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CN104797318B - 离心分离器 - Google Patents

离心分离器 Download PDF

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CN104797318B
CN104797318B CN201380061214.3A CN201380061214A CN104797318B CN 104797318 B CN104797318 B CN 104797318B CN 201380061214 A CN201380061214 A CN 201380061214A CN 104797318 B CN104797318 B CN 104797318B
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rotor
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gas
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whizzer
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P.哈格奎斯特
M.汉斯森
L.希尔斯特雷姆
R.伊萨克斯森
C.赫格马克
T.马内柳斯
J.斯库格
P.托维德
O.特恩布洛姆
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Abstract

公开了一种用于从气体流中分离出颗粒的离心分离器(1)，其包括安装在用于导引气体流的现有管道(19)内部的自支承框架(2)。框架包括用以将框架保持在管道内部的位置处的保持器件(20)，以及用于将管道分成第一区段和第二区段的第一分隔件(15)，其中，第一区段在第二区段的上游。分离器包括与第一区段连通的气体入口(3)，以及与第二区段连通的气体出口(4)。离心转子(5)布置成围绕旋转轴线(x)可旋转地支承在框架中，转子具有第一端部分和第二端部分，并且包括多个分离板(6)，多个分离板(6)在板之间限定分离通道(7)。离心分离器构造成使得第一区段和第二区段通过转子的分离通道连通。

Description

离心分离器
技术领域
本发明大体涉及用于从气体流中分离出颗粒的离心分离器。
背景技术
WO 2010/090578 A1公开了一种离心分离器装置，其用于从化石气体混合物中分离出呈颗粒和/或雾的形式的油，以获得分离的气体。该装置包括离心分离器，离心分离器具有限定分离空间的固定壳。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和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，并且设置在分离空间中。驱动马达通过心轴连接到分离部件上，并且使分离部件围绕旋转轴线旋转。
发明内容
本发明的目标是提高用于从气体流中分离出颗粒的离心分离器(诸如背景技术中公开的类型的离心分离器)的灵活性，以便使其适合在现有管道设备(诸如用于传输气体的管线)中使用。另一个目标是提供一种用于从气体流中分离出颗粒、可以降低的成本制造和安装的离心分离器。
因而本发明涉及一种用于从气体流中分离出颗粒的离心分离器。将颗粒限定成固体颗粒和/或液体颗粒，诸如油滴或油雾。离心分离器包括用于安装在用于导引气体流的现有管道内部的自支承框架。框架包括用以将框架保持在管道内部的位置处的保持器件，以及用于将管道分成第一区段和第二区段的第一分隔件，其中，第一区段在第二区段的上游。离心分离器进一步包括与第一区段连通的气体入口和与第二区段连通的气体出口。离心转子布置成围绕旋转轴线可旋转地支承在框架中，转子具有第一端部分和第二端部分，并且包括多个分离板，诸如截头圆锥形分离盘或轴向板。分离板在板之间限定分离通道，并且离心分离器构造成使得第一区段和第二区段通过转子的分离通道连通。
此外，本发明涉及一种用于从气体流中分离出颗粒的离心分离器，其包括用于安装用于导引气体流的现有管道的内部的自支承框架，框架包括用以将框架保持在管道内部的位置处的保持器件，以及用于将管道分成在分隔件上游的第一区段和在分隔件下游的第二区段的第一分隔件、与第一区段连通的气体入口、与第二区段连通的气体出口、布置成围绕旋转轴线(x)可旋转地支承在框架中的离心转子，转子具有第一端部分和第二端部，并且包括多个分离板，多个分离板在板之间限定分离通道，其中，离心分离器构造成使得第一区段和第二区段通过转子的分离通道连通。
因而离心分离器可以简单的方式装配在现有管道系统中。管道例如可为可容许管道中有至少10巴的压力的压力管道，诸如用于传输气体的管或管线。不必为了允许安装离心分离器而改造或改动管道系统，并且因而管道系统可得到维护和优化，以经受住高压，并且/或者可降低安装成本。
框架可密封地连接到管道上，优选在第一分隔件的区域中连接到管道上，使得管道被密封地分成第一区段和第二区段。还可在第一分隔件和离心转子之间提供密封件。密封件可采取形成间隙密封部的狭窄通道的形式。因而当气体流从第一区段流到第二区段时，气体流被迫进入分离通道中。
框架可包括将转子的第一端部分可旋转地支承在第一轴承中的第一框架部分，以及将转子的第二端部分可旋转地支承在第二轴承中的第二框架部分。第一框架部分可包括第一分隔件。因而可实现较稳定的转子结构。备选地，框架可将转子可旋转地支承在第一或第二框架部分中的单个轴承中。
框架可包括连接第一和第二框架部分的圆柱形管状元件，以及其中，离心转子布置在管状元件的内部。因而框架可构建成对转子的第一和第二端部分提供支承的单元，该单元可安装在管道内。
框架可设有一般的圆柱形形状，诸如圆形圆柱形形状，以装配在圆柱形管道的内部，诸如圆形圆柱形管道的内部。
框架可构造成借助于保持器件来可释放地连接到管道的圆柱形内表面上。离心分离器可进一步包括管道的用于导引气体流的部分，其中，管道的该部分具有圆柱形内表面，以及其中，框架可构造成借助于保持器件来可释放地连接到管道的圆柱形内表面上。因而，离心分离器可安装在沿着管道的各种位置处，并且当需要时，诸如在维护期间，可从管道中移除离心分离器。
管道可构造成容许由管道导引的气体流中有至少10巴的压力。在这种管道中，离心分离器特别有利，因为分离器可在管道内部运行，不必对管道进行任何大改动，诸如穿过管道壁的电力构件或机械构件或连接器。
保持器件可构造成通过提供可扩张外径来与管道的圆柱形内表面接合。从而可安装离心分离器，而且离心分离器以简单的方式可释放地与管道的圆柱形内表面接合。保持器件可构造成与管道的圆柱形内表面密封地接合。
保持器件可包括一个或多个沿径向开槽的截头圆锥形盘，其构造成使得开槽盘的外径可在保持器件压缩时扩张。因而可扩张外径由可通过上紧压缩性上紧器件(诸如螺栓)来操作的装置实现。开槽式截头圆锥形盘还可具有使保持力围绕管道的圆柱形内表面的周边分布的作用。两个或更多个沿径向开槽的截头圆锥形盘可布置成使得开槽部分彼此相互交迭，从而使得成组的开槽式截头圆锥形盘与管道的圆柱形内表面密封地接合。
保持器件可包括可扩张元件，诸如形成为设有间隙的周向构件的带，间隙可由螺杆机构加宽，使得提供可扩张外径。
保持器件可包括弹簧元件，其包围框架且构造成通过提供可有弹性地变形的外周边来与管道的圆柱形内表面接合。弹簧元件可为沿着框架的外周边延伸的螺旋弹簧。
管道可包括凸缘，其中，框架构造成与管道的凸缘协作，使得其可释放地连接到管道的凸缘上。因而离心分离器可安装到设有管凸缘的管道上，管凸缘连接管道的两个区段。离心分离器还可例如结合管凸缘而安装在设置在管道壁中的围绕凹部中，其中，保持器件构造成与凹部接合。
保持器件可构造成将离心分离器支承在管道内部的位置处，将其连接到管道的任何部分上。
保持器件可布置在第一分隔件的区域中。因而离心分离器可在第一分隔件附近的区域处可释放地紧固到管道上或与其接合。
离心分离器可进一步包括：在转子中的中心气体腔室，中心气体腔室与分离通道的径向内部部分和气体出口连通；包围转子且与分离通道的径向外部部分和气体入口连通的空间。分离器可进一步包括在转子的上游的、构造成使气体流旋转的装置，并且离心转子可构造成使得气体混合物的旋转流驱动离心转子旋转，以从气体流中分离出颗粒，气体流从包围转子的空间引导出，通过板之间的分离通道且被引导向中心气体腔室。离心转子可优选地构造成使得气体混合物的旋转流独自驱动离心转子旋转，以从同一气体流中分离出颗粒。
因而气体流的旋转流可使离心转子旋转，由此离心分离器不依赖于单独的驱动马达来驱动转子。从而分离器的结构可得到简化，成本可降低，而且对分离器进行维修和维护的需要可减少。由于气体的旋转流驱动转子旋转，所以转子的旋转速度类似于进入到分离通道中的气体的旋转速度。这特别有利，因为这会减小分离器上的压降。另外，由于旋转气体流从分离通道的径向外部部分通向分离通道的径向内部部分，所以气体流因为角动量守恒的原因而加快自旋。因而旋转由于诸如粘性力而从气体传递到转子是特别高效的。由于离心分离器上的压降有限，所以保持器件为了将分离器保持在管道中的位置处所施加的保持力可受到限制。
本发明进一步涉及一种方法，其中，根据前述权利要求中的任一项的离心分离器安装在用于导引气体流的现有管道中，诸如空气导管、用于传输气体的导管，或者压力管道(诸如管线)中。
气体流可为化石气体流、天然气流、生物气流、排气流、通风气体流、曲轴箱气体流、二氧化碳(CO2)流、氢化硫(H2S)流等。
本发明进一步涉及使用公开的离心分离器来从气体流(诸如化石气体流、天然气流、生物气流、排气流、通风气体流、曲轴箱气体流、二氧化碳(CO2)流、氢化硫(H2S)流等)中分离出颗粒，诸如固体颗粒或液体颗粒，以及/或者涉及将公开的离心分离器应用于气体压缩、胺过程、壳牌克劳斯尾气处理(SCOT)过程、排气洗涤等中的位置。本发明进一步涉及使用公开的离心分离器来从压力管道中的气体流中分离出颗粒，诸如固体颗粒或液体颗粒，管道可构造成容许由管道导引的气体流中有至少10巴的压力。
附图说明
现在以示例的方式，参照附图来描述本发明，其中：
图1显示沿着根据本发明的离心分离器的旋转轴线的横截面，离心分离器布置在用于导引气体流的圆柱形管道中。
图2显示这种离心分离器的转子的部分地剖开的透视图。
图3显示具有截头圆锥形开槽盘的保持器件的轴向横截面。
图4显示构造成使气体流旋转的装置的透视图。
图5显示根据另一个实施例的垂直于构造成使气体流旋转的装置的旋转轴线的横截面。
具体实施方式
在图1中，显示了用于从气体流中分离出颗粒的离心分离器1，其布置在圆柱形管道19中，圆柱形管道19呈用于导引气体流的圆柱形管的形式。分离器包括用于安装在管道19内部的自支承框架2。自支承要理解为诸如在安装和拆卸期间，框架支承本身，不依靠来自管道的支承的能力。框架设有用于将管道分成第一区段和第二区段的第一分隔件15，其中，第一区段在第二区段的上游。分离器进一步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。
离心分离器进一步包括布置成可围绕旋转轴线x在框架中旋转的离心转子5。旋转轴线沿管道的延伸方向延伸。转子包括轴26，轴26具有第一端部分和第二端部分。第一端部分借助于第一轴承13支承在第一框架部分15a中。第一框架部分15a包括第一分隔件15。第二端部分借助于保持在第二框架部分21中的第二轴承14支承在框架中。参照图2，更详细地描述转子。转子包括盘支承结构27，盘支承结构27连接到转子轴线上，并且在转子轴线的第一端部分和第二端部分之间延伸。盘支承结构具有三个板状翼，它们沿着转子轴线延伸，并且从转子轴线沿径向向外延伸。在备选实施例中，盘支承结构包括两个或更多个翼，诸如六个翼。在转子轴线的第二端部分附近，底盘28附连到盘支承结构的翼上。在底盘上堆叠了多个截头圆锥形分离盘6，且它们被板状翼的径向外部部分导引。分离盘可由轻质材料制成，诸如塑料，或者由金属制成，诸如不锈钢。分离盘各自设有定距部件，以便在叠堆中的盘之间提供分离通道7。定距部件呈伸长突起的形式，伸长突起从各个分离盘的径向内部部分延伸到径向外部部分，具有沿着线或曲线的延伸部。伸长定距部件或堵头(caulk)可为直的或弯曲的，并且可结合在盘中，或者附连到盘上。定距部件可备选地或另外包括呈点状堵头或微堵头的形式、分布在分离盘的表面上的定距部件。在成叠堆的分离盘的顶上，提供顶盘29。顶盘附连到盘支承结构的翼上。成叠堆的分离盘被顶盘和底盘压缩。在分离盘的径向内部形成中心气体空间8，中心气体空间8被盘支承结构27的翼分成三个部分。顶盘设有中心开口30，使得转子的中心气体空间打开，以使气体传送通过顶盘。顶盘设有凸缘31，凸缘31包围中心开口，从而提供圆柱形外部密封表面18a。
再次转到图1，狭窄间隙形成于密封表面18a(形成于顶盘的凸缘31上)和第一分隔件上的对应的圆柱形密封表面18b之间。间隙在管道中的第一区段16和第二区段17之间形成间隙密封部18。转子中的中心气体腔室8通过顶盘的中心开口和形成于第一分隔件中、包围第一轴承13的开口32，与分离通道7的径向内部部分和气体出口4连通。另外，空间9形成于转子的径向外部且包围转子。包围转子的空间9与分离通道7的径向外部部分和气体入口3连通。离心分离器构造成使得管道的第一区段和第二区段通过转子的分离通道7来连通。
框架包括在框架中形成气体入口3的底部密封环33。底部密封环密封地连接38到内部管道壁25上。圆柱形框架管24沿着管道的内壁作为框架的一部分延伸，从密封环的底部延伸到第一分隔件15，并且与框架的其它部分连接，以提供自支承框架结构。支承第二轴承14的第二框架部分21连接到圆柱形框架管的内壁上且由其支承。
框架2进一步包括用以将框架保持在管道内部的位置处的保持器件20。保持器件包括环形部分34，环形部分34借助于密封部件37密封地连接到内部管道壁25上。保持器件构造成通过提供可扩张外径来与管道的圆柱形内表面接合。参照图3，更详细地描述保持器件。环形部分34通过围绕环形部分34的周边分布的多个螺栓35连接到第一分隔件18上。保持器件包括一个或多个沿径向开槽的截头圆锥形盘36，其安装成使得由于上紧环形部分的螺栓而产生的盘的压缩会使盘的开槽式径向外部部分36a扩张，并且与管道的圆柱形内表面接合。因而通过上紧压缩螺栓35来实现可扩张外径。
再次参照图1，离心分离器包括构造成使气体流旋转的固定装置10。构造成使气体流旋转的装置10定位在转子的上游，并且形成于第二框架部分21中。装置10包括环形气体偏转部件11，环形气体偏转部件11包括多个导叶12，导叶12相对于离心转子的轴向方向x倾斜，并且围绕旋转轴线分布。导叶布置在通道11a中，通道11a在转子的上游形成于第二框架部分中。通道11a在离心转子的分离板的径向外侧延伸。参照图4，更详细地显示构造成使气体流旋转的装置10。装置10包括环形气体偏转部件11，环形气体偏转部件11包括多个导叶12，导叶12从环形部件向外延伸，并且围绕转子的旋转轴线分布。导叶相对于转子的轴向方向倾斜，倾斜度沿着导叶的长度在流动气体的方向上逐渐增大。
根据一个实施例，导叶可为可动的，并且/或者导叶的倾斜度在运行期间是可调节的，以便控制气体流的旋转速度，并且因而控制转子的旋转。
作为图4中的显示的方案的补充或者备选方案，在离心转子上游的气体入口3可布置成相对于离心转子的旋转轴线成直角，如图5中显示的那样。此图显示了垂直于转子的旋转轴线而在离心分离器的入口侧处的管道的横截面。优选的是以直角连接外部管连接件，以便经受住管道中的高压。在这个实施例中，在转子的上游的、构造成使气体流旋转的装置10包括入口气体偏转部件11'，入口气体偏转部件11'布置成使气体流从气体入口朝离心转子的切向方向偏转。入口气体偏转部件11'可为固定的，或者枢转地连接到管道19上，而且可倾斜或弯曲，使得流过入口3的气体朝离心转子的切向方向偏转，因而在管道中实现气体流的旋转流。偏转部件的位置或倾斜度在分离器的运行期间是可调节的，以便控制气体流的旋转速度。如显示的那样，这可由入口气体偏转部件11'实现，其在点39处枢转地连接到管道上，并且借助于弹簧40朝初始位置偏压。弹簧可在枢转点处与入口气体偏转部件结合，或者将入口气体偏转部件连接到管道的另一个点上。在增加的气体流处，入口气体偏转部件被气体流偏转，这可对管道中的气体旋转速度产生限制。
参照图1，通过在管道内部的期望位置处，将分离器及其自支承框架2置于管道内部，来将分离器安装在管道19中，并且使保持器件20的直径扩张使得保持器件与管道的内表面25接合，以将分离器保持在管道内部的期望位置处。
在离心分离器的运行期间，气体流进入到离心分离器1的入口3中。气体流被迫进入通道11a中，在那里，倾斜导叶12使气体朝分离器的转子的切向方向偏转。因而导叶12使气体流旋转，并且气体流进入到包围转子5的空间9中。在这个空间中，发生预分离，其中借助于旋转气体流中的离心力，从气体流中分离出比气体流中的气体具有更大密度、呈固体颗粒和/或液滴的形式的较大颗粒，并且较大颗粒淀积在圆筒24的内表面上。
旋转气体流从包围转子的空间9进入到形成于转子中的分离盘6之间的分离通道7中。借助于作用于分离通道中的分离盘上的粘性力，旋转气体流使转子5旋转。用作导叶或涡轮叶片的盘叠堆的伸长定距部件也促进转子旋转，以改进动量从气体流传递到转子。由于旋转气体流从分离通道的径向外部部分通向分离通道的径向内部部分，所以气体流因为角动量守恒而加快自旋。因而旋转从气体传递到转子在这个构造中是特别高效的。
在分离通道中，呈固体颗粒和/或液滴的形式、密度比气体流中的气体更大的颗粒由于离心力而从气体流中分离。由于成叠堆的截头圆锥形盘的分离通道中的分离间隔较小，这甚至允许从气体流中分离出较小和/或不那么稠密的颗粒。从气体流中分离出的颗粒淀积在截头圆锥形分离盘的内表面上，并且借助于离心力沿径向向外传输。从分离通道中的气体流中分离出的颗粒从分离盘的径向外边缘抛向圆筒24的内表面且淀积在其上。
因而气体混合物的旋转流独自驱动离心转子旋转，而不需要驱动马达驱动转子。产生的旋转使得从同一气体流中分离出颗粒。通过形成于转子和第一分隔件中的通道30和32，对出口4提供引导向转子的中心气体腔室8的清洁气体，并且清洁气体从分离器传输通过管道。

Claims (15)

1.一种用于从气体流中分离出颗粒的离心分离器(1)，包括
自支承框架(2)，其用于安装在用于导引所述气体流的现有管道(19)的内部，所述框架包括用以将所述框架保持在所述管道内部的位置处的保持器件(20)，以及用于将所述管道分成第一区段和第二区段的第一分隔件(15)，其中，所述第一区段在所述第二区段的上游，
与所述第一区段连通的气体入口(3)，
与所述第二区段连通的气体出口(4)，
布置成围绕旋转轴线(x)可旋转地支承在所述框架中的离心转子(5)，所述转子具有第一端部分和第二端部分，并且包括多个分离板(6)，所述多个分离板(6)在所述板之间限定分离通道(7)，
其中，所述离心分离器构造成使得所述第一区段和所述第二区段通过所述转子的所述分离通道连通。
2.根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，所述框架包括：第一框架部分(15a)，其将所述转子的所述第一端部分可旋转地支承在第一轴承(13)中；以及第二框架部分(21)，其将所述转子的所述第二端部分可旋转地支承在第二轴承(14)中。
3.根据权利要求2所述的离心分离器，其特征在于，所述第一框架部分包括所述第一分隔件。
4.根据权利要求2所述的离心分离器，其特征在于，所述框架包括连接所述第一框架部分和所述第二框架部分的圆柱形管状元件(24)，以及其中，所述离心转子布置在所述管状元件的内部。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述框架构造成可释放地安装在所述管道中。
6.根据权利要求5所述的离心分离器，其特征在于，所述框架构造成借助于所述保持器件来可释放地连接到所述管道的圆柱形内表面(25)上。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器进一步包括所述管道(19)的用于导引所述气体流的部分，其中，所述管道的所述部分具有圆柱形内表面(25)，以及其中，所述框架构造成借助于所述保持器件来可释放地连接到所述管道的圆柱形内表面上。
8.根据权利要求6所述的离心分离器，其特征在于，所述保持器件构造成通过提供可扩张外径来与所述管道的所述圆柱形内表面接合。
9.根据权利要求5所述的离心分离器，其特征在于，所述保持器件包括一个或多个沿径向开槽的截头圆锥形盘，其构造成使得所述开槽盘的外径可在所述保持器件压缩时扩张。
10.根据权利要求1-4中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述管道包括凸缘，以及其中，所述框架构造成与所述管道的所述凸缘协作，使得其可释放地连接到所述管道的所述凸缘上。
11.根据权利要求1-4中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述保持器件布置在所述第一分隔件的区域中。
12.根据权利要求1-4中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述离心分离器进一步包括在所述转子中的中心气体腔室(8)，其与所述分离通道的径向内部部分和所述气体出口连通，
空间(9)，其包围所述转子，并且与所述分离通道的径向外部部分和所述气体入口连通，
所述分离器进一步包括在所述转子上游的、构造成使所述气体流旋转的装置(10)，
所述离心转子构造成使得气体混合物的旋转流驱动所述离心转子旋转，以从所述气体流中分离出颗粒，所述气体流从包围所述转子的所述空间引导出，通过所述板之间的所述分离通道且被引导向所述中心气体腔室。
13.一种方法，其中，根据权利要求1-12中的任一项的离心分离器安装在用于导引气体流的现有管道中。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，用于导引气体流的所述现有管道是压力管道。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述压力管道是管线。
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