离心分离器的离心转子、离心分离器、分离方法及锥形盘

技术领域

本发明涉及一种用于使流体的相对较重的相与流体的相对较轻的相分离的离心分离器的离心转子，离心转子包括锥形盘的堆叠，离心转子具有中心旋转轴线，锥形盘围绕其同心地设置，每个锥形盘具有外表面和内表面，且包括中心开口，锥形盘的堆叠包括介于相邻锥形盘之间的多个空隙，空隙包括用于使相对较重的相与相对较轻的相分离的第一空隙，以及设在第一空隙中的一个附近的至少一个第二空隙。

本发明还涉及一种用于使流体的相对较重的相与流体的相对较轻的相分离的离心分离器。

此外，本发明涉及一种用于使流体的相对较重的相与流体的相对较轻的相分离的方法，离心转子包括锥形盘的堆叠，离心转子具有中心旋转轴线，锥形盘围绕其同心地设置，每个锥形盘具有外表面和内表面，且包括中心开口，堆叠包括相邻锥形盘之间的多个空隙，空隙包括第一空隙和设在第一空隙中的一个附近的至少一个第二空隙，该方法包括以下步骤：使离子转子旋转、供应流体以及将流体传送到第一空隙中，在第一空隙中，相对较重的相与相对较轻的相分离。

更进一步，本发明涉及一种用于使流体的相对较重的相与流体的相对较轻的相分离的离心分离器的离心转子的锥形盘，锥形盘具有中心旋转轴线，锥形盘围绕其同心地设置，锥形盘具有外表面和内表面，且包括中心开口。

背景技术

已经看到，具有包括锥形盘的堆叠的离心转子且根据逆流原理工作的气体-液体离心分离器随气体压力增大而效率降低。

逆流分离意味着分离的相对较重的相(其可由诸如油或冷凝天然气这样的液体构成)应该沿径向向外，且相对较轻的相(其可由诸如天然气这样的气体构成)应该沿径向向内。

在自然气流中，气体和液体两者的流体性质随系统压力变化。增大压力会增大气体的密度但减小液体的密度，这是由于较轻的馏分冷凝物、液体的粘度和液体的表面张力。已经注意到，增大压力导致分离效率降低，这意味着相对较重的相的一部分可跟随相对较轻的相向内且离开离心分离器。

EP 2 735 351公开了一种用于将颗粒与气流分离的离心分离器。分离器包括框架、气体入口和气体出口。离心转子可围绕旋转轴线在框架中旋转，且包括限定板之间的分离通路的多个分离板。转子中的中心气体室与分离通路的径向内部和气体入口连通。装置使气流在转子上游旋转。转子构造成使得气体混合物的旋转流驱动转子的旋转，以用于将颗粒与从转子周围的空间通过板之间的分离通路且朝中心气体室引导的相同气流分离。

US 8,425,670公开了一种用于将油或雾与化石气体混合物分离的设备。该设备包括具有限定分离空间的壳的离心分离器。提供了用于到分离空间的气体混合物的入口。离心转子布置在分离空间中。

发明内容

本发明的目的在于补救上述问题，且实现相对较重的相与流体的更有效分离。更确切地说，其目的在于解决根据逆流原理操作的离心机转子中的压力增加时分离效率降低的问题。

离心转子

该目的通过最初限定的离心转子实现，其特征在于，止回阀装置设在至少一个第二空隙中，以用于朝中心旋转轴线沿向内方向闭合至少一个第二空隙，且允许至少一个第二空隙沿与向内方向相反的向外方向打开。

在操作离心转子时，流体将进入第一空隙，其中相对较轻的相可在第一空隙中向内流动，且相对较重的相的至少一部分将由于离心力而向外流动。可在第一空隙中与相对较轻的相的流一起向内流动的相对较重的相的任何部分可经由从第一空隙中的一个到第二空隙的通路吸入第二空隙，且然后借助于离心力在第二空隙中沿向外方向流动，且因此沿径向从离心转子离开。

由于本发明，因此有可能实现相对较重的相与流体的有效分离，且获得很纯的相对较轻的相，例如，很纯的天然气。

因此，本发明适用于气体(诸如天然气)的纯化。然而，本发明还适用于使液态流体的相对较重的液相与相对较轻的液相分离，尤其是在重相与轻相之间具有较大的密度差或较大的粘度差的液态流体。

根据本发明的实施例，离心转子可包括一个以上的第二空隙，例如，多个第二空隙，其中第一空隙和第二空隙以交错顺序布置在离心转子中。阀装置可设在每个第二空隙中。

根据本发明的实施例，锥形盘包括或由以下构成：多个第一锥形盘和至少一个第二锥形盘，其中至少一个第二空隙形成在至少一个第二锥形盘与第一锥形盘中的一个之间。

根据本发明的实施例，锥形盘包括或由以下构成：多个第一锥形盘和多个第二锥形盘，其中第一锥形盘和第二锥形盘以交错顺序布置在离心转子中。

根据本发明的实施例，止回阀装置包括沿向内方向闭合至少一个第二空隙的至少一个第一阀部件。第一阀部件可延伸360°，即，围绕第二锥形盘的整个圆周。还有可能提供围绕第二锥形盘的圆周分布的若干第一阀部件。第一阀部件或多个第一阀部件可沿第二锥形盘的圆周的一部分延伸，其中圆周的其余部分由闭合元件覆盖，闭合元件因此可与第一阀部件交错。

根据本发明的实施例，第一阀部件或多个第一阀部件在第二锥形盘中的一个与至少一个第一锥形盘之间延伸。

根据本发明的实施例，第一阀部件附接到至少一个第二锥形盘的外表面。第一阀部件或多个第一阀部件可由任何适合的连结手段附接，例如，通过胶合、通过夹持、通过紧固件(诸如螺钉、销或铆钉等)，或通过若干连结手段的组合。

根据本发明的实施例，第一阀部件可为柔性的。例如，通过由柔性材料制成，诸如橡胶、聚合物、纺织品等，或通过具有柔性部分。第一阀部件的柔性可允许第一阀部件在沿至少一个第二锥形盘的外表面的打开位置与抵靠相对的第一锥形盘的内表面的闭合位置之间移动。在闭合位置，第一阀部件可相对于中心旋转轴线沿向外方向延伸，其中第一阀部件的最外缘抵靠相对的第一锥形盘的内表面。

根据本发明的实施例，第一阀部件构造成在离心转子旋转时借助于离心力闭合至少一个第二空隙。离心力因此将在离心转子旋转时将第一阀部件带到闭合位置，其中第一阀部件的最外缘可抵靠相对的第一锥形盘的内表面。

在第二空隙中向外流动的相对较重的相可归因于离心力的作用对第一阀部件施压使其离开与相对的第一锥形盘的内表面的抵靠，以允许相对较重的相的流经过第一阀部件。

根据本发明的实施例，至少一个第二锥形盘包括从第一空隙到第二空隙的通路。此通路可允许可能在第一空隙中向内流动的相对较重的相吸入至少一个第二空隙中，在第二空隙中其可向外流动。

根据本发明的实施例，第一锥形盘具有在离中心旋转轴线第一径向距离处的内缘，其中通路位于离中心旋转轴线比第一径向距离更大的径向距离处。可在第一空隙中流动的相对较重的相因此可在其与由锥形盘的中心开口限定的中心室中的相对较轻的相的流接触之前吸入第二空隙中。

根据本发明的实施例，通路包括孔口，孔口延伸穿过至少一个第二锥形盘且相对于外表面设在第一阀部件上游。

根据本发明的实施例，通路由至少一个第二锥形盘的内缘形成，其中第二锥形盘的内缘位于离中心旋转轴线比第一径向距离更大的第二径向距离处。

根据本发明的实施例，通路由至少一个第二锥形盘的内缘中的凹部形成，其中凹部或凹部的底部位于离中心旋转轴线比第一径向距离更大的径向距离处。

根据本发明的实施例，至少一个第二锥形盘包括从外表面突出的闭合部件，其中闭合部件闭合第二空隙且相对于向外方向设在孔口上游。闭合部件可防止相对较重的相经由第二空隙到达中心室，且可有利地沿周向方向延伸360°。

根据本发明的另一个实施例，阀装置包括闭合至少一个第二空隙的至少一个第二阀部件，其中第一阀部件和第二阀部件相对于向外方向在彼此之后连续地设置。第二阀部件可以以相同方式布置且可具有与第一阀部件相同的构造。

根据本发明的另一个实施例，离心转子包括锥形盘的中心开口内的中心室，其中离心转子构造成允许相对较轻的相在第一空隙中沿向内方向流入中心室。

离心分离器

该目的还通过最初限定的离心分离器实现，其包括包围分离空间的壳、如上文限定的离心转子以及用于使流体和离心转子围绕分离空间中的中心旋转轴线旋转的装置。

根据本发明的另一个实施例，离心分离器包括用于流体的入口、用于相对较重的相的出口以及用于相对较轻的相的出口。

根据本发明的另一个实施例，离心转子的中心室形成与用于相对较轻的相的出口连通的出口室。

根据本发明的另一个实施例，驱动部件包括由待分离的流体驱动的驱动马达或涡轮叶轮。

分离方法

该目的还通过最初限定的方法实现，其特征为以下步骤：

朝中心旋转轴线沿向内方向闭合至少一个第二空隙，以及

对于相对较重的相，允许至少一个第二空隙沿与向内方向相反的向外方向打开。

锥形盘

该目的还通过最初限定的锥形盘实现，其特征在于，锥形盘包括止回阀装置的至少一个第一阀部件，并且第一阀部件构造成朝中心旋转轴线沿向内方向闭合，且沿与向内方向相反的向外方向打开，其中第一阀部件可在沿锥形盘的外表面的打开位置与闭合位置之间移动，在闭合位置，第一阀部件相对于中心旋转轴线沿向外方向延伸。

根据本发明的实施例，第一阀部件附接到锥形的外表面且相对于中心旋转轴线沿向外方向延伸。

根据本发明的实施例，第一阀部件具有最外缘，其可远离和朝向外表面移动。

第一阀部件可延伸360°，即，围绕锥形盘的整个圆周。还有可能提供围绕锥形盘的圆周分布的若干第一阀部件。第一阀部件或多个第一阀部件可沿锥形盘的圆周的一部分延伸，其中圆周的其余部分由闭合元件覆盖，闭合元件因此可与第一阀部件交错。

根据本发明的实施例，第一阀部件或多个第一阀部件由任何适合的连结手段附接到外表面，例如，通过胶合、通过夹持、通过紧固件(诸如螺钉、销或铆钉等)，或通过若干连结手段的组合。

根据本发明的实施例，第一阀部件可为柔性的。例如，通过由柔性材料制成，诸如橡胶、聚合物、纺织品等，或通过具有柔性部分。第一阀部件的柔性可允许第一阀部件在沿锥形盘的外表面的打开位置与抵靠相对的锥形盘的内表面的闭合位置之间移动。在闭合位置，第一阀部件可相对于中心旋转轴线沿向外方向延伸，其中第一阀部件的最外缘位于锥形盘的外表面上方且离外表面一定距离处。

根据本发明的实施例，第一阀部件构造成在锥形盘旋转时由离心力带到闭合位置。

根据本发明的实施例，锥形盘包括允许通过锥形盘的流的孔口，其中孔口设置成比第一阀部件更接近中心旋转轴线。孔口因此可相对于向外方向设在第一阀部件上游。

根据本发明的实施例，通路可由锥形盘的内缘中的凹部形成。

根据本发明的实施例，锥形盘包括从外表面突出且相对于向外方向设在孔口上游的闭合部件。闭合部件可防止相对较重的相向内流动，且可有利地沿周向方向延伸360°。

根据本发明的实施例，止回阀装置包括至少一个第二阀部件，其中第一阀部件和第二阀部件相对于向外方向在彼此之后连续地设置。第二阀部件可以以相同方式布置且可具有与第一阀部件相同的构造。

附图说明

现在将通过描述各种实施例且参照附图来更接近地阐释本发明。

图1示意性地公开了根据本发明的实施例的离心分离器的截面视图。

图2示意性地公开了图1中的离心分离器的离心转子的锥形盘的堆叠的切开扇区的透视图。

图3示意性地公开了图3中的切开扇区的较大比例的透视图。

图4示意性地公开了图3中的堆叠的锥形盘的透视图。

图5公开了图3中的堆叠的四个锥形盘的一部分的截面视图。

图6公开了根据本发明的第二实施例的离心分离器中的堆叠的四个锥形盘的一部分的类似于图6的截面视图。

图7公开了沿图6中的线VII-VII的截面视图。

具体实施方式

图1公开了一种用于使流体的相对较重的相与流体的相对较轻的相分离的离心分离器。如上文所述，离心分离器适用于各种流体(包括液态流体、气态流体，诸如天然气等)的分离或纯化。

离心分离器构造成在高或极高的压力下操作，例如，大约50-100bar，或甚至更高。

离心分离器包括壳1。在公开的实施例中，壳1包括圆柱形管2、上游端部件3和下游端部件4。

在公开的实施例中，壳1且因此离心分离器安装在管路5中以用于输送流体。

壳1限定或包围分离空间6。离心分离器还包括用于供应流体的入口7以及用于相对较轻的相的主出口8。入口7由上游端部件3包括且延伸穿过上游端部件3。主出口8由下游端部件4包括且延伸穿过下游端部件4。

此外，离心分离器包括用于分离的相对较重的相的第二出口9。第二出口9在图1中示意性地指示，且包括穿过锥形管2的多个开口10，以及出口导管11。出口导管11可延伸穿过管路5。

在公开的实施例中，壳1是静止的。然而，可以注意到，壳1还可为设在静止结构中的旋转壳。

离心分离器包括离心转子15，其设在分离空间6中且布置成围绕中心旋转轴线x旋转。

离心转子15包括心轴16，其借助于心轴16的形成上游端的第一端处的第一轴承17以及心轴16的形成下游端的第二端处的第二轴承18可旋转地支承。

离心转子15包括锥形盘20',20''的堆叠，其相对于中心旋转轴线x同心地设置，见图2-5。锥形盘20',20''以本来已知的方式附接到心轴16，且可设置在心轴16的第一端附近的第一支承盘21与心轴16的第二端附近的第二支承盘22之间。

离心分离器包括用于使流体旋转的装置23以及在分离空间6中围绕中心旋转轴线x的离心转子15。

装置23可包括静止环形偏转部件，其包括多个导叶，导叶相对于中心旋转轴线x倾斜，且围绕中心旋转轴线x分布。静止导叶将使流过入口7的流体旋转。旋转流体将使离心转子15围绕中心旋转轴线x旋转。最初提到的文献EP 2 735 351中公开了此装置。

装置23还可包括驱动部件，其具有联接到心轴16的轴以用于使离心转子15围绕中心旋转轴线x旋转。驱动部件可包括驱动电机(诸如电动马达)或由待分离的流体驱动的涡轮叶轮。

每个锥形盘20',20''具有在离中心旋转轴线x第一径向距离处的内缘24，以及外缘25，见图3。

锥形盘20',20''中的每个具有外表面26和内表面27。内表面27朝向中心旋转轴线x。

每个锥形盘20',20''包括由内缘24限定的中心开口28。锥形盘20',20''的中心开口28限定锥形盘20',20''的堆叠中的中心室29。如可从图1中看到的那样，离心转子15的中心室29形成与用于相对较轻的相的出口8连通的出口室。

锥形盘20',20''的堆叠包括介于相邻的锥形盘20',20''之间的相应空隙30',30''，见图5。应注意，图5中所示的离心转子15的四个锥形盘20',20''示为垂直于中心旋转轴线x延伸，而它们在其它图中示为相对于中心旋转轴线x成更实际的锥角。

空隙30',30'包括用于使相对较重的相与相对较轻的相分离的第一空隙30'，以及第二空隙30''。第一空隙30'和第二空隙30''以交错顺序设在离心转子15中。

第一空隙30'的高度由第一间隔部件31限定，尤其见图5。第一间隔部件31在第一空隙30'中沿径向向外延伸。

第二空隙30''的高度由第二间隔部件32限定，尤其见图4和5。第二间隔部件32在第二空隙30''中沿径向向外延伸。每个间隔部件32分成内部和外部，如可在图4中看到的那样。

在公开的实施例中，第二空隙30''的高度大于第一空隙30'的高度。这不是必要条件。第一空隙30'和第二空隙30''的高度可相等，或第一空隙30'的高度可大于第二空隙30''的高度。

锥形盘20',20''包括形成分离盘的多个第一锥形盘20'，以及多个第二锥形盘20''。第一锥形盘20'和第二锥形盘20''以交错顺序设在锥形盘20',20''的堆叠中。

因此，从第一端看，第二空隙30''中的一个形成在第二锥形盘30''中的一个与第一锥形盘20'中的一个之间，见图5。

离心分离器构造成根据逆流原理操作。因此，流体经由入口7进入离心分离器，且经过接近壳2的外周的驱动部件23进入分离空间6。流体然后从外侧进入离心转子15，且传送到第一空隙30'中。相对较重的相在第一空隙30'中分离，且相对较轻的相可继续向内进入中心室29。从中心室29，相对较轻的相经由出口8从离心分离器排出。

离心转子包括设在每个第二空隙30''中的止回阀装置40，以用于朝中心旋转轴线x沿向内方向ID闭合相应的第二空隙30''，且允许相应的第二空隙30''沿向外方向OD打开。向外方向OD与向内方向ID相反。

止回阀装置40包括第一阀部件41，其构造成朝中心旋转轴线x沿向内方向ID闭合，且沿向外方向OD打开。因此，第一阀部件41沿向内方向ID闭合相应的第二空隙30''。在公开的实施例中，阀装置40还包括第二阀部件42，其沿向内方向ID闭合相应的第二空隙30''。第一阀部件41和第二阀部件42相对于向外方向OD在彼此之后连续地设置。

第一阀部件41和第二阀部件42中的每个在第二锥形盘20''中的一个与第一锥形盘20''中的一个之间延伸，如可在图5中看到的那样。第一阀部件41和第二阀部件42由任何适合的连结手段附接到第二锥形盘20''的外表面26，例如，通过胶合、通过夹持、通过紧固件43(诸如螺钉、销或铆钉等)，或通过若干连结手段的组合。

第一阀部件41和第二阀部件42(见图5)相对于中心旋转轴线x沿向外方向OD延伸，且具有相应的最外缘44，其可远离和朝向外表面26移动。第一阀部件41和第二阀部件42是柔性的以允许所述可移动性。例如，第一阀部件41和第二阀部件42可由柔性材料制成，诸如橡胶、聚合物、纺织品等，或可具有柔性部分。第一阀部件41和第二阀部件42的柔性因此可允许第一部件41和第二阀部件42在沿第二锥形盘20''的外表面26的打开位置与抵靠相对的第一锥形盘21'的内表面27的闭合位置之间移动。

在闭合位置，第一阀部件41和第二阀部件42相对于中心旋转轴线x沿向外方向OD延伸。最外缘44位于第二锥形盘20''的外表面26上方且离外表面26一定距离处，且抵靠第一锥形盘20'的内表面27。

第一阀部件41和第二阀部件42延伸360度，即，围绕第二锥形盘20''的整个圆周，如可在图4中看到的那样。第一阀部件41在第二间隔部件32中的每个的内部与外部之间延伸。

可以注意到，还有可能提供围绕第二锥形盘20'的圆周分布的若干第一阀部件41和第二阀部件42。第一阀部件41和第二阀部件42然后可沿第二锥形盘20''的圆周的一部分延伸，其中圆周的其余部分通过闭合元件覆盖，其因此可与第一阀部件交错。

第一阀部件41和第二阀部件42构造成在离心转子15旋转时由离心力带到闭合位置(图5中所示)。

每个第二锥形盘20''包括允许通过第二锥形盘20''的流的通路。在公开的实施例中，每个通路包括孔口45。孔口45相对于向外方向OD设在第一阀部件41上游。

多个闭合部件46相对于向外方向OD设在相应一个孔口45上游的每个第二空隙30''中。闭合部件46由第二锥形盘20'包括，且从第二锥形盘20'的外表面26突出。闭合部件46防止相对较重的相向内流至中心室29。

闭合部件46在相邻成对的第二间隔部件32之间沿周向延伸，如可在图5中看到的那样。优选地，闭合部件46具有与第二间隔部件32相同的高度。闭合部件46与第二间隔部件32的宽度一起沿周向方向延伸360°。

在操作离心分离器时，离心转子15借助于驱动部件23(例如，涡轮叶轮)旋转。离心转子15的旋转然后由流体流生成，诸如天然气，其供应和传送到分离空间6，且进入第一空隙30'，在第一空隙30'中，相对较重的相与相对较轻的相分离。相对较重的相由于离心力在第一空隙30'中向外传送。然而，相对较重的相的一部分可向内流动。相对较重的相的该部分将在第二锥形盘20'的内表面27上流至孔口45，在那里其被吸入第二空隙30''中。

第二空隙30''借助于第一阀部件41和第二阀部件42朝中心旋转轴线x沿向内方向ID闭合，从而防止流体从离心转子15外部进入第二空隙30''。

然而，第一阀部件41和第二阀部件42将允许第二空隙30''沿向外方向OD打开，以便经由孔口45进入第二空隙30''的相对较重的相可在第二空隙30''中在第一锥形盘20'的内表面27上向外流动。在第一锥形盘20'的内表面27上向外流动的相对较重的相将归因于离心力的作用而对第一阀部件41和第二阀部件42施压使其离开与第一锥形盘20'的内表面27的抵靠，且因此允许相对较重的相经过第一阀部件41和第二阀部件42，且从离心转子15继续向外。

图6和7涉及第二实施例，其与第一实施例的差别仅在止回阀方面。在第二实施例中，止回阀包括第一阀部件41和第二阀部件42，如可在图6中看到的那样，两者均具有向外的渐缩形状。如可在图7中看到的那样，第一阀部件41具有沿向外方向OD的圆形或椭圆形的截面形状。这对于第二阀部件42也是此情况。至少在存在向外的流动时，阀部件41,42的最外端将沿向外方向OD打开。至少在向内方向ID上存在压力时，阀部件41,42的最外端将沿向内方向闭合。闭合元件(未公开)可设在阀部件41,42之间，见图7。

本发明不限于公开的实施例，而是可在所附权利要求的范围内改变和变化

例如，允许流过第二锥形盘20''的通路可替代孔口45包括第二锥形盘20''的内缘24中的凹部或由凹部形成。

在公开的实施例中，提供了第一阀部件41和第二阀部件42。可注意到，阀部件41,42中的仅一个就足够，例如，设在孔口45附近的第一阀部件41。然而，本发明也将仅利用设在第二锥形盘20''的外缘25附近的第二阀部件42工作。