CN105201870B - 一种前置旋流式气液分离器的离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种前置旋流式气液分离器的离心泵，包括：旋流筒，包括围绕成筒状的筒壁以及封闭一端的端盖，旋流筒的另一端开放；进料管，与所述旋流筒靠近端盖的筒壁切向连接；抽气管，安装在所述旋流筒的端盖上；离心泵，包括带有轴向入口和切向出口的蜗壳，安装在蜗壳内的叶轮以及叶轮的驱动轴；所述轴向入口与旋流筒的开放端连接；本发明将气液旋流分离与离心泵结合到一起，整体实现了气液分离和流体输送两种功能,气体在进入叶轮区域之前被分离出去，不易造成泵入口的堵塞，气体也不易被叶轮带走，除气能力更强，在旋流筒中心形成低压区也利于溶解在液体中气体的分离，进一步提高气液分离效果。

Description

一种前置旋流式气液分离器的离心泵

技术领域

本发明涉及气液分离技术领域，特别涉及一种前置旋流式气液分离器的离心泵。

背景技术

在食品工业中，果汁饮料在榨汁和搅拌的过程中，会混入较多的空气，包括游离气泡和液体中溶解的气体。在生产中，常常需要脱除液体中的这些气体，以防止果汁氧化，延长存储期。

近年来国内外学者对于气液分离操作进行了广泛研究，但大多都集中于油气分离领域，对于水和空气的混合流体研究较少，尤其是对于溶解于水中的空气，分离难度较大。在油气分离过程中，管柱式气液旋流分离器有着广泛的应用，旋流分离器通过流体的旋转离心作用实现气液两相的分离。

例如公告号为CN101940860A的中国专利文献公开了一种气液分离机，主要由以下部件组成：机壳内设有转鼓和布料器，转鼓通过传动装置与电机相连；机壳上设有料液进口和液体出口、进气口和气体出口；所述的料液进口一端通向壳体外面，另一端连接布料器，填料层设在转鼓内，通过隔离网与转鼓固定连接；所述的气体出口下端伸入分离机内部，安装在填料层与布料管之间，将分离后的气体引出；在机壳与转鼓之间设有布气管，布气管上布满孔，布气管与进气口相连；所述的料液进口和气体出口设在机壳的顶部，所述的液体出口和进气口设在机壳的底部；上述发明运用高速旋转产生的离心力、超重力，使原料液与逆向进入的空气接触，气、液两相，在来自转鼓代给液体的离心力及外界强压气体的作用下，使原料液中的气导体与液体分离，达到提高功效的目的。

又例如授权公告号为CN 201381813Y的中国专利文献公开了一种管柱式气液旋流分离器，以降低成本、减轻重量。它具有管柱式分离管，在管柱式分离管上部具有气液混合物入口管且气液混合物入口管由倾斜切向入口进入管柱式分离管，气体出口位于管柱式分离管上部，液体出口位于管柱式分离管下部。上述管柱式气液旋流分离器是一种带有倾斜切向入口及气体、液体出口的垂直管，依靠旋流离心力实现气、液两相分离，与传统的重力式分离器相比，具有结构紧凑、重量轻、节省成本等优点，是代替传统容积式分离器的新型分离装置。

上述两种该气液分离运用高速旋转产生的离心力，使原料液中的气体与液体分离，虽然能够有效分离液体中游离气体，但是较难分离液体中的溶解气体，并且还需要单独的流体输送装置与出液口连接，使用较为复杂。

发明内容

本发明提供了一种前置旋流式气液分离器的离心泵，同时完成气液分离和流体输送，结构紧凑且气液分离效率高。

一种前置旋流式气液分离器的离心泵，包括进料管、旋流筒、抽气管和离心泵，所述的进料管与旋流筒的筒壁切向连接，所述的旋流筒靠近进料管的一端与抽气管连接，另一端与离心泵的轴向入口连接。

所述离心泵包括带有轴向入口和切向出口的蜗壳，安装在蜗壳内的叶轮以及叶轮的驱动轴。

本发明在使用时，气液混合流体由外部管路进入进料管，通过进料管的引导，切向进入旋流筒内，流体形成高速旋转的液环，液体在旋流筒内以螺旋线的轨迹向离心泵的轴向入口移动(流体向一个方向移动可以依靠流体自身的重力实现，例如立置旋流筒，也可以是将进料管与轴线相对倾斜设置来实现)，游离在液体中的气体在离心力的作用下实现分离。

为了提高气液分离效果，优选的，所述的抽气管与真空泵连接，在高速液体旋流和抽气管连接的真空泵的共同作用下，旋流筒中心产生负压，利用气体在液体中的溶解度随压力降低而降低的特点，溶解在液体中的气体也分离出来，气体通过抽气管排除，脱气后的液体旋流得进入蜗壳内，经叶轮加压后输送出去，旋流的流体可以快速进入蜗壳内被输出，液体输送效率大大提高。

所述离心泵的轴向入口即为叶轮的有效工作区域，流体保持旋流的形式进入蜗壳随即被排出，从而达到提高液体输送效率的目的。

在流量一定的情况下，形成的液环的厚度由进入旋流筒的流体的压力和抽气管外接的真空泵的压力决定，为了方便调整进入旋流筒的流体的压力，优选的，所述进料管内安装有可更换的喷嘴。喷嘴的设置可以进一步增加流体的压力，并且可以根据需要更换不同尺寸的喷嘴，所述喷嘴的进口尺寸不变，出口尺寸可有多种选择，以满足不同流量下的使用需求。

为了方便安装和更换喷嘴，优选的，所述的喷嘴的进口外翻形成固定环，所述的进料管的内壁设有支撑所述固定环以定位喷嘴的环形台阶。环形台阶形成的方式可以是两段内径不同的管体连接而成，所述进料管包括：薄壁矩形管和位于薄壁矩形管下方并与之相连的厚壁矩形管，厚壁矩形管的另一端与旋流筒相连，喷嘴嵌入厚壁矩形管内部，依靠喷嘴上部的固定环固定在进料管内。

为了使流体可以尽可能与旋流筒的内壁相切，优选的，所述进料管包括与外部管路连接的变截面段以及与变截面段连接用于安装喷嘴的矩形连通管，所述变截面段的进口为圆形，出口为矩形，所述变截面段的口径沿进液方向逐渐缩小。矩形连通管相比于圆形管，其具有至少一侧面与筒壁完全相切，可以使流体尽可能贴靠旋流筒的内壁，提高旋流效果。

进一步优选的，所述的矩形连通管的一个侧面与所述旋流筒筒壁相切，所述矩形连通管的横截面的长边落在该侧面上，所述矩形连通管的长边a与宽边b满足b<a<3b。上述比例设置，既保证了进液量又可以保证流体尽可能多地切向进入旋流筒。

为了使喷嘴喷出的流体可以贴靠旋流筒内壁切向进入，优选的，所述的喷嘴的横截面为矩形，喷嘴的口径逐渐缩小，所述矩形连通管与所述旋流筒筒壁相切的侧面与所述喷嘴的一个侧面贴靠。随后进入喷嘴，喷嘴出口口径小于喷嘴入口，流体通过喷嘴后流速提高，沿圆筒圆周方向流入圆筒内部。

为了不破坏旋流的气流分布，优选的，所述旋流筒连接有抽气管的一端安装有端盖，所述抽气管的出口端固定在端盖的中心位置。

所述抽气管设置的越大，则抽气效果越好，但是抽气管过大会导致进入真空泵的液体增多，因此，为了兼顾效率，优选的，所述旋流筒的内径为D，所述抽气管的内径为d，满足0.1D<d<0.2D。

为了减小本发明的体积，同时保证气液分离的效率，优选的，所述进料管在旋流筒上的切向出口到离心泵的轴向入口(叶轮的有效工作区域)的轴向有效长度为L，所述旋流筒的内径为D，满足D<L<2D。

优选的，所述叶轮的叶片与蜗壳内壁的间隙为0.3～1mm，所述叶轮的叶轮盘远离旋流筒的一侧与蜗壳端面的间隙为0.3～1mm，所述叶片的片数为4～10，上述结构可以减少扬程损失，提高叶轮工作效率。

所述叶轮包括与驱动轴固定的叶轮盘，叶轮盘朝向旋流筒的一侧设有叶片，叶片的作用是将液体加压并输送出去，闭式叶片效率较高，开片叶轮便于进行清洗，本发明的叶片为开式或半开式。

所述旋流筒与蜗壳上的轴向入口通过带斜面的螺纹活接固连，便于拆装。所述旋流筒的内径等于轴向入口的直径。旋流筒在与进料管相连处设有开口，旋流筒的一端与平盖连接，另一端接有活接法兰。

本发明的有益效果:

本发明将气液旋流分离与离心泵结合到一起，整体实现了气液分离和流体输送两种功能,气体在进入叶轮区域之前被分离出去，不易造成泵入口的堵塞，气体也不易被叶轮带走，除气能力更强，在旋流筒中心形成低压区也利于溶解在液体中气体的分离，进一步提高气液分离效果。

附图说明

图1为本发明的前置旋流式气液分离器的离心泵的剖视示意图。

图2为本发明的前置旋流式气液分离器的离心泵的部分立体结构示意图。

图3为图2的横向剖视示意图。

图4为本发明的前置旋流式气液分离器的离心泵的喷嘴的立体结构示意图。

图5为本发明的前置旋流式气液分离器的离心泵的叶轮的立体结构示意图。

具体实施方式

如图1～5所示，本实施例的前置旋流式气液分离器的离心泵包括：相互连接的离心泵和旋流筒3。

离心泵包括带有轴向入口且内置泵轴4的蜗壳8，与泵轴4固定连接用于排出蜗壳8内液体的叶轮14，蜗壳8上方设有出口9(切向出口)，蜗壳8的端盖为连接架15，叶轮14朝向旋流筒3一侧设有叶片7，叶片7与蜗壳8内壁的间隙为0.5mm，叶轮14远离旋流筒3的一侧与连接架15的间隙为0.5mm，叶片7为开式叶片，本实施例里取6片。

旋流筒3包括端盖1和筒壁2，旋流筒3的开放端接有螺纹活接件一13，蜗壳8的轴向入口接有螺纹活接件二6，旋流筒3与蜗壳8之间通过螺纹活接头5固定对接。

端盖1上固定有抽气管10，抽气管10为直管，一端穿出端盖1，另一端通过端盖1连通旋流筒3内部，抽气管10的内径为d，旋流筒3的内径为D，满足d＝0.15D。

端盖1到叶片7的入口处的有效长度为L，L为流体旋流的路径轴向长度，L越大旋流的流程越长，但是如果长度过大，水流流速降低，又会使流体无法维持旋流的状态，不再进行旋流分离，因此，本实施例中，满足L＝1.5D。

旋流筒3开有一切向入口，切向入口与进料管12相连。进料管由变截面管16和矩形管17组成，变截面管16上端截面为圆，下端截面为矩形。矩形管17由上下两段构成，上部为薄壁矩形管18，下部为厚壁矩形管21。薄壁矩形管18和厚壁矩形管21在连接处形成台阶结构，喷嘴11由固定环19和喷口20构成。喷嘴11依靠固定环19固定在薄壁矩形管18和厚壁矩形管21之间的台阶结构上。

喷嘴11内流道截面均为矩形，入口截面面积较大，往出口方向截面面积逐渐缩小。喷嘴11入口截面尺寸不变，出口截面尺寸可有多种选择，以满足不同流量下的使用需求。

本实施例实际工作时，抽气管10外接一真空泵。液体由外部管路经由进料管12进入，流经喷嘴11后流速增加，流体高速切向流入旋流筒3内部，形成高速旋转的液环，叶轮14与泵轴4同轴联动，在电机驱动下高速旋转，通过流体流量和真空泵可调节液环的厚度，流体在旋流筒和外接的真空泵的共同作用下，液体中游离和溶解的气体分离出来，通过抽气管10排除，脱气后的液体则以旋流地形式进入蜗壳8内，蜗壳8内的叶轮14带动液体转动，给予液体压力并通过蜗壳8的出口9排出。

Claims (7)

1.一种前置旋流式气液分离器的离心泵，包括进料管、旋流筒、抽气管和离心泵，其特征在于，所述的进料管与旋流筒的筒壁切向连接，所述的旋流筒靠近进料管的一端与抽气管连接，另一端与离心泵的轴向入口连接；所述进料管内安装有可更换的喷嘴；

所述进料管包括与外部管路连接的变截面段以及与变截面段连接用于安装喷嘴的矩形连通管，所述变截面段的进口为圆形，出口为矩形，所述变截面段的口径沿进液方向逐渐缩小；

所述的矩形连通管的一个侧面与所述旋流筒筒壁相切，所述的喷嘴的横截面为矩形，喷嘴的口径逐渐缩小，所述矩形连通管与所述旋流筒筒壁相切的侧面与所述喷嘴的一个侧面贴靠。

2.如权利要求1所述的前置旋流式气液分离器的离心泵，其特征在于，所述的喷嘴的进口外翻形成固定环，所述的进料管的内壁设有支撑所述固定环以定位喷嘴的环形台阶。

3.如权利要求2所述的前置旋流式气液分离器的离心泵，其特征在于，所述矩形连通管的横截面的长边落在该侧面上，所述矩形连通管的长边a与宽边b满足b<a<3b。

4.如权利要求1所述的前置旋流式气液分离器的离心泵，其特征在于，所述旋流筒连接有抽气管的一端安装有端盖，所述抽气管的出口端固定在端盖的中心位置。

5.如权利要求1所述的前置旋流式气液分离器的离心泵，其特征在于，所述的抽气管连接有真空泵。

6.如权利要求1所述的前置旋流式气液分离器的离心泵，其特征在于，所述进料管在旋流筒上的切向出口到离心泵的轴向入口的轴向有效长度为L，所述旋流筒的内径为D，满足D<L<2D。

7.如权利要求1所述的前置旋流式气液分离器的离心泵，其特征在于，所述离心泵包括带有轴向入口和切向出口的蜗壳，安装在蜗壳内的叶轮以及叶轮的驱动轴，所述叶轮的叶片与蜗壳内壁的间隙为0.3～1mm，所述叶轮的叶轮盘远离旋流筒的一侧与蜗壳端面的间隙为0.3～1mm，所述叶片的片数为4～10。