专利名称：离心分离器及其方法
技术领域：
本发明涉及分离装置和方法，具体的说，涉及那种利用离心作用把两种或者多种液体成分分离开来的装置。
离心分离装置是利用旋转所产生的离心力把不同比重的液体成分分离开来。在许多基础工业方面，离心分离装置用来替代重力分离技术和装置，并且是重力分离技术的一种改进。因为，重力和通过旋转作用在液体上的离心力都是随着液体质量的增大而增大的。和比重较重的液体相比，那些比重较轻的液体在受到力的作用时，向力的来源方向，对于重力来说是地球，对于离心力来说是旋转容器的外侧，移动的倾向较小。这样，就能够把各种液体分离开来，并利用堰或者其他适当的分离构件把它们引导到各个收集口去。离心分离法常常比重力分离法更为适用，因为施加在液体上的力可以通过改变旋转速度来控制，并且能使它比重力大很多倍。
最普通的分离液体的例子是把油和水分开。在许多情况下需要把这两种成分分开，例如，石油泄漏在海洋或湖泊上，水和油在船的底舱混合了，汽油泄漏了等等。在特定的地域，分离液体的过程对于保持生活质量常常是很重要的。上述两种液体很适合于离心分离法，因为，水的比重比油大，因此在离心力的作用下水会“沉”到油下面去。根据油在重力场中浮在水面上这一事实，就很容易理解这一点。其他应用液体分离的场合有酒的澄清，废水处理，血液血浆的分离，等等。离心作用还用于把固体从液体中分离出来。
常常需要把扩散在溶液或乳化液中的成分分离出来。只用一般的离心分离设备不能完成这种分离，因为溶解后的成分是和溶液一起运动的。因此，必须在液流中加入一种溶剂，来萃取溶解了的成分。这种操作过程要求溶剂和液体彻底的混合，以便萃取全部溶解了的成分。然后，再通过离心作用把溶剂和液体分离开来。这种分离方式的一个例子是从核反应堆的辐射废液流中用溶剂萃取和分离铀后元素。
此外，也可以在乳化液中加入各种分解乳化液的添加剂，并使它们在离心作用下分离开来。各种乳化液分解剂能破坏使乳化液稳定的化学结合力。然后，就能通过离心作用把形成乳化液的两种成分分离开来。
虽然已经设计出了许多基于液体比重的差别来实现液体分离的离心分离器，但这些分离器一般都有各种各样的缺点。现有技术中离心分离器的一个共同的缺点是它们的流量有限。为了达到能获得有效的分离所必须的转速，许多型号的分离器都要求有很大的功率，以克服内部液体剪力的作用。
现有技术中离心分离器另一个共同的缺点是对于分离具有不同比重差异的液体无能为力。许多现有技术中的离心分离器是为单独一种用途设计的，例如从牛奶中分离奶油，并且只在分离具有预定的各种比重的液体时，工作效率才高。那些企图高效地分离比重差异范围很大的液体分离器都采用复杂的外部控制机构，来监测和控制分离器内的压力和流速。除了只有有限的使用范围之外，这样的分离器的制造和操作通常都是很复杂的，使得它们在许多用途中应用时经济效益很差。
在有些情况下，常常需要分离两种比重差不多的液体。把乳化液从一种不乳化的成分中分离出来，就是这样一种情况。例如，当原油泄漏在海上，造成油和水混合时，海浪的作用常常使油和水混合成一种稳定的乳化液。由于许多原油的比重接近水的比重，而这种乳化液主要是由水组成的，所以这种乳化液不能利用比重的差别与水分离开来。现有技术中解决这个问题的一般的方案是采用化学试剂，或“乳化液分解剂”以分解乳化液。但是这种方法的结果通常不能令人满意，因为分解乳化液所需要的处理时间要求通过分离器的容积流速很低。
由上所述就可以理解，提供一种能高效地分离具有完全不同的比重的各种液体的离心分离器，并且这种分离器能在比现有技术中的离心分离器高得多的流速下工作，将是本技术领域中的一大进步。
提供这样一种分离器，这种分离器能高效地分离比重差异的范围很大的各种液体，而不需要从外部控制或调整分离器，将是本技术领域的更大的进步。
提供这样一种分离器，这种分离器具有利用离心力来分离比重相近的液体，例如乳化液的能力，将是本技术领域的又一大进步。
本申请中公开了这种装置和方法，并要求保护。
按照本发明的一个实施例，一种把具有不同比重的第一液体和第二液体的不能溶混的组成部分的混合物，用离心作用分离成混合物的各个组成部分的装置，包括一根长形的进液筒，这根筒有一个用于接受液体混合物的敞开的接受端，和一个用于将混合物排入装置内部去的敞开的排放端。一个转子设置成围绕这根进液筒，基本上和进液筒同轴线，并且能绕着进液筒转动。一个围绕着转子的外壳，用于接受和收集从转子中分离出来的液体。
上述转子包含一个围绕着进液筒的可供选择的混合室，混合室的壁由进液筒本身和一堵围绕着进液筒的截头锥中心壁组成。上述转子还有一个环形的分离室，该分离室接受从混合室来的混合物。上述分离室的内壁就是上述截头锥中心壁。分离室的外壁向中心壁倾斜。
在分离室的大端设有一圈环形的第一溢流堰。在第一溢流堰与中心壁之间形成一条较轻液体的流道，而在第一溢流堰和外壁之间形成较重液体的流道。在壳体内设有一条从第一溢流堰到收集室的较轻液体的排出通道。在第一溢流堰之外设有一道第二溢流堰，用于把较重的液体排入壳体内的第二收集室。
运转时，通过进液筒把混合物注入转子中心附近，以便使液体混合物中的第一和第二不能溶混的液体分离成它们各自的组成部分。转子转动时，使得混合物沿着中心壁的斜度向下流动，流过中心壁的边缘，进入分离室。由于转动而加在液体混合物上的离心力把分离室内的混合物分离成其组成部分。上述第一液体从分离室内排出，通过中心壁和第一溢流堰之间的第一环形流道流入第一收集室。上述第二液体从分离室内排出，通过外壁和第一溢流堰之间的第二流道流入并流过第二溢流堰，进入第二收集室。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种通过溶剂革取用离心力把液体混合物分离成其组成部分的装置，这种液体混合物包含第一和第二两种不可溶混的液体，以及溶解或溶混在第二液体内的掺和物。这种装置包括一个分离不可溶混的液体的第一分离室；一条把第一液体排入壳体的第一排放流道；一个用于使第二液体与一种溶剂混合的混合室；一个把第二液体从溶剂中分离出来的第二分离室；以及分别用于将溶剂和第二液体排入壳体内的第二和第三排放流道。
运转时，上述把第一和第二液体的混合物分离成其组成部分的方法包括把混合物注入一个能转动的转子内；在第一分离室内把第一和第二液体互相分离；从转子中排出上述第一液体；把溶剂注入转子内；混合第二液体和溶剂；在第二分离室内把第二液体从溶剂中分离出来；从转子中排出溶剂；以及从转子中排出第二液体。
在本发明所推荐的优选实施例中，提供了一种通过绕一根转动轴线转动而把一种第一液体从一种更稠的第二液体中分离出来的分离器。这种分离器包括一根带有一个接受端和一个排出端的进液管道。
设置了一个混合室，以便接受从进液管道排出端流过来的液体。在混合室内填充了扰乱液流的构件，其形状设计成能使液体在混合室内形成涡流。扰乱液流的构件的表面可以用一种与其中的一种液体有亲和力的材料制作，例如亲脂性材料。
一个分离室安装成能绕着转动轴线转动。上述分离室包括一条进口通道，一条第一液体出口通道，和一条第二液体出口通道。分离室的进口通道的位置布置成与进液管道的排出端相通，以便接受液体混合物，并且，与第一和第二液体出口通道隔得很远。在一个优选实施例中，上述分离器还包括把气体引入分离室的装置，例如一根固定的进气管线，用于把气体喷射进进液管道。
在上述分离室内有许多间隔均匀的径向板。其中的一部分径向板用与液体中的一种有亲和力的材料制造。
第一溢流堰的位置布置成与分离室的第一出口通道相通。上述第一溢流堰有一条基本上围绕转动轴线的脊部，上述第一液体可以从这条脊上面流过去。最好，分离室内表面的有效半径比第一溢流堰的脊部的半径小得不多。设置了一条第一液体的出口通道，用以接受越过第一溢流堰的脊部的第一液体。
上述第二液体的出口通道有一个与分离室相通的进口端。该第二液体的出口通道的进口端的位置布置成沿第一溢流堰的脊部径向向外。而第二出口通道则一般朝着转动轴线延伸，并且具有一个至少有一部分由第二溢流堰形成的出口端。
上述第二溢流堰有一道基本上环绕着转动轴线的脊部，上述第二液体可从该脊部流过，流出第二液体的出口通道。在第二溢流堰脊部的外侧沿径向布置了一个液体加压室，以便接受流过第二溢流堰，流出第二液体出口通道的第二液体。
还有一道出口溢流堰，该溢流堰部分界定了液体加压室。上述出口溢流堰包括一道基本上环绕着转动轴线的脊部，上述第二液体可越过该脊部流出液体加压室。还有一条第二液体的出口通道，用于当第二液体越过出口溢流堰的脊部时接受该第二液体。
第一液体的出口通道和第二液体的的出口通道是按照下述方式互相连通的，即，维持第一液体出口通道中的空气压力大致与第二液体的出口通道中的空气压力相等，同时保持第一液体与第二液体分离。在一个优选实施例中，上述第一液体出口通道设计成沿径向向第二溢流堰和第二液体出口通道内侧延伸，而不使第一液体出口通道与第二液体出口通道的路线交叉。
一个气体室布置成与第二液体出口通道的出口端相通，并且沿径向向外延伸到液体加压室。上述气体室有一条气体逸出通道，多余的气体可通过这条通道从气体室中逸出，以便能形成一道气体屏障，使气体室和液体加压室之间的液体高度保持在气体逸出通道的半径的高度上。
一块径向隔板把气体室从液体加压室分隔开来。上述径向隔板有一条边缘，水绕着这条边缘流动，而气体则能从气体室越过这条边缘逸出气体室。在一个实施例中，这条边缘形成上述气体逸出通道。在另一个优选实施例中，上述径向隔板上开了一个径向调节孔。孔的径向调节是这样实现的，即，在径向隔板上开一条径向槽，然后再设置一块槽盖板盖住这条径向槽。这块槽盖板安装成能径向移动，并且上面开设了一个与径向槽的一部分对准的孔。
分离器还包括一条气体引入通道，气体可通过这条通道进入气体室。还有把气流通入这条气体引入通道的装置，例如一台泵。还有用于使分离室绕着转动轴线转动的转动装置，例如电动机。
一个外壳围在分离室周围。上述外壳包括一个第一液体收集室和一个第二液体收集室。上述第一液体收集室呈环形设置在转动轴线周围，并且与第一溢流堰相通，使得越过第一溢流堰的液体能进入第一液体收集室。上述第二液体收集室也呈环形设置在转动轴线周围，并且与第二溢流堰相通，使得越过第二溢流堰的液体能进入第二液体收集室。上述第一和第二液体收集室是互相连通的。第一和第二液体出口管道分别沿着切向与第一和第二液体收集室连通。
上述壳体还有至少一条使第一和第二液体出口管道与周围大气相通的空气通道，用以维持壳体内部的压力和周围大气压力相同。上述空气通道中包括一个止回阀，用于预防第一和第二液体从壳体中流出。
本发明的用于分离比重相近而粘度不同的液体的一种方法包括把一种气体的泡吹入该液体混合物内，以制成一种夹带有气体的液体混合物。这种夹带气体的液体混合物导入分离室内，最好一开始就把气泡导入进液管道内。在混合室内上述气体与液体混合物混合。
上述夹带气体的液体混合物在分离室内绕着转动轴线转动，迫使第一液体和气体在分离室内沿径向向内迁移，而第二液体则在分离室内沿径向向外迁移。至少有一部分气体和第一液体能越过第一溢流堰流出分离室，同时，至少有一部分第二液体能越过第二溢流堰流出分离室。一部分引入液体混合物中的气体通过一条与越过第一溢流堰的第一液体流相通的空气通风道逸出分离器。
在详细审阅了下面对于优选实施例和附图的描述之后，将会对本发明的目的和优点有更全面和清楚的了解。
为了便于了解本发明取得上面提到的和其他优点，以及达到发明目的的方式，下面将参照附图详细描述已在上面简短描述过的本发明。应该理解，附图只提供了与本发明的典型实施例有关的信息，因而不应认为是对本发明范围的限制。下面将参照附图描述和说明附加的特征和细节。附图中
图1是按照本发明的单级离心分离器的例子的局部垂直断面图；图2是图1中的分离器的局部垂直断面图，表示分离室内的另一种进液口和叶片；图3是沿图1中3—3线的断面图4是沿图2中4—4线的断面图；图5是沿图1中5—5线的断面图；图6是按照本发明的二级离心分离器一个例子的垂直断面图；图7是本发明提供的优选实施例的立体图；图8是沿图7中的8—8线的断面图；图9是图8中表示的离心分离器的局部放大图；图10是沿图9中的10—10线的断面图；图11是本发明中的可调气体逸出通道的一个实施例的立体图，其中的一部分被切去，以便更清楚地表示可调气体逸出通道；图12是和图9同样的断面图，说明在工作时的分离室和溢流堰的结构。
请参阅附图，附图中所有同样的零件都用同样的标号表示。请先参阅图1，按照本发明的一台单级离心分离器10用来把由两种比重不同的不可溶混的液体的混合液流分离成其组成部分。本发明将以分离油和水的混合液流为例来描述，通过这种描述就能明白本发明也能高效地分离其他液体混合物。上述分离器10包括三个主要的组成部分一根固定的进液筒12；一个能绕着进液筒12转动的转子14；以及一个围绕着转子14的固定的壳体16。这三部分都用刚性的材料，例如钢或塑料制成；而不锈钢则是目前的最佳材料。
油和水的混合物通过固定进液筒12的一个口18进入分离器10。这种进液口的构造具有消除混合物与转子14和壳体16之间的空气接触的优点，同时，使得可能妨碍分离过程的搅拌作用和起泡沫现象减到最少。此外，只要出口的构造设计得恰当，这种分离器可以摆成任何方向来使用，因为油/水混合物并不进入转子14和壳体16之间的空间，因此不会妨碍分离后的液体从转子输送到壳体去。尽管如此，所描述的分离器实施例还是摆成垂直位置使用的，混合液如图1中的箭头所示向下流过进液筒12。
在单级式分离器中，上述进液筒12是单独一根中空的筒，或者，在下面将要描述的本发明的两级分离器的实施例中，则是许多较小的筒，例如一束筒或者同心构造的筒。
上述转子14包括一根与进液筒12同轴线并且在其下方的旋转驱动轴22，该驱动轴可用任何适当的装置，例如一台电动机和配属的驱动装置(图中未示出)驱动旋转。驱动轴22驱动转子旋转的速度要根据溢流堰的结构、要分离的液体相关的比重、分离器各部分的尺寸、所要求的离心力的大小、以及本技术领域的技术人员所熟知的其他因素适当地决定。如有需要，驱动轴22上可以有一条排水通道24，通道上有用螺纹或其他方式固定的堵头或盖子26，以便当适当的清洗液体通过进液筒12灌入分离器时，能让清洗液流遍分离器，并将剩余的清洗液通过卸掉堵头的排水通道排出，从而方便地冲洗并排干分离器10。
从驱动轴22上竖起一道中心壁28，形成一个混合室30，输入的液体通过转子的中心壁28与固定的进液筒12的外壁之间的剪切在混合室内混合在一起。上述混合室30的容积比较小，因而使剪切阻力，也就是使转子保持在规定速度所需要的功率减少到最小。或者在固定的进液筒12上装一个截头锥形的凸起物32，或者通过固定的进液筒12或中心壁28来改变所形成的容积，就可以有选择地进一步减小混合室的容积。有时，当不需要混合功能时，也可以取消混合室，这一点将参照图2进一步说明。上述混合室的主要作用是添加一种调节料，例如一种用于降低粘度的溶剂，或者用于溶剂革取的溶剂。
在外部施加的压力和离心力的帮助下，上述液体混合物从混合室，或者有时从进液筒，流入由中心壁28和同轴线的外壁36所形成的分离室内，在分离室内，各种液体成分被分离开来。外壁36的倾斜方向与中心壁28相反，使得分离后的油和水分别沿着内壁和外壁向下流向分离器的溢流堰构件。外壁36的顶部与固定的进液筒12以环形接触方式相连。在接触部位，在外壁36和进液筒12之间安装了轴承38，以使转子14能相对于固定的进液筒12转动。设置了进液筒密封圈80，以防止轴承与内部的液体接触。
图2表示另外一种进液口40，它的进液筒42与固定的进液筒12的区别在于长度较短，并且用一个从进液筒42向外延伸的象法兰那样的盘44盖住。输入的液体通过靠近进液筒42底部的孔和盘44上的孔46进入转子14。在中心壁28内部和进液口40下方的转子14的中心部分用一块顶壁48密封起来，因而输入的液体在进入分离室34之前，就在盘44与顶壁48之间的区域内，和在盘44与外壁36的顶部之间的区域内混合起来。上述进液口40不需要驱动轴22中的排水通道就能使分离器进行彻底的清洗和排空，因为在中心壁28内的范围内并没有积聚液体。有时，取消上述剪切盘44，就能在图2的结构中省去输入液体的混合。
再请看图1，输入的液体混合物中的油和水，由于油的比重比水轻而在分离室34内分离开来。在由转子14转动而造成的离心力场中，油沿着径向向内，向着中心壁28“浮起”，而水则沿着径向向外，向着外壁“下沉”。
如果有需要，可以如图1和3所示，在中心壁28和外壁36之间，在分离室34的上部安装一个供选择的筛子50，以帮助分离。在该优选实施例中，上述筛子50有许多间隔很密的，与转动轴线平行的径向板。当用于水/油分离时，这些板上涂复了亲脂性材料，例如聚丙烯，或者就用聚丙烯制作板。在液体混合物流过筛子50的同时，那些很难用单纯的离心力分离开来的，分散得很细的或者乳化的油都凝聚在这些板的表面上，从而与水分离开并且聚集起来。在重力分离器中使用的筛子是不实用的，因为这种筛子必须很大，而且板的间隔很宽，以便能在一级重力场中工作。但是，用在分离器10中的筛子可以小些，板的间隔也可以密些，因为重力场的等级较高。这些方面的改进极大地提高了分离的效率。
上述筛子50也使进入的液体改变流向并且理顺液流。已经发现，沿轴线方向引导液体，对于减小相对于中心壁28及外壁36的剪切作用是很有效的。如图2和4所示的叶片或肋条52可以交替地安装在分离室的壁上，以达到同样的目的。叶片52可以部分或者全部沿半径方向横过分离室34。
如图1和5所示，上述分离室34在其底部有一道溢流堰54，用来引导分离后的油和水。上述溢流堰54包括一块环形的隔板，这块隔板安装在驱动轴22上，并且从驱动轴向外壁36延伸。在到达外壁36之前，这块隔板在54a处向回弯曲，并向中心壁28延伸，在弯曲处54a与外壁36之间形成一圈环形的分割开的通道56，让从分离室34流出的水通过。上述溢流堰板的端部离开中心壁28的距离很短，在溢流堰54的边缘与中心壁28之间形成一条环形通道58，以便收集从分离室34流出来的油。弯曲的溢流板在溢流堰54顶板的下方形成了一个中间油收集室59。收集在中间室59中的油通过许多由溢流堰54的弯曲处54a、水通道56、和外壁36所形成的通道61而分流出去。
外壁36在溢流堰54下方弯曲并与溢流堰的弧线平行，使收集起来的水向驱动轴22回流。外壁36不与驱动轴接触，形成了一道第二溢流堰60。在外壁36与水通道56相对的一侧形成一圈环形槽62，以便容纳壁84，这道壁84把分别为水和油向外引流的收集室78和72分隔开。如图1所示，外壁36是由一块上壁件36a和一块下壁件36b用螺钉或其他方式固定在一起而形成的。这种构件形状的设计仅仅是为了便于制造。如果需要，也可以把外壁36做成一个整体，并不影响分离作用。一道向外倾斜的外伸壁64从驱动轴向外延伸，把水引离轴的密封圈82。
分离后的液体向溢流堰54的四周流出是受到控制的，所以在转动的过程中，通道56和58中的出口之间总是保持固定的油/水界面。上述界面一定不能与某一个出口离得太近，否则就会把混合液体排出去。和现有技术中的装置一样，在各溢流堰54和60的边缘附近必须有空气，因为分离后的液体的流量决定于流过溢流堰54和60上方的自由表面。但是，在本发明中，由于中心壁28沿径向向外倾斜，使得大部分中心壁在半径方向比溢流堰54的边缘更向外凸出，而把必需的转子14中央的气/油界面限制在一个靠近溢流堰54边缘的狭窄的袋形区域内，在该区域内中心壁比溢流堰边缘更靠近中心，才有可能形成自由的液体表面，因而有很大一部分气/液界面消失了。因此，转子14基本上能分离所有进入的液体，而不会和空气相互作用，以及由此而产生的起泡和对分离的干扰。在溢流堰60边缘的附近也有一个同样的气袋。空气管道66穿过溢流堰54的底板，使得两个气袋之间的压力相等，并且驱除气袋中多余的气体，这些气体形成混在输入液体中的气泡，附在中心壁上沿着中心壁迁移，直到与溢流堰54边缘附近的气袋混在一起。
中心壁28和外壁36的倾斜使得溢流堰54和60的尺寸能比整个转子的尺寸还大，因而增大了流量，提高了分离效率。在分离室34中被分离的两种液体之间的液/液(油/水)界面的位置由下式确定rb=ρwrw2-ρoro2ρw-ρo,---(1)]]>
式中rb液/液界面离开转动轴线的径向距离；rw较重的液体表面在第二溢流堰边缘上方的径向距离；ro较轻的液体表面在第一溢流堰边缘上方的径向距离；ρw较重液体的比重；ρo较轻液体的比重。
上述分离室34内的液/液界面必须位于溢流堰54的边缘与溢流堰的弯曲部分54a之间，以避免排出混合液体。用数学式表示就是rl＜rb＜rp，(2)式中rp第一溢流堰的弯曲部分54a的径向距离；rl第一溢流堰边缘的径向距离。
这样，当第一溢流堰54的边缘与该溢流堰的弯曲部分54a之间的距离增大时，液体界面能占据的位置的范围就增大，因而能由溢流堰来分离的不同液体比重的范围也增大了。上述这两种关系式可用于设计一种溢流堰结构，使这种溢流堰最适用于某种具体的用途。
已经查明，用于把普通的原油与水分离的分离器的溢流堰的最佳结构，应满足下列关系式rw=.937ro+.05rp+.008rp2ro2.---(3)]]>
在等式中间接地用rw和ro表示的液体在溢流堰边缘上方的厚度决定于输入的混合物中两种液体成分的比例，粘度，输入的流量和转子14的转速。最有效的设计应能在溢流堰边缘的上方保持一层浅的流体层。为了使得上述等式有效，在各溢流堰边缘处的空气压力必须用空气管道66或者其他等效的装置使其相等。
壳体16把转子14分离出来的两种液体收集起来。壳体16是单独一圈在转子14周围形成的，并且完全把转子封闭起来的成形壁。用适当的装置固定在进液筒12上的壳体的环形顶部68水平地向外延伸超过转子14。壳体的侧壁70与顶部68的边缘相交，并且与转子的外壁36平行地向下延伸。在所描述的实施例中，侧壁70由70a和70b两件组成，以便于制作。两件侧壁在靠近侧壁70的底部用螺钉或者其他适当的装置连接在一起，其方式与转子的外壁36相同。
在侧壁70的底部形成一个油收集室72，以接受从油通道61穿过壁36流过来的油。沿径向靠近油收集室72的里侧，形成一水收集室78。在油收集室72和水收集室78之间有一堵中间壁84，使分离出来的液体分开。壁84的端部插入转子的环形槽62内，有效地防止了分离开来的液体的交叉污染。在收集室72和78上设有与排出分离后的液体用的管子或软管连接的附件(图中未示出)。
水收集室78的径向内壁86的端部，在外伸壁64下方以环形接触的方式紧靠驱动轴22。在壁86的端部与驱动轴22之间安装了轴承88，以便让转子14能在壳体16内转动。设置了密封圈82，以保护轴承不受内部液体的侵蚀。
分离器10可以用加入包含水、戊烷、以及一种适当除污剂的清洗悬浮液，或者其他类似配方的清洗悬浮液进行运转，来对分离器进行冲洗和清理。因为分离器的各种溢流堰和流道都是有斜度的，所以，当停止分离器和输入液流时，不会有液体存留在分离器内。
分离器10可以做成各种不同的尺寸，各种尺寸的分离器在功能上都相同，除了在同样的使用条件下尺寸大的分离器的角速度较低。能够分离的液体的范围也相同。
图6表示一台按照本发明的两级分离器110。这种分离器110用于分离包含有溶解了的污染物的两种不溶混液体，或者两种难以分离的不溶混液体，例如乳化液中的两种液体。上述一级分离器10不能在单独一个工序中把溶解在混合液体中的污染物分离出来。分离器10能够在一定程度上分离难于分离的液体，特别是要借助于筛子50，但是效率是很低的。特别是对于非常稳定，散布得极细的胶体悬浮液和溶液更是如此。
如所周知，一台象分离器10那样的分离器可以分两个阶段使用，以分离不溶混液体和溶解了的污染物。首先用上面所述的方法分离这种不溶混液体，然后，把分离后含有污染物的液体和一种与污染物有高亲和力的溶剂混合，用这种溶剂来分解溶液或乳化液，并把分散的污染物吸收到溶剂中。然后，将上述通常为不可溶混的溶剂和液体再一次放入分离器10内进行第二次分离。把上述溶剂和含有污染物的液体一起放入分离器10内，很容易使它们在分离器10的混合室30内通过剪切作用而混合在一起(图1)。如果要求这种液体的纯度很高，可以重复用溶剂进行净化，直到获得所要求的纯度。
对于象混有水的工业用发动机油那样的混合物，需要用溶剂革取分离法，因为，工业发动机油含有去污剂，会使它形成泡沫和乳化。另一个例子是工业汽油和水的混合物，因为在汽油的成分中含有如苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘之类的致癌物质作为添加剂。这些添加剂都稍溶于水，会有千分之几存在于溶液中。
两级分离器110在一次操作中就能完成所需要的原始分离、溶剂萃取和最后分离这些步骤。下面，通过分离在水中混合了工业发动机油，而油中含有稍溶于水的苯污染物的混合物来说明分离器110。溶剂通常是采用己烷或者戊烷。当然，也可以使用其他混合物或溶剂。分离器110的结构在许多方面与分离器10相同，除了其他不同之处外，主要是它有两个分离室，在比重大的液体从第一分离室输出，并加入了一种溶剂之后，继续进入在直径方向处在更外部的第二分离室。
分离器110包括一个固定的进液筒112、一个转子114、和一个壳体116。进液筒112由两个同轴线的筒组成，一个内筒118，油/水混合物通过该内筒进入分离器，和一个外筒120，上述己烷溶剂通过该外筒进入分离器。转子114由一根用电动机或其他装置(图中未示出)供应动力的旋转驱动轴122驱动。在驱动轴122上有一条带有塞头126的排水通道124，用于对分离器110进行彻底的冲洗和排水。转子114的中心壁128从其在内进液筒118的口130一侧的起始点向下延伸，并且在靠近驱动轴122的顶部的上方一直沿着径向向外倾斜。中心壁128用一个环形密封圈132与外进液筒120密封隔离，以防止溶剂进入中心壁128形成的腔室134。
固定在驱动轴122顶部的中间壁136向上并沿径向向外延伸，在中间壁136和中心壁128之间形成一个分离室138。输入的油/水混合物从内进液筒118进入室134内，并由外部的压力和转动时的离心力迫使它向下流动。然后，该混合物绕过中心壁128的边缘，流入分离室138，在该分离室内，由中间壁136的径向向外的斜度(对于水)和中心壁128径向向内的斜度(对于油)，迫使两种被分离的成分向上流向设置在分离室138顶部的溢流堰140。
溢流堰140的构造和单级分离器10的溢流堰54的构造相同。该溢流堰140有一块隔板，这块隔板从中心壁128沿径向向外延伸，然后又弯曲回去，在溢流堰140的边缘与中心壁128之间形成一圈环形油通道142。在溢流堰的弯曲部分140a和中间壁136之间形成一圈水通道144，上述中间壁随着溢流堰140呈弧形，继续延长水通道144，并且形成一道溢流堰146。为了便于制造，上述中间壁由两部分组成，一个下部136a和一个上部136b，用焊接或者其他适当的方法在靠近溢流堰140的弯曲部分140a处连接起来。在溢流堰140的内部形成了一个中间油室148，而通过上述溢流堰的弯曲部分140a、水通道144和中间壁136形成一条油流道150。
两级分离器110中的这两道溢流堰通常按照上面描述过的供选择的溢流堰构造来制作。
上述分离室138将油/水混合物分离开来，然后，分离出来的油流过通道142，流入室148，然后再流过油流道150。分离出来的水则流入通道144，越过溢流堰146的边缘。溢流堰140和146上方的空气袋通过空气管道160互相连通，从而使溢流堰140和146上方的两个空气袋之间的压力相等。
设置在中间壁136上方的外壁156在溢流堰146上方形成一条外水通道158。在外壁上还有一条穿过该外壁的空气管道160，以使溢流堰146上方的空气袋与壳体内的空间相通。外壁156的端部与进液筒112以环形连接的方式相连。在壁156和进液筒112之间装有轴承162，使转子114能绕着进液筒112旋转。在外壁和进液筒之间还设有一个密封圈164。在中心壁128与外壁156相交处，在中心壁128的端部形成了一圈唇边166，以便为溢流堰146周围的水导向，并把溶剂导入水流中。
在外壁156和中心壁128的交界处，在外进液筒120和外水通道158之间有一条溶剂流道168，在溢流堰146的正上方把溶剂己烷注入水流中。溶剂和水在外水通道158中混合，除去乳化液和已经溶解的杂质。溶剂流道168的方向使得溶剂能进入流过溢流堰146的高速水流中，以便于混合。溢流堰146做成带有适当的斜度和外形，以防止水流脱离溢流堰的表面，这样就便于混合，并且减轻了溢流堰的腐蚀。为此目的，在各种实施例中的所有的溢流堰都倾向于采用与此相同的斜度和外形。
从图中可见，油流道150从中间壁136开始，通过外水通道158和外壁156，流入壳体116中的收集室中。
上述外水通道158在中间壁136和外壁156之间继续下行，直到进入在壁136和156之间形成的第二分离室170为止。第二分离室170把水从含有提取出来的杂质的溶剂中分离开来。外壁156沿径向向外倾斜，促使经过清理并且已经分离出来的水向下流到在分离室170底部形成的一道溢流堰172上，该溢流堰把分离后的液体引导出分离室170。由于己烷的比重小于水，所以己烷沿着径向向内“上升”，并由径向向内倾斜的中间壁136迫使它向下流，而水则沿径向向外，向着外壁156“下沉”。
上述溢流堰172是从驱动轴122伸出来形成的一块隔板，这块板沿着径向向外延伸，然后再弯回去，在碰到驱动轴122之前终止延伸，形成一圈环形的溶剂通道174。在溢流堰的弯曲部分172a与外壁156之间形成一条水通道176，而外壁156呈弧形包围在溢流堰172下方，然后终止，形成一道溢流堰178。一条溶剂流道180穿过弯曲部分172a、通道176和外壁156，把分离出来的溶剂送入壳体116。
为了便于制造，上述外壁156是由三段固定在一起的零件156a、156b和156c组成的。在下段156c的外侧形成了一条环形槽181。
从溢流堰172的底部延伸出一条环绕着溢流堰178的边缘的舌部182，以便把水引入壳体116。一条在舌部182下方的小的空气流道184从壳体的存空气的空间通到空腔186。空气管道188从空腔186通到溢流堰172边缘上的气袋，使它们之间的压力平衡。
上述壳体116有一块用焊接或其他方式环形地固定在进液筒112上的顶壁190。该顶壁190在转子114的外壁156的上方水平地向外延伸，而一块侧壁则从顶壁向下延伸，在油流道150的下方形成集油腔192。该集油腔192接受并聚集分离出来的油。集油腔192上的一个管接头(图中未示出)与一根管子或软管相通，用于排出分离出来的油。
集油腔192沿径向倾斜的内壁198基本上与转子的外壁156平行地向下延伸，在溶剂流道180的下方形成一个溶剂收集室200，用于收集溶剂和附带的杂质。接在溶剂收集室200上的一个管接头(图中未示出)与一根管子或软管相通，用于排出上述溶剂。如果需要，排出后的溶剂可以回收，并再用于分离器110中。
溶剂收集室200的内壁206在环形槽181的里面终止，有效地防止了与室208中的纯净的水交叉污染。内壁206还用作在溢流堰178下方形成的集水腔208的外壁，上述集水腔用于收集已经分离开来，并且进一步除掉了苯和其他杂质的水。换句话说，这提纯后的水既不含不溶混液体，也不合溶解了的有机物。集水腔装有一个管接头(图中未示出)，与一根管子或软管相通，以便排出提纯后的水。
集水腔的内壁210的端部与驱动轴122环形连接。在驱动轴122与壁210之间装有轴承212，以便让驱动轴能在壳体内旋转。在靠近轴承212处设置了一个环形密封圈204，以防止内部液体的侵蚀。
经过分离器110的一次工作循环就足以把不溶混液体和溶解的有机物从水中分离出来。如有需要，为了达到高纯度，可以重复进行操作。
可以理解，分离器110还能分离许多不同的液体混合物。同样，也可以理解，用于分离器10上的各种附加构件，例如筛子50和叶片52用在分离器110上也是有利的。
图7表示本发明用于大型设备的又一个实施例。本实施例通过具体的例子说明图1的实施例中的基本结构的一些构件和特点是如何变化的，尤其是为了便于制造而进行的变化，并且进一步说明本发明的另外一些方面。在图7中，分离器用标号220表示。本发明的这个实施例设计成用于处理大约每秒16立升的液体，但这种分离器的大小是可以变化的。本技术领域的技术人员将会理解，本实施例也可以用于分离流量范围很大的各种液体。和以前描述的实施例一样，本实施例也将对油和水的分离进行描述，但是，应该理解，这种分离器可用于分离各种具有不同比重和粘度的液体。
分离器220包括一个离心器222，液体在该离心器内进行分离。上述离心器可以用包括金属在内的各种材料制作，例如不锈钢和铝。目前大多用不锈钢制作离心器。对于不是用不锈钢制作的那些部分，下面将特别指出。
离心器222有一个壳体224，壳体上设有一根出油管226和一根出水管228。出油管226和出水管228都与壳体相切，以便于从离心器中排出各种分离后的液体。在出油管226和出水管228的口上各装有一个凸轮锁紧联结器229，以便用它和管子或软管连接，把分离后的水和油排出离心器。
壳体224通常有一个顶盖230，用许多螺钉232把顶盖安装在壳体上。因此，顶盖很容易拆除，便于离心器的制造和维修。
在离心器222的底部装有一根带接受端和排出端的进液管道234。各种液体就是通过这根进液管道234进入离心器的。另外还有把液体送入进液管道的装置，例如泵(图中未示出)。
进液管道234的接受端装有滤网235，防止过大的碎片进入离心器222内。目前常用的滤网允许实际直径小于0.75厘米的颗粒通过。进液管道234的接受端上也装有凸轮锁紧联结器236，借助于这种联结器，进液管道能方便而迅速地和一根供液管道连接。
下面将进一步说明，当利用分离器220进行溶剂萃取时，可以在通入进液管道234内的一个喷咀240上附加一根溶剂供应管线238，把溶剂237供入进液管道234。溶剂237用泵242泵入进液管道234内。当有实际需要时，也可以用其他液体添加剂，例如乳化液分解剂，来代替溶剂237。
按照本发明的气体夹杂法的教导，分离器220还可以包括把气体引入分离器的装置。这种装置包括一根供气管线250，使气体通过一个喷咀252喷入进液管道234。可以用一个小的泵254把气体泵入进液管道234。对于大多数气体夹杂法来说，泵254具有每秒2.4立升的排量，2,400帕斯卡的压力就足够了。
请接着看图7，所描述的实施例还包括把第二股气体引入分离器的装置，以便在离心器222的溢流堰构造中保持适当的压力平衡，这一点将在下面进行解释。所以，在一根与离心器222的底部的气体引入通道(图中未示出)连通的气体供应管线258上接了一台气泵256。气泵256通常是一台压力为1,000帕斯卡的泵，带有一根大气进气管。
为了离心器222内的轴承设置了润滑剂260的供应源。润滑剂260用一台润滑剂泵264通过一根循环管线262进入离心器。
目前，进入离心器222的各种软管和管线，例如溶剂供应管线238，气体供应管线250和气体供应管线258，一般都是这样安装在离心器的壳体224内的，即，这些管线都从离心器的侧面伸出来。这样就能用叉车或其他机械从底部提升离心器而不会损伤这些管线。
本发明的分离器还包括一台安装在离心器222顶部的电动机270。电动机270可以是任何工业用电动机，例如，由俄亥俄州德拉委的丹尼森哈格龙兹公司出售的M7F型液体用的电动机。电动机270用螺钉274安装在颈圈272上而与离心器222连接，以便于拆卸。上述颈圈272用螺钉安装在壳体224的顶部230上。
虽然按照本发明的教导制作的离心器无论朝向那一方向都能运转，但是，通常都是把离心器摆成图7所示的方向进行运转的。因此，离心器222装了四条腿280，这样，离心器在使用时就安装得很牢固。每一条腿280上有一块安装底板282，底板上有一对链条固定器284，可用于固定这四条腿。每个链条固定器284上有两块立板285，两块立板之间的距离足以容纳普通链条的一个链节。在一个固定器上套上一根链条，使一个链节固定在固定器上的两块立板之间，或者把一根链条端头上的链节套在固定器的立板上，就能把离心器固定住。上述安装底板282还有一块底板286，底板上开有一个安装孔288。这样，只要用螺钉把安装底板282拧紧在一个支架上，离心器222就能牢固地安装在这个支架上，例如运输用的集装箱，或者工厂或车间的地板上。
如图8和9所示，离心器222有一个转子290。该转子290作为一个整体零件能绕着转动轴线292旋转。该转子还有一根圆形的上部枢轴294能在一对密封的上轴承296上旋转。该上部枢轴294与电动机270的驱动轴相配，借以驱动转子。
上述转子还有一块用许多螺钉302安装在上部枢轴294上的顶壁300。上述顶壁300则用螺钉306安装在外壁304上，从而使得转子的顶能够卸掉，以便于安装、维修和清理。
在离心器222内部，上述进液管道234由沿着转动轴线292布置的圆筒轴310形成。在本实施例中，圆筒轴的内径大约是7cm。为了使转子290能绕圆筒轴310旋转，还在圆筒轴310和转子290的轮毂314之间设置了一个下轴承312。为了使轴承296和312能适应所承受的高负荷，最好使用抗磨轴承，例如美国纽约捷姆斯通公司制造的SKF SZZ317型轴承可用作上轴承296，以及也是由上述公司制造的SKF RDM 320型轴承可用作下轴承312。
转子290的轮毂314与圆筒轴310连接，两者之间可以转动，并且用一个圆筒形的上密封圈316与其密封。在转子290和圆筒轴310之间还设有中间密封圈318和下密封圈320。在本实施例中，上密封圈316、中间密封圈318和下密封圈320通常使用石墨—陶瓷转动轴密封圈或其等价物。普通的合成橡胶密封圈适用于小的分离器。
从图9中看得最清楚，上述进液管道234有一个混合室326。该混合室有穿孔的底板328，使得液体和碎渣很容易通过。目前在底板328上最常用的孔是圆形的，直径大约为1cm。
混合室326的内部通常用两块径向隔板330隔成四个空腔。两块隔板330布置成互成直角，并横穿混合室326的整条直径。上述混合室还有一个液体加速器，该加速器和隔板330一起，帮助液体进入混合室，迅速与混合室一起转动。上述液体加速器包括许多延伸到进液管道234中的一个共同点的柳叶刀形的板329。在本优选实施例中，使用了四块板329。在混合室中设置了干扰液流的构件，以便在通过混合室的液体中造成紊流。在本实施例中，这种干扰液流的构件是圆环332。但是，本技术领域的技术人员将会理解，可以用各种各样的构件来造成紊流，例如纤维材料、杆或者其他充填系数低的构件。
目前，这种圆环332大多用亲脂性材料，例如聚乙烯材料制作，并且其尺寸大约是长度6mm，直径25mm，厚度2mm。上述圆环332紧密地装填在混合室326的各个空腔内。圆环332的放置位置是随机的，以便最大限度地扰乱通过混合室的液体的流动。
请继续参阅图9，混合室326有一块在上部枢轴294下方与其隔开距离的顶板334。顶板334上有许多孔336，通过这些孔，液体能流出混合室，流入顶板334与上部枢轴294之间的空间内。
混合室还有一圈外壁338，这圈外壁的下端卡在转子290内壁339的座340内。混合室326的上部在342处成阶梯状向内收缩形成一个环形通道344。外壁338继续向上超过阶梯部分342，与上部枢轴294接触。这样，混合室326就借助于转子290的顶壁300的内边缘和座340与转动轴线292保持同心。座340在径向向内与内壁339的环绕部分的内表面隔开距离。这样就在混合室的外壁338与转子290的内壁339之间形成了一个环形空腔346。混合室的外壁338的下部，在阶梯部分的下方有下孔348，在阶梯部分342的上方有上孔349。
如图8和9所示，转子290包括一个分离室350。该分离室350有一个进口通道，液体通过这个进口通道进入分离室。在本实施例中，上述进口通道在转子290内壁339的最上方部位有许多空隙352，如图9和10所示。这些空隙352的位置在相邻的螺钉302之间的空间内，螺钉302把上部枢轴294和顶壁300固定在转子290的内壁339的上端。
上述分离室350有许多均匀地分布在分离室内部的径向板354。按照本发明的教导，一部分径向板354是用与分离器中待分离的一种液体有亲和力的材料制成的。在本实施例中所用的对于一种液体有亲和力的材料，要求该材料与液体之间的界面能量大于液体的内聚能量，并且大于另一种(不溶混的)液体与其中的一种成分(液体或者固体材料)之间的界面能量。
在本实施例中这种材料是用于除去水中的油，所以至少有一些板354要用聚丙烯制造。聚丙烯是一种亲脂性材料，与油有亲和力。其他的亲脂性材料，例如聚乙烯，也可以使用。
如图10所示，在这个优选实施例中，径向板354包括12块不锈钢翅片356，这些翅片以相等的间距焊接在转子290上，还包括108块塑料翅片358。塑料翅片358位于金属翅片356之间的间隔中，并且带有隔垫360，各隔垫360与相邻的翅片358接触，以保持翅片358之间均匀的间隔。由图9和10可见，隔垫360沿着翅片358在径向和轴向两个方向上全部都均匀地布置。
为了在整个分离室350内使板354之间的距离大致保持恒定，翅片358用了两种尺寸。长翅片362沿着径向从转子290的内壁一直延伸到外壁304。在分离室内壁339的表面上，板354之间的距离大约是9.4mm。在分离室沿径向的外部，相邻的长翅片之间的短翅片364是这样布置的，它使得短翅片364沿径向最靠内部的翅片之间的距离也大约是9.4mm。目前，通常都不让径向板延伸到分离室的角部(图8和9)特别是流进或流出分离室的那些部位。
上述径向板354在分离室350内造成了一系列液体能够通过的径向流道366。该径向流道366跨越分离室的全部径向和轴向距离，只有很小一部分被隔垫360挡住(隔垫的阻挡在图9中看得最清楚)。应该理解，按照具体使用的要求，液流在分离室内的流道中的流动特性是不一样的，例如，通过适当选择隔板的间距或表面的纹理，形成紊流或层流。在这个优选的实施例中，所用隔板354的数目(120块)使得流过径向流道366的雷诺数小于临界雷诺数，从而限定了流动是层流。所以，径向板354和本发明在上面的实施例中公开的筛子50(图1)与叶片或肋条52(图2)一样，基本上起相同的作用。
如图8所示，分离室350具有油出口通道370和水出口通道372。油出口通道370有一个进口374，油能够通过该进口流出分离室350，关于这一点下面将要说明。水出口通道372也有一个进口，或进口端376，水能够通过该进口流出分离室350。上述油出口通道370的进口374和水进口通道372的进口376都远离通入分离室350的进口通道(图9中的间隔352)。如图8所示，油出口通道370的进口374和水出口通道372的进口376都位于与分离室350的进口通道相反的一端。
从图9看得最清楚，一道油溢流堰380布置成与油出口通道370相通。这道油溢流堰380包括一个前面382，一个后面384和一道基本上环绕着转动轴线292的相当尖的脊部386。
一般说，增加溢流堰脊部的尖锐程度，可以把流过溢流堰的阻力减到最小。急剧升高的前面和急剧下降的后面使得越过溢流堰的液体流量最大，而使得特定流量下越过溢流堰脊部的液流的深度最小而且稳定。因此，采用具有相当尖锐的脊部的溢流堰，对于给定的流量，溢流堰脊部上方的气/液界面的状态将更加稳定。这对于油溢流堰380显得特别重要，因为它的周边长度较短，而且因为油(或者其他流过溢流堰380的液体)一般都比液体混合物中的其他成分的粘度高。
油溢流堰380的背面384形成一个绕转动轴线392的截头锥。在本实施例中，锥角θ大于或等于30度，下面将非常详细的解释这一点。
在这个优选实施例中，分离室350的内表面的有效半径基本上不小于油溢流堰380的脊部386的半径。因此，转子290的轮毂314要形成一个颈部398，该颈部从油溢流堰380的脊部386沿径向向内延伸。该颈部398的作用是在油溢流堰380的脊部386的上方形成足够的间隙，以便于溢流堰上方油的流动，并在油流的上方形成一层空气层。由于分离室内表面的有效半径基本上不小于油溢流堰的脊部的半径，所以溢流堰上方开放的空气表面局限于油溢流堰的附近。
油溢流堰380的背面384由许多延伸于油溢流堰380的背面384与转子290的轮毂314之间的等间距的辐板支承着。在这个优选实施例中，采用了围绕着转动轴线等间隔的四块辐板392。油溢流堰380的背面384上有许多肋条394，这些肋条沿着背面384的下部延伸。上述肋条394大致沿着与背面384的表面垂直的方向向外延伸，在本实施例中大约是6mm。在本实施例中用了12根肋条。
请继续参阅图9，上述水出口通道372从其进口端376向着转动轴线通到出口端396。该水出口通道372有一部分是由基本上环绕转动轴线292的水溢流堰400形成的。该水溢流堰400有一个前面402，一个后面404和一圈基本上环绕转动轴线292延伸的相当尖锐的脊部406。因此，水出口通道372的出口端396的一部分是由水溢流堰400的脊部406形成的。水溢流堰400是由一道从转子290的外壁304沿着半径方向向内延伸的径向壁形成的。
如图8和9所示，在水溢流堰400下方设置了一块环绕着转动轴线292的径向隔板414。这块径向隔板414从油溢流堰380的后背沿径向向外延伸，在边缘416处终止(图8中看得最清楚)。
上述径向隔板414有一条气体逸出通道。在若干实施例中，气体逸出通道包括隔板414的外边缘416。但是，在这个优选实施例中，上述气体逸出通道却是一个位于隔板414上的孔418，如图11中所示。这个在径向可以调节的孔418是在隔板414上开了一条槽420而形成的。这条槽420在隔板414上沿着半径方向延伸，这是调节孔418所要求的。
上面有一个长孔424的槽盖板422盖在这条槽420上，并且使盖板422上的孔424与这条槽420对准，从而让气体能通过隔板414。隔板414上有一个凹部426，用来与槽盖板422配合接触。
上述槽盖板422上有一个端部428，该端部上钻孔并攻丝，以便与调整螺钉430用螺纹连接。上述调整螺钉430穿过圆周壁431，在其端部432上制成六角头，以便易于转动该调整螺钉。
在圆周壁431上开了一个孔口433，使槽盖板422能通过这个孔口放进去，以便于装配。一块用来封住孔口433的盖板434用普通公知的方法，例如用O型密封圈和螺钉固定在上述圆周壁上。上述调整螺钉430设置成能在圆周壁内转动，但却不能相对于圆周壁作轴向运动。这是借助于在螺钉430的位于盖板434内侧处设置了凸缘435，而在盖板的外侧设置了止推垫圈436、螺母437和锁紧螺母438来实现的。
下面再详细进行说明。一个气体室440设置成与水出口通道372的出口端396相通。上述气体室440沿径向向外延伸到气体逸出通道，在本实施例中，气体逸出通道是径向隔板414上的孔418。在转子上形成一个气体导入通道，以便把气体供入气体室440。
上述气体导入通道包括在进液管道234的筒310上形成的一条气体管442。这条气体管442可以在筒310的壁内钻孔来形成。气体管442一直伸到离心器的外部，在该处与供气管线258连通，并通过泵256供气(图7)。气体管442的上端在上密封圈316和中密封圈318之间延伸，并延伸到一个空腔444内。上述空腔444通过一条在一块辐板392上形成的径向管446和气体室440相通。
如图9所示，转子290还有一道基本上环绕转动轴线292的出口溢流堰450。该出口溢流堰450由一块沿径向从圆周壁431的下边缘向内延伸的环形板454形成。
在出口溢流堰450的下方设置了一块环形板460，以便在出口溢流堰450和环形板460之间形成一条水出口通道462，并且由此沿径向向外延伸。同样，在油溢流堰380的背面384与轮毂314之间形成一条油出口通道464，并在分离壁474的下方沿径向向外伸出。因此，油出口通道464能接受越过油溢流堰380的脊部386的油。环形板460从油溢流堰380背面的下部向外延伸足够长的距离，以防止水越过出口溢流堰450的脊部452进入油出口通道464内。
如图8和9所示，水出口通道462还包括一块固定在壳体224上，并且沿径向向内，向着出口溢流堰450的最外端部分延伸的环形板468。重要的是，在板468的最里边的部分与与出口溢流堰450之间有一个间隙470，从而使得水出口通道462与转子290和壳体224之间的环形腔472相通。
环形分离壁474位于水出口通道462和油出口通道464之间，用以阻止流出转子290的各种液体产生交叉污染。分离壁474固定在壳体224上，并沿着径向向内，向着油溢流堰380后背的底部延伸。上述分离壁474有一个向上，向着板460延伸的圆筒部分476。设置该分离壁474是用来保证各流出的液体分离，同时使油出口通道464和水出口通道462保持互相连通，并且还和空腔472连通。
如图8所示，在壳体224的顶部230上安装了一个单向阀480，以便让大气进入空腔472内。同样，在空气吸入管486上安装了一个空气通风口482，该吸入管486穿过壳体224，并且向油出口通道464方向敞开。通常，空气通风口482能让空气自由进出，但能防止液体流出空气通风口482。上述单向阀480和空气通风口482参与了保持离心器内的空气压力的平衡，这两部分使腔室472和油出口通道464与大气相通。
请继续参阅图8，水收集室488呈环形围绕着转动轴线292，并且与出口溢流堰450相通，使得越过出口溢流堰的水能沿着水出口通道462进入水收集室488。上述水收集室488直接和水出口管道228(图7)连通，分离出来的水通过该出口管道228排出分离器。
同样，油收集室490也呈环形围绕着转动轴线292。该油收集室490与油溢流堰380相通，使得越过油溢流堰的油能沿着油出口通道464进入油收集室490。上述油收集室490与油出口管道226连通(图7)，分离出来的油通过该管道排出分离器。
在工作时，本发明的分离器220可用于分离两种不溶混液体，例如已经被油污染了的水。请看图7，分离器220准备接受污染了的液体，一开始先转动电动机270、润滑油泵264和气泵256。在该优选实施例中，电动机调整到使转子290的转速大约为1200转/分。
然后，通过进液管道234把水/油混合物500泵入分离器220(图7)。通常，要设置一台外部泵(图中未示出)把混合物500泵入离心器内。在这个优选实施例中，分离器的最大流量大约为每秒16立升混合物。
在234的接受端，混合物穿过滤网235。该滤网235阻止任何实际直径大于0.75cm的碎片进入234的接受端。请看图9和12，然后，混合物500流过进液管道，穿过有孔底板328，进入混合室326。因为混合室326是刚性地固定在转子290上的，所以它以同样的转速跟着转子转动。这样，当混合物500进入混合室236时，立刻就获得与混合室相同的角速度。混合室326内的板329和隔板330帮助液体混合物500加速。
在混合室内，混合物500就开始分离成其各种成分水502和油504。上述混合物在进入混合室326时就与聚乙烯圆环332接触。该圆环332是亲脂性的，与油504有亲和力。因此，当悬浮在水502中的油504的小油滴与圆环332接触时，尽管有重力和流体压力作用在这些油滴上，这些油滴仍然立刻附着在圆环332上。
随着油滴继续在圆环332上的积聚，最后将积聚到足够数量的油，使得在混合室内作用于液体上的各种力量克服油和圆环之间的边界能。此时，一大滴油将从圆环上分离出来，跟随着大股液流通过混合室326。因此，随着液体混合物500通过混合室326，悬浮在水中的许多油滴都变成了大油滴，很容易通过离心作用从水中分离开来。
液体混合物500，或者通过混合室326的顶板334中的孔336，或者通过外壁338中的下孔348流出混合室326。如果混合物通过顶板334上的孔336流出混合室326，它将随后通过外壁338上的一个上孔349进入环形腔346。
混合物从环形腔346流过转子290的内壁339的最上面的部分进入分离室350。当进入分离室350时，上述液体混合物500被导入在分离室350中形成的径向流道366(图10)。
请继续参阅图9和12，在分离室350内，液体混合物受到了由于转子的旋转而施加在它上面的很大的离心力。因此，比重大的水502迅速沿径向迁移到分离室外面的部分。而比重比水小的油504则沿径向从水中向内部聚集。于是围绕着分离室形成了一圈垂直的油/水边界506，从转动轴线292到分离室内油和水之间的边界506的径向距离以rb表示。
油504越过油溢流堰380的脊部386流出分离室，而水通过水出口通道372，再越过水溢流堰400而流出分离室。上面指出过，油出口通道370的进口374和水出口通道372的进口376离开分离室350的进液通道(图9中的间隙352)很远。这种布置使分离能在一个很长的距离内—在本实施例中是分离室的全部高度上进行，从而提高了分离器的分离效率。
在油越过了油溢流堰的脊部之后，它便沿着油溢流堰的背面384推进，沿径向流过油出口通道464。上述肋条394在油向下流过油溢流堰的背面时，保证使油维持转子的角速度。因此，肋条的高度至少应该等于在最大流量下工作时油在油溢流堰背面上的深度。
在油504离开油溢流堰380背面384和肋条394时，它基本上沿着切向流入油收集室490(图8)。由于转子290加在油上的线速度很大，所以油很容易绕着油收集室490流动，直到到达油出口管道226(图7)，在那里允许油沿着它的自然流道(与油收集室490的圆弧相切)流动，然后流出分离器。
油溢流堰380的背面384与转子290的轮毂314相对部分之间的间隔也应该足够大，以便能让空气自由流入油出口通道464，特别是流入油溢流堰的脊部386和轮毂314的颈部398之间。在本优选实施例中，油溢流堰的背面384与轮毂314的相对部分之间的距离大约为2cm。
背面384和转动轴线292之间的角度用θ角表示(该角度是油溢流堰380的背面384的锥角的一半)，该θ角根据分离器的运转条件和油溢流堰380的径向隔板外形确定。能够满足分离器的流动容量的，油溢流堰380的背面384与转动轴线之间的最小θ角，可大致用下列公式来决定Q=RLhsinθυg′s,]]>式中g′s=ω2rgE,---(4)]]>式中，Q是第一液体流过第一溢流堰的流量，以每秒立升计；R是常数，等于98；L是第一溢流堰的长度，以厘米计；h是第一液体流过第一溢流堰的脊部的高度，以厘米计；υ是第一液体的动粘度，以厘沲计；gE是由于地心引力造成的加速度，r是第一溢流堰的脊部的半径；ω是分离室的角速度，以每秒弧度计。
利用这个公式，背面384的形状可以做成这样，使得油出口通道464沿径向向容纳流出分离室350进入水收集室488(图8)的水流的流道和通道的内部延伸。这样，就没有必要象图1到图6中的实施例那样，使油504和水502的路径交叉，从而大大方便了分离器的制造。
请继续参阅图9和图12，当水502通过水出口通道372流出分离室350时，它向着转动轴线292“推进”，接近水溢流堰400的脊部406，越过水溢流堰的脊部，流入液体加压室510。上述液体加压室510一般布置在形成水溢流堰400的径向壁408与组成出口溢流堰450的环形板454之间。
当水502充入液体加压室510之后，它便沿径向向内推进，直到到达气体逸出通道的位置，在本实施例中，该气体逸出通道是孔418。气体，通常是大气，从泵256(图7)通过气体管道442和径向管道446充满气体室440。这样就形成了一个气体屏障，在气体逸出通道的径向位置上，在气体室440和液体加压室510之间，保持液体的高度位置。从而在隔板414与径向壁408之间的孔418的半径位置上保持一道水壁。随着水的积聚和溢过出口溢流堰450的脊部452，水被迫流出液体加压室510。
重要的是，越过油溢流堰380的脊部386的液体，以及越过出口溢流堰450的脊部452的液体，各在它们所越过的溢流堰脊部的“上方”(即，沿径向向内)有一道空气边界。上面已经说过，这两个位置是互相连通的，并且通常保持同样的气压。为了使分离器获得最佳性能，必须使油溢流堰380的脊部上方和出口溢流堰450的脊部上方保持气压相等的状态。
当水到达出口溢流堰450的脊部452时，便越过该脊部进入水出口通道462。水502在到达溢流堰的圆周壁431端部之前，通常附着在出口溢流堰450的背面。此时，水就从转子290中流出，落在水收集室488内，其主要速度的方向与水收集室相切。水502立刻绕着水收集室488流动，直到到达水出口管道228(图7)，从该出口管道流出分离器。
本发明的分离器也可以用于分离溶解在无机成分中的有机成分，例如溶解在水中的微量芳香剂。这种应用方法也已在上面介绍图6中的实施例时说明过了。本发明的这种“溶剂革取法”可以参照从含有苯污染物的油中分离水，而水中又稍微溶解了一些苯污染物的情形来说明。为了说明起见，这里采用的溶剂是己烷，但是，众所周知，按照本发明的教导，各种其他的溶液和溶剂都可以采用。
一开始，当已经污染了的水溶液进入进液管道时，先开动泵242，把己烷溶剂送入进液管道234，如图7所示。在进液管道内，特别是在混合室326内，溶剂237与污染了的水溶液混合。在混合时，作为有机物的苯很快就从水中分解出来，并溶解在己烷中。这种己烷/苯溶液的比重小于水，所以和上面所描述的本实施例中把油从水中分离出来一样，在离心器222中把己烷/苯溶液从水中分离出来。
这种溶剂革取法还可以用于两级分离器，例如象图6的实施例中所描述的分离器。本技术领域的技术人员将会理解，这种两级分离器可以拥有图7到图12中所描述的实施例的许多特征。
另一种替代图7到图12中所描述的本发明的优选实施例的方法是用这种装置去完成两种比重相近而粘度不同的不溶混液体的分离。当企图把海水与因原油泄漏到海洋中而造成的稳定的乳化液分离开来时，可能需要采用这种方法。这种方法还可以用于加速两种具有不同比重和不同粘度的液体的分离，假定上述两种液体中的粘度大的液体的比重小的话。
按照本发明的这种“空气夹带法”，在分离器运行时要开动空气泵254。空气泵254通过气体供应管线250连续供应气体，通常是大气，气体供应管线在喷射器252处把空气注入进液管道234。喷射器一般是把空气以小气泡的形状喷射到液体混合物中，产生一种夹带气体的液体混合物。
如图12所示，当夹带气体的液体混合物进入分离室时，由于气泡的比重比水小得多，所以它很快沿着径向向内迁移。当气泡通过乳化液/水混合物时，气泡与粘性的乳化液之间的摩擦力要比气泡与水之间的摩擦力大很多，因此，气泡就会沿着径向向内部“携带”乳化液。换句话说，空气气泡降低了乳化液的实际比重，从而使得分离器能在这两种液体的比重有差别的基础上把它们分离开来。这种导入乳化液/水混合物中的气体的一部分，通过与越过第一溢流堰的粘性成分的液流相通的空气通风口482(图8)排出分离器。
上述乳化液的实际比重的大小随着喷入进液管道234的空气量变化。目前，采用本发明的气体夹带法时，常用的喷入空气的流量大约为进入分离器的液体混合物体积的10％。
在具体应用到本发明的分离器220时，分离器的溢流堰和其他结构部件的相对位置可能要有些变动。已经查明，作为到达油溢流堰380的脊部386的油的表面和其他物理特性的函数的油/水边界506的径向位置，一般可以用下式决定rb=ρwrx2-ρoro2ρw-ρo,---(5)]]>式中ro是从转动轴线292到油到达油溢流堰380的脊部386时油的表面的径向距离；ρw是水502的实际粘度(当受到夹带空气的影响时)；ρo是油504的实际粘度(当受到夹带空气的影响时)；rb是从转动轴线292到分离室350内的油504和水502之间的界面的径向距离；而rx则由下式给出rx2＝rw12＋rw22－ra2，(6)式中rw1是从转动轴线292到水到达水溢流堰400的脊部406时的油表面的径向距离；rw2是从转动轴线292到水到达出口溢流堰450的脊部452时的水表面的径向距离；ra是从转动轴线292到这样一条边缘的径向距离(从气体室440过来的气体能绕过这条边缘流出气体室)，即，孔418沿径向的内部。上述等式(5)和(6)是对于以前的等式(1)和(2)的改进，以便修正边界位置rb由于液体加压室所加的压力而发生的位移。本技术领域的技术人员将会看出，等式(6)中的各项的单位是压力被ρω2除，而等式(5)和(6)表示分离器内的压力平衡；实际上，rw22－ra2这部分代表的是液体加压室内的液柱在高度rw2和ra之间加在气体室上的压力。
从上述等式可知，借助于把rx减到最小，分离器能有效地分离比重的差别很大的两种液体(如果只有一种液体水被泵入并通过分离器，那么就可以设想rx将是水在分离室350内推进的径向距离)。因此，可以用这种方式调整孔418的径向位置，即，只让水通过分离器，并逐渐向外移动孔的位置，直到水开始通过油收集室490排出去——表示水越过了油溢流堰380为止。然后，可以稍稍向内移动孔418的位置，例如大约2mm。本技术领域的技术人员将会理解，在不同的应用场合可能需要不同的决定孔418的最佳位置的方法。
应该理解，本发明的装置和方法能够用各种不同的实施例来实施，但上面只描述了很少几个实施例。在不脱离本发明的基本原理和特征的前提下，本发明能用各种方式实施。无论从那一方面来说，上面所描述的实施例都只是举例，而不是限制本发明的范围，因此，本发明的范围应该由权利要求书来确定，而不是由以上的说明来确定。一切处在权利要求书中的等同物范围内的变化都包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种通过绕转动中心轴线旋转而把第一液体和第二液体的混合物分离成其组成部分的分离器，其中第一液体的比重小于第二液体，这种分离器包括一根具有接受端和排出端的进液管道；一个能绕着转动轴线转动的分离室，该分离室包括一个第一端，一个沿轴向与第一端相对的第二端，一道外壁，一条位于分离室的第一端上的进口通道，上述进液管道的排出端与该进口通道相通，并且在径向位于分离室外壁以内，一条第一液体出口通道，和一条第二液体出口通道，该第一和第二液体出口通道均位于分离室的第二端；一道位于和分离室的第一液体出口通道相通的位置上的第一溢流堰，这道第一溢流堰有一个前面，一个背面和一道相当尖的脊部，这道尖锐的脊部基本上呈环形环绕着转动轴线；一道位于与分离室的第二液体出口通道相通的位置上的第二溢流堰；以及使分离室绕着转动轴线转动的转动装置。
2.如权利要求1所述的分离器，其特征在于，上述第二溢流堰有一个前面，一个背面和一道相当尖的脊部，这道尖锐的脊部基本上呈环形环绕着转动轴线。
3.如权利要求1所述的分离器，其特征在于，上述外壁有一条与进液管道连接并且密封进液管道的，能够转动的边缘。
4.如权利要求1所述的分离器，其特征在于，它还包括一个第一和一个第二液体收集室，上述第一液体收集室的位置环绕着转动轴线，并且与第一溢流堰相通，使得越过第一溢流堰的液体能进入第一液体收集室；上述第二液体收集室的位置也环绕着上述转动轴线，并且与第二溢流堰相通，使得越过第二溢流堰的液体能进入第二液体收集室。
5.如权利要求1所述的分离器，其特征在于，上述进液管道的位置与上述转动轴线在同一条轴线上。
6.如权利要求1所述的分离器，其特征在于，它还包括一根与第一液体通道和第二液体通道连通的空气管道。
7.如权利要求1所述的分离器，其特征在于，它还包括许多位于分离室内的沿径向布置的板。
8.如权利要求7所述的分离器，其特征在于，上述径向布置的板中的至少一部分是用亲脂性材料制成的。
9.如权利要求1所述的分离器，其特征在于，它还设置了一个混合室，用于接受从进液管道排出端流出的液体，并将该液体输送到分离室中去，上述混合室包括一堵固定的内壁，和一堵安装成能绕着转动轴线转动的外壁。
10.如权利要求1所述的分离器，其特征在于，上述分离室包括一堵从液体进口通道向第一和第二液体出口通道延伸的，径向向内倾斜的环形内壁，并且上述外壁具有从进口通道向第一和第二出口通道延伸的径向向外倾斜的斜度。
11.如权利要求1所述的分离器，其特征在于，上述分离室满足下列关系式rw=.937ro+.05rp+.008rp2ro]]>式中rw是从转动轴线到第二液体越过第二溢流堰时的表面的径向距离；ro是转动轴线到第一液体越过第一溢流堰时的表面的径向距离；rp是转动轴线到第一溢流堰和第二液体出口通道之间的界面的最外边部分的径向距离。
12.一种通过绕转动轴线旋转而把第一液体和第二液体分离开来的分离器，其中第一液体的比重小于第二液体，这种分离器包括一根具有接受端和排出端的进液管道；一个能绕着转动轴线转动的分离室，该分离室包括一条进口通道，一条第一液体出口通道，和一条第二液体出口通道，上述进口通道与进液管道的排出端连通，以便接受上述混合物；一道位于和分离室的第一液体出口通道相通的位置上的第一溢流堰，这道第一溢流堰有一圈上述第一液体能越过的脊部；上述第二液体出口通道有一个进口端和一个出口端，上述进口端与分离室在从第一溢流堰的脊部沿径向向外的位置上与分离室相通，上述第二液体出口通道向着转动轴线延伸，其出口端至少一部分由具有脊部的第二溢流堰形成，上述第二液体能越过该脊部，流出第二液体出口通道；一个位于从第二溢流堰的脊部沿径向向外的位置上的液体加压室，用于当第二液体流出第二液体出口通道，越过第二溢流堰时，接受该第二液体，上述液体加压室有一部分由具有脊部的出口溢流堰形成，第二液体能越过该脊部流出上述液体加压室；一个气体室，该气体室设置成与第二液体出口通道的出口端相通，并且沿径向向外延伸到液体加压室，上述气体室包括一条气体逸出通道，多余的气体可以通过这条通道从气体室逸出，使得能形成一道气体屏障，把气体室和液体加压室之间的液体位置维持在气体逸出通道的径向位置上；一条气体导入通道，气体通过这条通道导入上述气体室；用于把气流导入气体导入通道的装置；以及使分离室绕转动轴线旋转的转动装置。
13.如权利要求12所述的分离器，其特征在于，它还包括一个接受从进液管道的排出端流过来的液体的混合室，该混合室内有扰乱流动的构件，使通过混合室的液体形成紊流。
14.如权利要求13所述的分离器，其特征在于，上述混合室内扰乱流动的构件是与液体接触的构件，它的一个表面是用与液体中的一种有亲和力的材料制成的。
15.如权利要求15所述的分离器，其特征在于，上述接触构件是用亲脂性材料制成的。
16.如权利要求12所述的分离器，其特征在于，它还包括把一种液体添加剂导入进液管道的装置。
17.如权利要求12所述的分离器，其特征在于，上述分离室呈环形延伸于一个内表面和一个外表面之间，该内表面的有效半径不小于第一溢流堰的脊部的半径。
18.如权利要求12所述的分离器，其特征在于，第一、第二和出口溢流堰基本上环绕着转动轴线。
19.如权利要求12所述的分离器，其特征在于，它还包括许多均匀分布在分离室内的径向板。
20.如权利要求19所述的分离器，其特征在于，一部分径向板是用对于液体中的一种有亲和力的材料制成的。
21.如权利要求12所述的分离器，其特征在于，它还包括一条第一液体出口通道，用以接受越过第一溢流堰的脊部的第一液体，和一条第二液体出口通道，用以接受越过出口溢流堰的脊部的第二液体。
22.如权利要求21所述的分离器，其特征在于，上述第一液体出口通道和第二液体出口通道互相连通，使得第一液体出口通道中的空气压力大致保持与第二液体出口通道中的空气压力相等，同时又保持第一液体与第二液体分离。
23.如权利要求12所述的分离器，其特征在于，它还包括一个环绕着分离室的壳体，该壳体有一个第一和一个第二液体收集室，上述第一液体收集室设置成环绕着转动轴线，并且与第一溢流堰相通，使得越过第一溢流堰的液体能进入第一液体收集室，上述第二液体收集室也设置成环绕着转动轴线，并且与第二溢流堰相通，使得越过第二溢流堰的液体能进入第二液体收集室。
24.如权利要求23所述的分离器，其特征在于，上述第一液体收集室与第二液体收集室相通。
25.如权利要求24所述的分离器，其特征在于，上述壳体包括至少一条使上述第一和第二液体出口通道与大气相通的空气通道，用以使壳体内部的压力维持在大气压力。
26.如权利要求25所述的分离器，其特征在于，上述空气通道上有一个单向阀，用来防止第一或第二液体从壳体中排出。
27.如权利要求23所述的分离器，其特征在于，它还包括一根第一和一根第二液体出口管道，上述第一液体出口管道与第一液体收集室相通，并与其相切，上述第二液体出口管道与第二液体收集室相通，并与其相切。
28.如权利要求12所述的分离器，其特征在于，它还包括一块把气体室与液体加压室分开的径向隔板，这块径向隔板有一条边缘，从气体室流出来的气体可以绕过这条边缘流出气体室，这条边缘形成了气体逸出通道。
29.如权利要求12所述的分离器，其特征在于，上述径向隔板上有一个孔，而上述从气体室流出来的气体能绕过该边缘形成该径向隔板上的孔的一部分。
30.如权利要求29所述的分离器，其特征在于，上述在径向隔板上的孔可以作径向调节。
31.如权利要求30所述的分离器，其特征在于，上述径向隔板上有一条径向槽，和一块盖住上述径向槽的槽盖板，上述槽盖板安装成能径向移动，并且在上面形成一个孔，这个孔与径向槽的一部分对准，使得槽盖板沿径向移动时，也让那条从气体室流出的气体绕着它流出气体室的边缘沿着径向调整位置。
32.如权利要求12所述的分离器，其特征在于，它大致满足下列公式rb=ρwrx2-ρoro2ρw-ρo,]]>式中ro是从转动轴线到第一液体到达第一溢流堰的脊部时第一液体的表面的径向距离；ρw是第二液体的实际比重；ρo是第一液体的实际比重；rb是从转动轴线到第一液体和第二液体在分离室内的界面的径向距离；并且，式中的rx由下式给出rx2＝rm12＋rw22－ra2，式中rw1是从转动轴线到第二液体到达第二溢流堰的脊部时第二液体的表面的径向距离；rw2是从转动轴线到第二液体到达出口溢流堰的脊部时第二液体的表面的径向距离；ra是从转动轴线到从气体室来的气体能绕过它流出气体室的这条边缘的径向距离。
33.一种把混合物分离成它的组成部分的方法，这种混合物包括一种第一液体和一种第二液体，上述第一液体的粘度大于上述第二液体，该方法包括下列步骤把一种气体的许多气泡分散到上述液体混合物中，造成夹带气体的液体混合物；把夹带气体的液体混合物引入一个分离器，该分离器具有一个能绕着转动轴线转动的分离室，该分离室包括一条进口通道，一条第一液体出口通道，和一条第二液体出口通道；一道位于和分离室的第一液体出口通道相通的位置上的第一溢流堰；一道位于和分离室的第二液体出口通道相通的位置上的第二溢流堰；使分离室中的夹带气体的液体混合物绕转动轴线旋转，迫使第一液体和气体在分离室内沿径向向内迁移，同时使第二液体在分离室内沿径向向外迁移；让至少一部分气体和第一液体越过第一溢流堰流出分离室；让至少一部分第二液体越过第二溢流堰流出分离室。
34.如权利要求33所述的把包括第一液体和第二液体的混合物分离成它的组成部分的方法，其特征在于，上述分离器还有一根进液管道，并且上述把夹带气体的液体混合物引入分离器的步骤是把夹带气体的液体混合物引入上述进液管道。
35.如权利要求33所述的把包括第一液体和第二液体的混合物分离成它的组成部分的方法，其特征在于，上述把液体混合物中的气体分散成许多气泡，造成一种夹带气体的液体混合物的步骤，包括把一种气体喷射进液体混合物，并且在一个混合室内使该气体与液体混合物混合，该混合室内设有阻挡液流的构件，以使混合室内的液体产生紊流。
36.如权利要求33所述的把包括第一液体和第二液体的混合物分离成它的组成部分的方法，其特征在于，该方法还包括让一部分已经引入液体混合物的气体通过一条与越过第一溢流堰的第一液体的液流相通的空气通风道流出分离器。
37.一种通过绕转动中心轴线旋转而把第一液体和第二液体的混合物分离成其组成部分的分离器，其中第一液体的比重小于第二液体，这种分离器包括一根具有接受端和排出端的进液管道；一个能绕着转动轴线转动的分离室，该分离室包括一条进口通道，一条第一液体出口通道，和一条第二液体出口通道，上述进口通道与进液管道的排出端连通，以便接受上述混合物，上述第一和第二液体出口管道各有一个远离进口通道的进口；一道位于和分离室的第一液体出口通道相通的位置上的第一溢流堰，上述第一液体能越过第一溢流堰流出分离室，这道第一溢流堰有一个前面，一个背面，和一圈很尖的脊部，这圈尖的脊部基本上环绕着转动轴线；一道位于和分离室的第二液体出口通道相通的位置上的第二溢流堰，上述第二液体能越过第二溢流堰流出分离室；一条第一液体出口通道，该通道至少有一部分由第一溢流堰的背面形成，当第一液体越过第一溢流堰的脊部时，该通道用于接受上述第一液体；一条用于接受越过第二溢流堰的脊部的第二液体的第二液体出口通道，上述第一液体出口通道沿径向向着第二溢流堰和第二液体的出口通道的内部延伸，但却不使第一液体出口通道与第二液体的出口通道的路径交叉；以及使分离室绕着转动轴线转动的转动装置。
38.如权利要求37所述的分离器，其特征在于，上述第二溢流堰有一个前面，一个背面，和一圈很尖的脊部，这圈很尖的脊部基本上环绕着转动轴线。
39.如权利要求37所述的分离器，其特征在于，上述第一溢流堰的背面与转动轴线之间所成的角度大于或等于θ，其中的θ由下式得出Q=98Lhsinθυg′s,]]>式中g′s=ω2rgE,]]>式中Q是第一液体流过第一溢流堰的流量，以立升/秒计；L是第一溢流堰的长度，以厘米计；h是第一液体越过第一溢流堰的脊部的液流的高度，以厘米计；υ是第一液体的动力粘度，以厘沲计；gE是地心引力造成的加速度；r是第一溢流堰的脊部的半径；ω是分离室的角速度，以弧度/秒计。
40.如权利要求37所述的分离器，其特征在于，它还包括一个位于第二溢流堰的脊部径向外侧的液体加压室，用于接受流过第二溢流堰上方的出口通道的第二液体，该液体加压室有一道出口溢流堰，该出口溢流堰有一道脊部，上述第二液体能越过该脊部流出液体加压室；一个设置成与出口通道的出口端相通的气体室，该气体室沿径向向外延伸到液体加压室，上述气体室有一条气体逸出通道，多余的气体能从气体室通过这条气体逸出通道流入液体加压室；一条气体引入通道，气体能通过这条通道引入气体室；以及把气体流引入气体室的装置；上述第一溢流堰的背面还使第一液体出口通道沿径向向着液体加压室、气体引入通道和出口溢流堰延伸。
41.用离心力把一种混合物分离成其组成部分的装置，上述混合物具有不同比重的第一液体和第二液体两种不溶混的组成部分，该装置包括一根空心的基本上为长圆筒形的进液筒，该进液筒有一个敞开的，接受混合物的接受端，和一个敞开的排出端，混合物通过该排出端送入上述装置内；一个基本上与进液筒同轴线，并且围绕着该进液筒的能转动的转子，上述转子包括用于从进液筒接受混合物的接受装置，用于从接受装置接受混合物，并把混合物自动地分离成各种液体组成部分而不需要外部的控制和调整的分离装置，以及用于把从混合物分离出来的各种液体从转子中排出去的排出装置，上述转子还包括一堵环绕着进液筒的环形长外壁，该外壁的一条边缘在旋转的状态下与上述进液筒连接，并将其密封；用于使转子绕着进液筒转动的转动装置；以及一个围绕着转子，用于接受和收集从转子分离出来的液体的壳体。
42.如权利要求41所述的装置，其特征在于，上述分离装置包括一个长的环形分离室，上述进液筒接近该环形分离室的中心，上述分离室有一个环形进口端，用于从转子的接受装置输入混合物，一堵长的环形外壁，和一个环形的排出端，在该排出端设置了一道固定在中心壁上的第一溢流堰，该第一溢流堰沿径向向外，向着上述外壁延伸到较重液体通道的半径，然后从较重液体通道的半径沿径向向内延伸，并且在与内壁接触之前终止于一条环形边缘，在第一溢流堰和外壁之间形成一条较重液体的通道，并在第一溢流堰的边缘和内壁之间形成一条较轻液体的通道，并且还包括一条在接近溢流堰的弯曲处通过该溢流堰，通过较重液体的通道，以及通过外壁而形成的较轻液体的流道。
43.如权利要求42所述的装置，其特征在于，它还包括许多安装在分离室的内壁和外壁之间，基本上沿径向布置的，间巨很小的板。
44.如权利要求43所述的装置，其特征在于，上述混合物是油和水，而上述许多板是一种亲脂性材料制成的。
45.如权利要求42所述的装置，其特征在于，它还包括许多安装在分离室的内壁和外壁上，沿径向延伸到分离室内的叶片。
全文摘要
一种通过绕转动轴线转动而把比重较轻的第一液体从比重较重的第二液体中分离出来的分离器。该分离器包括一个能绕上述转动轴线转动的分离室。一道与分离室相通的第一溢流堰。一道第二液体能越过它流出分离室进入收集室的第二溢流堰。从第二溢流堰的脊部沿径向向外的液体加压室，接受越过第二溢流堰的第二液体。液体加压室的一部分由第二液体所越过的出口溢流堰形成。在第二溢流堰和出口溢流堰之间的通道上设有气体室，并包括一条气体逸出通道。
文档编号B04B1/10GK1134676SQ94194105
公开日1996年10月30日 申请日期1994年10月26日 优先权日1993年11月10日
发明者欧内斯特·E·罗杰斯, 凯文·E·科利尔 申请人:国际分离技术公司