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CN105381891A - 一种提升旋流器分离效率的调节方法以及装置 - Google Patents

一种提升旋流器分离效率的调节方法以及装置 Download PDF

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    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/02—Construction of inlets by which the vortex flow is generated, e.g. tangential admission, the fluid flow being forced to follow a downward path by spirally wound bulkheads, or with slightly downwardly-directed tangential admission
    • B04C5/04—Tangential inlets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
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Abstract

一种提升旋流器分离效率的调节方法以及装置。主要为了解决采用固定尺寸的旋流器难以适应油田等行业处理量变化的现场情况从而导致分离效率大大降低的问题。其特征在于：在旋流器的入口部分安装一个可以改变旋流器入口面积的装置,当工艺中处理量低时，减小旋流器入口的面积来调高入口速度，当工艺中处理量高时再反过来增大入口面积来调低入口速度，从而使得在不同处理量的情况下旋流器均可以达到高效分离的目的；所述可以改变旋流器入口面积的装置由与旋流器入口处的内部形状相适应的面积调节组件和动力组件两部分组成，其中，面积调节组件设置在旋流器的内部，动力组件设置在旋流器的外部。

Description

一种提升旋流器分离效率的调节方法以及装置
技术领域
本发明涉及一种应用于水力旋流分离领域中的用来提升旋流器分离效率的调节方法以及装置。
背景技术
目前，国内水力旋流器的技术比较成熟，对于油水的分离效果明显，但是在分离油水或是固液等介质时都存在一个问题：流量（处理量）过小时速度小、效率低；流量过大时剪切的作用使流场中颗粒变小而导致不容易分离。所以旋流器的流量曲线会有一个高效流量区，尽管效率很高，但是这个高效区比较窄。比如设计的旋流器的流量是4m3/h，那么这个高效区在4m3/h上下约20%范围内。在实际应用中如果处理量变小或变大都会使效率降低。旋流器作为一种分离设备也已在我国获得了一定的应用（东北石油大学（原大庆石油学院）先后申请了多项技术专利，如ZL98211681.0、ZL01279933.5、ZL01277425.1、ZL200620021175.1、ZL200920099307.6、ZL201010556583.8、ZL201210346843.8等）。但是以上的这些旋流器在设计的最初就要设定好该旋流器适合的处理量，当现场情况多变时，一旦达不到既定的处理量值，分离效率就会大大降低。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种用来提升旋流器分离效率的调节方法以及装置，能实现随现场流量进行适应性调整，从而实现旋流器的高效分离性，为现场的操作带来很多方便。
本发明的技术方案是：该种提升旋流器分离效率的调节方法为:在旋流器的入口部分安装一个可以改变旋流器入口面积的装置,当处理量低时，减小旋流器入口的面积来调高入口速度，当处理量高时再反过来增大入口面积来调低入口速度,从而使得在不同处理量的情况下旋流器均可以达到高效分离的目的；所述可以改变旋流器入口面积的装置由与旋流器入口处的内部形状相适应的面积调节组件和动力组件两部分组成，其中，面积调节组件设置在旋流器的内部，动力组件设置在旋流器的外部。
应用于上述调节方法中可以改变旋流器入口面积的装置，其独特之处在于：该装置由溢流外套管、溢流内套管、一对扇形连接片以及一对圆弧段挡片构成；其中，溢流内套管通过密封件固定后转动连接于溢流外套管内，溢流内套管的顶端可带有台阶状的凸起，所述凸起作为转动力的输入端；在溢流外套管的顶端，对应所述凸起下方的部分，标刻有若干刻度，以标示当溢流内套管旋转到不同刻度位置时，与所述溢流内套管相连接的圆弧段挡片遮挡的旋流器入口处的相应面积的大小；一对圆弧段挡片与一对扇形连接片的大圆弧端呈90度垂直方向连接，一对扇形连接片的小圆弧端沿溢流内套管的轴心对称固定在溢流内套管的外壁上；溢流外套管对应溢流内套管上扇形连接片的固定端所在位置处，开有供所述扇形连接片插入并水平转动的弧形转动槽，所述扇形连接片穿出所述弧形转动槽后连接所述圆弧段挡片。
本发明具有如下有益效果：利用本发明所述方法及装置，仅需要对现有的旋流器做简单改装即可应用，分离效率高、工艺安装方便。可适应现场的产量变化，针对不同入口流量得到不同的调节。此外，该种调节装置体积小，安装于旋流器入口处，在旋流器内部几乎不占用可利用空间，在旋流器外部带动装置运作的机构也占用空间较少；不影响旋流器的正常分离工作，当流量低时还会帮助旋流器提升分离效率。另外，本发明所述方法可应用于多种类旋流器，既可应用于油田生产，又可应用于市政环保等其它领域，具有可观的推广应用前景。该发明将使旋流器的使用调节以及在油田等行业的应用提高到一个新的水平。该方法可应用于石油、化工、市政环保等行业的不互溶其它两相介质的分离处理，如污水脱油、污水脱气、污水中固体杂质处理等。
本发明得到国家“863计划”课题（2012AA061303）及教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助课题（博导类，20132322110002）的资助。
附图说明：
图1是本发明所述可以改变旋流器入口面积的装置安装于旋流器上后的外观结构示意图。
图2是本发明所述可以改变旋流器入口面积的装置的结构示意图。
图3是应用本发明时需要对现有旋流器结构进行改变的改装结构示意图。
图4是本发明所述可以改变旋流器入口面积的装置在旋流器内部的透视图。
图5是本发明所述可以改变旋流器入口面积的装置中溢流外套管和溢流内套管组合后展示若干刻度的结构示意图。
图6和图7分别为本发明所述可以改变旋流器入口面积的装置中溢流内套管带动圆弧段挡片向Q方向转动的转动开始状态示意图和转动结束状态示意图。
图8是未应用本发明所述方法及装置时，常规旋流器的流量变化时的分离效率曲线图。
图9是应用本发明所述方法及装置后，旋流器的流量变化时的分离效率曲线图。
图中1-旋流器切向入口，2-旋流器，3-溢流外套管，4-溢流内套管，5-扇形连接片，6-圆弧段挡片。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本种提升旋流器分离效率的调节方法,具体步骤为:在旋流器的入口部分安装一个可以改变旋流器入口面积的装置,当处理量低时，减小旋流器入口的面积来调高入口速度，当处理量高时再反过来增大入口面积来调低入口速度,从而使得在不同处理量的情况下旋流器均可以达到高效分离的目的；所述可以改变旋流器入口面积的装置由与旋流器入口处的内部形状相适应的面积调节组件和动力组件两部分组成，其中，面积调节组件设置在旋流器的内部，动力组件设置在旋流器的外部。
为了实施上述调节方法，下面为一个可以改变旋流器入口面积的装置的方案，如图1至图6所示，该装置由溢流外套管3、溢流内套管4、一对扇形连接片5以及一对圆弧段挡片6构成。其中，溢流内套管4通过密封件固定后转动连接于溢流外套管3内，溢流内套管4的顶端可带有台阶状的凸起，所述凸起作为转动力的输入端；在溢流外套管3的顶端，对应所述凸起下方的部分，标刻有若干刻度，以标示当溢流内套管旋转到不同刻度位置时，与所述溢流内套管相连接的圆弧段挡片6遮挡的旋流器入口处的相应面积的大小；一对圆弧段挡片6与一对扇形连接片5的大圆弧端呈90度垂直方向连接，一对扇形连接片5的小圆弧端沿溢流内套管4的轴心对称固定在溢流内套管4的外壁上；溢流外套管3对应溢流内套管4上扇形连接片5的固定端所在位置处，开有供所述扇形连接片插入并水平转动的弧形转动槽，所述扇形连接片穿出所述弧形转动槽后连接所述圆弧段挡片。
本种方法就是通过装置改变入口面积的大小来调节旋流器的入口速度，当处理量低时，速度低，通过装置减小旋流器入口的面积来调高入口速度，以达到高效的目的，当处理量高时再反过来增大入口面积来调低入口速度以避免剪切。本发明所述装置的改进首先是使溢流管分为溢流外套管3和溢流内套管4，使用时，需要先对旋流器进行改造（或重新设计加工），如图3所示，然后将溢流外套管固定在旋流器的内孔中，这样溢流内套管可旋转，溢流内套管可由动力机构来实现它的转动，而动力机构可利用皮带、同步皮带、齿轮等实现。该装置设计成溢流管自身可动，为外部动力组件带动内部机构组件提供了可能。溢流内套管在转动时带动圆弧段挡片一同旋转，实现双切向式入口面积的改变。当处理量低时，溢流管可旋转段转动，如图6和图7所示，带动圆弧段挡片向Q方向转动，由于此时圆弧段挡片挡住了入口的一部分空间，混合液进入的流道空间变窄，因此减小了入口面积，从而提升并稳定了入口速度，实现了更好的旋流分离。进入的流量越低，需要圆弧段挡片旋转的角度越大，以达到较好的效果。图7为一种提升旋流器分离效率的调节装置的圆弧段挡片旋转一定角度后的结构示意图。
本种可以改变旋流器入口面积的装置的方案设计的圆弧段挡片部分的设计，是采用两入口管处的挡片与溢流管可旋转段的连接是由两片紧贴旋流腔上壁面的连接片来完成，这样的设计不影响混合液进入到旋流腔后的旋转分离，也使溢流管在转动时能够同时使两个连接片也发生转动来带动两侧的挡片机构，即实现同步，也不会发生扭转；入口管处的挡片机构基本不影响混合液正常进入旋流器。
溢流外套管与溢流内套管在连接上通过可活动的密封部件固定。在溢流外套管与溢流内套管表面可刻有刻度，当溢流内套管旋转到不同刻度位置时，即为挡片机构遮挡了相应的面积大小，如图5为一种提升旋流器分离效率的调节装置溢流管刻度细节图。本发明所述方法具有让旋流器分离效率的高效区更宽、装置简易、好实现等突出的优点，可用于切向入口式的旋流器。它改变了传统旋流器对流量变化适应能力差的观念，具有能够根据不同入口流量进行调节的功能，适应生产应用中处理量的变化，以获得高效的、相对稳定的旋流处理效果。针对于旋流器当流量过大或过小时都会导致分离效率下降的这一弊端，这种提升旋流器分离效率的调节方法通过装置改变入口空间实现对于不同的流量相应调节到不同的入口面积，做到小流量也能实现高效率；同时不影响旋流器正常的分离工作。本种方法将调节组件设置在旋流器的内部，适应旋流器的内部形状，需要时发挥功能，不需要时不影响来液正常的进入和旋转，而动力组件设置在旋流器的外部，也不影响内部工作。该方法能够提高分离效率，为现场的操作带来方便。因此说，这种提升旋流器分离效率的调节方法及装置对分离技术的提高及水力旋流器的进一步推广应用都将起到积极的推动作用。经过研究，正常的旋流器流量变化曲线如图8所示，而利用本发明所述入口调节方法相应调节入口面积后的曲线如图9所示，高效区范围在调节后明显加宽。

Claims (2)

1.一种提升旋流器分离效率的调节方法，该方法为:在旋流器的入口部分安装一个可以改变旋流器入口面积的装置,当工艺处理量低时，减小旋流器入口的面积来调高入口速度，当工艺处理量高时再反过来增大入口面积来调低入口速度,从而使得在不同处理量的情况下旋流器均可以达到高效分离的目的；所述可以改变旋流器入口面积的装置由与旋流器入口处的内部形状相适应的面积调节组件和动力组件两部分组成，其中，面积调节组件设置在旋流器的内部，动力组件设置在旋流器的外部。
2.一种用于实施权利要求1中所述调节方法的可以改变旋流器入口面积的装置，其特征在于：该装置由溢流外套管（3）、溢流内套管（4）、一对扇形连接片（5）以及一对圆弧段挡片（6）构成；其中，溢流内套管（4）通过密封件固定后转动连接于溢流外套管（3）内，溢流内套管（4）的顶端可带有台阶状的凸起，所述凸起作为转动力的输入端；在溢流外套管（3）的顶端，对应所述凸起下方的部分，标刻有若干刻度，以标示当溢流内套管旋转到不同刻度位置时，与所述溢流内套管相连接的圆弧段挡片（6）遮挡的旋流器入口处的相应面积的大小；一对圆弧段挡片（6）与一对扇形连接片（5）的大圆弧端呈90度垂直方向连接，一对扇形连接片（5）的小圆弧端沿溢流内套管（4）的轴心对称固定在溢流内套管（4）的外壁上；溢流外套管（3）对应溢流内套管（4）上扇形连接片（5）的固定端所在位置处，开有供所述扇形连接片插入并水平转动的弧形转动槽，所述扇形连接片穿出所述弧形转动槽后连接所述圆弧段挡片。
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