專利名稱:旋流分離器的制作方法
本發明所論及的是旋流分離器。本發明的分離器可用于從大體積的較重的物相(即比重較大的液體)中分離出較輕的物相(即比重較小的液體)，比如從油水混合物中分離油，使較大體積的物相中的雜質保持在最小范圍內。一般來說，旋流分離器是為與上述相反的目的而設計的，即設計成從大體積的較輕的物相中分離出較重的物相，使較小體積的物相中的雜質保持在最小范圍內。以本發明的一種情況而言，在典型的液-液彌散體中，最初較輕的(不很稠的)物相體積所占比小于1%，但也可更大些。
根據本發明的一個觀點所提供的旋流分離器，它至少應包括一個首段(入口段)和一個單獨的入口。該首段基本呈一回轉體形，它有一個前端面和一個后端面。后端面的直徑比前端面的直徑小。在前端面或鄰近前端面處至少有一個切向的入口，以便把需要分離的原始液體通過該入口引入到旋流分離器中。該旋流分離器至少還應有兩個出口。
本發明中旋流分離器的一種形式其中dL是首段在入口處的直徑;d2是首段在后端面的直徑;dL大于d2。dL是從旋流分離器軸線到流體進入旋流分離器時的平均點半徑的兩倍，并且大于di;Ai是旋流分離器流體入口的面積，該面積是在旋流分離器的軸線和流體流入的平均點所在的平面上計算出的，于是(πd2di)/(4Ai) 的值在3到12之間，若在4到10之間則更可取，而以6到8為最佳。上述的數值稱為“渦流系數”，這將在后面進行較詳細的討論。
旋流分離器還可包括一個基本呈軸對稱的中段(分離段)，該中段位于首段后端面上并與首段同軸。旋流分離器的另一種形式還可包括一個末段(出口段)，該末段基本上與中段同軸，位于中段遠離首段的一端。若在末段之外還有附加段將更理想。
在本發明的一個特別形式中，d2是首段在后端面的直徑，d2是在點Z2處量取的，對于所有的Z＞Z2處，有下列一個最重要條件tan-1( (d2-d)/(2(z-z2)) )<20Z是沿旋流分離器的軸線、入口下游某點與入口之間的距離。
入口最好是通向一個內螺旋的送料道，該送料道可以是一漸開線形狀的。有一種送料道，它對旋流器軸線的弧角至少是360°。送料道也可以按照繞軸線每單位角度基本相同的徑向遞減量收斂。流體在進入旋流器時，在向軸線下游的方向上可以有一個分量。
在本發明的另一種形式中旋流分離器的詳細說明如下旋流分離器有一個基本呈回轉體形的首段并帶有一個單獨的入口(最好是切向的，并且最好有一條內螺旋送料道，比如一條漸開線形狀的通道)，需要分離的原始液體通過入口引入旋流分離器，鄰近首段有一與其同軸基本上呈軸對稱的中段，該中段向一個末段收斂(最好是連續的收斂)。首段在不與中段相鄰接的一端有一個軸向溢流口(即在首段的端壁上)。該旋流分離器有下列(ⅰ)-(ⅴ)五個關系式其中d1是旋流器在流體進入首段處的直徑(忽略任何送料道);di是流體進入旋流器的半徑的兩倍(也就是入口中心線的切線與旋流器軸線之間最小距離的兩倍);Ai是流體進入旋流器時入口的橫截面積，該面積是在平行于旋流器軸線并垂直于入口中心線的切線的平面上計算出的，該入口中心線的切線不與旋流器的軸線平行;d2是旋流器的首段與中段銜接處的直徑，該銜接處在旋流器軸向位置Z2處(從入口平面算起)，于是對所有的Z＞Z2處有這樣一個最重要的條件tan-1( (d2-d)/(2(z-z2)) )<20d是旋流器在Z處的直徑;d3是旋流器的中段與末段銜接處的直徑，即Z3處的直徑;對所有的Z＞Z3處，d/d3＞0.98;d0是軸向溢流口的最小內徑，于是(ⅰ)3< (πd2di)/(4Ai) <12(ⅱ)20′＜α＜2°α是中段的收斂半角，即α=tan-1( (d2-d3)/(2(z2-z3)) )
(ⅲ)d0/d2＜0.2(ⅳ)0.9d1＞d2(ⅴ)0.9d2＞d3送料道與一個基本上切向進入首段的通道相連通，送料道(外)壁的直徑按照繞旋流器軸線每單位角度相同的徑向遞減量收斂，最好是繞軸線360°后收斂到首段的主直徑d1。
送料道沒必要位于與旋流器軸線垂直的平面上，而是偏移開垂直平面基本呈一螺旋的形狀，在經過繞軸線超過360°以后(比如720°)送料道直徑才收斂到d1。該旋流分離器僅使用一個單獨的入口通道。這樣可以方便裝配且少占用空間，這在船和鉆井平臺上有極大的優點;此種安排也為其制造提供了方便。
上述的表達式 (πd2di)/(4Ai) 稱為渦流系數S，它是對進入旋流器并已到達d2所在平面的流體的切向速度與軸向速度比值的一個較好推測(其中流體中分散有較輕的物相)。特別重要的是，為了產生理想的內部流場，以便在大約為1%這樣一個較小的分離比下進行分離操作，整個中段的平均收斂半角應在20′到20之間，該半角小于1°較可取，而小于52′則更佳，但最好為30′。S值在3到12之間，以4到10比較可取，而在6到8之間則更佳。從在入口平面量取的直徑d1到直徑d2，這一段是旋流器中平均收斂最快的一段(具有最大的錐半角)，該段平均收斂半角可在5°至45°之間。(入口平面垂直于旋流器的軸線，面積Ai的矩心在該平面上)。首段應使從入口進入的物料的動量矩在到達中段時基本守恒。
d3/d2值應小于0.75(小于0.7則更佳)并且大于0.25(大于0.3則更佳)。l3是下游末段的內部長度，l3/d3應至少是1，是5則更佳;一般情況下大約為10，但也可根據需要取得更大些，比如取40。為節省占用空間，希望把較重的物相的出口段做成略微彎曲的形狀，有可能的話曲率半徑取為50d3左右。旋流分離器的軸線有些彎曲是允許的。d1/d2值(分離比＝(通過軸向溢流口的流量)/(通過入口的流量))，可以在1 1/4 到3之間，d0/d2值最好取在0.008到0.15之間，有可能的話取在0.01到0.1之間，比如取在0.02到0.06之間。軸向溢流口處的壓降不應過大，因此向溢流口處的“d0”部分的長度應盡可能地短。軸向溢流口應通過突變或平滑的過渡立刻達到“d0”直徑，然后通過圓錐或臺階展寬。從入口平面到“d0”點的軸向距離最好小于4d2。d2的實際大小根據旋流器的工作情況和制造工藝的便利程度選取，比如可以在10到100毫米之間選取。
另一方面，根據本發明，至少首段或分離段或是這兩者的旋流發生器的一部分是彎曲狀的。比如旋流發生器可以(1)是一條單調曲線形狀的(沒有拐點)，在入口段一端最陡，而在出口一端的錐角趨向于零;(11)是一條有一個或多個拐點的曲線形狀的，但其總體向下游的末段收斂，最好是絕不向下游末段離散。
本發明擴展了一種從較大體積的較重的物相中分離出較輕的物相的方法，該方法還包括如何把原始的物相輸入到一個上述旋流分離器中，原始的物相的壓力要比軸向溢流口處和末段的出口端處的壓力高;實際情況中，一般出口段以外的壓力要高于軸向溢口以外的壓力。
該方法尤其注重從多于19份體積的水中(較重的物相)(比如多達99份體積的水)分離出1份體積的油(較輕的物相)。當由于漏油、海事，石油平臺井噴或象油艙清洗和平臺鉆井這樣的常規操作造成油田生產用水或海水被油污染時，就可施用本方法。為保持油的良好的分離，上游出口的流量與下游出口的流量的比率(也就是分離比)有一個最小值，該值由旋流器的幾何形狀確定(特別是d0/d2的值)，旋流器最好在大于這個最小值的條件下運行，例如該最小值可通過由設置在旋流器外面的閥門或節流元件所提供的背壓來控制。因此，本方法最好使分離比大于1 1/2 (d0/d2)2，而大于2(d0/d2)2則更佳。
該方法還可包括從原始的物相中清除氣體的一個予先步驟，以便使輸入物料中任何氣體所占的體積不超過10%，比如不超過 1/2 %。
由于液體一般加熱后會變得不太粘稠，比如水，它在50℃時的粘稠度大約是20℃時的一半，因此，在盡可能高的溫度下使用本方法比較理想。本發明已進展到用上述方法生產產品(如濃縮油或凈化水)的程度。
下面將參照附圖舉例對本發明進行描述，其中圖1是沿本發明的旋流分離器的軸線方向剖開的簡略剖面圖;
圖2是垂直于旋流分離器軸線的剖面圖。附圖中未標尺寸。
一個基本呈回轉體形的首段1，它有一個螺旋的送料道8，送料道8的一種形式是漸開線狀的，送料道8與在首段最寬處切向進入的通道9相連通。通道9的寬度(徑向)是rv(max)，送料道8的直徑平滑地向入口段的主直徑d1收斂;即rv從通道9進入旋流分離器的那一點起，經繞軸線360°后線性地減至零。這從圖2可清楚地看到，圖2是垂直于旋流分離器軸線的剖面圖，其中旋流分離器的端壁11已剖去。中段2與首段1同軸并與其相鄰接，中段的另一端通向下游的末段3，末段基本呈一圓筒并與中段同軸。末段3通向收集導管4。另一方面，送料道8可略向中段傾斜，以便賦予速度一個軸向的分量，在這種情況下，可將送料道8做成螺旋狀的，送料道8的直徑在送料道8回旋2周后減至主直徑d1。
在首段1的一個端面上有一個軸向溢流口10，該端面在中段的另一側。
在本發明的旋流分離器中，實際關系式如下d1/d2＝1.5中段2的半錐度＝40′(圖中T2)。
首段1的平均半錐度＝100(圖中T1)。
通道9的軸向長度是li，li/d1＝1/2(更精確地說是30/57)。
l3/d3＝40d0/d2＝0.04因此本旋流器應該在分離比大于1 1/2 (0.04)2(即大于0.24%)的條件下運行。
其中分離比＝ (通過上游出口的流量)/(通過入口的流量)
對于首段的主直徑d1，必須給螺旋形的入口附加上一個徑向量γv，γv平滑地從9 1/2 毫米(最大)減至零。
(πd2(d1+rv(max)))/(4lirv(max))) =7應注意，如前面所限定的，liγv(max)＝Ai，(d1+γv(max))＝di，上述表達式是本旋流器的渦流系數S0得出的平均錐度T1實際上是從一個圓角R1(半徑為5毫米)彎向首段1的一個截錐體部分。
d2＝38毫米。這被認為是“旋流器的直徑”，對于各種不同的用途，它可以取在10-100毫米范圍內，比如取在15-60毫米范圍內;若d2取得過大，為了維持有效的分離操作就需耗用很大的能量，而若取得太小，則雷諾數增大，引起不良作用并會產生過大的剪切應力。
旋流分離器的取向是任意的，并且無任何不良作用。
一般來說表面不平度會擾亂旋流器中流體理想的流型，因而端壁11應是平坦光滑的。為得到最佳性能，旋流器的所有內表面都應該是光滑的。然而，端壁11沒必要是平面的，它可以是碟形的(或凸或凹)或有一個與出口10同心的環形小凸臺，以幫助流體在靠近端壁和渦流的外緣處沿徑向向內流動，從而使流體大至在向下游的方向上再循環以便進行再分離。出口10如圖所示是一個圓柱形孔，但它的最小直徑d0也可通過端壁11的光滑彎曲逐漸趨近的，出口10在通過最小直徑d0以后擴散。最小直徑也可由平放在端壁11上的一個孔板提供，該孔板上有一個直徑為d0的中心孔，該孔直接通向一個與其相連的大孔，這樣對大孔流體特性會有一些輕微的影響，雖然不嚴重，但對旋流器的運行也會是不利的。出口10向溢流方向擴散是較有利的，出口展寬擴散的半錐度可達100。這樣，沿出口的壓降就較小，根據使用者的要求為使較輕的物相的水液滴聚結，該壓降必須與圖示的圓柱孔的形狀相一致。
為將油和水分離開(仍然是舉例說明)，油/水混合物通過送料道以70-110升/分的流量輸入旋流器，混合物中任何氣體所占體積限制在 1/2 %以下。當混合物溫度為15.5℃時，它相當于在99.85份體積的凈水中分散有0.15份體積的Forties油田的原油的油/水混合物。收斂角T1對軸線的平均角度為100，T1由一個圓角部分R1(半徑為5毫米)和一個截錐體部分組成，入口段以收斂角T1向分離段延伸。換句話說，10°是理論上的正截錐體的錐度(半角)，用T1表示。分散的物相維持其動量距不變旋入中段2，在中段的軸向渦流中，大部分油與水分離開，形成一個軸向油芯。
螺旋的水流加上殘余的油進入末段。其中一些殘余的油在末段3的軸向渦流中與水分離。凈化的水通過導管4流出，導管4中可裝設一些必要的節流元件，凈化的水經收集后或送回海中或者再進一步凈化，比如送入第二臺相同的或類似的旋流器中或是送入一組并列的旋流器中。
通過閥門控制兩個出口的流量本旋流器在大約0.9%的分離比下運行，夾帶的油沿渦流軸線向溢流口軸向流動，流出的油可以收集起來運走、貯存或進行進一步分離，因為油中可能還含有一些水。在這種情況下，進一步的分離操作同樣也包括使用第二臺類似的或相同的旋流器。
當油滴的平均直徑為70微米時，
分離效率＝1- (導管4中油的濃度)/(送料道8中油的濃度)隨著流量從70升/分升至110升/分，分離效率從0.955提高到0.966，因此建議為了獲得較恒定或下降的分離效率，不應有明顯的液滴分裂。對于已知的雙切向入口旋流器，在100升/分的流量下，效率是衡定的。
當油滴平均直徑較小，為50微米，流量為100升/分時，則所獲得的效率為0.922(在已知的旋流器中為0.924)。其它特性如通過溢流口10的流量與通過導管4的流量的比，或送料道8與導管4之間的壓降，都近似于已知的旋流器，即英國21023號說明書所描述的旋流器。
使用單獨一個通道9，除具有裝配、制造簡單和節省空間等優點外，流量的調節控制也比多個入口容易;在通道中設置一個可調節的活動板或注液塞或活動門，通過改變通道的有效橫截面積就可控制入口的流量，從而達到控制渦流系數S的目的。
權利要求
1.一種至少應包括有一個首段和一個單獨的入口的旋流分離器，該首段基本呈一回轉體形，該回轉體有一個前端面和一個后端面，后端面的直徑比前端面的直徑小，在前端面或鄰近前端面處有一個切向的入口，以便把需要分離的原始液體通過該入口引入到旋流分離器中。該種旋流分離器至少還應有兩個出口。
2.一種根據權項1(即本要求書中的第一項-下同)所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中有下列的關系式其中dL是首段在入口處的直徑;d2是首段后端面的直徑;dL大于d2;di是從旋流分離器軸線到流體進入旋流分離器時的平均點半徑的兩倍，并且大于d1;Ai是旋流分離器流體入口的面積，該面積是在旋流分離器的軸線和流體流入的平均點所在的平面上計算出的，于是(πd2di)/(4Ai) 的值在3到12之間。
3.一種根據權項2所要求的旋流分離器，該旋流分離器的(πd2di)/(4Ai) 值在4到10之間。
4.一種根據權項2所要求的旋流分離器，該旋流分離器的(πd2di)/(4Ai) 值在6到8之間。
5.一種根據上述權項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，在后端面處還包括一個基本呈軸對稱的中段，該中段與首段基本同軸。
6.一種根據權項5所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中還包括一個在最末端的末段，該末端位于遠離首段的一端并基本上與中段同軸。
7.一種或是根據權項5或是根據權項6所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中d2是首段在后端面Z2點處的直徑，于是在所有的Z＞Z2處，有這樣一個最重要的條件，即tan-1( (d2-d)/(2(z-z2)) )<20其中Z是沿旋流分離器的軸線、入口下游某點與入口之間的距離。
8.一種根據權項5至7中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，整個中段的平均半收斂角在20°到2°之間。
9.一種根據權項8所要求的旋流分離器，其在該種旋流分離器中半收斂角在30′到52′之間。
10.一種根據權項7，8或9所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，在所有的Z＞Z3處，d/d3＞0.98，d3是中段遠離首段一端的直徑。
11.一種根據權項7，8或9所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，20′＜α＜2°，α是中段的收斂半角，即α=tan-1(d2-d3)/(2(z2-z3))
12.一種根據權項11所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d2＜0.9di。
13.一種根據權項12所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3＜0.9d2。
14.一種根據權項11、12或13所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，α＜1°。
15.一種根據權項14所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，α＜52′。
16.一種根據上述任意一個權項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，入口通向一條內螺旋送料道。
17.一種根據權項16所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，送料道按照繞軸線每單位角度基本相同的徑向遞減量收斂。
18.一種根據上述任意一個權項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，當流體從入口進入旋流器中時，在向軸線下游的方向上有一個分量。
19.一種根據權項5至7中任意一項所要求的旋流分離器，在該旋流分離器中，從在入口平面上量取的直徑di到直徑d2之間的平均收斂在旋流器中是最快的。
20.一種根據權項19所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，收斂角在5°到45°之間。
21.一種根據上述任意一個權項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，di＞d2，di是首段在入口處的直徑。
22.一種根據權項19所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d2＞d3，d3是中段在遠離首段處的直徑。
23.一種根據上述任意一個權項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，出口之一是一個溢流口，該溢流口位于首段的前端面上。
24.一種根據權項21所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器d0/d2＜0.2，d0是一個出口的直徑。
25.一種根據上述任意一個權項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，切向的單獨入口通向一個呈漸開線狀的送料道。
26.一種根據權項21所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3/d2值小于0.75。
27.一種根據權項26所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3/d2值大于0.25。
28.一種根據權項25所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3/d2值在0.3到0.7之間。
29.一種根據權項26所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，末段內部的長度是l3，l3/d3值至少是1。
30.一種根據權項29所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，L3/d3值至少是5。
31.一種根據權項25至28中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d1/d3值在1 1/4 到3之間。
32.一種根據權項27至30中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值至少是0.1。
33.一種根據權項27至29中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值至少是0.008。
34.一種根據權項27至31中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值在0.01到0.1之間。
35.一種根據權項34所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值在0.02到0.06之間。
36.一種根據權項16所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，送料道對旋流分離器軸線的弧角至少是360°。
37.一種根據權項16所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，送料道在經過繞軸線超過360°以后，其直徑減至d1。
38.一種旋流分離器，它包括有一個首段，該首段帶有一個單獨入口以及至少兩個出口，流體進入入口至少有一個切向的分量，以便把需要分離的原始液體通過該入口分入到旋流分離器中，其中至少首段的一部分是回轉體形的，回轉體的旋流發生器是一連續彎曲的通道。
39.一種根據權項38所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，旋流發生器是一單調曲線的通道，該曲線在鄰近入口處一端最陡，而在另一端的錐角趨向于零。
40.一種根據權項38所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，旋流發生器是一具有一個或多個拐點曲線的通道。但整條曲線應向另一端收斂。
41.一種根據權項38所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，首段決不向另一端離散。
42.一種根據權項38至41中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，還設置一個中段，該中段的旋流發生器是一個連續彎曲的通道。
43.一種根據權項38至41中任意一項所要求的旋流分離器，該種旋流分離器還具有權項1至37中任意一項所具有的特征。
44.一種有一個回轉體形首段的旋流分離器，該回轉體的旋流發生器或者包括有彎曲的通道或者不是筆直的。
45.一種基本上是參照附圖如前所述的旋流分離器。
46.一種從較大體積的較重的物相中分離出較輕的物相方法，該層法包括把原始的物相輸入到根據上述任意權項所要求的旋流分離器中，原始的物相的壓力比每一出口處的壓力和出口段下游端處的壓力都要高。
47.一種根據權項46所要求的方法，該方法把一份體積的較輕的物相從多達99份體積的較重的物相中分離出。
48.一種根據權項46或47所要求的方法，在該方法中的物相一般是石油產品和水。
49.一種根據權項46或權項47所要求的方法，在該方法中輕的物相是油，而較重的物相是水。
50.一種根據權項46、47或48所要求的方法，在該方法中分離比大于1 1/2 (d0/d2)2。
51.一種根據權項50所要求的方法，在該方法中分離比大于2(d0/d2)2。
52.一種根據權項46至37中任意一項所要求的方法，該方法還包括從物相中清除氣體的一個予先步驟，以便使輸入物料中任何氣體所占的體積不大于10%。
53.一種根據權項46所要求的、基本上如上所述的方法。
54.用一種根據權項46至53中任意一項所要求的方法分離的較輕的物相或較重的物相。
55.一種旋流分離器，它有一個帶有一個單獨的切向入口的，基本呈回轉體形的入口段，該切向入口將需要分離的原始液體引入旋流分離器。鄰近入口段處還有一與其同軸的基本呈軸對稱的分離段，該分離段連續地向其下游的一個出口段收斂，入口部分段在不與分離段相鄰接的一端有一個軸向溢流口。該旋流器有下列的關系式其中d2是旋流器的入口段與分離段銜接處的直徑;di是從旋流分離器軸線到流體進入旋流器時的平均點的半徑的兩倍;Ai是流分離器的軸線和所說流體流入的平均點所在的平面上計算出的，于是(πd2di)/(4Ai) 的值在4到10之間。
56.一種根據權項55所要求的旋流分離器，在該旋流分離器中， (πd2di)/(4Ai) 的值在6至8之間。
57.一種根據權項55或56所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，整個分離段的平均收斂半角在20′到2°之間。
58.一種根據權項57所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，收斂半角在30′到52′之間。
59.一種根據上述任意一個權項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，從在入口平面上量取的直徑d1到直徑d2之間的平均收斂在旋流分離器中是最快的。
60.一種根據權項59所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，收斂角在5°到45°之間。
61.一種根據上述任意一個權項所要求的旋流分離器，其中在入口段處，單獨的切向入口通向一個呈漸開線狀的送料道。
62.一種旋流分離器，它有一個帶有一個單獨的切向入口的、基本呈回轉體形的入口段，該切向入口將需要分離的原始液體引入旋流分離器。鄰近入口段處還有一與其同軸的基本呈軸對稱的分離段，該分離段連續地向其下游的一個出口段收斂，入口段在不與分離段相鄰接的一端有一個軸向溢流口。該旋流器有下列的關系式其中d2是旋流器的入口段與分離段銜接處的直徑;di是從旋流分離器軸線到流體進入旋流器時的平均點的半徑的兩倍;Ai是旋流分離器流體入口的面積，該面積是在旋流分離器的軸線和所說流體流入的平均點所在的平面上計算出的，軸向溢流口的最小內徑是d0，流體進入的入口段處的最小內徑是d1(忽略任何送料道)，分離段收斂端的最小內徑是d3，于是d0/d2＜0.2d1＞d2d2＞d3
63.一種根據權項62所要求的旋流分離器，該旋流分離器還具有權項1至7中任意一項所具有的特征。
64.一種根據權項62或63所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3/d2值小于0.75。
65.一種根據權項62、63或64所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3/d2值大于0.25。
66.一種根據權項62或63所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3/d2值在0.3到0.7之間。
67.一種根據權項62至67中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，下游出口段的內部長度是l3，l3/d3值至少是1。
68.一種根據權項67所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，l3/d3值至少是5。
69.一種根據權項62至68中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d1/d2值在1 1/4 到3之間。
70.一種根據權項62至69中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值最大是0.1。
71.一種根據權項62至70中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值至少是0.008。
72.一種根據權項62至71中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值在0.01到0.1之間。
73.一種根據權項72所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值在0.02到0.06之間。
74.一種旋流分離器，它有一個帶有一個單獨的切向入口的、基本呈回轉體形的入口段，該切向入口將需要分離的原始液體引入旋流分離器。鄰近入口段處還有一與其同軸的基本呈軸對稱的分離段，該分離段連續地向其下游的一個出口段收斂。入口段在不與分離段相鄰接的一端有一個軸向溢流口，其中分離段呈一回轉體形，它的旋流發生器是一連續彎曲的通道。
75.一種根據權項74所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，旋流發生器是一單調曲線的彎曲的通道，該曲線在入口段一端最陡，而在旋流發生器出口端的錐角趨向于零。
76.一種根據權項74所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，旋流發生器是一具有一個或多個拐點曲線的彎曲的通道，但整條曲線應向出口段的下游收斂。
77.一種根據權項76所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，分離段決不向出口段下游離散。
78.一種根據權項74至77中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，入口段呈一回轉體形，它的旋流發生器是一連續彎曲的通道。
79.一種根據權項74至79中任意一項所要求的旋流分離器，該種旋流分離器還具有權項55至73中任意一項所具有的特征。
80.一種有一呈回轉體形分離段的旋流分離器，回轉體的旋流發生器或者包括有彎曲的通道或者不是筆直的。
81.一種基本上是參照附圖如前所述的旋流分離器。
82.一種從較大體積的較重的物相中分離出較輕的物相的方法，該方法還包括把原始的物相輸入到根據上述任意權項所要求的旋流分離器中，原始的物相的壓力比軸向溢流口處和下游出口段的下游端處的壓力都要高。
83.一種根據權項82要求的方法，該方法把一份體積的較輕的物相從多達99份體積的較重的物相中分離出。
84.一種根據權項83所要求的方法，在該方法中較輕的物相是油，而較重的物相是水。
85.一種根據權項82、83或84所要求的方法，在該方法中分離比大于1 1/2 (d0/d2)2。
86.一種根據權項85所要求的方法，在該方法中分離比大于2(d0d2)2。
87.一種根據權項82至86中任意一項所要求的方法，該方法還包括物相中清除氣體的一個予先步驟，以便使輸入物料中任何氣體不超過 1/2 %。
88.一種根據權項82所要求的、基本上如上所述的方法。
89.用根據權項82至88中任意一項所要求的方法分離較輕的物相或較重的物相。
90.一種旋流分離器，它有一個帶有一個單獨入口的、基本是一回轉體形的入口段、該入口將需要分離的原始液體引入旋流分離器，近入口段處還有一與其同軸的基本是軸對稱的分離段，該分離段向其下游的一個出口段收斂，入口段在不與分離段相鄰接的一端有一個軸向溢流口，該旋流器有下列(ⅰ)-(ⅴ)五個關系式其中d1是旋流器在入口段處的直徑(忽略任何送料道)，流體在入口段進入旋流器;di是流體進入旋流器處的半徑的兩倍(也就是入口中心線的切線與旋流器軸線最小距離的兩倍);Ai是旋流分離器流體入口的橫截面積，該面積是在平行于旋流器軸線并垂直于入口中心線的切線的平面上計算出的，該入口中心線的切線不與旋流器的軸線平行;d2是旋流器的入口段與分離段銜接處的直徑，該街接處在旋流器軸向位置Z2處(從入口平面標起)，于是對所有的Z＞Z2處有這樣一個最重要的條件tan-1( (d2-d)/(2(z-z2) )<20其中d是旋流器在Z處的直徑;d3是旋流器的分離段與下游部件銜接處的直徑，該直徑亦是Z3處的直徑，對所有的Z＞Z3處，d/d3＞0.98;d0是軸向溢流口的最小內徑，于是(ⅰ)3≤ (πd2di)/(4Ai) ≤12(ⅱ)207≤α＜2°α是分離段的收斂半角，即α=tan1( (d2-d3)/(2(z2-z3)) )(ⅲ)d0/d2＜0.2(ⅳ)0.9d1＞d2(ⅴ)0.9d2＞d3
91.一種旋流分離器，它有一個帶有一個單獨的切向入口的、基本是一回轉體形的入口段，該切向入口將需要分離的原始液體引入旋流分離器。鄰近入口段處還有一與其同軸的基本是軸對稱的分離段，該分離段連續地向其下游的一個出口段收斂，入口段在不與分離段相鄰接的一端有一個軸向溢流口。該旋流器有下列(ⅰ)-(ⅳ)四個關系式其中d1是旋流器在入口段處的直徑(忽略任何送料道)，流體在入口段進入旋流器;di是從旋流分離器軸線到流體進入旋流器時的平均點的半徑的兩倍;Ai是旋流分離器流體入口的面積，該面積是在旋流分離器的軸線和所說流體流入的平均點所在的平面上計算出的;d2是旋流分離器的入口段與分離段銜接處的直徑，該銜接處在旋流器軸位置Z2處(從入口平面算起)，于是對所有的Z＞Z2處有這樣一個最重要的條件tan-1( (d2-d)/(2(z-z2) )<20其中d是旋流器在Z處的直徑;d3是旋流器的分離段與下游部件銜接處的直徑，該直徑亦是Z3處的直徑，對所有的Z＞Z3處，d/d3＞0.98;d0是軸向溢流口的最小內徑，于是(ⅰ)20′＜2＜20α是分離段的收斂半角，即α=tan-1( (d2-d3)/(2(z2-z3)) )(ⅱ)d0/d2＜0.2(ⅲ)d1＞d2(ⅳ)d2＞d3
92.一種根據權項90所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值最大是0.15。
93.一種根據權項91所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值最大是0.1。
94.一種根據權項90或92所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，α值小于1°。
95.一種根據權項94所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，α值小于52′。
96.一種根據權項90、92、94或95所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，α值大于30′。
97.一種根據權項91或93所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，α值在30′到50′之間。
98.一種根據權項90、92，94，95或96所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3/d2值小于0.7。
99.一種根據權項90，92，94，95，96或98所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3/d2值大于0.3。
100.一種根據權項91，93或97所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3/d2值在0.3到0.7之間。
101.一種根據權項90，92，94，95，96，98或99所要求的旋流分離器，在該種旋流分離中，至少入口段或分離段的旋流發生器的一部分，或者是這兩者的旋流發生器的一部分是彎曲狀的。
102.一種根據權項91，93，97或100所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，分離段的旋流發生器包括有彎曲的通道或者沒必要是筆直的。
103.一種根據權項91，93，97或100所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，分離段的旋流發生器是一連續彎曲的通道。
104.一種根據權項91，93，97，100或103所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，入口段的旋流發生器是一連續彎曲的通道。
105.一種根據權項101，103或104所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，旋流發生器是一單調曲線的彎曲的通道，該曲線在入口端最陡，而在旋流發生器出口端的錐角趨向于零。
106.一種根據權項101，103或104所要求的旋流分離器，在該旋流分離器中，旋流發生器是一具有一個或多個拐角曲線的彎曲的通道，但整條曲線向下游出口部分收斂。
107.一種根據權項102或106所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，旋流發生器決不向下游端離散。
108.一種根據上述權項中任意一項要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中 (πd2di)/(4Ai) 的值在4到10之間。
109.一種根據權項108所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中(πd2di)/(4Ai) 的值在6到8之間。
110.一種根據上述權項中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，從在入口平面上量取的直徑d1到直徑d2之間的平均收斂角在5°到45°之間。
111.一種根據上述權項中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3/d2值小于0.75。
112.一種根據上述權項中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d3/d2值大于0.25。
113.一種根據上述權項中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值至少是0.008。
114.一種根據權項113所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值在0.01到0.1之間。
115.一種根據權項114所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d0/d2值在0.02到0.06之間。
116.一種根據上述權項中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，從入口平面到量取d0那一點的軸向距離小于4d2。
117.一種根據上述權項中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，入口通向一條內螺旋送料道。
118.一種根據權項117所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，送料道對旋流分離器軸線的弧角至少是360°。
119.一種根據權項118所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，送料道按照繞軸線每單位角度基本相同的徑向遞減量收斂。
120.一種根據上述權項中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，流體從入口進入旋流器中時，在向軸線下游的方向上有一個分量。
121.一種根據權項120所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，送料道在繞軸線超過360°以后，其直徑減至d1。
122.一種根據上述權項中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，下游出口部分的內部長度是l3，l3/d3值至少是1。
123.一種根據權項122所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，l3/d3值至少是5。
124.一種根據上述權項中任意一項所要求的旋流分離器，在該種旋流分離器中，d1/d2值在1.25到3之間。
125.一種基本上是參照附圖如前所述的旋流分離器。
126.一種從較大體積的較重的物相中分離出較輕的物相的方法，該方法包括把原始的物相輸入到根據上述權相中任意一項所要求的旋流分離器中，該輸入的原始的物相的壓力比軸向溢流口處和下游出口段下游端處的壓力都要高。
127.一種根據權項126所要求的方法，該方法把一份體積的較輕的物相從多達99份體積的較重的物相中分離出。
128.一種根據權項126或127所要求的方法，在該方法中，較輕的物相是油，而較重的物相是水。
129.一種根據權項126，127或128所要求的方法，在該方法中，分離比大于1 1/2 (d0/d2)2。
130.一種根據權項129所要求的方法，在該方法中，分離比大于2(d0/d2)2。
131.一種根據權項126至130中任意一項所要求的方法，該方法還包括從物相中清除氣體的一個予先步驟，以便使輸入物料中任何氣體所占的體積不超過10%。
132.一種根據權項126所要求的、基本上如上所述的方法。
133.用根據權項126至132中任意一項所要求的方法分離的輕的物相或較重的物相。
專利摘要
一種旋流分離器至少應包括一個基本呈一回轉體、有一前端面和一后端面的首段(入口段)，后端面的直徑比前端面的直徑小。該種分離器在前端面或鄰近前端面處至少有一個單獨的切向的入口，以便把需要分離的原始液體通過該入口引入旋流分流器中。該種分離器至少還應有兩個出口。至少旋流分離器的首段(入口段)或中段(分離段)的一部分不是截錐體形的而是回轉體形的，回轉體的旋流發生器是一個連續彎曲的通道。
文檔編號B04C3/06GK85106926SQ85106926
公開日1987年3月11日 申請日期1985年9月14日
發明者迪爾克·阿蘭·科利曼, 馬丁·瑟馬斯·塞 申請人:B·W·N·沃托爾·賴特斯有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan