一种倒锥自动伸缩式多级集油旋流分离装置的制作方法

本发明涉及一种应用于石油、化工、环保、冶金等领域中的进液量不稳定工况下的多相流分离装置。

背景技术：

旋流分离器因其具有需要的系统配件少、维修费用低、易于调节和控制适应性强、分离效率高、能够连续运行等优点，已于化工、石油、电力、环保、冶金、水处理等多重领域广泛应用。水力旋流分离器在使用过程中通常通过分离效率及粒级效率对其工作性能进行评价，依次来检验水力旋流器的适用性。在实际应用中有很多因素会对水力旋流器的分离性能影响，其中旋流器的溢流分流率既是旋流分离过程中重要的操作参数，又是重要的性能参数。旋流分离器的溢流分离率对旋流分离器分离效率有着显著的影响。在使用的过程中主要可以通过两种方式来调节旋流器的溢流分流率，一种是通过调节溢流出口阀门开合大小来控制溢流分液量，另一种是更换不同管径的溢流管控制溢流分液量。但是上述两种方式操作过程较复杂，且很难及时连续的调节溢流管管径使其达到最佳的溢流分流率。旋流器在实际应用过程中往往因为无法保持最佳分流率，导致其在很多进液量不稳定的分离工况下分离效率低下限制旋流器的应用。东北石油大学（原大庆石油学院）针对此类装置已经先后申请了相关专利，如专利号为2010105565838等项专利，这些已有技术的应用，可以说解决了大部分的实际需求，但旋流器内锥无法根据流量实现实时伸缩变动。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种装配有可多节自动伸缩并对流失的油多次回收的倒锥式旋流分离装置，该种装置可以增强旋流分离设备对进液量不稳定条件的适用性以及增加出油量。

本发明的技术方案是：该种倒锥自动伸缩式多级集油旋流分离装置，具有旋流分离装置外壳、法兰连接组合、油相出口、油水混合相入口和水相出口，法兰连接组合以及密封所用大垫片均由螺栓螺母组合固定。其独特之处在于：

所述装置内还包括一个可伸缩式集油倒锥单元和高螺旋强度螺旋流道。

高螺旋强度螺旋流道具有内腔，所述内腔与油相出口相连通；高螺旋强度螺旋流道上一层螺旋的螺距大于下一层螺旋的螺距。

可伸缩式集油倒锥单元通过焊接方式固定在旋流分离装置外壳的底部；可伸缩式集油倒锥单元是由五个直径不同的锥段装配体装配而成，即所述可伸缩式集油倒锥单元包括一级锥段、二级锥段装配体、三级锥段装配体、四级锥段装配体和五级锥段装配体；所述一级锥段和二级至四级锥段装配体上均配置有带油回流孔的锥段集油碗和空心圆柱体，五级锥段装配体焊接在旋流分离装置外壳上；二级锥段装配体、三级锥段装配体、四级锥段装配体、五级锥段装配体内部都有凹槽从而与前一锥段装配体的空心圆柱体通过插入方式严密配合；油回流孔贯穿锥段装配体的锥段边壁与空心圆柱体的内腔相通。

除五级锥段装配体外，在各级锥段空心圆柱体边壁上焊接有两个用于防止上级锥段弹出的对称别钮。

二级锥段装配体是由限位金属开环、二级锥段密封圈以及弹簧环装配而成，二锥段装配体在凹槽内壁处设置了一个密封圈凹槽，用于装配二锥段密封圈，以防止液体流入凹槽内；二级锥段装配体的内部装配顺序是将弹簧环底部与二级锥段凹槽底部配合，然后将二级锥段密封圈装配进密封圈凹槽，最后通过焊接将限位金属开环固定在二级锥段凹槽边壁上。

三级锥段装配体、四级锥段装配体以及五级锥段装配体的装配方式以及零件结构方式与二级锥段装配体相同。

一级锥段和二级锥段装配体是通过将第一装配体空心圆柱体插入二级锥段凹槽进行配合，一级锥段和二级锥段装配体相互配合将带有对称别扭的第一装配体空心圆柱体插入凹槽，别钮通过限位金属开环的两个对称开口，当别钮到了限位金属开环以下，转动任一锥段使别钮顶面与限位金属开环的底面接触，而第一装配体空心圆柱体的底面与弹簧环的顶面接触配合，以此使两个锥段完成配合，同时二级锥段装配体被弹回时，限位金属开环能将二锥段装配体卡住，使其不被弹出。

二级锥段装配体与三级锥段装配体之间，三级锥段装配体与四级锥段装配体之间，四级锥段装配体与五级锥段装配体之间的配合方式与一级锥段与二级锥段装配体之间的装配方式相同。

五级锥段是通过焊接方式与旋流分离装置外壳固定在一起。

本发明具有如下有益效果：本种旋流分离装置中的可伸缩式集油倒锥单元装配有可多节自动伸缩式多次集油倒锥，可随着流量的多少进行长度变化，当流量多的时候，可伸缩式集油倒锥缩短，此时倒锥口对油的推力更大，使更多的油进入溢流口。在旋流分离之后，有少许油没有进入溢流管而是贴着可伸缩式集油倒锥边壁与水一起流向底流管流去，由多级锥段集油碗将这部分油重新回收，顺着油回油孔流入可伸缩式集油倒锥腔内，在底部出油口放入一根细管，将油相从可伸缩式集油倒锥腔内引出。同时旋流分离装置内部的螺旋流道在原有基础上向外增长了2/3长度的高螺旋强度螺旋流道，增长的螺旋流道是逐渐变薄的，从而增强混合相的离心力，提高旋流分离装置的分离效率，以此来增加螺旋强度使油水分离更彻底。

附图说明：

图1为倒锥自动伸缩式多级集油旋流分离装置整体外观图。

图2为倒锥自动伸缩式多级集油旋流分离装置半剖视图。

图3为倒锥自动伸缩式多级集油旋流分离装置爆炸视图。

图4为高螺旋强度螺旋流道的结构示意图。

图5为可伸缩式集油倒锥单元整体外观图。

图6为可伸缩式集油倒锥单元爆炸视图。

图7为可伸缩式集油倒锥单元半剖视图。

图8为一级锥段外观图。

图9为一级锥段半剖视图。

图10为二级锥段装配体外观图。

图11为二级锥段装配体爆炸视图。

图12二级锥段装配体未装配时半剖视图。

图13二级锥段装配体半剖视图。

图14为一级锥段与二级锥段装配体配合外观图。

图15为一级锥段与二级锥段装配体配合爆炸视图。

图16为一级锥段与二级锥段装配体配合半剖视图。

图17为五级锥段装配体和旋流分离器外壳配合半剖视图。

图中1-油相出口，2-油水混合相入口，3-水相出口，4-法兰连接组合，5-高螺旋强度螺旋流道，6-大垫片，7-螺栓螺母组合，8-旋流分离器外壳，9-可伸缩式集油倒锥单元，10-底部出油口，11-一级锥段，12-二级锥段装配体，13-三级锥段装配体，14-四级锥段装配体，15-五级锥段装配体，16-一级锥段集油碗，17-二级锥段集油碗，18-三级锥段集油碗，19-四级锥段集油碗，20-五级锥段集油碗，21-一级锥段空心圆柱体，22-二级锥段装配体空心圆柱体，23-三级锥段装配体空心圆柱体，24-四级锥段装配体空心圆柱体，25-别钮，26-一级锥段油回流孔，27-二级锥段装配体限位金属开环，28-二级锥段装配体密封圈，29-二级锥段弹簧环，30-二级锥段装配体凹槽，31-二级锥段装配体密封圈槽，32-二级锥段装配体油回流孔，33-增强螺旋流道。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为一种倒锥自动伸缩式多级集油旋流分离装置整体外观图，该装置是由油相出口1、油水混合相入口2、水相出口3分别实现进液与出液。其端面均焊接有法兰盘与外部管径连接。

图2为可多节自动伸缩式多次集油倒锥的旋流分离装置剖视图，油水混合相由油水混合相入口2进入旋流分离装置外壳8内腔，经过高螺旋强度螺旋流道5旋流分离作用，密度较大的水相介质分布在旋流分离装置外壳8腔内边壁处，密度较小的油相介质集中在旋流分离装置外壳8腔内轴向中心处。大部分油相在旋流分离作用并结合可伸缩式集油倒锥装置9的作用下被推入高螺旋强度螺旋流道5内腔，并流经法兰连接组合4，由油相出口1排出装置。其中高螺旋强度螺旋流道5、法兰连接组合4以及密封所用大垫片6均由螺栓螺母组合7固定。水相沿旋流分离装置外壳8边壁向水相出口3方向运动，并由水相出口3流出。同时少量油相会在轴向轴心位置随水相向水相出口3方向运动。为了收集这部分的油相，提高旋流分离效率，可伸缩式集油倒锥装置9对沿着其边壁运动的油相进行收集，并最终由底部出油口10排出装置。

图3为一种倒锥自动伸缩式多级集油旋流分离装置爆炸视图，可伸缩式集油倒锥装置9通过焊接方式固定在旋流分离装置外壳8的底部。

图4是高螺旋强度螺旋流道外观图，该装置可以增大螺旋强度，提高分离效率。

图5是可伸缩式集油倒锥装置9整体外观图，从图中可知它是由五个直径不同的锥段装配体一级锥段11，二级锥段装配体12，三级锥段装配体13，四级锥段装配体14，五级锥段装配体15装配而成。

图6是可伸缩式集油倒锥装置9爆炸视图，部分油相随水相沿可伸缩式集油倒锥装置9流向旋流分离装置外壳8底部的过程中，由一级锥段碗装集油装置16，二级锥段碗装集油装置17，三级锥段碗装集油装置18，四级锥段碗装集油装置19，五级锥段碗装集油装置20并结合各级锥段碗装集油装置内的油回流孔26对这部分油相进行逐层收集，一级锥段11、二级锥段装配体12、三级锥段装配体13、四级锥段装配体14都焊接了不同直径的严密填充凹槽的空心圆柱体，一级锥段装配体空心圆柱体21，二级锥段装配体空心圆柱体21，三级锥段装配体空心圆柱体22，四级锥段装配体空心圆柱体23，五级锥段15焊接在旋流分离装置外壳8上。

图7是可伸缩式集油倒锥装置9的半剖视图，二级锥段装配体12，三级锥段装配体13，四级锥段装配体14，五级锥段装配体15内部都有凹槽30，从而与前一锥段的空心圆柱体通过插入方式严密配合。图8为一级锥段11的外观图，由图可知，用于集油的碗装集油装置16固定在一级锥段11边壁上。

图9是一级锥段11的剖视图，由图可知，当碗装集油装置16收集了沿着头锥段11边壁的流油之后，为了便于回收油流到可伸缩式集油倒锥装置9腔内，在一级锥段边壁上设置了四格铜钿大小的油回流孔26，油会沿着油回流孔26流入可伸缩式集油倒锥装置9腔内，在一级锥段空心圆柱体21边壁上焊接有两个用于防止头锥段11弹出的对称别钮25。

图10是二级锥段装配体12的外观图，由图中可知，二级锥段装配体12的外部结构与一级锥段11相同，都焊接有用于集油的碗装集油装置17，二级锥段空心圆柱体22边壁上焊接了对称别钮25。三级锥段装配体13、四级锥段装配体14外部结构与二级锥段装配体12相同，五级锥段装配体15无对称别扭25与空心圆柱体22。

图11是二级锥段装配体的爆炸视图，从图11中可知二级锥段装配体是由限位金属开环27、二级锥段密封圈28以及弹簧环29装配而成。图12是二级锥段装配体12未装配时半剖视图，二锥段装配体12在内部设置了一个与一级锥段11严密配合的凹槽30，二锥段装配体12在凹槽30内壁出设置了一个密封圈凹槽31用于装配二锥段密封圈28，以防止液体流入凹槽30内。

图13为二级锥段装配体12半剖视图，由图可知，二级锥段装配体的内部装配顺序是将弹簧环29底部与二级锥段凹槽30底部配合，然后将二级锥段密封圈28装配进密封圈凹槽31，最后通过焊接将限位金属开环27固定在二级锥段凹槽30边壁上。三级锥段装配体13、四级锥段装配体14、五级锥段装配体15的装配方式以及零件结构方式与二锥段装配体相同。

图14是一级锥段和二级锥段相互配合的外观图。

图15是一级锥段和二级锥段相互配合的爆炸视图，由图可知，可伸缩式集油倒锥装置9的一级锥段11和二级锥段12是通过将一级锥段空心装配体空心圆柱体21插入二级锥段凹槽30进行配合。

图16是一级锥段11和二级锥段相互配合的半剖视图，将带有对称别扭25的空心圆柱体插入凹槽30，别钮25通过限位金属开环27的两个对称开口，当别钮25到了限位金属开环27以下，转动任一锥段使别钮25顶面与限位金属开环27的底面接触，而空心圆柱体21的底面与弹簧环29的顶面接触配合，以此使两个锥段完成配合，同时二级锥段装配体12被弹回时，限位金属开环27能将二锥段装配体12卡住，使其不被弹出。二级锥段装配体12与三级锥段13装配体之间，三级锥段装配体13与四级锥段装配体14之间，四级锥段装配体14与五级锥段装配体15之间配合方式与一级锥段11与二级锥段装配体12之间的装配方式相同。

图17是五级锥段和旋流分离器外壳配合半剖视图，五级锥段是通过焊接方式与旋流分离装置外壳8固定在一起。

本种旋流分离装置装配有可多节自动伸缩的多次集油倒锥，可伸缩式集油倒锥单元9是随着流量的多少进行长度变化，当流量多的时候，可伸缩式集油倒锥单元9缩短，此时倒锥口对油的推力更大，使更多的油进入溢流口，从而保证最佳的油水分离比，保证旋流分离装置在变进液量不稳定条件下的最佳分离性能。同时旋流分离装置内部的螺旋流道在原有基础上向外增长了2/3长度的高螺旋强度螺旋流道5，增长的螺旋流道33是逐渐变薄的，从而增强混合相的离心力，提高旋流分离装置的分离效率，以此来增加螺旋强度使油水分离更彻底。本装置结构简单，分离高效且易于加工具有较高的可行性。