[實用新型]一種動態(tài)預(yù)旋與軸向推進(jìn)式水力旋流器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020110292.1
• 申請日: 2010-02-06
• 公開（公告）號: CN201832722U
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡大鵬;鄒久朋;劉培啟;代玉強;朱徹;劉鳳霞
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B04C9/00
• 分類號: B04C9/00;B04C5/08;B04C5/103
• 代理公司: 大連八方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21226
• 代理人: 高杰

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種多相組分的離心分離裝置，特別涉及一種動態(tài)預(yù)旋與軸向推進(jìn)式水力旋流器，適合含固體顆粒的液固相或油水相的高效分離。

背景技術(shù)

觀目前國內(nèi)外的水力旋流分離器，總體說來分為兩大類：靜止式的和動態(tài)外驅(qū)動式的。絕大部分的旋流器都是純靜態(tài)部件的靜止式結(jié)構(gòu)，如此雖然操作簡便、可靠性強、工作壽命長，但由于其分離機理全是憑借其入口介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)化成高速旋流來實現(xiàn)的，因此壓力損失很大，造成推動流動的壓差不足而使旋流器單位容積的處理能力降低。并且由于邊緣的軸向速度損失較大，容易產(chǎn)生逆向渦流和擴散摻混，降低其分離效果。雖然對于壓力損失大的問題，可以采用增加入口壓力的方法解決，但除了耗能之外，使用通常的離心泵增壓，由于泵內(nèi)的強烈湍流，將使油水乳化、聚態(tài)團(tuán)粒的破碎作用大大增強，非常不利于其后再進(jìn)到旋流器中分離。而使用柱塞泵、螺桿泵增壓的成本很高。

動態(tài)外驅(qū)動式的水力旋流器問世于上世紀(jì)80年代，至今已發(fā)展有Total型、預(yù)旋流型和復(fù)合型三種常見的形式。其基本結(jié)構(gòu)都是具有一段外界驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)管段，Total型和復(fù)合型的還在管上固裝旋轉(zhuǎn)柵來驅(qū)動介質(zhì)加速旋轉(zhuǎn)；欲分離的介質(zhì)在旋轉(zhuǎn)管內(nèi)Total型和預(yù)旋流型、或在管外復(fù)合型沿著管的軸向流動，在旋轉(zhuǎn)柵等驅(qū)流轉(zhuǎn)動件的作用下，提高了介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)速度。由于有軸功的輸入，故介質(zhì)的入口壓力不必多量地轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動能，其離心力場就能得到增強，因而使壓降減小，分離效率提高。并且增強的離心力場也能補充外周介質(zhì)的壓力損失，使排液順暢，處理量增加。

但上述的動態(tài)驅(qū)動式水力旋流器也還存在著一些不足：Total型和預(yù)旋流型的外轉(zhuǎn)筒類似靜態(tài)旋流器的外殼，旋轉(zhuǎn)邊界延續(xù)到整個分離流道，轉(zhuǎn)筒的機械誤差易引起不平衡振動，影響旋流分離的穩(wěn)定，容易再次參混；預(yù)旋流型僅靠分離段外筒內(nèi)壁的摩擦力來使外周旋流強度提高，其作用有限，轉(zhuǎn)動組件的功效較低；復(fù)合型雖是今后發(fā)展的方向，但其結(jié)構(gòu)有些復(fù)雜，其旋轉(zhuǎn)柵懸臂外伸很長，容易擺轉(zhuǎn)振動。而振動會產(chǎn)生強力混合，減弱分離效果。

再從機理上分析，無論是靜止式還是動態(tài)外驅(qū)動式的水力旋流器，在其增旋收縮段區(qū)域，依據(jù)動量矩守恒，沿軸向隨旋轉(zhuǎn)半徑的不斷減小，周向旋轉(zhuǎn)速度成反比增大，角速度成平方增加，離心力場強則成3次方增大。隨著離心力場的增大，中心流的壓力會軸向沿程逐減，而邊緣流的壓力會沿程逐增，但這種壓力梯度，恰與旋流器中的邊緣重液向前排出，而輕液一般回流排出的流動方向所要求的推動力是相反的，會延緩已分離相的及時排出。

在旋流器的漸縮增旋段，對重介質(zhì)來講，依據(jù)流量連續(xù)性原則、和輕液向中心區(qū)域的回流使外環(huán)流量的減少，都要求重介質(zhì)的軸向速度增加。但由于旋流器內(nèi)壁的摩擦和上述的逆向壓力梯度，使靠近邊界的分離重相，軸向加速會更慢，這不利于分離后的重相和沉降物的及時排出，而在進(jìn)出口壓差的作用下，有可能使外層以內(nèi)的未完全分離相加速從重液出口排出，而使分離效果變差。

不僅如此，上述未完全分離相的軸向速度增高、或者說最高軸向速度的內(nèi)移，會導(dǎo)致分離段中內(nèi)層區(qū)域各層間的軸向速度梯度增大，而靠近內(nèi)層輕質(zhì)相的層間軸向速度梯度若是大，就會加劇對已分離輕質(zhì)液的挾帶摻混，使旋流分離的效果進(jìn)一步變差。

旋流器的分離效果不如離心機，還有一個重要的原因：就是因為介質(zhì)要自增旋，故需要分離段半徑的收縮，但這會引起離心力場強度沿著軸向的變化太大，無法實現(xiàn)所謂的“中性層”進(jìn)料而使進(jìn)料流動對已分離相的干擾最低。旋流分離后的兩相，需要逆向排出，而一般內(nèi)層輕質(zhì)相是回流排出的，軸向沿程的離心力場不斷減弱，流動易向外周擴散；而另一方面，進(jìn)料介質(zhì)的壓力大于輕質(zhì)相的流出壓力，且因當(dāng)?shù)氐碾x心力不大，容易向內(nèi)擴散到已分離輕質(zhì)液流出口的周邊，進(jìn)到尚未流出的輕質(zhì)相中，而形成“短路”流出。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的就是為了克服上述動態(tài)和靜態(tài)水力旋流器的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、作用原理更加有效的動態(tài)預(yù)旋與軸向推進(jìn)式水力旋流器。

本實用新型無旋轉(zhuǎn)外殼、轉(zhuǎn)子懸臂短不易振動，對進(jìn)口壓力要求低，單位體積處理量大，特別是能增加旋流器外周重組分的軸向排出速度，減少未完全分離相從重液出口的排出，減小分離層之間的軸向速度梯度，進(jìn)料介質(zhì)對已分離輕質(zhì)組分逆向排出的滲透和擾動更小，是一種分離效率高的水力旋流器，能滿足油田開采或其他場合下，對于油砂分離、油水分離的需求。