CN106902991B - 一种立式穹顶向心凝聚型分离机及其分离方法 - Google Patents

Abstract

一种立式穹顶向心凝聚型分离机及其分离方法，属于非均相液‑液物系分离装备及应用技术领域。该向心凝聚型分离机是一种依靠高速产生的强大离心力和向心力并利用两种互不相溶液相之间的密度差去完成微小液滴的凝聚、粗粒化的分离机械，其重要部件转鼓的内部分为初分离室、凝聚室和终分离室，初、终分离室有相同的分离叶轮，凝聚器为薄钢板缠绕卷制；物料通过转鼓顶端的轻、重液向心泵提供的向上驱动力，不仅有效地分离了液体，还节省了功耗，工作时向心泵静止不动，而物料则随转鼓和心轴高速旋转，产生向上的动能和扬程；采用了机械密封形式，上下两端均设置有轴承箱以方便更换轴承；上部的穹顶双层结构可以解决轻、重液易混的问题。

Description

一种立式穹顶向心凝聚型分离机及其分离方法

技术领域

本发明涉及一种立式穹顶向心凝聚型分离机及其分离方法，属于非均相液-液物系分离装备及应用技术领域。

背景技术

离心分离技术是一种发展历史比较久远的技术，其中有的离心机通过借助于其转鼓高速转动所产生的离心力来实现物料的分离或浓缩的技术，常用于分离两种以上密度不同、又互不相容的悬浮液或乳浊液，如：固液、液液、固液液的分离过程。

离心分离技术包括有：离心沉降和离心分离等。

由于离心机等设备可产生相当高的旋转角速度，使离心力远大于重力，于是流体溶液中的悬浮物便易于沉淀析出，又由于比重不同的物质所受到的离心力不同，从而沉降速度不同，能使比重不同的物质达到分离。

离心机就是利用转子高速旋转产生强大的离心力来分离非均相物系（液液、液固、液液固）的一种通用机械。其主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开，例如从牛奶中分离出奶油。

离心机有一个围绕自己的主轴筒高速旋转的回转筒体，一般称为转鼓。通常由电动机驱动，与其他分离机械相比，离心机一般具有分离效率高、体积小、密封可靠、附属设备少等优点，因而被广泛应用于化工、石油、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、船舶、军工及环保等各个领域。

进入20世纪之后，随着石油综合利用的发展，要求把水、固体杂质、焦油状物质等除去，以便使重油当作燃料油使用，50年代研制成功了自动排渣的碟式活塞排渣分离机，到60年代发展成完善的系列产品。随着近代环境保护、三废治理发展的需要，对于工业废水和污泥脱水处理的要求都很高，因此促使卧式螺旋卸料沉降离心机、碟式分离机和三足式下部卸料沉降离心机有了进一步的发展，特别是卧式螺旋沉降离心机和碟式分离机的发展尤为迅速。

非均相液-液物系的分离在石油和化工行业占有重要的地位，是工艺保障、设备保护、流体净化、液体回收以及成品提纯等必不可缺的关键单元操作。近年来随着我国石油炼制以及石油下游产品加工规模的扩大，如何更加经济有效地实现非均相液-液两相的分离，降低能耗，提高效率和保障安全越来越受到人们的关注。

由于某些行业的特殊性，所需要的流体洁净度有着严格的限制，但另一方面，由于流体本身的性质，导致溶解在其中的一些无用的流体很难去除，如各类油水混合物。

在恒定的压力下，煤油、汽油和柴油中溶解水的含量随温度变化的关系是固定的。煤油会从大气中吸收水分，达到溶解平衡，但当温度降低时，就会有自由水生成，如此反复进行。因此必须采取高效经济的分离措施，使用正确的分离设备，以确保油品的质量满足要求。

影响液-液两相分离的实际因素很多，如凝聚材料自身的特性以及流体的物性、实际操作工况等，为了更加经济有效地实现液-液两相分离，需在实际应用中仔细地分析和研究最终影响液-液两相分离的关键因素，还有研究离心分离过程最佳化控制技术等。强化分离性能包括提高转鼓转速；在离心分离过程中增加新的推动力；加快分离速度；增大转鼓长度使离心沉降分离的时间延长等。

液-液两相分离过程一般包括这样二个阶段：

凝聚阶段是初级阶段也是其中最重要的阶段。分散相小液滴在流体推动下沿着纤维方向互相撞击、聚合，从而凝集变大，如果液滴在凝聚阶段没有很好地凝集，那么就很难依靠自身重力沉降下来。

颗粒大小不同的液滴碰撞并聚结在一起，然后移动、碰撞、凝聚，直到液滴变大到依靠自身重力沉降下来。这种先润湿后碰撞的凝聚机理要求所选用的凝聚材料应对液滴具有很强的捕集能力，它关系到整个凝聚分离的成败。

第二个是分离阶段，液-液两相间的界面张力越大，分散相越容易形成大的液滴，两相也越容易分离。减小设备中纤维直径和聚结材料平均孔径，以增大对分散相小液滴的捕集能力，从而提高凝聚效果。

在液滴沉降阶段，根据Stokes 定律，液滴的沉降速度将很小，因此导致分散相沉降浮升时间变长。可采用加热流体和循环通过分离设备的方式，达到最经济有效的分离目的。

两相密度差是实现液-液两相分离的前提，两相的密度差越大，沉降速度就越快，停留时间就越短，处理的流量就越大，从而设备的体积就越小。除上述几项影响聚结分离效果的因素外，还有如：设备的结构形式、实际操作条件等等。

目前能够用来实现液-液两相分离的设备主要有：单级聚结器、两级聚结分离器以及三级过滤-聚结分离器，此外还有如：旋流分离器，斜板沉降分离器及碟式分离机等。

单级聚结器的内部聚结元件主要有：滤芯式和填料形式两种结构形式，所处理的流体可以是纯净的，也可以是含微量固体杂质的液-液扩散体系。其中有：滤芯式单级聚结器和填料式单级聚结器。

两级凝集分离器指滤芯式两级聚结分离器，适用于连续相为有机烃类，分散相为水性的流体，流体中可以含有少量固体颗粒杂质。两级聚结分离器内部装有两种不同功能的滤芯：一级聚结滤芯和二级分离滤芯。

滤芯式两级聚结分离器是目前应用范围最广，使用效率最高的一种液-液两相凝集分离器设备。其处理后的流体分散相含量可达到<10ppm，甚至可达到<5ppm 。由于滤芯式凝结分离器应用范围广，目前在国际上其使用的聚结滤芯规格基本上实现标准化。流体由内向外通过聚结滤芯，这样一方面有利于分散相液滴在聚结滤芯表面积聚、沉降，另一方面可以提高处理流量，实现最经济的两相分离。

三级过滤凝结分离器适用于流体含有一定量的固体杂质。流体通过一级过滤滤芯将固体颗粒污染物截流在滤芯外部，不含固体颗粒的流体再进入二级聚结滤芯，由内向外通过聚结滤芯，最后经分离滤芯实现彻底两相分离。

实际上三级凝结分离是在两级聚结分离基础上加了一级预过滤，由于流体中固体颗粒的存在，必须先将固体颗粒杂质过滤，这样就增加了两相分离难度，同时，由于聚结介质的孔径小，容易截留固体颗粒，导致聚结滤芯寿命变短，增加处理成本。但是为了实现液-液-固三相分离，提高凝集效率以及节省分离成本，提高流体的洁净度可以选择使用此种分离设备。

前述的几种聚结分离器完全是在重力作用下进行分离的静置式分离设备，除此之外，用于分离液-液两相最具代表性的旋转动态分离机械就是碟式分离机了。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种可完成大流量处理、结构合理可行、装配操作方便并能确保性能稳定的立式穹顶结构向心凝聚型分离机。该分离机应具备组合式、集成式以及撬装化、可拆卸等优点；适用于各种不同种类液相的分离；

在不同部位分别具有强有力的离心力和向心力的共同作用下利用液体与液体之间的密度差有效地分离液体。

本发明的技术解决方案是：一种立式穹顶结构向心凝聚型分离机，它包括上轴承箱座、穹顶收集封盖、机械密封、密封封盖、轴承、转鼓上盖、重液向心泵、轻液向心泵、转鼓、初分离室离心叶轮叶片、初分离室叶轮轮毂、终分离室离心叶轮叶片、终分离室叶轮轮毂、机壳、中心主轴、凝聚腔室内筒壁、凝聚腔室缠绕卷筒、转鼓下盖、下轴承座、下轴承、填料函下端盖和压盖；

所述分离机采用立式结构，顶部为一穹顶翻盖结构，左边是合页，右边为旋紧螺栓，所述穹顶收集封盖的内部被分割成分别走轻液、重液的上下二层腔室，二层腔室互不相通，上层腔室与轻液收集口连接，而下层腔室与重液收集口连接，在穹顶封盖的顶部下方，设有一个薄板挡液罩；所述机壳为静止固定的筒体，其上端内部设有一个轻液向心泵和一个重液向心泵，轻液向心泵和重液向心泵在机器中是跟机壳一样静止不动，并不随转鼓、中心主轴、中间各种内件及被分离处理物料一起转动；待分离物料在高速旋转带动下被吸入轻液向心泵和重液向心泵，轻液向心泵的结构由位于终分离室叶轮轮毂和轻液导向盖板构成的泵室为主体；而重液向心泵的主体则是由转鼓上盖和重液导向盖板构成的泵室，轻液、重液向心泵通过各自吸入口不断地吸入轻液、重液，从而将轻液和重液分开；另外重液向心泵外部与转鼓上盖采用了机械密封，重液向心泵的泵体为静止件，与其接触的为密封静环，这其中还包括压紧此密封静环的弹簧，而通常位于静环位置处的密封环及O形圈由于是靠转鼓上盖压紧的，故此密封环被称为密封动环；

静止的机壳内安装有高速转动的转鼓，转鼓部分由中心主轴、转鼓、转鼓上盖、重液向心泵、重液导向盖板、轻液导向盖板、终分离室离心叶轮、终分离室叶轮轮毂、凝聚腔室内筒壁、凝聚腔室缠绕卷筒、初分离室离心叶轮、初分离室叶轮轮毂和转鼓下盖构成；转鼓的体内被划分成初分离室、凝聚室和终分离室，在下部的初分离室包含初分离室离心叶轮叶片和初分离室叶轮轮毂，位于转鼓上部的终分离室包含终分离室离心叶轮叶片和终分离室叶轮轮毂，初分离室与终分离室的构造是相同的，其中的核心部件分离叶轮是由终分离室叶轮轮毂和初分离室叶轮轮毂上面分别开有一周的插槽，终分离室离心叶轮叶片和初分离室离心叶轮叶片均是由对称于中心轴且每一片均按照设定的角度排列成放射状的薄板构成，叶轮的叶片是固定在叶轮插槽中，并在叶轮外表面上缠绕一根设定宽度的钢带，将叶片紧固在插槽中；在初分离室与终分离室之间设有凝聚室，其核心部件为凝聚器，凝聚器包含由凝聚腔室内筒壁和凝聚腔室缠绕卷筒，凝聚器内凝聚腔室缠绕卷筒为由薄钢板卷制成螺旋缠绕状的重叠式旋转筒，卷筒重叠的层数为30-180层；且卷筒上每一层板都前后左右均间隔80-100毫米设置排满直径为直径2-3毫米，高0.7毫米的凸状小孔；层板间隙较小但要确保均匀，为定层板间距，用金属板条定距以保证液体与转鼓同步旋转；定距条按上下顺流流动方向排列，圆筒高速旋转；初分离室叶轮轮毂、终分离室叶轮轮毂以及凝聚腔室内筒壁与中心主轴之间通过键联接；此外在上下两端分别设置了方便更换轴承的轴承箱，其中上轴承箱座，轴承装入后其内、外圈分别被压紧螺母压紧并限位，为躲避翻盖式穹顶收集封盖的接触，压紧上轴承箱座采用的是沉头内六角螺栓；另外由转鼓上盖和重液导向盖板以及转鼓一起构成轴承内圈的硬支撑；下轴承座的内部装有下轴承，下轴承的内圈是靠圆螺母压帽压紧止动垫片，而轴承的外圈是由填料函下端盖直接压紧。

所述的一种立式穹顶结构向心凝聚型分离机的分离方法，分离方法采用从顶端向下进料再返回到上部出料的方式，具体流程和分离过程为从顶端进料管进料，物料通过空心轴的内孔向下，在到达轴底部时即已获得了很大的流速且压力增强，因整个转鼓内部空间被分为初分离室、凝聚室和终分离室，其后在压力和向心泵扬程的提升作用下首先进入初分离室，在初分离室内的叶轮中进行分离，在初分离室离心叶轮和初分离室叶轮轮毂随转鼓和中心主轴做高速转动，此时在离心力的作用下，物料将同时进行着轴向、径向和环向三种运动，轻液向中心轴处聚集，重液被甩向转鼓壁一侧；经初分离后的重液部分沿着转鼓壁进入凝聚器，在凝聚器内进行凝集，由缠绕卷制薄钢板而成的凝聚器卷筒板面上开有很多小孔，进一步分离出来的轻液通过小孔层层向内并同时向上流动聚集，而初分离后的轻液通过凝聚器内部套筒间隙，流向终分离室；轻液、重液通过凝聚器后最终都进入终分离室内，在终分离室的叶轮中完成精分离，分离后的轻液、重液分别到达轻液、重液向心泵的进口处，吸入并向顶部为一穹顶双层扣盖位置移动，轻液走轻液向心泵即内套管与穹顶最上层接驳，而重液经重液向心泵与穹顶双层中的下层接驳；对于油、水物料，所述分离方法分成三个阶段：

粗分离阶段：油和水物料进入回转体内的初分离室中，由于离心力的方向是由回转轴中心指向转鼓的外侧，按设定角度排列的叶片之间留有设定的间隙，原液从间隙中流过之际，原料液中所含的油滴，由于与水之间存在着密度差就会浮起；

凝集阶段：物料经过初分离室分离后进入凝聚室，已经初分出来的油经轻液出口进入凝聚室入口，初分出来的水是由初分离室重液出口和凝聚室入口，接着从终分离室重液入口出来，当原液通过凝聚室中的很小的间隙时，在前面未能分离出的分散于水中的小油滴会继续朝转轴中心方向游动并上浮；上浮的小油滴，其流向与原液方向相同即顺流，水与油做同一方向流动；

精分离阶段:通过凝集室的两相及部分混合液体进入终分离室，终分离室的构造与初分离室完全相同，只是尺寸长度上根据需要会有变化或不同；小油滴己在凝集室中凝聚并粗粒化，在终分离室内很容易被分离掉；

所述分离方法轻液所走的路径：a - b - c - e - f - g – k；

所述分离方法重液所走的路径：a - b - c - d - h - m – n - o – p。

采用上述的技术方案，立式穹顶结构向心凝聚型分离机也正是另外一种利用离心力高速旋转的动设备，它相比较前述的静置式分离设备，可以显著提高分离效果，并且具有结构小重量轻的最大特点。其和传统的液液分离机又有不同，是一种利用离心力进行微小液滴的凝聚、粗粒化的全新的高性能分离机，这种分离机具有把处理液导入正在旋转的回转体内，使其在离心力场中进行分离的装备。

由于这种分离机的分离原理是利用两种液体间的比重差，因此能广泛地应用于两种不相互溶合而具有密度差的液体分离上，如分离水中存在的少量油分或其它成分，分离提取工程中的提取液和水分。

立式穹顶结构向心凝聚型分离机是一种用于分离液相颗粒的分离机，只要两液体颗粒之间存在比重差且相互不溶解，就可以对它们进行分离。像这类液体在产业界和工业生产中到处存在，下面所述的是它的主要应用范围：

1、石油开采、精制和贮运过程中产生的各种油和水的分离；

2、被回收的海上采出油的分离处理；

3、机械、钢铁、液压、热处理、压延和汽车等产业中油和水的分离；

4、各种船舶、潜艇压舱水的处理；

5、制药、乳制品生产所处的医药工业、食品工业和饮料工业等场合在抽取、洗净和水洗过程中具有比重差的液态体的分离等等。

立式穹顶结构向心凝聚型分离机与传统的液-液分离机不同，它是一种利用离心力进行微小液滴的凝集、粗粒化的全新的高性能分离机，使微小液滴凝聚***变大，此种分离机具有把待分离处理的液体导入正在旋转的回转体内，利用两种液体间的比重差，使其在离心力场中进行分离的结构。因而可应用于两种不相互溶合而具有比重差的液体分离上，如分离工业污水中的油分和水分。

立式穹顶结构向心凝聚型分离机的设计原理为将具有密度差的物料流体置于高转速下的离心力场中，通过控制调整不同的转速，改变设备离心力和向心力大小的不同从而产生不同的分离效果及作用。

本发明所能达到的有益效果是：

1、效率高：该机分离效率高，具有高质量的分离效果；

2、结构简单：紧凑、小型、体轻，制造周期短，易于安装、拆卸及维修；

3、制造精度高：升降速快，振动小，噪音低，运行稳定可靠；

4、节能：通过选用部分轻型材料，节省能源，减少运行成本；

5、占地少：立式结构，节省场地；

6、适应性强：分离过程简单，操作维护简便；

7、运行周期长：润滑方式为油润滑，轴承与机械密封共用一套润滑冷却***，充分利用了所处空间位置和和结构，润滑性能得以提高，对延长使用寿命有利。

附图说明

图1是本发明立式穹顶结构向心凝聚型分离机的整体结构图。

图2是本发明立式穹顶结构向心凝聚型分离机工作原理及流程图。

图3是立式穹顶结构向心凝聚型分离机上部穹顶结构及向心泵剖视图。

图4是初、终分离室结构正视正图。

图5是初、终分离室结构俯视图。

图6是初、终分离室结构侧视图。

图7是凝聚室结构正视图。

图8是凝聚室结构俯视图。

图1中，1、轻液收集口，2、双头螺柱，3、O形密封圈，4、上轴承箱座，5、进料管，6、穹顶收集封盖，7、机械密封，8、密封封盖，9、轴承，10、重液收集口，11、转鼓上盖，12、重液向心泵，13、重液导向盖板，14、轻液导向盖板，15、轻液向心泵，16、转鼓，17、终分离室离心叶轮，18、终分离室叶轮轮毂，19、机壳，20、凝聚腔室内筒壁，21、凝聚腔室缠绕卷筒，22、初分离室离心叶轮，23、初分离室叶轮轮毂，24、转鼓下盖，25、轴用挡圈，26、毛毡，27、下轴承座，28、下轴承，29、止动垫片，30、圆螺母压帽，31、填料函下端盖，32、填料，33、压盖，34、支座，35、带轮，36、减振垫，37、中心主轴，38、电机。

图2中，a、进料管，b、初分离室液流入口，c、初分离室轻液出口、凝聚室入口、凝聚室轻液出口或终分离室轻液入口，d、终分离室重液入口、初分离室重液出口或凝聚室入口，e、终分离室轻液出口，f、轻液向心泵入口，g、轻液向心泵出口、穹顶上层入口或穹顶上层出口，h-重液拐弯处，k、轻液出口， m、重液向心泵入口，n、重液向心泵出口或穹顶下层入口，O、穹顶下层出口，p、重液出口。

图6中，A、初、终分离室叶轮轮毂，B、叶片，C、缠绕钢带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步详细的描述：

图1示出了一种立式穹顶结构向心凝聚型分离机，主要由上轴承箱座4、穹顶收集封盖6、机械密封7、密封封盖8、轴承9、转鼓上盖11、重液向心泵12、轻液向心泵15、转鼓16、初分离室离心叶轮叶片22、初分离室叶轮轮毂23、终分离室离心叶轮叶片17、终分离室叶轮轮毂18、机壳19、中心主轴37、凝聚腔室内筒壁20、凝聚腔室缠绕卷筒21、转鼓下盖24、下轴承座27、下轴承28、填料函下端盖31、压盖33等部分组成。

如图1所示，本机为立式结构，机壳19为静止固定的筒体，也是作为分离机的主骨架用以支撑起整个机器，其内设有高速旋转的转鼓16，转鼓中间有一支与转鼓16同步转动的心轴，即中心主轴37，此轴是中空的，被分离物料从上端顶盖经进料管5和此中空轴进入并降到转鼓内腔的底部，转鼓16的内部包含有三部分，分别为初分离室、凝聚室和终分离室。初分离室设置在下部，包含初分离室离心叶轮叶片22和初分离室叶轮轮毂23，终分离室设置在上部，是由终分离室离心叶轮叶片17和终分离室叶轮轮毂18组成的，初、终分离室的构造基本是相同的，其中的核心部件分离叶轮是由对称于中心轴且每一片均按照一定的角度排列成放射状的薄板构成，叶轮的叶片是固定在叶轮插槽中，为防止高速转动过程中所产生的离心力造成叶片松脱，需在叶轮表面缠绕一根一定宽度的钢带，将叶片更加牢靠地固定在插槽中。在初、终分离室之间设有凝聚室，其核心部件为凝聚器，它是由凝聚腔室内筒壁20和凝聚腔室缠绕卷筒21组成。物料经过初分离室的粗分离后进入凝聚室。凝聚室中的凝聚器是分离机的核心部件，其与中心主轴37配合并通过键连接，凝聚器内凝聚腔室缠绕卷筒21的结构为薄钢板卷制成的数十层至百余层重叠式旋转筒，呈螺旋缠绕状，钢板卷筒上每一层都开有固定间隔的小孔，以便于分离时油水通过凝聚，层板间隙较小但要确保均匀，用金属板条定距并保证液体与转鼓同步旋转。定距条按上下顺流方向排列，圆筒高速旋转，不同密度和质量的油和水在进入凝聚室时有很大一部分在内或外不同的卷筒中一边在做向上的移动，一边在其中进一步分离。为了进一步确保层板间有一定的空隙，原液通过这些薄薄的凝集板间隙时, 先前在预备分离室中未曾分离、分散于水中的微小的油滴会朝转轴中心方向浮起。上浮的小油滴与原液的流向同向并流。油滴是沿着浮起速度与原液流速合成的方向流动，层板间的小油滴会朝着凝集板间隙向轴心一侧集中, 从而凝集起来,形成较大的油滴。此外，油份经常都以薄层状态存在。该板被冲制成固定间距80-100毫米，直径2-3毫米，高约0.7毫米的凸状孔，卷筒重叠的层数为30-180层。

立式穹顶结构向心凝聚型分离机机器顶部为一穹顶结构，连接有穹顶收集封盖6，该收集封盖6的内部被分割成上下二层腔室分别走轻液、重液，二层腔室不互通，各自有其排液口，即上一层腔室与轻液收集口1连接，而下一层腔室与重液收集口10连接，在穹顶封盖的顶部，设置了一个挡液罩，轻液向心泵15和重液向心泵12分别为轻液向心泵和重液向心泵，在本机中分别起着提升轻液和重液向上扬程的作用，其在机器中是随机壳等一样静止固定的，不随转鼓16、中心主轴37及中间各种内件和被分离处理物料进行转动。这些待分离物料是被高速旋转带启并被带进吸入轻液向心泵15和重液向心泵12，从而将轻液和重液分开。

轻液向心泵15的工作是靠其吸入口在由终分离室叶轮轮毂18和轻液导向盖板14构成的泵室内进行的；而重液向心泵12的工作是靠其吸入口在由转鼓上盖11和重液导向盖板13构成的泵室内进行的。为方便更换轴承专门设置了上轴承箱座4，轴承座内装入轴承后其内外圈分别被压紧螺母压紧定位，为躲避翻盖式穹顶收集封盖6的接触，压紧上轴承箱座4采用的是沉头内六角螺栓。另外由转鼓上盖11和重液导向盖板13以及转鼓16等三件一起构成了本机轴承9的内圈的硬支撑，为防止提升上来的重液不被吸入到重液向心泵12中而从上部漏出，此处使用了机械密封，但这里机械密封的使用与其它地方不太一样，因本机的重液向心泵12的泵体为静止件，故与其接触的通常为密封动环的零件此时被改成为密封静环，这其中还包括压紧此密封静环的弹簧，而通常位于静环位置处的密封环及O形圈由于是靠转鼓上盖11压紧的，故此密封环可被称为密封动环。

轻液、重液向心泵出口管道以及进料管道采取整体加工和安装的方法，保证结构的稳定性。本机中，在转鼓顶部，设置了一个挡液罩，安装在终分离室叶轮的上部。

本机采用了一种向心泵结构形式，通过其扬程以提高轻、重液从分离机底部向上的高度，可使转鼓结构更紧凑，不仅省去了中间单装输液泵装置，并可回收部分能量；而且也使生产场所变得洁净；还可满足被分离液体不与空气接触的特殊分离工艺的要求，如采用密闭与半密闭结构。

向心泵的名称实际上是相对于离心泵而起的称谓，最大的不同在于泵轮不转且间接固定在机体上，泵室回转。在离心分离机中，液体已在转鼓中加速，在泵室中使之同步回转，在向心泵泵轮流道中转能，具有小流量高扬程的特点。向心泵技术在离心分离机中的应用有其自身独特的优势，也可以说发挥着极大的作用。向心泵采用叶管式叶轮，叶轮是三维空间叶轮。当泵轴带动叶管式叶轮高速旋转时，水流从叶轮最大半径处进入叶管、并沿着叶管作高速向心运动，水流从泵轴旋转获得动能、在垂直方向得到提升，这就是向心泵的工作原理。

向心泵是专门用于输送液体，可以是轻液输出，也可以是重液输出，或轻、重液都用向心泵输出。因此，向心泵结构在各种离心分离机中，均是整机的重要组成部分。向心泵结构设计是否合理是离心分离机能否正常运行与使用的关键。

向心泵有固定在机壳上静止不动的叶轮，叶轮外缘浸没在与转鼓同步旋转的分离液层内﹐分离液由叶轮外缘进入弧形流道，流至叶轮中心排液管排出。叶轮将旋转液体的动能转变为静压﹐降低了压力损失。本机有轻液向心泵和重液向心泵，分别排出分离后的油和水。

本机轴承润滑既可采用油润滑，也可采用脂润滑，脂润滑实施起来比较简便，只须注入即可。油润滑润滑效果较好，对于高转速的离心机在润滑的同时，还可带走部分热量，起到冷却作用。由于该试验机转速较高，故对其轴承采用循环润滑。润滑油箱为密闭式，在润滑油回游管线上有透气孔，可使回油有效地返回油箱。为防止润滑油油温过高，在油箱上装有冷却器以降低润滑油温度。

图2是立式穹顶结构向心凝聚型分离机工作原理及流程图。此图描述了本机分离过程中轻液所走的路径是：a - b - c - e - f - g - k；还有重液所走的路径为：a - b -c - d - h - m - n - o - p。

图3是立式穹顶结构向心凝聚型分离机上部穹顶结构及向心泵剖视图。该图放大了机器上部，描绘了轻液向心泵与穹顶最上一层的联系通道及其轻液出口，还有重液向心泵与穹顶下面一层的联系通道及重液的最终出口。

图4是初、终分离室中分离叶轮的结构正视图，从中可以看到初、终分离室中叶轮轮毂、叶片、缠绕钢带。

图5是初、终分离室中分离叶轮的结构俯视图，从另一个侧面可以看到初、终分离室中叶轮轮毂、叶片、缠绕钢带。

图6是初、终分离室中分离叶轮的结构侧视图，图中所标注的A为初、终分离室叶轮轮毂，B为叶片，C为缠绕钢带。

图7是本机凝聚器的结构正视图，凝聚器由薄钢板缠绕卷制而成，各层之间加有定距条。

图8是本机凝聚器的结构俯视图，凝聚器由薄钢板缠绕卷制而成，各层之间加有定距条。

Claims (2)

1.一种立式穹顶结构向心凝聚型分离机，其特征是：它包括上轴承箱座（4）、穹顶收集封盖（6）、机械密封（7）、密封封盖（8）、轴承（9）、转鼓上盖（11）、重液向心泵（12）、轻液向心泵（15）、转鼓（16）、初分离室离心叶轮（22）、初分离室叶轮轮毂（23）、终分离室离心叶轮（17）、终分离室叶轮轮毂（18）、机壳（19）、中心主轴（37）、凝聚腔室内筒壁（20）、凝聚腔室缠绕卷筒（21）、转鼓下盖（24）、下轴承座（27）、下轴承（28）、填料函下端盖（31）和压盖

（33）；所述分离机采用立式结构，顶部为一穹顶翻盖结构，左边是合页，右边为旋紧螺栓，所述穹顶收集封盖（6）的内部被分割成分别走轻液、重液的上下二层腔室，二层腔室互不相通，上层腔室与轻液收集口（1）连接，而下层腔室与重液收集口（10）连接，在穹顶封盖的顶部下方，设有一个薄板挡液罩；所述机壳（19）为静止固定的筒体，其上端内部设有一个轻液向心泵（15）和一个重液向心泵（12），轻液向心泵（15）和重液向心泵（12）在机器中是跟机壳一样静止不动，并不随转鼓（16）、中心主轴（37）、中间各种内件及被分离处理物料一起转动；待分离物料在高速旋转带动下被吸入轻液向心泵（15）和重液向心泵（12），轻液向心泵（15）的结构由位于终分离室叶轮轮毂（18）和轻液导向盖板（14）构成的泵室为主体；而重液向心泵（12）的主体则是由转鼓上盖（11）和重液导向盖板（13）构成的泵室，轻液、重液向心泵通过各自吸入口不断地吸入轻液、重液，从而将轻液和重液分开；另外重液向心泵（12）外部与转鼓上盖（11）采用了机械密封（7），重液向心泵（12）的泵体为静止件，与其接触的为密封静环，这其中还包括压紧此密封静环的弹簧，而位于静环位置处的密封环及O形圈由于是靠转鼓上盖（11）压紧的，故此密封环被称为密封动环；静止的机壳（19）内安装有高速转动的转鼓（16），转鼓部分由中心主轴（37）、转鼓（16）、转鼓上盖（11）、重液向心泵（12）、重液导向盖板（13）、轻液导向盖板（14）、终分离室离心叶轮（17）、终分离室叶轮轮毂（18）、凝聚腔室内筒壁（20）、凝聚腔室缠绕卷筒（21）、初分离室离心叶轮（22）、初分离室叶轮轮毂

（23）和转鼓下盖（24）构成；转鼓（16）的体内被划分成初分离室、凝聚室和终分离室，在下部的初分离室包含初分离室离心叶轮（22）和初分离室叶轮轮毂（23），位于转鼓（16）上部的终分离室包含终分离室离心叶轮（17）和终分离室叶轮轮毂（18），初分离室与终分离室的构造是相同的，其中的核心部件分离叶轮是由终分离室叶轮轮毂（18）和初分离室叶轮轮毂（23）上面分别开有一周的插槽，终分离室离心叶轮（17）和初分离室离心叶轮（22）均是由对称于中心轴且每一片均按照设定的角度排列成放射状的薄板构成，叶轮的叶片是固定在叶轮插槽中，并在叶轮外表面上缠绕一根设定宽度的钢带，将叶片紧固在插槽中；在初分离室与终分离室之间设有凝聚室，其核心部件为凝聚器，凝聚器包含由凝聚腔室内筒壁（20）和凝聚腔室缠绕卷筒（21），凝聚器内凝聚腔室缠绕卷筒（21）为由薄钢板卷制成螺旋缠绕状的重叠式旋转筒，卷筒重叠的层数为30-180层；且卷筒上每一层均间隔80-100毫米设置排满直径2-3毫米，高0.7毫米的凸状小孔；层板间隙较小但要确保均匀，为定层板间距，用金属板条定距以保证液体与转鼓同步旋转；定距条按上下顺流流动方向排列，圆筒高速旋转；初分离室叶轮轮毂（23）、终分离室叶轮轮毂（18）以及凝聚腔室内筒壁（20）与中心主轴（37）之间通过键联接；此外在上下两端分别设置了方便更换轴承的轴承箱，其中上轴承箱座（4），轴承装入后其内、外圈分别被压紧螺母压紧并限位，为躲避翻盖式穹顶收集封盖（6）的接触，压紧上轴承箱座（4）采用的是沉头内六角螺栓；另外由转鼓上盖（11）和重液导向盖板（13）以及转鼓（16）一起构成轴承（9）内圈的硬支撑；下轴承座（27）的内部装有下轴承（28），下轴承（28）的内圈是靠圆螺母压帽（30）压紧止动垫片（29），而轴承的外圈是由填料函下端盖（31）直接压紧。

2.根据权利要求1所述的一种立式穹顶结构向心凝聚型分离机的分离方法，其特征是：

分离方法采用从顶端向下进料再返回到上部出料的方式，具体流程和分离过程为从顶端进料管进料，物料通过空心轴的内孔向下，在到达轴底部时即已获得了很大的流速且压力增强，因整个转鼓（16）内部空间被分为初分离室、凝聚室和终分离室，其后在压力和向心泵扬程的提升作用下首先进入初分离室，在初分离室内的叶轮中进行分离，在初分离室离心叶轮（22）和初分离室叶轮轮毂（23）随转鼓（16）和中心主轴（37）做高速转动，此时在离心力的作用下，物料将同时进行着轴向、径向和环向三种运动，轻液向中心轴处聚集，重液被甩向转鼓壁一侧；经初分离后的重液部分沿着转鼓壁进入凝聚器，在凝聚器内进行凝集，由缠绕卷制薄钢板而成的凝聚器卷筒板面上开有很多小孔，进一步分离出来的轻液通过小孔层层向内并同时向上流动聚集，而初分离后的轻液通过凝聚器内部套筒间隙，流向终分离室；轻液、重液通过凝聚器后最终都进入终分离室内，在终分离室的叶轮中完成精分离，分离后的轻液、重液分别到达轻液、重液向心泵的进口处，吸入并向顶部为一穹顶双层扣盖位置移动，轻液走轻液向心泵即内套管与穹顶最上层接驳，而重液经重液向心泵与穹顶双层中的下层接驳；对于油、水物料，所述分离方法分成三个阶段：

粗分离阶段：油和水物料进入回转体内的初分离室中，由于离心力的方向是由回转轴中心指向转鼓（16）的外侧，按设定角度排列的叶片之间留有设定的间隙，原液从间隙中流过之际，原料液中所含的油滴，由于与水之间存在着密度差就会浮起；

凝集阶段：物料经过初分离室分离后进入凝聚室，已经初分出来的油经轻液出口进入凝聚室入口，初分出来的水是由初分离室重液出口和凝聚室入口，接着从终分离室重液入口出来，当原液通过凝聚室中的很小的间隙时，在前面未能分离出的分散于水中的小油滴会继续朝转轴中心方向游动并上浮；上浮的小油滴，其流向与原液方向相同即顺流，水与油做同一方向流动；

精分离阶段：通过凝集室的两相及部分混合液体进入终分离室，终分离室的构造与初分离室完全相同，只是尺寸长度上根据需要会有变化或不同；小油滴己在凝集室中凝聚并粗粒化，在终分离室内很容易被分离掉；

所述分离方法轻液所走的路径：a - b - c - e - f - g - k，

所述分离方法重液所走的路径：a - b - c - d - h - m -n - o- p，

其中：a、进料管，b、初分离室液流入口，c、初分离室轻液出口、凝聚室入口、凝聚室轻液出口或终分离室轻液入口，d、终分离室重液入口、初分离室重液出口或凝聚室入口，e、终分离室轻液出口，f、轻液向心泵入口，g、轻液向心泵出口、穹顶上层入口或穹顶上层出口，h-重液拐弯处，k、轻液出口，m、重液向心泵入口，n、重液向心泵出口或穹顶下层入口，o、穹顶下层出口，p、重液出口。

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