图14所示，可在调节时，同时记录对应的出口流量数值大小。其调节的工作的原理为：操作者通过移动出口调节杆，带动其同时连接的溢流可移动挡板10、底流可移动挡板12运动实现出口面积的调节。由于溢流、底流可移动挡板通过合页与各自的扇形坡面连接，故挡板的活动端可通过合页转动，使得各自出口面积可以发生改变，从而完成本次调节。填充在可移动挡板与壁筒间隙中密封是由紧密压实的软橡胶构成，软橡胶具有高度的弹性，且其密封性较好，故可用来保证装置的密封。

具体实施时，本种旋流器的外观主体是由一个外圆筒组成，在螺旋流道结束处设置六个与螺旋同倾角的圆形入口，在圆形入口下方设置六个同倾角同直径的圆形挡板；需要将圆形入口及圆形挡板设计成与螺旋叶片同向倾角形式，不改变进入旋流腔流体速度方向。