动态预旋与轴向推进式水力旋流器制造技术

本发明专利技术动态预旋与轴向推进式水力旋流器，由介质预旋部分和水力旋流分离部分组成，轴向进料，由旋转栅进行预旋，轴向尺寸短不易振动；旋转栅同时起升压的作用，旋流器的压力降很小。在旋转栅端部外环区域，设有环状的物料轴向推进加速结构，使旋流器外周的轴向流速增高，边界重组分能更快地到达重液出口，增大处理量和减少未分离内层介质的流出，并减小各层间的轴向速度梯度使之不易挟带掺混。在逆向流动的轻质液导出口，还设置一防短路遮流罩阻止进料混合介质向轻质液导出口的短路流出，协同提高分离效率。本发明专利技术适合含固体颗粒的液固相或油水相的高效分离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多相组分的离心分离装置，特别涉及动态预旋与轴向推进式水力旋流器，适合含固体颗粒的液固相或油水相的高效分离。
技术介绍
观目前国内外的水力旋流分离器，总体说来分为两大类静止式的和动态外驱动式的。绝大部分的旋流器都是纯静态部件的静止式结构，如此虽然操作简便、可靠性强、工作寿命长，但由于其分离机理全是凭借其入口介质的压力能转化成高速旋流来实现的，因此压力损失很大，造成推动流动的压差不足而使旋流器单位容积的处理能力降低。并且由于边缘的轴向速度损失较大，容易产生逆向涡流和扩散掺混，降低其分离效果。虽然对于压力损失大的问题，可以采用增加入口压力的方法解决，但除了耗能之外，使用通常的离心泵增压，由于泵内的强烈湍流，将使油水乳化、聚态团粒的破碎作用大大增强，非常不利于其后再进到旋流器中分离。而使用柱塞泵、螺杆泵增压的成本很高。 动态外驱动式的水力旋流器问世于上世纪80年代，至今已发展有Total型、预旋流型和复合型三种常见的形式。其基本结构都是具有一段外界驱动的旋转管段，Total型和复合型的还在管上固装旋转栅来驱动介质加速旋转；欲分离的介质在旋转管内Total型和预旋流型、或在管外复合型沿着管的轴向流动，在旋转栅等驱流转动件的作用下，提高了介质的旋转速度。由于有轴功的输入，故介质的入口压力不必多量地转换成旋转动能，其离心力场就能得到增强，因而使压降减小，分离效率提高。并且增强的离心力场也能补充外周介质的压力损失，使排液顺畅，处理量增加。 但上述的动态驱动式水力旋流器也还存在着一些不足Total型和预旋流型的外转筒类似静态旋流器的外壳，旋转边界延续到整个分离流道，转筒的机械误差易引起不平衡振动，影响旋流分离的稳定，容易再次参混；预旋流型仅靠分离段外筒内壁的摩擦力来使外周旋流强度提高，其作用有限，转动组件的功效较低；复合型虽是今后发展的方向，但其结构有些复杂，其旋转栅悬臂外伸很长，容易摆转振动。而振动会产生强力混合，减弱分离效果。 再从机理上分析，无论是静止式还是动态外驱动式的水力旋流器，在其增旋收縮段区域，依据动量矩守恒，沿轴向随旋转半径的不断减小，周向旋转速度成反比增大，角速度成平方增加，离心力场强则成3次方增大。随着离心力场的增大，中心流的压力会轴向沿程逐减，而边缘流的压力会沿程逐增，但这种压力梯度，恰与旋流器中的边缘重液向前排出，而轻液一般回流排出的流动方向所要求的推动力是相反的，会延缓已分离相的及时排出。 在旋流器的渐縮增旋段，对重介质来讲，依据流量连续性原则、和轻液向中心区域的回流使外环流量的减少，都要求重介质的轴向速度增加。但由于旋流器内壁的摩擦和上述的逆向压力梯度，使靠近边界的分离重相，轴向加速会更慢，这不利于分离后的重相和沉降物的及时排出，而在进出口压差的作用下，有可能使外层以内的未完全分离相加速从重液出口排出，而使分离效果变差。 不仅如此，上述未完全分离相的轴向速度增高、或者说最高轴向速度的内移，会导致分离段中内层区域各层间的轴向速度梯度增大，而靠近内层轻质相的层间轴向速度梯度若是大，就会加剧对已分离轻质液的挟带掺混，使旋流分离的效果进一步变差。旋流器的分离效果不如离心机，还有一个重要的原因就是因为介质要自增旋，故需要分离段半径的收縮，但这会引起离心力场强度沿着轴向的变化太大，无法实现所谓的"中性层"进料而使进料流动对已分离相的干扰最低。旋流分离后的两相，需要逆向排出，而一般内层轻质相是回流排出的，轴向沿程的离心力场不断减弱，流动易向外周扩散；而另一方面，进料介质的压力大于轻质相的流出压力，且因当地的离心力不大，容易向内扩散到已分离轻质液流出口的周边，进到尚未流出的轻质相中，而形成"短路"流出。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述动态和静态水力旋流器的不足，提供一种结构简单、作用原理更加有效的动态预旋与轴向推进式水力旋流器。 本专利技术无旋转外壳、转子悬臂短不易振动，对进口压力要求低，单位体积处理量大，特别是能增加旋流器外周重组分的轴向排出速度，减少未完全分离相从重液出口的排出，减小分离层之间的轴向速度梯度，进料介质对已分离轻质组分逆向排出的渗透和扰动更小，是一种分离效率高的水力旋流器，能满足油田开采或其他场合下，对于油砂分离、油水分离的需求。 本专利技术为实现上述目的所采取的技术解决方案为动态预旋与轴向推进式水力旋流器，由介质预旋部分和水力旋流分离部分组成，预旋部分包括进料管l，转动管轴4，连接盘13，旋转栅14，上、下转动轴承5、 10，上、下轴承封盖6、9，皮带轮7，轴承支架8，上、下转动密封2、12和上、下密封座3、11 ;水力旋流分离部分包括旋流器耐磨衬里15，旋流器外壳16，防短路遮流罩17，轻质液导出口、导出管18、19，对中支撑辐板20，轻质液导出罐21，轻质液出口管22和重液和固体颗粒出口管23，其特征在于轴流进料的介质经由转动管轴4的末端敞口，不先自预旋就直接导入转动管轴4底端固装的旋转栅14中，进行外驱动动态预旋，在旋转栅14靠向旋流器腔一侧的外环圆周区域，设置了一圈可对旋流器外周介质产生轴向推进加速的结构，又在分离后逆向流动的轻质液导出口 18的顶部和周向区，设置一个有一定轴向长度的防短路遮流罩17，罩盖住轻质液导出口 18，并向旋流器的收縮增旋段方向做一定的轴向延伸遮挡，还在旋转栅14靠向旋流器腔一侧的端部、从旋转栅14中心到中径以上的区域，覆盖一个阻挡物料介质从轴向流出的旋转栅下端面挡流板26。 所述的旋转栅(14)，包括旋转栅叶片(25)，旋转栅上端面板(24)和旋转栅下端面挡流板(26)，旋转栅叶片(25)安装在旋转栅上端面板(24)和旋转栅下端面挡流板(26)之间，由中心沿径向向外呈辐射状或弯曲辐射状均布，数量为2 16片。 所述的对介质轴向推进加速的结构，由2 16片轴向推进副叶片27组成，轴向推进副叶片27可以选用将旋转栅叶片25的外周下角的一小部分，在朝向外圆周和朝向旋流器内腔的方向，同时做径向和轴向加长延伸段，并使延伸段沿着转动方向，周向向后倾斜弯曲，或成逐渐倾斜弯曲的方式来制成。 防短路遮流罩17为上端面封闭、下端口敞开的筒形结构，直径为轻质液导出管194直径的1. 05 4倍，筒长为筒直径的0. 5 15倍。 旋转栅叶片25可以是直叶片，也可以是弯曲辐射状叶片，对于直叶片可按径向辐射安装，也可后掠一定角度安装；对于弯曲辐射状叶片，导流前缘略有后弯，边缘切线与旋转栅14径向的夹角al在0 3(T之间，介质流出的导流后缘，与旋转栅14径向的夹角a2在20 80。之间。 轴向推进副叶片27，其径向和轴向加长延伸段，相对于旋转栅14的轴向外伸长度在2 300mm之间，径向外伸尺寸在0 100mm之间，轴向推进副叶片27的宽度在2 100mm之间，厚度在0. 5 15mm之间，其后弯倾斜角，即以底端缘斜面作切线与轴线或圆柱母线之间的夹角P在5 80°之间。旋转栅14的直径在30 1500mm之间，轴向长度在10 600mm之间。旋转栅叶片25的厚度在O. 5 15mm之间。 本专利技术的特点 1.中心轴流进料，进料轴外驱动旋转，轴底端固装旋转栅。如此一是可使旋流器的轴向尺寸縮短，二是使转动管轴的外伸段达到最短的程度，转子的刚性大大增强，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
动态预旋与轴向推进式水力旋流器，由介质预旋部分和水力旋流分离部分组成，预旋部分包括进料管（１），转动管轴（４），连接盘（１３），旋转栅（１４），上、下转动轴承（５）、（１０），上、下轴承封盖（６）、（９），皮带轮（７），轴承支架（８），上、下转动密封（２）、（１２）和上、下密封座（３）、（１１）；水力旋流分离部分包括旋流器耐磨衬里（１５），旋流器外壳（１６），防短路遮流罩（１７），轻质液导出口、导出管（１８）、（１９），对中支撑辐板（２０），轻质液导出罐（２１），轻质液出口管（２２）和重液和固体颗粒出口管（２３），其特征在于：轴流进料的介质经由转动管轴（４）的末端敞口，不先自预旋就直接导入转动管轴（４）底端固装的旋转栅（１４）中，进行外驱动动态预旋，在旋转栅（１４）靠向旋流器腔一侧的外环圆周区域，设置了一圈可对旋流器外周介质产生轴向推进加速的结构，又在分离后逆向流动的轻质液导出口（１８）的顶部和周向区，设置一个有一定轴向长度的防短路遮流罩（１７），罩盖住轻质液导出口（１８），并向旋流器的收缩增旋段方向做一定的轴向延伸遮挡，还在旋转栅（１４）靠向旋流器腔一侧的端部、从旋转栅（１４）中心到中径以上的区域，覆盖一个阻挡物料介质从轴向流出的旋转栅下端面挡流板（２６）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡大鹏，邹久朋，刘培启，代玉强，朱彻，刘凤霞，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]