CN106457265B - 离心分离器 - Google Patents

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Abstract

一种用于液体微粒与气流的分离的离心分离器(1)，包括静止框架(2)、气体入口(3)和气体出口(4)。框架包括限定自身内的转子空间的管状元件(24)和在管状元件外的液体输送空间(39)。离心转子(5)布置在转子空间中，且围绕旋转轴线(x)可旋转地支撑在框架中，且包括分离器件(6)。静止装置(10)构造成使气流旋转，由此使转子(5)旋转。至少一个开口(40,41)设在管状元件中，在转子空间与液体输送空间之间，以用于将与气流分离的液体从转子空间输送至液体输送空间。

Description

离心分离器
技术领域
本发明大体上涉及用于液体微粒与气流的分离的离心分离器。
背景
WO 2010/090578 A1公开了用于将微粒和/或雾的形式的油与化石气体混合物分离来获得分离的气体的离心分离器设备。该设备包括具有限定分离空间的静止罩的离心分离器。离心分离器包括用于气体混合物的入口、用于分离的气体的气体出口，以及用于排出分离的油的油出口。用于分离气体混合物的分离部件包括多个分离盘且设在分离空间中。驱动马达经由心轴连接至分离部件且使分离部件围绕旋转轴线旋转。
概要
本发明的一个目的在于提供一种用于液体微粒与气流的分离的改进的离心分离器，以便使其更适于结合现有的容器设备使用，诸如用于输送气体的管线。
本发明的另一个目的在于改善与气流分离的液体微粒从分离器的分离空间的移除，且减小离心分离之后微粒再引入气流中的风险。
因此，本发明涉及用于液体微粒与气流的分离的离心分离器，包括静止框架、气体入口和气体出口。框架包括限定自身内的转子空间的管状元件和在管状元件外的液体输送空间。管状元件可为圆柱形管状元件，例如圆柱形管。离心转子布置在转子空间中，且围绕旋转轴线可旋转地支撑在框架中，且包括分离器件。静止装置构造成使气流旋转，从而使转子旋转。至少一个开口设在管状元件中，在转子空间与液体输送空间之间，以用于将与气流分离的液体从转子空间导送至液体输送空间。
因此，与气流分离的液体微粒可从分离器的转子空间移除，因此减小了微粒在分离之后再引入气流中的风险。
液体限定为可流动的物质，且可包括固体微粒物质。
分离器件可限定与转子空间连通的分离空间，其中发生液体微粒与气流的分离。因此，转子不需要用于界定分离空间的转子壳体。在分离器的操作期间，与气体分离的液体微粒从分离器件排放到管状元件上。
该至少一个开口可包括沿转子的轴向方向延伸且沿径向设在分离器件的外侧的缝隙。因此，与气流分离的液体微粒可在沿转子轴线的不同位置处从转子空间移除，同时保持开口的面积受限。各个缝隙可沿与转子轴线平行或倾斜的方向延伸。与转子轴线的倾斜可小于60度，例如，与转子轴线的倾斜小于30度。备选地或另外地，该至少一个开口可包括具有另一形状的孔或开口。该至少一个开口可由至少沿管状元件的一部分穿过管状元件的多个小孔形成。该至少一个开口可形成为剥除装置，由于装置的操作期间的气流而剥除沿管状元件的内侧移动的液体。
该至少一个开口可包括围绕管状元件的周边分布的多个缝隙。因此，可改善液体微粒从转子空间的移除。
该缝隙或多个缝隙可平行于旋转轴线、与旋转轴线倾斜、沿旋转轴线螺旋地形成，等等。
缝隙可沿转子的轴向方向延伸且至少部分地重叠来提供开口沿转子的至少实质部分的延伸。因此，与气流分离的液体微粒可沿转子的实质部分从转子空间移除，同时保持开口的面积受限，以便保持开口上的压降。
该至少一个缝隙可相对于旋转轴线的径向方向倾斜，以便表现为剥除装置。因此，可改善与气流分离的液体微粒的移除(在管状部件的内侧上形成旋转液体环)。
分离器件可包括多个分离板，限定板之间的分离通路。板可为多个截头圆锥分离盘的形式。因此，液体微粒与气流的分离可特别有效。
气体入口和气体出口可布置在转子的相对的轴向端部处。因此，气流从气体入口穿过分离器件且朝气体出口导送，使得分离器适合于安装在管状容器中，例如，用于输送气体的管线。
液体输送空间可围绕管状元件的周边形成。因此，在围绕管状部件的不同位置处进入液体输送空间的液体可收集在该空间中以用于移除。
离心分离器可安装在容器内以用于引导气流，其中液体输送空间由框架的管状部件和由容器的壁限定。例如，容器可为用于输送气体的管线。因此，分离器可用于从现有的容器(例如，用于输送气体的管线)中的气流移除液体微粒。
离心分离器可安装在容器内以用于引导气流，其中液体输送空间由框架的管状部件和由容器的壁限定。因此，用于引导气流的容器的一部分可由分离器包括。
液体输送空间可限定为管状元件与容器之间的环形空间以用于引导气流。因此，实现了适合于安装在容器内的分离器的紧凑构造。用于引导气流的容器因此可形成用于液体输送空间的外壁。
离心分离器可包括用于密封液体输送空间的两个密封器件，其优选地布置在转子的相对的轴向端部处。因此，进入液体输送空间的液体可收集在该空间中以用于移除。
离心分离器可包括壳体，其中液体输送空间由框架的管状元件和离心分离器的壳体界定。因此，壳体可形成用于液体输送空间的外壁。
该至少一个开口可构造成保持分离器的操作期间获得的转子空间和液体输送空间的压差。因此，可便于液体从转子空间至液体输送空间的输送。
该至少一个开口可呈现管状元件的面积的10%以下，优选小于5%，或小于1%。
离心分离器可包括用于在分离器的操作期间在开口上产生压差的器件，以便促进液体从转子空间流至液体输送空间。因此，转子空间中的压力可保持在高于液体输送空间中的压力的水平，便于液体从转子空间的移除。
用于产生压差的器件可包括风扇，其可操作地连接至转子且布置成将气体从液体输送空间泵送至转子空间。因此，转子的旋转可用于在分离器的操作期间保持压差。
风扇可优选地形成转子的一部分，因此连接至转子轴线。
用于产生压差的器件可包括从转子空间的中心部分到液体输送空间提供的压力传递连接，优选一个或多个管状连接。
在分离器的操作期间，流过分离器的气体可经历转子的分离器件上的压降。因此，转子空间的径向外部处的压力将高于转子的中心部分处的压力。另外，流动气体自身的旋转将导致转子空间的径向外部处的压力将高于转子的中心部分处的压力。因此，转子空间和液体输送空间上的压差可通过将液体输送空间连接至转子空间的中心部分来获得。
分离器还可包括用于从液体输送空间排出液体的器件。该器件可包括管状部件中的一个或多个开口，以用于借助于重力和/或压差来排出液体。这些开口可连接至在气体导送容器内延伸的排放管路。开口可备选地或另外地通向气体导送容器的外部以用于借助于泵送和/或重力来将液体排到容器外。
离心分离器可包括液体引导器件，其布置在管状元件内且构造成将与气流分离的液体从转子空间引导至管状元件中的该至少一个开口。因此，可改善与气流分离的液体从转子空间至液体输送空间的输送。
液体引导器件可包括通向管状元件中的该至少一个开口的螺旋或倾斜条元件。因此，液体可借助于分离器中的气流沿螺旋或倾斜条元件引导至管状元件中的该至少一个开口。管状元件可设有沿螺旋或倾斜条元件的多个小开口，以将与气流分离的液体从转子空间有效移除至液体输送空间，同时保持开口的面积很小，以保持开口上的压差。
附图的简要描述
现在通过举例参照附图来描述本发明，在附图中：
图1示出了沿布置在用于传送气流的圆柱形容器中的根据本发明的离心分离器的旋转轴线的截面。
图2示出了用于导送液体的具有缝隙的管状元件的区段。
图3示出了用于引导液体的具有螺旋条元件的管状元件的区段。
实施例的描述
在图1中，用于微粒与气流的分离的离心分离器1示为布置在用于引导气流的圆柱形管的形式的圆柱形容器19中。分离器包括用于安装在容器19内的自支撑框架2。自支撑理解为框架诸如在安装和拆卸期间能够支撑自身而不依靠来自容器的支撑。框架设有第一隔板15，其用于将容器分成隔板上游的第一区段16和隔板下游的第二区段17。分离器还包括与第一区段连通的气体入口3和与第二区段连通的气体出口4。
离心分离器还包括布置成可在框架中围绕旋转轴线x旋转的离心转子5。转子包括多个分离盘6的形式的分离器件。旋转轴线在容器的延伸的方向上延伸。转子包括具有第一端部和第二端部的轴26。第一端部在第一框架部分15a中借助于第一轴承13支撑。第一框架部分15a包括第一隔板15。第二端部在框架中借助于保持在第二框架部件21中的第二轴承14支撑。转子包括连接至转子轴线且在转子轴线的第一端部与第二端部之间延伸的盘支撑结构27。盘支撑结构具有沿转子轴线延伸且从转子轴线沿径向向外延伸的多个板状翼，在此情况下是三个翼。在备选实施例中，盘支撑结构包括两个或更多个翼，诸如六个翼。朝转子轴线的第二端部，底盘28附接至盘支撑结构的翼。多个截头圆锥形分离盘6堆叠在底盘上，且由板状翼的径向外部引导。分离盘可由轻量材料(诸如塑料)制成，或由金属(诸如不锈钢或钛)制成。分离盘分别设有间隔部件以便在堆叠中的盘之间提供分离通路7。间隔部件为从各个分离盘的径向内部延伸至径向外部的伸长凸起的形式，具有沿直线或曲线的延伸。伸长间隔部件或填缝可为直的或弯曲的，且可整体结合在盘中或附接至盘。间隔部件可备选地或另外地包括分布在分离盘的表面上的点形填缝或微填缝的形式的间隔部件。顶盘29设在分离盘的堆叠的顶部上。顶盘附接至盘支撑结构的翼。分离盘的堆叠由顶盘和底盘压缩。由盘支撑结构27的翼分开的中心气体空间8沿径向形成在分离盘内。顶盘设有中心开口30，使得转子的中心气体空间打开以用于气体穿过顶盘的通路。顶盘设有围绕中心开口的凸缘31，提供圆柱形外密封表面18a。
窄间隙形成在形成于顶盘的凸缘31上的密封表面18a与第一隔板上的对应圆柱形密封表面18b之间。间隙形成容器中的第一区段16与第二区段17之间的间隙密封18。转子中的中心气体室8经由顶盘的中心开口和形成在第一隔板中的开口32(围绕第一轴承13)与分离通路7的径向内部和气体出口4连通。此外，转子空间9沿径向形成在转子外且围绕转子。围绕转子的转子空间9与分离通路7的径向外部和气体入口3连通。离心分离器构造成使得容器的第一区段和第二区段经由转子的分离通路7连通。
框架包括形成框架中的气体入口3的底部密封环33。底部密封环密封地连接38至内容器壁25。圆柱形框架管24的形式的管状元件沿作为框架的一部分的容器的内壁从底部密封环延伸至第一隔板15，且与框架的其它部分连接来提供自支撑的框架结构。支撑第二轴承14的第二框架部分21连接至圆柱形框架管的内壁且由其支撑。
管状元件24因此限定其自身内的转子空间9。液体输送空间39形成在圆柱形容器19的壁与管状元件24之间以用于将液体输送到转子空间外。窄缝隙形式的至少一个(在此情况下是两个)开口40和41设在管状元件中(在转子空间9与液体输送空间39之间)，以用于将与气流分离的液体从转子空间导送到液体输送空间。开口还可为围绕转子布置的一个或多个孔的形式。
缝隙的构造在图2中进一步示出，其中示出了管状元件的区段。两个缝隙40和41设为转子空间9与液体输送空间39之间的开口。缝隙沿转子的轴向方向延伸且沿径向设在分离盘6的外侧。缝隙围绕管状元件的周边分布，在此情况下，在管状元件的相对侧处。缝隙沿转子的轴线分布且部分地重叠来提供沿转子的至少实质部分的开口。
缝隙可在纯径向方向上延伸，或可相对于径向方向倾斜，以便表现为剥除装置，以用于在分离器的操作期间使液体沿管状元件的壁的内侧旋转，从而将液体从转子空间输送至液体输送空间。
在图3中示出了备选实施例，其中开口40和41形成为管状元件中的小孔，且其中螺旋条元件45布置成通向开口以将与气流分离的液体从转子空间引导至开口。在分离器的操作期间，开口优选布置在螺旋条元件遇到气流的一侧上。因此，与来自转子空间的气流分离的液体可有效地移除至液体输送空间，同时保持开口的面积很小，以保持开口上的压差。
再转到图1，框架1还包括保持器件20以将框架保持在容器内的位置处。保持器件包括环形部分34，其借助于密封部件37密封地连接至内容器壁25。保持器件构造成通过提供可扩张的外径来与容器的圆柱形内表面接合。因此，液体输送空间借助于底部密封环33和环形部分34密封。
分离器设有用于在开口40和41上产生压差的器件，包括由转子5的端部形成的风扇42。风扇由转子的底盘28的外部/下部面形成。风扇可设有凸脊、通道或凸起的形式的泵送器件来加强泵送作用。风扇布置成将气体从液体输送空间泵送至转子空间。因此，风扇的径向内部通过管路43连接至液体输送空间39。因此，转子的旋转可用于在分离器的操作期间保持压差。
接近底部密封环，分离器设有从液体输送空间排出液体的器件。一个或多个排放管44经由管状部件24中的开口连接至液体输送装置。液体从液体输送空间的排放因此可借助于重力操作。备选地或另外地，液体可借助于压差(例如，通过外部应用的泵送)从液体输送空间排放。
离心分离器包括构造成使气流旋转的静止装置10。构造成使气流旋转的装置10定位在转子上游且形成在第二框架部分21中。装置10包括环形气体偏转部件11，其包括从环形部件向外延伸且围绕转子的旋转轴线分布的多个导叶12。导叶相对于离心转子的轴向方向x倾斜。倾斜在流动气体的方向上沿导叶的长度逐渐增大。导叶布置在形成于转子上游的第二框架部分中的通路11a中。通路11a在离心转子的分离板的外侧沿径向延伸。
分离器通过利用其自支撑框架2将分离器置于容器内的期望位置处而安装在容器19中。分离器可通过扩张保持器件20的直径来固定在容器内，使得保持器件与容器的内表面25接合，以将分离器保持在容器内的期望位置处。备选地，容器可包括凸缘，其中框架构造成与容器的凸缘协作，使得其可释放地连接至容器的凸缘。因此，离心分离器可安装至容器，容器设有连接容器的两个区段的管凸缘。离心分离器还可安装在设在容器的壁中的围绕凹部中，例如，与管凸缘有关，由此保持器件构造成与凹部接合。
在离心分离器的操作期间，气流进入离心分离器1的入口3中。气流被推入通路11a中，在该处，倾斜导叶12使气体朝分离器的转子的切向方向偏转。因此，通过导叶12使气流旋转，且进入转子空间9中。在此空间中，发生预先分离，而具有比气流中的气体的密度大的固体微粒和/或液体微滴的形式的较大微粒借助于旋转气流中的离心力与气流分离且沉积在圆柱24的内表面上。
旋转气流从转子空间9进入形成在转子中的分离盘6之间的分离通路7中。通过旋转气流借助于作用于分离通路中的分离盘上的粘性力使转子5旋转。转子的旋转还由用作导叶或涡轮叶片的盘堆叠的伸长的间隔部件促进以改善从气流到转子的动量的传递。由于旋转气流从分离通路的径向外部且朝分离通路的径向内部引导，故气流由于角向动量的守恒而加速自旋。因此，从气体到转子的旋转的传递在此构造中特别有效。
在分离通路中，具有比气流中的气体的密度大的固体微粒和/或液体微滴的形式的微粒通过离心力与气流分离。由于截头圆锥形盘的堆叠的分离通路中的较小分离距离，这甚至允许较小和/或较不质密的微粒与气流分离。与气流分离的微粒沉积在截头圆锥形分离盘的内表面上且借助于离心力沿径向向外输送。从分离盘的径向外缘，与分离通路中的气流分离的微粒朝管状圆柱元件24的内表面抛射且沉积在其上。
液体微粒形成管状圆柱形元件24的内表面上的液体环。液体环随着气流的旋转流动旋转。液体物质从该内表面流过缝隙40和41进入液体输送空间39中。液体的移除由借助于风扇28在缝隙上保持的压差促进。
风扇28与转子5一起旋转。在操作期间，气体从风扇的径向内部且向外泵送。因此，气体经由管路43从液体输送空间泵送，因此保持了缝隙上的压差。
收集在液体输送空间39中的液体从该处通过管路44排放以用于从容器19移除。
朝转子的中心气体室8引导的清洁气体通过形成在转子和第一隔板中的通路30和32提供至出口4，且从分离器输送穿过容器19。

Claims (25)

1.一种用于液体微粒与气流的分离的离心分离器(1)，
包括：
静止框架(2)、气体入口(3)和气体出口(4)，
其中所述框架包括限定自身内的转子空间的管状元件(24)和在所述管状元件外的液体输送空间(39)，
离心转子(5)，其布置在所述转子空间中，且围绕旋转轴线(x)可旋转地支撑在所述框架中，且包括分离器件，
静止装置(10)，其构造成使所述气流旋转，由此使所述转子(5)旋转，
其中至少一个开口(40,41)设在所述管状元件中，在所述转子空间与所述液体输送空间之间，以用于将与所述气流分离的液体从所述转子空间导送至所述液体输送空间。
2.根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，所述至少一个开口包括缝隙，所述缝隙沿转子的轴向方向延伸且沿径向设在所述分离器件的外侧。
3.根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，所述至少一个开口包括围绕所述管状元件的周边分布的多个缝隙。
4.根据权利要求3所述的离心分离器，其特征在于，所述缝隙沿所述转子的轴向方向延伸且至少部分地沿所述轴向方向彼此重叠来提供沿所述转子的至少实质部分的延伸。
5.根据权利要求2至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，至少一个缝隙相对于所述旋转轴线(x)的径向方向倾斜，以便表现为剥除装置。
6.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述分离器件包括多个分离板(6)，限定所述板之间的分离通路(7)。
7.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述气体入口和气体出口布置在所述转子的相对的轴向端部处。
8.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述液体输送空间围绕所述管状元件的周边形成。
9.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器能够安装在用于引导所述气流的容器(19)内，其中所述液体输送空间由所述框架的管状元件和由所述容器的壁限定。
10.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器安装在用于引导所述气流的容器(19)内，其中所述液体输送空间由所述框架的管状元件和由所述容器的壁限定。
11.根据权利要求9所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器包括用于密封所述液体输送空间的两个密封器件，所述密封器件布置在所述转子的相对的轴向端部处。
12.根据权利要求10所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器包括用于密封所述液体输送空间的两个密封器件，所述密封器件布置在所述转子的相对的轴向端部处。
13.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器包括壳体，其中所述液体输送空间由所述框架的管状元件和所述离心分离器的壳体界定。
14.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述至少一个开口构造成保持所述分离器的操作期间获得的所述转子空间和所述液体输送空间上的压差。
15.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述至少一个开口呈现所述管状元件的面积的小于10%。
16.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述至少一个开口呈现所述管状元件的面积的小于5%。
17.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述至少一个开口呈现所述管状元件的面积的小于1%。
18.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器包括用于在所述分离器的操作期间在所述开口上产生压差的器件，以便促进从所述转子空间至所述液体输送空间的液体流。
19.根据权利要求18所述的离心分离器，其特征在于，用于产生压差的所述器件包括风扇，其可操作地连接至所述转子且布置成将气体从所述液体输送空间泵送至所述转子空间。
20.根据权利要求19所述的离心分离器，其特征在于，所述风扇形成所述转子的一部分。
21.根据权利要求18所述的离心分离器，其特征在于，用于产生压差的所述器件包括从所述转子空间的中心部分到所述液体输送空间提供的压力传递连接。
22.根据权利要求21所述的离心分离器，其特征在于，所述压力传递连接是一个或多个管状连接。
23.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器还包括用于从所述液体输送空间排放液体的器件。
24.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，液体引导器件布置在所述管状元件的内侧且构造成将液体从所述转子空间引导至所述管状元件中的所述至少一个开口。
25.根据权利要求24所述的离心分离器，其特征在于，所述液体引导器件包括通向所述管状元件中的所述至少一个开口的螺旋或倾斜条元件或凹槽(45)。
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