水力旋流器的制作方法

专利名称：水力旋流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将液体和/或气体混合物分离成带有较高比重(specific mass)的一种或多种液体和/或气体的重馏分和带有较低 比重的一种或多种液体和/或气体的轻馏分的分离旋流器。本发明还涉 及将这种液体和/或气体的混合物分离成重馏分和轻馏分的分离。
技术背景这样的分离旋流器，也被称为水力旋流器，主要用于在石油工业 中分离油和水，但不排除其它。轻馏分，也被称为轻相，由油形成， 而重馏分，也被称为重相，由水形成。在已知类型的水力旋流器中， 液体和/或气体的混合物经由切向入口引导至旋流器内。由于切向入口 的作用，进入的混合物设定成旋转。由于轻馏分和重馏分之间存在比 重差，轻相将位移至旋流器中间的中心区域，而重馏分在离心力的作 用下位移至靠近旋流管内表面的周边区域。设置有排出通道(也被称 为"溢流管(vortexfinder)")的流动主体可以放置在旋流器的中间。在逆流水力旋流器中，轻馏分改变方向，并经由所述排出通道朝 轻相流出方向排出，随后从流出口排出。排出轻相的一侧也被称为上 溢侧或排泄侧。重相留在旋流管与入口相对的一侧，该侧也被称为下 溢侧。原则上只希望轻相留在旋流器上溢侧上。而实际的情况是，为 了实现旋流器的稳定运行，除了轻馏分之外，大量不必要的重馏分也 留在旋流器上溢侧上。在另一种类型的旋流器(也被称为轴流水力旋流器)中，进入的 混合物轴向供给而非切向供给，混合物通过旋流元件设定成旋转。旋 流元件包括一个或多个静止的弯曲导向翅片，这些翅片将沿着它们流 动的混合物设定成旋转。这样的轴流水力旋流器具有下列好处，即， 整个旋流器中存在较低的压降和更均匀的旋转流型，由此在轻馏分和重馏分之间可以实现更加稳定的分界面。此外，轴流水力旋流器可以 构造成更小的总长度。在两种类型的旋流器中，在上溢侧和下溢侧设有阀，通过这些阀， 可以控制各侧的压力。通过调节这些阀，可以根据需要调节轻馏分所 在的上述中心区域与重馏分所在的周边区域之间的分界面位置。但是，这两种水力旋流器的缺陷在于，已经发现为了能够合理地分离轻馏分(通常为油)，20到50倍轻馏分体积的重馏分必须离开 上溢出口。在轴向旋流器中，比如，轻馏分相对于重馏分的体积百分 比约为2%，在切向旋流器中，该比例约为4%。这意味着，所分离的 轻馏分仍然很大程度地与重馏分混合，这在分离效率方面当然是不希 望的。从文件US 6 024 874中已知一种旋流器，其设置有用于将进入的 混合物设定成旋转的切向入口 。这使混合物分离成轻馏分和重馏分。 一种馏分经由设置在流动主体中的排出通道和出口排出，所述流动主 体布置在旋流器中心，而另一种馏分经由相对的出口排出。排出通道 设置有横截面沿流动方向减小的通道部分。但是，这种已知的旋流器 不具有可以调节轻馏分排出侧和重馏分排出侧的压力以及轻馏分区域 与重馏分区域之间的分界面位置的阀。因此，这种已知的旋流器的分 离不稳定，分离效率受到限制。 发明内容本发明的一个目的是提供可以实现较高的分离效率的分离旋流 器、方法和组件。本发明的又一个目的是提供一种分离旋流器、方法和组件，由此， 在从液体和/或气体的混合物分离轻相期间，能够减少轻馏分夹带的重 馏分的需求量。本发明的又一个目的是提供可以更加稳定地执行分离的分离旋流 器、方法和组件。为了实现所述目的中的至少一个，依照本发明的第一方面，提供 一种用于将液体和/或气体混合物分离成有较高比重的一种或多种液体和/或气体的重馏分和有较低比重的一种或多种液体和/或气体的轻馏分的分离旋流器，所述旋流器包括-旋流管，其中限定了流动空间，其中旋流管设置有用于进给至少 两种不同液体和/或气体的混合物的入口 、用于排出从混合物中分离的 重馏分的重馏分出口和用于排出从混合物中分离的轻馏分的轻馏分出 o ;-用于使混合物旋转的旋转发生单元；-基本上同心地布置在旋流管中的流动主体，在该主体中设置有连 接于轻馏分排出口的轻馏分排出通道，其中排出通道具有在流动方向 上沿着排出通道长度的至少一部分大体上减小的横截面；-连接于重馏分出口 、用于调节被排出的重馏分的流量的第一压力 控制元件；-连接于轻馏分出口 、用于调节被排出的轻馏分的流量的第二压力 控制元件；-用于控制第一和第二压力控制元件的控制装置；其中控制装置适于在使用期间使重馏分与轻馏分之间的分界面接 触排出通道的内侧。通过提供至少部分地带有沿流动方向减小的横截面的、用于轻馏 分的排出通道，已经证明可以排出更多的带有少量夹带重馏分的轻馏 分，其中也维持了、甚至改善了分离旋流器的稳定性。为了调节流速， 从而调节要排出的重馏分和轻馏分各自的压力，该装置包括连接于重 馏分出口的第一压力控制元件和连接于轻馏分出口的第二压力控制元 件。所希望的流速以及上溢侧和下溢侧的压力可以通过正确调节各个 压力控制元件而设定。两个压力控制元件的调节直接对重馏分与轻馏 分之间的分界面产生影响，从而对旋流器的分离性能产生影响。设置控制装置，例如电子电路，为了控制压力控制元件，通过该 控制装置可以调节设置在相应出口中的两个控制阀，以便可以实现上 述所希望的压差比。在本发明的一优选实施例中，所述通道部分具有沿流动方向大致均匀地减小的横截面，例如大体上圆锥形的形状。在这个实施例中， 可以简单地使轻馏分与重馏分之间的分界面定位在流动空间，使之接 触排出通道的内侧。已经发现，如果该分界面接触排出通道的内侧， 几乎可以移除所有的重馏分，只有极少量的轻馏分仍然被夹带进入排 出通道，并沿着该通道被排出。这对于旋流器的分离效率具有很大的 积极效果。依照另一个优选实施例，所述通道具有沿流动方向逐渐减小的横 截面。依照另 一个优选实施例，所述通道具有沿流动方向递减地减小的 横截面。依照进一步的优选实施例，所述通道部分靠近排出通道的流入孔 设置，或者更优选地，连接到排出通道的流入孔上。这使得能够简单、 精确地调节轻馏分与重馏分之间的分界面在排出通道内部的接触点， 从而调节旋流器的分离效率。依照所确定的优选实施例，旋转发生单元包括一个或多个导向翅 片，沿着所述导向翅片可以引导流入的混合物。在许多情况下，导向 翅片安装在旋流管的内表面与在旋流管的中心布置的流动元件之间。 这种导向翅片形成也被称作漩流元件的一部分，所述导向翅片将进入 的混合物设定成旋转，该混合物优选经由入口轴向地流入旋流器内-但不排除上述的情况，这样，在导向翅片的下游建立外部区域和内部 区域，重馏分基本上位于所述外部区域中，轻馏分基本上位于所述内 部区域中。做为选择，或除导向翅片之外，旋转发生单元还可以包括 切向入口元件。在这个实施例中，进入的混合物净皮切向进给，设定成 旋转。在该实施例中，旋转发生单元的下游也限定了外部区域和内部 区域，重馏分基本上位于所述外部区域中，轻馏分基本上位于所述内 部区域中。在优选类型的分流旋流器、也被称作逆流旋流器中，大体上同心 地设置在流动空间中的流动元件与其中设置有排出通道的上述流动主 体一体形成，所述流动元件中设置有旋转发生单元。 一旦液体(或气体)已经通过流动元件的旋转发生单元设定成旋转，轻馏分就通过同 一流动元件(流动主体)排出。轻馏分因而回返，而重馏分继续行进。 该实施例的优点是，可以以极其紧凑的形式给出该旋流器。然而，依照另一个优选实施例，可以逐一地实施设置有导向翅片的 流动元件和设置有排出通道的流动主体，其中流动主体设置在离开流 动元件一段距离处的下游。这样的旋流器也被称作轴流旋流器。在这 个实施例中，重馏分和轻馏分都被轴向地排出，并且基本上不会逆着 运动方向，其中后一馏分经由设置在流动主体下游的排出通道排出。 在这个实施例中，优选可以在旋流器内侧与流动主体外侧之间限定一 通道，该通道连接于重馏分出口。该通道能够使得重馏分排出，同时 无须调节重馏分的传送方向。在进一步的优选实施例中，在所述通道中设置有旋转减少单元， 用于减少沿所述通道流动的重馏分的旋转，这引起旋流器压降的减小。 这种压力回收在多数情况下是不必要的，可以省去旋转减少单元。依照进一步的优选实施例，在用于排出轻馏分的排出通道中设置 有一个或多个用于减少沿其流动的轻馏分的旋转的旋转减少单元。这 种压力回收在多数情况下是不必要的，可以省去旋转减少单元。依照进一步的优选实施例，分离旋流器包括一细长元件，优选为 一杆，其布置在第一和第二流动主体之间，并相对于排出通道同心地 延伸，以便稳定旋转的轻馏分。轻馏分流动的稳定导致在轻馏分与重 馏分之间产生规则的分界面，这样，可以更容易地调节上述分界面在 排出通道中的接触点。这可以在减少夹带的重馏分的量的同时实现更 好的分离效果。依照进一步的优选实施例，细长元件延伸至排出通道内，优选延 伸到所述通道部分之外的位置处，这进一步提高了旋流器的稳定性， 尤其是在气体-液体的情形下。依照进一步的优选实施例，排出通道贯穿流动主体延伸，并贯穿 设置在流动主体上的导向翅片中的至少一个，这样可以获得极其紧凑 的旋流器。在另一个优选实施例中，旋流器包括两个依次联接的分离旋流器， 其中，从第 一分离旋流器中分离的重馏分被送入第二分离旋流器中， 以便进一步分离成重馏分和轻馏分。这里的第二旋流器优选为排出通 道贯穿导向翅片的类型，以便能够排出轻馏分。依照本发明的另一个方面，提供了一种用于将液体和/或气体混合 物分离成有较高比重的一种或多种液体和/或气体的重馏分和有较低比重的一种或多种液体和/或气体的轻馏分的方法，该方法包括-将待分离的混合物经由 一入口引导通过在旋流管中限定的流动 空间；-使流过流动空间的混合物产生旋转，以便将混合物分离成重馏分 和轻馏分；-将重馏分导向重馏分出口；-将轻馏分引导通过大体上同心地布置在旋流管中的流动主体内 的排出通道，这样，使重馏分与轻馏分之间的分界面接触排出通道的 内侧。当旋流器的排出通道具有在排出通道的至少一部分长度上沿着流 动方向大体上减小的横截面时，将轻馏分导入排出通道的步骤优选包在此所述类型的分离旋流器优选适用于在此限定的方法中。 最后，依照本发明的另一个方面，还提供了一种组件，其包括分 离容器，所述分离容器设置有用于将分离容器的内部空间细分成进入 室、重馏分室和轻馏分室的分隔壁，其中分离容器设置有用于供给待 分离的混合物至进入室的入口元件、用于从轻馏分室排出轻馏分的轻 馏分出口元件和用于从重馏分室排出重馏分的重馏分出口元件，其中 布置在两个分隔壁上的若干依照本发明在此所述类型的分离旋流器设 置在分离容器中，以及其中每个分离旋流器布置成其入口在进入室 中，轻馏分出口在轻馏分室中，重馏分出口在重馏分室中。进一步可以发现，当待分离的混合物首先被引导通过轴流式旋流器并随后被引导通过逆流式旋流器时，可以实现特别好的分离效果。 依照本发明的另一个方面，提供了一种用于将液体和/或气体混合物分 离成有较高比重的一种或多种液体和/或气体的重馏分和有较低比重 的一种或多种液体和/或气体的轻馏分的分离旋流器，所述旋流器包括-旋流管，其中限定了流动空间，其中旋流管设置有用于进给至少 两种不同液体和/或气体的混合物的入口 、用于排出从混合物中分离的 重馏分的重馏分出口、用于排出从混合物中分离的第一部分轻馏分的 第一轻馏分出口和用于排出从混合物中分离的第二部分轻馏分的第二 轻馏分出口；-第一流动元件，其设置有一个或多个用于使进入的混合物旋转的 导向翅片；-基本上同心地布置在旋流管中的第一流动主体，其中设置有连接 于第一轻馏分出口的轻馏分排出通道；-第二流动主体，所述第二流动主体设置有一个或多个导向翅片， 并大体上同心地布置在旋流管中，重馏分被沿着所述导向翅片引导， 其中，在第二流动主体中以及至少一个导向翅片中设置有排出通道， 用于将从供给的重馏分中分离的轻馏分排出到第二轻馏分出口。利用 该分离装置，可以实现特别好的分离效果。此外，该装置的构造可以 相当紧凑，因为用于第二轻馏分的排出通道布置在流动主体中，其次 也布置在导向翅片本身中。在流动元件和/或流动主体中的排出通道优选为在此所述的横截 面沿着排出通道的至少一部分长度大体上减小的类型。但这不是必需 的。利用设置有一个或多个"直的，，排出通道的分离装置，也可以获 得很好的分离效果。依照优选实施例，第一轻馏分排出通道的流入嘴位于第一流动主 体的上游，第二轻馏分排出通道的流入嘴位于第二流动主体的下游， 这样，旋流器改善分离效率的同时具有紧凑的结构。


根据下面若干优选实施例的描述，本发明进一步的优点、特征和细节将变得更加明了。在描述时参照附图，其中 图1显示了已知水力旋流器的纵剖面； 图2显示了本发明第一实施例的透视图，其在纵向被剖开； 图3显示了第一实施例的纵剖面；图4显示了本发明第二实施例的透视图，其在纵向被剖开； 图5显示了第二实施例的横截面；图6A显示了依照本发明的组件的优选实施例的透视图，其在纵 向,皮剖开；图6B是图5中所示的组件的其中一个分离旋流器的放大图； 图7显示了本发明第四实施例的纵剖面； 图8显示了本发明第五实施例的纵剖面；图9显示了依照本发明另一优选实施例的带有排出通道的流动主 体的纵剖面；图10是依照本发明又一个优选实施例的带有排出通道的流动主 体的纵剖面；图11和12显示了本发明另一优选实施例透视中的局部剖视图；和图13显示了分离容器透视中的局部剖视图，其中设置有若干个依 照图11-13中的优选实施例的旋流器。
具体实施方式
在切向或轴向类型的水力旋流器中，进入旋流器空间的混合物分 别通过切向入口元件和漩流元件设定成旋转。由于轻相(即例如油) 与重相(即在该例子中为水)之间存在比重差，油被输送至旋流器中 心。图1显示了现有技术中逆流水力旋流器的一个例子，其中轻馏分 的旋转芯、即油层，经由流动主体中的排出通道被排出，而旋流器外 部区域中的旋转混合物、即水，经由出水口被排出。在逆流类型的水 力旋流器中，油与不需要的大量水一起沿上溢出口方向被排出，而清洁水沿相反方向被运送至下溢出口。所以，在旋流器的流动空间中存 在油和水具有相反方向的水/油分界面。图l显示了具有不同油/水分界面位置的三种情形。在第一种情形(A)，油大体上所在的区域由接触旋流器流动主体外侧的分界面界 定。在这种情形下，只有一部分油经由流动主体中的排出通道被排出， 而其余的油则进入出水口。出水口因而被大量油污染，这是不希望的。 在第二种情形(B)，分界面2沿排出通道的长度方向延伸，所以不 会接触流动主体。虽然在这种情形下全部的油都从出油口排出，但是 出油口仍然还包括大量的水，这降低了旋流器的分离效率。在实践中 已经发现，精确调节分界面使得只有油经由排出通道排出而只有极少 量的油进入出水口，这是困难的，甚至是不可能的。而且已经发现，不稳定性存在的原因是所谓的Kelvin-Helmholz 现象。如果存在两种不同类型的液体的移动层，这个层可能由于两个 层之间的比重差和速度差以及其它因素而变得不稳定。如果这些差别 太大， 一种液体的液滴可能会进入另一种液体的流动中，由此更大程 度地失去分界面的稳定性。对于水力旋流器，这意味着，部分已经被 分离的油进入水，并从出水口 (在下溢侧上)离开旋流器。这实际上 意味着旋流器分离效率的降低。因为在上述已知的水力旋流器中，除 了第二种情形(B)中的油之外，大量水也被夹带至出油口，所以， 由于这种大容积流量，在旋流器的流动空间中出现较高的速度，由此， 上溢和下溢之间可能存在较大的速度差。这导致上述的Kelvin Helmholz不稳定性，导致旋流器分离性能的不稳定。图2和3显示了依照本发明的旋流器1的第一优选实施例。旋流 器1包括旋流管2,在所示的实施例中，所述旋流管2由横截面朝着 右外端减小的较窄旋流管部分3、较宽旋流管部分4以及旋流管部分4 与旋流管部分3之间的中间部分5构成。流动元件6布置在由宽旋流 管部分4包围的内部空间7中。在所示的实施例中，流动元件具有圓 形横截面，不过不一定必须这样。 一个导向翅片8或多个导向翅片布 置在流动元件上以及旋流管部分4的内侧。导向翅片8由弯曲的板构成，这样，经由入口 IO进入的待分离的液体混合物(Pj沿着导向翅 片8被引导，从而设定成旋转(P2)。由于这种旋转，较重的液体(在 油水分离器例子中为水)在离心力的作用下被导向毗临旋流管2内侧 的外部区域，而较轻的液体(在所述例子中为油)大体上被引导至旋 流管中心。油与水之间的分界面(G)如图3所示。在出水口ll的位 置或它的下游以及在出油口 15的位置或它的下游设置有压力控制单 元(未显示)，通过压力控制单元，可以分别调节下溢和上溢的局部 速度，因而可以调节下溢和上溢的压力。压力控制单元从而设定了油 水分界面的位置。经由设置在流动主体6中的排出通道12，油从入口孔9被输送至 出口孔15(Ps， P6)。位于旋流管2内侧的外部区域中的轻馏分在旋转的同时(P3)沿着重相出口 11的方向被引导，并从出口 11排出(P4)。如图2和3所示，流动主体6中用于排出轻馏分的排出通道12 设置有大体上直的部分14和大体上圆锥形的部分30。圆锥形部分13 从排出通道的进给孔9伸出，并具有沿着流动方向(P6)减小的直径。 于是，可以通过操作上述压力控制单元来以简单的方式调节轻馏分与 重馏分之间的分界面(G)的位置，使得分界面接触所述圆锥形部分 30中的排出通道12。由于圆锥形状，不管怎么说大大减少了危险，即， 分界面将与排出通道12平行，因而不会接触其内侧，这样重馏分(水) 会夹带有轻馏分(油)的风险。因为可以以简单、有效的方式调节分 界面使之在任意点接触排出通道12，所以，可以防止轻馏分(例如油) 进入下溢出口 11，或者可以防止重馏分(例如水)大量地进入上溢出 口 15。图4和5显示了依照本发明的第二优选实施例。在这些图中，同 样的附图标记表示与第一优选实施例基本上相同或类似的部件。进入 的混合物经由一个或多个切向入口 16被引导(P7)至一端由端壁17 封闭的旋流管中，而不是待分离的混合物经由入口 IO轴向进给并随后 通过沿一个或多个静止导向翅片8进行引导而使流入的混合物设定成 旋转。与旋流管2的弯曲内表面结合，入口孑L 16形成切向入口元件，通过该切向入口元件，进入的液体混合物被，设定成旋转。 一旦液体混 合物已经被设定成旋转，就进行类似于上述的工序。混合物的较重馏分(例如水)被驱动至靠近旋流管2内侧的外部区域，而混合物的较 轻馏分(油)达到中心区域。由于排出通道的圆锥形部分，在该实施 例中也易于使用上述压力控制单元，使重馏分与轻馏分之间的分界面 (G)接触排出通道12的圆锥形部分13的内表面，这样，不但所有 的轻馏分都从轻馏分出口 15排出，而且没有重馏分或者几乎没有重馏 分经由同一轻馏分出口 15排出。图6A和6B显示了依照本发明的第三优选实施例。在这个实施例 中，若干在此所述类型的大体上平行的旋流器25布置在水平(或倾斜 或竖直)设置的分离容器20中。分离容器20设置有第一连接短管 (stub) 21，待分离的混合物经由所述第一连接短管21供给(PM)。 分离容器20还设置有轻馏分出口短管22，轻馏分沿着所述轻馏分出 口短管22排出(Pl)。最后，在分离容器20的右手侧设置有用于排 出重馏分(Ph)的重馏分排出短管23。连接短管22设置有相应的压 力控制单元30、 31，通过所述压力控制单元30、 31，可以调节沿其流 动的混合物的流量(每单位时间的体积)。压力控制单元30、 31由例 如放置在管道中的调节阀构成，由此，每单位时间更多或更少的液体 可以流过受阀位置影响的相关管道。通过设定每个控制单元30、 31, 可以根据需要调节上溢出口 22与下溢出口 23之间分配的流量，例如 如此可以产生特定的压差比(DPR)。在容器20中可以分出三个室，其中旋流器25布置在第一分隔壁 23和第二分隔壁24中。进入室I限定在第一分隔壁23与第二分隔壁 24之间，而重馏分出口室(HI)限定在第二分隔壁24的右手侧，轻 馏分出口室(II )限定在第一分隔壁23的左手侧。旋流器25延伸到 分隔壁23、 24之外，这使得经由入口 21进入的液体只能经由一个或多个旋流器25到达两个出口室n、 m。在所示的实施例中，旋流器25具体表现为图4和图5中所示的实施例的形式，其设置有切向入口 和排出通道12的圆锥形部分13，正如图6B的放大图中更详细所示的。经由入口 21进入的待分离的混合物经由每个切向入口孔16进入旋流 器25(P》，然后以上述方式在重馏分和轻馏分之间进行分离。轻馏 分经由排出通道12排出，并进入轻馏分流出室II。重馏分在第二分隔
壁24的方向上继续前进，最终进入(p9)重馏分出口室m。在所示的
实施例中，可以带有单个用于上溢出口 22的压力控制单元34以及带 有单个用于下溢出口单元的压力控制单元31就足够了。在如上所述以 及下文将要描述的其它实施例中，每个分离旋流器都可以设置它自己 的上溢控制单元。
图7显示了本发明的第三实施例。在该优选实施例中，同样的附 图标记表示与上述实施例基本上相同或类似的部件。在旋流管31中， 待分离的混合物沿轴向供给(Pm),并借助于设置在流动元件32上 的一个或多个漩流元件34被设定成旋转。被设定成旋转(Pn)的混 合物进入流动空间43。流动空间43形成任意形状的通道，例如圆柱 形、发散、收敛或发散和收敛的组合。在所示的实施例中，通过在旋 流管31中布置另一流动元件35，可以提供首先收敛、然后发散的形 式。在所供给的混合物的旋转的作用下，重馏分被向外抛出，进入靠 近旋流管31内壁的外部区域中。重馏分经由环形排出通道44沿重馏 分出口方向排出(P12)。在所示的实施例中， 一个或多个防漩流元件 39布置在排出通道44中，所述防漩流元件39优选包括一个或多个导 向翅片。这些导向翅片具有在流动方向上使得沿其流动的混合物的旋 转角度减小以便恢复一定大小的压力的方式减小的曲率。在上述实施
例被排出，同时不使输送方向反向。轻馏分进入在旋流管31中心布置 的流动主体36的轻馏分排出通道37。排出管37设置有圓锥形部分38， 这样，以类似于上述的方式，重馏分与轻馏分之间的分界面可以简单 地接触圆锥形部分38的内表面，以便排出全部的或者几乎全部的轻馏 分，而没有重馏分或者几乎没有重馏分被夹带并经由轻馏分排出通道 37被排出(P13)。
图8显示了另一优选实施例，其基本上类似于图6A中所示的实施例。所以，在此省略与图6A实施例一致的该实施例的操作的进一 步解释。在图8所示的实施例中， 一中心杆40被固定到流动元件32 的圆锥形外端33上。在所示的实施例中，该杆平行于旋流管以及设置 在流动主体36中的排出通道37延伸。通过在旋流管中心布置杆40, 轻馏分在排出通道37的方向上的旋转运动变得更加稳定，这提高了旋 流器的分离效率。
在所示的实施例中，杆40布置在一段距离L上(图7)，该距离
在的区域之外。在另一个实施例(未显示)中，中心杆40延伸-较短， 例如只延伸到排出通道37的嘴9之前的位置。在两种情形下，中心杆 40都提供了轻相在排出通道37的方向上以及通过排出通道37更加稳 定的输送。
在本发明的上述优选实施例中，轻馏分的排出通道具体表现为带 有沿流动方向(例如P6)减小的横截面，其中排出通道12设置有圆 锥形部分13。但是，横截面减小的排出通道部分不一定必须是锥形形 状，也不一定必须具有恒定减小的横截面。
在图9中显示了一个实施例，其中排出通道12的弯曲部分46具 有从排出通道的流入嘴49增大的曲率。在该实施例中也可以实现本发 明的优点。
图10显示了另 一个优选实施例，其中沿流动方向限定了减小的直 径的排出通道12的部分44提供了一通道部分，其中曲率沿输送方向 (P6)减小。在该实施例中也可以实现本发明的优点。
图11和12显示了本发明另一优选实施例。在这个实施例中，依 次放置两个轴向旋流器，这样，进行两级分离。在两级旋流器50的第 一级，轴流类型的第 一旋流器47提供所供给的混合物的第 一次分离， 而在第二级，逆流类型的第二旋流器48对混合物进行进一步分离。混 合物流入第一旋流器47(P，s)，然后以类似于图7所示的实施例的方 式，经由布置在流动元件51上的导向翅片52被设定成旋转。
第一旋流器47是轴流类型，这意味着，旋转的轻馏分经由设置在流动主体53中的排出通道排出，流动主体53设置在流动元件51下游。 重馏分经由旋流器的外壳55与流动主体53之间的流动空间被排出。 流动主体53利用直立凸缘56联接于旋流器的外壳55。在凸缘56中 设置有圆形孔57，所供给的重馏分沿着所述圆形孔57被导向第二旋 流器48的方向(P16)。如上所述，轻馏分经由排出通道54排出(P17), 其中显示了流入嘴58和流出嘴59。排出通道54因而形成为使得轻馏 分在内部偏转并可以经由流出孔59侧向离开旋流器。
经由孔57流走的重馏分进入第二旋流器48的流动空间(P17)。 第二旋流器48是逆流类型，其中与图2中所示的实施例一样，轻馏分 的流动方向反向。旋流器48包括一体的流动主体/流动元件61,在所 述一体的流动主体/流动元件61上布置有导向翅片62，并且在一体的 流动主体/流动元件61中设置有排出通道64。这些导向翅片将来自第 一旋流器47的重馏分设定成旋转，由此，所供给的重馏分再次被分离 成较轻馏分和较重馏分。正如上面所述的，第二旋流器48是逆流类型， 所以，重馏分继续前进至第二旋流器的外端(P18),而轻馏分经由设 置在流动元件61中的排出通道64被排出。排出通道64在此具体表现 为，在流动主体61中延伸，然后穿过一个或多个导向翅片62。在导 向翅片62中延伸的排出通道的部分65显示在附图中。排出通道64 设置有流出孔69，被分离的轻馏分沿着所述流出孔69离开旋流器52。 图13显示了构造类似于图6A所述的分离容器的实施例。在这个 实施例中，若干两级旋流器50布置在分离容器70中。分离容器设置 有三个壁71、 72和73，这三个壁71、 72和73分别联接于双级旋流 器50的联接部分74、 75和76。分离容器因而被分成第一室I 、第二 室II、第二室m和第四室IV。分离的混合物经由混合进料装置75供给 (P2。)。因为在高压下供给混合物，混合物进入第一室I，并遍布布 置在分离容器70中的旋流器50。从第一旋流器51中分离出来的轻馏 分(例如油)经由流出孔59排出，并进入第二室II。经由第二旋流器 62分离出来的轻馏分经由排出通道64的流出孔69进入第三室m。剩 余的重馏分(例如水)进入第四室IV，然后经由出口 76排出。在第二室II和第三室m中的轻馏分经由相应的轻馏分出口 77和78被排出。
例如，假定水中含20%油的混合物被供给到第一室I ，这些油的 一部分则在第一轴流分离旋流器51中被分离。该部分进入第二室II。 此刻仅包括大约0.1 %油的剩余混合物则在逆流类型的第二旋流器中
被分离。分离出来的油进入第三室m，而此刻仅包括大约0.1%油的剩
余混合物进入第四室IV。在实际的情况下，经由第四室IV的出口 76 流出的带有少量轻馏分的重馏分混合物也被引导通过另一外部水力旋 流器。就水/油分离器来说，这意味着，最终形成的水具有可以直接排 放到地表水而不会影响环境的纯度。
虽然第一和第二分离旋流器47、48具有带有减小横截面部分的排 出通道54、 64,但是，还可以设想两个排出通道具有另一种形式、例 如恒定(例如圆柱形)横截面的实施例。然而建议其中一个或两个排 出通道具有基本上减小横截面的通道部分的实施例。
本发明是基于进入的混合物为两种液体、即油和水的混合物的例 子的描述进行阐述的。对本领域技术人员来说，显而易见，本发明还 可以用于一种或多种液体的任意其它混合物、 一种或多种气体的混合 物或气体混合物。
本发明不局限于这里所述的优选实施例。所要求保护的权利更适 于由下列权利要求进行限定，在权利要求的范围内可以设想许多实施 例。
权利要求
1.用于将液体和/或气体混合物分离成有较高比重的一种或多种液体和/或气体的重馏分和有较低比重的一种或多种液体和/或气体的轻馏分的分离旋流器，所述旋流器包括-旋流管，其中限定了流动空间，其中旋流管设置有用于进给至少两种不同液体和/或气体的混合物的入口、用于排出从混合物中分离的重馏分的重馏分出口和用于排出从混合物中分离的轻馏分的轻馏分出口；-用于使混合物旋转的旋转发生单元；-基本上同心地布置在旋流管中的流动主体，在该流动主体中设置有与轻馏分排出相关的轻馏分排出通道，其中所述排出通道具有在流动方向上沿着所述排出通道长度的至少一部分大体上减小的横截面；其特征在于，-连接于重馏分出口、用于调节要被排出的重馏分的流量的第一压力控制元件；-连接于轻馏分出口、用于调节要被排出的轻馏分的流量的第二压力控制元件；-用于控制第一和第二压力控制元件的控制装置；其中控制装置适于在使用期间使重馏分与轻馏分之间的分界面接触所述排出通道的内侧。
2. 如权利要求1所述的分离旋流器，其中，控制装置适于在使用 期间使所述分界面接触所述排出通道的所述部分的内侧。
3. 如权利要求1所述的分离旋流器，其中，所述通道部分具有沿 流动方向大致均匀地减小的横截面。
4. 如权利要求3所述的分离旋流器，其中，所述通道部分具有大 体上圆锥形的形状。
5. 如权利要求1所述的分离旋流器，其中，所述通道部分具有沿 流动方向逐渐减小的横截面。
6. 如权利要求1所述的分离旋流器，其中，所述通道部分具有沿 流动方向逐渐减小的横截面。
7. 如前述权利要求任一所述的分离旋流器，其中，所述通道部分 靠近所述排出通道的流入孔设置。
8. 如权利要求7所述的分离旋流器，其中，所述通道部分连接到 所述排出通道的流入孔上。
9. 如前述权利要求任一所述的分离旋流器，其中，旋转发生单元 包括一个或多个导向翅片，沿着所述导向翅片可以引导流入的混合物。
10. 如权利要求l-8任一所述的分离旋流器，其中，所述旋转发生 单元包括切向入口元件。
11. 如权利要求10所述的分离旋流器，其中，旋转发生单元包括 大体上同心地设置在流动空间中的一流动元件和一个或多个布置在旋 流管与所述流动元件之间的导向翅片。
12. 如权利要求11所述的分离旋流器，其中，所述流动主体和流 动元件一体形成。
13. 如权利要求12所述的分离旋流器，其中，所述流动主体设置 在流动空间中相对于流动元件下游的一定距离处。
14. 如前述权利要求任一所述的分离旋流器，其中， 一连接于重馏 分出口的流道限定在旋流管的内侧与流动主体的外侧之间。
15. 如权利要求14所述的分离旋流器，其中，在所述通道中设置 有一个或多个用于减小沿所述通道流动的重馏分的旋转的旋转减少单 元。
16. 如前述权利要求任一所述的分离旋流器，其中，在所述排出通 道中设置有一个或多个用于减少沿所述排出通道流动的轻馏分的旋转 的旋转减少单元。
17. 如权利要求13所述的分离旋流器，包括一细长元件，优选为 杆，该细长元件布置在第一和第二流动主体之间，并相对于所述排出 通道同心地延伸，以便稳定旋转的轻馏分。
18. 如权利要求17所述的分离旋流器，其中，所述细长元件延伸至排出通道内，优选地延伸到所述通道部分之外的位置处。
19. 如前述权利要求任一所述的分离旋流器，该分离旋流器适于将 进入的混合物分离成基本上含水的重馏分和基本上含油的轻馏分。
20. 如前述权利要求任一所述的分离旋流器，其中，所述流动元件具有基本上圆锥形状的外端。
21. 如前述权利要求任一所述的分离旋流器，其中，轻馏分排出通 道形成为使重馏分与轻馏分之间的分界面接触该轻馏分排出通道的内 侧。
22. 如前述权利要求任一所述的分离旋流器，其中，所述排出通道 贯穿所述流动主体延伸，并贯穿设置在流动主体上的导向翅片中的至 少一个。
23. 如前述权利要求任一所述的分离旋流器，包括两个依次联接的 分离旋流器，其中从第一分离旋流器中分离的重馏分被送入第二分离 旋流器中，以便进一步分离成重馏分和轻馏分。
24. 用于将液体和/或气体混合物分离成有较高比重的一种或多种 液体和/或气体的重馏分和有较低比重的一种或多种液体和/或气体的 轻馏分的分离旋流器，所述旋流器包括-旋流管，其中限定了流动空间，其中旋流管设置有用于进给至少 两种不同液体和/或气体的混合物的入口 、用于排出从混合物中分离的 重馏分的重馏分出口、用于排出从混合物中分离的第一部分轻馏分的 第一轻馏分出口和用于排出从混合物中分离的第二部分轻馏分的第二 轻馏分出口；曙第一流动元件，第一流动元件设置有一个或多个用于使进入的混 合物旋转的导向翅片；-基本上同心地布置在旋流管中的第一流动主体，在该第一流动主 体中设置有连接于第一轻馏分出口的轻馏分排出通道；-第二流动主体，所述第二流动主体设置有一个或多个导向翅片， 并大体上同心地布置在旋流管中，重馏分被沿着所述第二流动主体引 导，其中在第二流动主体中以及至少一个导向翅片中设置有一排出通道，用于将从供给的重馏分中分离的轻馏分排出到第二轻馏分出口。
25. 如权利要求24所述的分离旋流器，其中，第一轻馏分排出通 道的流入嘴位于第一流动主体的上游，第二轻馏分排出通道的流入嘴 位于第二流动主体的下游。
26. 如权利要求24或25所述的分离旋流器，其中，第一流动主体 联接于第二流动主体。
27. 如权利要求24或25所述的分离旋流器，其中，第一流动主体 与第二流动主体一体形成。
28. 如权利要求24-27所述的分离旋流器，其中，包括两个依次布 置的如权利要求1-23任一所述的分离旋流器。
29. —种用于将液体和/或气体混合物分离成有较高比重的一种或 多种液体和/或气体的重馏分和有较低比重的一种或多种液体和/或气 体的轻馏分的方法，该方法包括-将待分离的混合物经由 一入口引导通过在旋流管中限定的流动 空间；-使流过流动空间的混合物产生旋转，以便将混合物分离成重馏分 和轻馏分；-将重馏分导向重馏分出口； 其特征在于，-将轻馏分引导通过大体上同心地布置在旋流管中的流动主体内 的排出通道，从而使重馏分与轻馏分之间的分界面接触轻馏分排出通 道的内侧。
30. 如权利要求29所述的方法，其中，所述排出通道具有在排出 通道的至少一部分长度上沿着流动方向大体上减小的横截面，以及其 中，将轻馏分引导通过排出通道的步骤包括引导轻馏分以使所述分界 面接触排出通道的所述部分的内侧的步骤。
31. 如权利要求29或30所述的方法，其中，应用如权利要求1-25 任一所述的分离旋流器。
32. 如权利要求29、 30或31所述的方法，包括将进入的油/水混合物分离成基本上含水的重馏分和基本上含油的轻馏分。
33. 如权利要求l-28任一所述的分离旋流器的使用。
34. 用于将液体和/或气体混合物分离成有较高比重的一种或多种 液体和/或气体的重馏分和有较低比重的一种或多种液体和/或气体的 轻馏分的组件，所述组件包括-分离容器，所述分离容器设置有用于将分离容器的内部空间细分 成进入室、重馏分室和轻馏分室的分隔壁，其中分离容器设置有用于 供给待分离的混合物至进入室的入口元件、用于从轻馏分室排出轻馏 分的轻馏分出口元件和用于从重馏分室排出重馏分的重馏分出口元 件；-若干布置在两个分隔壁上的如前述权利要求1-23任一所述的分 离旋流器，其中每个分离旋流器布置成其入口在进入室中，轻馏分 出口在轻馏分室中，重馏分出口在重馏分室中。
35. 用于将液体和/或气体混合物分离成有较高比重的一种或多种 液体和/或气体的重馏分和有较低比重的一种或多种液体和/或气体的 轻馏分的组件，所述组件包括-分离容器，所述分离容器设置有用于将分离容器的内部空间细分 成进入室、重馏分室、第一轻馏分室和第二轻馏分的分隔壁，其中分 离容器设置有用于供给待分离的混合物至进入室的入口元件、用于分 别从第一和第二轻馏分室排出轻馏分的第一和第二轻馏分出口元件以 及用于从重馏分室排出重馏分的重馏分出口元件；-若干布置在两个分隔壁上的如前述权利要求24-28任一所述的分 离旋流器，其中每个分离旋流器布置成其入口在进入室中，第一轻 馏分出口在第一轻馏分室中，第二轻馏分出口在第二轻馏分室中，重 馏分出口在重馏分室中。
36. 如权利要求35或36所述的组件，其中，在分离容器的重馏分 出口元件和轻馏分出口元件上分别布置有第一和第二压力控制元件。
全文摘要
本发明涉及一种用于将液体混合物分离为重馏分的分离旋流器，所述旋流器包括旋流管(2)，所述旋流管(2)中限定了流动空间，其中旋流管设置有用于进给至少两种不同液体的混合物的入口、用于排出从混合物中分离的重馏分的重馏分出口和用于排出从混合物中分离的轻馏分的轻馏分出口；用于设定成使经由入口进给的混合物旋转的旋转发生单元(8)；基本上同心地布置在旋流管中的流动主体(6)，在该主体中设置有连接于轻馏分排出口的轻馏分排出通道(12)，其中排出通道具有在流动方向上沿着其长度的至少一部分大体上减小的横截面。
文档编号B04C11/00GK101287529SQ200680038206
公开日2008年10月15日 申请日期2006年8月16日 优先权日2005年8月16日
发明者R·斯霍克 申请人:Fmc科技有限合伙公司;光之技术股份有限公司