專利名稱：離心分離器及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及分離裝置和方法，具體的說，涉及那種利用離心作用把兩種或者多種液體成分分離開來的裝置。
離心分離裝置是利用旋轉所產(chǎn)生的離心力把不同比重的液體成分分離開來。在許多基礎工業(yè)方面，離心分離裝置用來替代重力分離技術和裝置，并且是重力分離技術的一種改進。因為，重力和通過旋轉作用在液體上的離心力都是隨著液體質量的增大而增大的。和比重較重的液體相比，那些比重較輕的液體在受到力的作用時，向力的來源方向，對于重力來說是地球，對于離心力來說是旋轉容器的外側，移動的傾向較小。這樣，就能夠把各種液體分離開來，并利用堰或者其他適當?shù)姆蛛x構件把它們引導到各個收集口去。離心分離法常常比重力分離法更為適用，因為施加在液體上的力可以通過改變旋轉速度來控制，并且能使它比重力大很多倍。
最普通的分離液體的例子是把油和水分開。在許多情況下需要把這兩種成分分開，例如，石油泄漏在海洋或湖泊上，水和油在船的底艙混合了，汽油泄漏了等等。在特定的地域，分離液體的過程對于保持生活質量常常是很重要的。上述兩種液體很適合于離心分離法，因為，水的比重比油大，因此在離心力的作用下水會“沉”到油下面去。根據(jù)油在重力場中浮在水面上這一事實，就很容易理解這一點。其他應用液體分離的場合有酒的澄清，廢水處理，血液血漿的分離，等等。離心作用還用于把固體從液體中分離出來。
常常需要把擴散在溶液或乳化液中的成分分離出來。只用一般的離心分離設備不能完成這種分離，因為溶解后的成分是和溶液一起運動的。因此，必須在液流中加入一種溶劑，來萃取溶解了的成分。這種操作過程要求溶劑和液體徹底的混合，以便萃取全部溶解了的成分。然后，再通過離心作用把溶劑和液體分離開來。這種分離方式的一個例子是從核反應堆的輻射廢液流中用溶劑萃取和分離鈾后元素。
此外，也可以在乳化液中加入各種分解乳化液的添加劑，并使它們在離心作用下分離開來。各種乳化液分解劑能破壞使乳化液穩(wěn)定的化學結合力。然后，就能通過離心作用把形成乳化液的兩種成分分離開來。
雖然已經(jīng)設計出了許多基于液體比重的差別來實現(xiàn)液體分離的離心分離器，但這些分離器一般都有各種各樣的缺點。現(xiàn)有技術中離心分離器的一個共同的缺點是它們的流量有限。為了達到能獲得有效的分離所必須的轉速，許多型號的分離器都要求有很大的功率，以克服內(nèi)部液體剪力的作用。
現(xiàn)有技術中離心分離器另一個共同的缺點是對于分離具有不同比重差異的液體無能為力。許多現(xiàn)有技術中的離心分離器是為單獨一種用途設計的，例如從牛奶中分離奶油，并且只在分離具有預定的各種比重的液體時，工作效率才高。那些企圖高效地分離比重差異范圍很大的液體分離器都采用復雜的外部控制機構，來監(jiān)測和控制分離器內(nèi)的壓力和流速。除了只有有限的使用范圍之外，這樣的分離器的制造和操作通常都是很復雜的，使得它們在許多用途中應用時經(jīng)濟效益很差。
在有些情況下，常常需要分離兩種比重差不多的液體。把乳化液從一種不乳化的成分中分離出來，就是這樣一種情況。例如，當原油泄漏在海上，造成油和水混合時，海浪的作用常常使油和水混合成一種穩(wěn)定的乳化液。由于許多原油的比重接近水的比重，而這種乳化液主要是由水組成的，所以這種乳化液不能利用比重的差別與水分離開來?，F(xiàn)有技術中解決這個問題的一般的方案是采用化學試劑，或“乳化液分解劑”以分解乳化液。但是這種方法的結果通常不能令人滿意，因為分解乳化液所需要的處理時間要求通過分離器的容積流速很低。
由上所述就可以理解，提供一種能高效地分離具有完全不同的比重的各種液體的離心分離器，并且這種分離器能在比現(xiàn)有技術中的離心分離器高得多的流速下工作，將是本技術領域中的一大進步。
提供這樣一種分離器，這種分離器能高效地分離比重差異的范圍很大的各種液體，而不需要從外部控制或調整分離器，將是本技術領域的更大的進步。
提供這樣一種分離器，這種分離器具有利用離心力來分離比重相近的液體，例如乳化液的能力，將是本技術領域的又一大進步。
本申請中公開了這種裝置和方法，并要求保護。
按照本發(fā)明的一個實施例，一種把具有不同比重的第一液體和第二液體的不能溶混的組成部分的混合物，用離心作用分離成混合物的各個組成部分的裝置，包括一根長形的進液筒，這根筒有一個用于接受液體混合物的敞開的接受端，和一個用于將混合物排入裝置內(nèi)部去的敞開的排放端。一個轉子設置成圍繞這根進液筒，基本上和進液筒同軸線，并且能繞著進液筒轉動。一個圍繞著轉子的外殼，用于接受和收集從轉子中分離出來的液體。
上述轉子包含一個圍繞著進液筒的可供選擇的混合室，混合室的壁由進液筒本身和一堵圍繞著進液筒的截頭錐中心壁組成。上述轉子還有一個環(huán)形的分離室，該分離室接受從混合室來的混合物。上述分離室的內(nèi)壁就是上述截頭錐中心壁。分離室的外壁向中心壁傾斜。
在分離室的大端設有一圈環(huán)形的第一溢流堰。在第一溢流堰與中心壁之間形成一條較輕液體的流道，而在第一溢流堰和外壁之間形成較重液體的流道。在殼體內(nèi)設有一條從第一溢流堰到收集室的較輕液體的排出通道。在第一溢流堰之外設有一道第二溢流堰，用于把較重的液體排入殼體內(nèi)的第二收集室。
運轉時，通過進液筒把混合物注入轉子中心附近，以便使液體混合物中的第一和第二不能溶混的液體分離成它們各自的組成部分。轉子轉動時，使得混合物沿著中心壁的斜度向下流動，流過中心壁的邊緣，進入分離室。由于轉動而加在液體混合物上的離心力把分離室內(nèi)的混合物分離成其組成部分。上述第一液體從分離室內(nèi)排出，通過中心壁和第一溢流堰之間的第一環(huán)形流道流入第一收集室。上述第二液體從分離室內(nèi)排出，通過外壁和第一溢流堰之間的第二流道流入并流過第二溢流堰，進入第二收集室。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種通過溶劑革取用離心力把液體混合物分離成其組成部分的裝置，這種液體混合物包含第一和第二兩種不可溶混的液體，以及溶解或溶混在第二液體內(nèi)的摻和物。這種裝置包括一個分離不可溶混的液體的第一分離室；一條把第一液體排入殼體的第一排放流道；一個用于使第二液體與一種溶劑混合的混合室；一個把第二液體從溶劑中分離出來的第二分離室；以及分別用于將溶劑和第二液體排入殼體內(nèi)的第二和第三排放流道。
運轉時，上述把第一和第二液體的混合物分離成其組成部分的方法包括把混合物注入一個能轉動的轉子內(nèi)；在第一分離室內(nèi)把第一和第二液體互相分離；從轉子中排出上述第一液體；把溶劑注入轉子內(nèi)；混合第二液體和溶劑；在第二分離室內(nèi)把第二液體從溶劑中分離出來；從轉子中排出溶劑；以及從轉子中排出第二液體。
在本發(fā)明所推薦的優(yōu)選實施例中，提供了一種通過繞一根轉動軸線轉動而把一種第一液體從一種更稠的第二液體中分離出來的分離器。這種分離器包括一根帶有一個接受端和一個排出端的進液管道。
設置了一個混合室，以便接受從進液管道排出端流過來的液體。在混合室內(nèi)填充了擾亂液流的構件，其形狀設計成能使液體在混合室內(nèi)形成渦流。擾亂液流的構件的表面可以用一種與其中的一種液體有親和力的材料制作，例如親脂性材料。
一個分離室安裝成能繞著轉動軸線轉動。上述分離室包括一條進口通道，一條第一液體出口通道，和一條第二液體出口通道。分離室的進口通道的位置布置成與進液管道的排出端相通，以便接受液體混合物，并且，與第一和第二液體出口通道隔得很遠。在一個優(yōu)選實施例中，上述分離器還包括把氣體引入分離室的裝置，例如一根固定的進氣管線，用于把氣體噴射進進液管道。
在上述分離室內(nèi)有許多間隔均勻的徑向板。其中的一部分徑向板用與液體中的一種有親和力的材料制造。
第一溢流堰的位置布置成與分離室的第一出口通道相通。上述第一溢流堰有一條基本上圍繞轉動軸線的脊部，上述第一液體可以從這條脊上面流過去。最好，分離室內(nèi)表面的有效半徑比第一溢流堰的脊部的半徑小得不多。設置了一條第一液體的出口通道，用以接受越過第一溢流堰的脊部的第一液體。
上述第二液體的出口通道有一個與分離室相通的進口端。該第二液體的出口通道的進口端的位置布置成沿第一溢流堰的脊部徑向向外。而第二出口通道則一般朝著轉動軸線延伸，并且具有一個至少有一部分由第二溢流堰形成的出口端。
上述第二溢流堰有一道基本上環(huán)繞著轉動軸線的脊部，上述第二液體可從該脊部流過，流出第二液體的出口通道。在第二溢流堰脊部的外側沿徑向布置了一個液體加壓室，以便接受流過第二溢流堰，流出第二液體出口通道的第二液體。
還有一道出口溢流堰，該溢流堰部分界定了液體加壓室。上述出口溢流堰包括一道基本上環(huán)繞著轉動軸線的脊部，上述第二液體可越過該脊部流出液體加壓室。還有一條第二液體的出口通道，用于當?shù)诙后w越過出口溢流堰的脊部時接受該第二液體。
第一液體的出口通道和第二液體的的出口通道是按照下述方式互相連通的，即，維持第一液體出口通道中的空氣壓力大致與第二液體的出口通道中的空氣壓力相等，同時保持第一液體與第二液體分離。在一個優(yōu)選實施例中，上述第一液體出口通道設計成沿徑向向第二溢流堰和第二液體出口通道內(nèi)側延伸，而不使第一液體出口通道與第二液體出口通道的路線交叉。
一個氣體室布置成與第二液體出口通道的出口端相通，并且沿徑向向外延伸到液體加壓室。上述氣體室有一條氣體逸出通道，多余的氣體可通過這條通道從氣體室中逸出，以便能形成一道氣體屏障，使氣體室和液體加壓室之間的液體高度保持在氣體逸出通道的半徑的高度上。
一塊徑向隔板把氣體室從液體加壓室分隔開來。上述徑向隔板有一條邊緣，水繞著這條邊緣流動，而氣體則能從氣體室越過這條邊緣逸出氣體室。在一個實施例中，這條邊緣形成上述氣體逸出通道。在另一個優(yōu)選實施例中，上述徑向隔板上開了一個徑向調節(jié)孔?？椎膹较蛘{節(jié)是這樣實現(xiàn)的，即，在徑向隔板上開一條徑向槽，然后再設置一塊槽蓋板蓋住這條徑向槽。這塊槽蓋板安裝成能徑向移動，并且上面開設了一個與徑向槽的一部分對準的孔。
分離器還包括一條氣體引入通道，氣體可通過這條通道進入氣體室。還有把氣流通入這條氣體引入通道的裝置，例如一臺泵。還有用于使分離室繞著轉動軸線轉動的轉動裝置，例如電動機。
一個外殼圍在分離室周圍。上述外殼包括一個第一液體收集室和一個第二液體收集室。上述第一液體收集室呈環(huán)形設置在轉動軸線周圍，并且與第一溢流堰相通，使得越過第一溢流堰的液體能進入第一液體收集室。上述第二液體收集室也呈環(huán)形設置在轉動軸線周圍，并且與第二溢流堰相通，使得越過第二溢流堰的液體能進入第二液體收集室。上述第一和第二液體收集室是互相連通的。第一和第二液體出口管道分別沿著切向與第一和第二液體收集室連通。
上述殼體還有至少一條使第一和第二液體出口管道與周圍大氣相通的空氣通道，用以維持殼體內(nèi)部的壓力和周圍大氣壓力相同。上述空氣通道中包括一個止回閥，用于預防第一和第二液體從殼體中流出。
本發(fā)明的用于分離比重相近而粘度不同的液體的一種方法包括把一種氣體的泡吹入該液體混合物內(nèi)，以制成一種夾帶有氣體的液體混合物。這種夾帶氣體的液體混合物導入分離室內(nèi)，最好一開始就把氣泡導入進液管道內(nèi)。在混合室內(nèi)上述氣體與液體混合物混合。
上述夾帶氣體的液體混合物在分離室內(nèi)繞著轉動軸線轉動，迫使第一液體和氣體在分離室內(nèi)沿徑向向內(nèi)遷移，而第二液體則在分離室內(nèi)沿徑向向外遷移。至少有一部分氣體和第一液體能越過第一溢流堰流出分離室，同時，至少有一部分第二液體能越過第二溢流堰流出分離室。一部分引入液體混合物中的氣體通過一條與越過第一溢流堰的第一液體流相通的空氣通風道逸出分離器。
在詳細審閱了下面對于優(yōu)選實施例和附圖的描述之后，將會對本發(fā)明的目的和優(yōu)點有更全面和清楚的了解。
為了便于了解本發(fā)明取得上面提到的和其他優(yōu)點，以及達到發(fā)明目的的方式，下面將參照附圖詳細描述已在上面簡短描述過的本發(fā)明。應該理解，附圖只提供了與本發(fā)明的典型實施例有關的信息，因而不應認為是對本發(fā)明范圍的限制。下面將參照附圖描述和說明附加的特征和細節(jié)。附圖中

圖1是按照本發(fā)明的單級離心分離器的例子的局部垂直斷面圖；圖2是圖1中的分離器的局部垂直斷面圖，表示分離室內(nèi)的另一種進液口和葉片；圖3是沿圖1中3—3線的斷面圖4是沿圖2中4—4線的斷面圖；圖5是沿圖1中5—5線的斷面圖；圖6是按照本發(fā)明的二級離心分離器一個例子的垂直斷面圖；圖7是本發(fā)明提供的優(yōu)選實施例的立體圖；圖8是沿圖7中的8—8線的斷面圖；圖9是圖8中表示的離心分離器的局部放大圖；圖10是沿圖9中的10—10線的斷面圖；圖11是本發(fā)明中的可調氣體逸出通道的一個實施例的立體圖，其中的一部分被切去，以便更清楚地表示可調氣體逸出通道；圖12是和圖9同樣的斷面圖，說明在工作時的分離室和溢流堰的結構。
請參閱附圖，附圖中所有同樣的零件都用同樣的標號表示。請先參閱圖1，按照本發(fā)明的一臺單級離心分離器10用來把由兩種比重不同的不可溶混的液體的混合液流分離成其組成部分。本發(fā)明將以分離油和水的混合液流為例來描述，通過這種描述就能明白本發(fā)明也能高效地分離其他液體混合物。上述分離器10包括三個主要的組成部分一根固定的進液筒12；一個能繞著進液筒12轉動的轉子14；以及一個圍繞著轉子14的固定的殼體16。這三部分都用剛性的材料，例如鋼或塑料制成；而不銹鋼則是目前的最佳材料。
油和水的混合物通過固定進液筒12的一個口18進入分離器10。這種進液口的構造具有消除混合物與轉子14和殼體16之間的空氣接觸的優(yōu)點，同時，使得可能妨礙分離過程的攪拌作用和起泡沫現(xiàn)象減到最少。此外，只要出口的構造設計得恰當，這種分離器可以擺成任何方向來使用，因為油/水混合物并不進入轉子14和殼體16之間的空間，因此不會妨礙分離后的液體從轉子輸送到殼體去。盡管如此，所描述的分離器實施例還是擺成垂直位置使用的，混合液如圖1中的箭頭所示向下流過進液筒12。
在單級式分離器中，上述進液筒12是單獨一根中空的筒，或者，在下面將要描述的本發(fā)明的兩級分離器的實施例中，則是許多較小的筒，例如一束筒或者同心構造的筒。
上述轉子14包括一根與進液筒12同軸線并且在其下方的旋轉驅動軸22，該驅動軸可用任何適當?shù)难b置，例如一臺電動機和配屬的驅動裝置(圖中未示出)驅動旋轉。驅動軸22驅動轉子旋轉的速度要根據(jù)溢流堰的結構、要分離的液體相關的比重、分離器各部分的尺寸、所要求的離心力的大小、以及本技術領域的技術人員所熟知的其他因素適當?shù)貨Q定。如有需要，驅動軸22上可以有一條排水通道24，通道上有用螺紋或其他方式固定的堵頭或蓋子26，以便當適當?shù)那逑匆后w通過進液筒12灌入分離器時，能讓清洗液流遍分離器，并將剩余的清洗液通過卸掉堵頭的排水通道排出，從而方便地沖洗并排干分離器10。
從驅動軸22上豎起一道中心壁28，形成一個混合室30，輸入的液體通過轉子的中心壁28與固定的進液筒12的外壁之間的剪切在混合室內(nèi)混合在一起。上述混合室30的容積比較小，因而使剪切阻力，也就是使轉子保持在規(guī)定速度所需要的功率減少到最小?；蛘咴诠潭ǖ倪M液筒12上裝一個截頭錐形的凸起物32，或者通過固定的進液筒12或中心壁28來改變所形成的容積，就可以有選擇地進一步減小混合室的容積。有時，當不需要混合功能時，也可以取消混合室，這一點將參照圖2進一步說明。上述混合室的主要作用是添加一種調節(jié)料，例如一種用于降低粘度的溶劑，或者用于溶劑革取的溶劑。
在外部施加的壓力和離心力的幫助下，上述液體混合物從混合室，或者有時從進液筒，流入由中心壁28和同軸線的外壁36所形成的分離室內(nèi)，在分離室內(nèi)，各種液體成分被分離開來。外壁36的傾斜方向與中心壁28相反，使得分離后的油和水分別沿著內(nèi)壁和外壁向下流向分離器的溢流堰構件。外壁36的頂部與固定的進液筒12以環(huán)形接觸方式相連。在接觸部位，在外壁36和進液筒12之間安裝了軸承38，以使轉子14能相對于固定的進液筒12轉動。設置了進液筒密封圈80，以防止軸承與內(nèi)部的液體接觸。
圖2表示另外一種進液口40，它的進液筒42與固定的進液筒12的區(qū)別在于長度較短，并且用一個從進液筒42向外延伸的象法蘭那樣的盤44蓋住。輸入的液體通過靠近進液筒42底部的孔和盤44上的孔46進入轉子14。在中心壁28內(nèi)部和進液口40下方的轉子14的中心部分用一塊頂壁48密封起來，因而輸入的液體在進入分離室34之前，就在盤44與頂壁48之間的區(qū)域內(nèi)，和在盤44與外壁36的頂部之間的區(qū)域內(nèi)混合起來。上述進液口40不需要驅動軸22中的排水通道就能使分離器進行徹底的清洗和排空，因為在中心壁28內(nèi)的范圍內(nèi)并沒有積聚液體。有時，取消上述剪切盤44，就能在圖2的結構中省去輸入液體的混合。
再請看圖1，輸入的液體混合物中的油和水，由于油的比重比水輕而在分離室34內(nèi)分離開來。在由轉子14轉動而造成的離心力場中，油沿著徑向向內(nèi)，向著中心壁28“浮起”，而水則沿著徑向向外，向著外壁“下沉”。
如果有需要，可以如圖1和3所示，在中心壁28和外壁36之間，在分離室34的上部安裝一個供選擇的篩子50，以幫助分離。在該優(yōu)選實施例中，上述篩子50有許多間隔很密的，與轉動軸線平行的徑向板。當用于水/油分離時，這些板上涂復了親脂性材料，例如聚丙烯，或者就用聚丙烯制作板。在液體混合物流過篩子50的同時，那些很難用單純的離心力分離開來的，分散得很細的或者乳化的油都凝聚在這些板的表面上，從而與水分離開并且聚集起來。在重力分離器中使用的篩子是不實用的，因為這種篩子必須很大，而且板的間隔很寬，以便能在一級重力場中工作。但是，用在分離器10中的篩子可以小些，板的間隔也可以密些，因為重力場的等級較高。這些方面的改進極大地提高了分離的效率。
上述篩子50也使進入的液體改變流向并且理順液流。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，沿軸線方向引導液體，對于減小相對于中心壁28及外壁36的剪切作用是很有效的。如圖2和4所示的葉片或肋條52可以交替地安裝在分離室的壁上，以達到同樣的目的。葉片52可以部分或者全部沿半徑方向橫過分離室34。
如圖1和5所示，上述分離室34在其底部有一道溢流堰54，用來引導分離后的油和水。上述溢流堰54包括一塊環(huán)形的隔板，這塊隔板安裝在驅動軸22上，并且從驅動軸向外壁36延伸。在到達外壁36之前，這塊隔板在54a處向回彎曲，并向中心壁28延伸，在彎曲處54a與外壁36之間形成一圈環(huán)形的分割開的通道56，讓從分離室34流出的水通過。上述溢流堰板的端部離開中心壁28的距離很短，在溢流堰54的邊緣與中心壁28之間形成一條環(huán)形通道58，以便收集從分離室34流出來的油。彎曲的溢流板在溢流堰54頂板的下方形成了一個中間油收集室59。收集在中間室59中的油通過許多由溢流堰54的彎曲處54a、水通道56、和外壁36所形成的通道61而分流出去。
外壁36在溢流堰54下方彎曲并與溢流堰的弧線平行，使收集起來的水向驅動軸22回流。外壁36不與驅動軸接觸，形成了一道第二溢流堰60。在外壁36與水通道56相對的一側形成一圈環(huán)形槽62，以便容納壁84，這道壁84把分別為水和油向外引流的收集室78和72分隔開。如圖1所示，外壁36是由一塊上壁件36a和一塊下壁件36b用螺釘或其他方式固定在一起而形成的。這種構件形狀的設計僅僅是為了便于制造。如果需要，也可以把外壁36做成一個整體，并不影響分離作用。一道向外傾斜的外伸壁64從驅動軸向外延伸，把水引離軸的密封圈82。
分離后的液體向溢流堰54的四周流出是受到控制的，所以在轉動的過程中，通道56和58中的出口之間總是保持固定的油/水界面。上述界面一定不能與某一個出口離得太近，否則就會把混合液體排出去。和現(xiàn)有技術中的裝置一樣，在各溢流堰54和60的邊緣附近必須有空氣，因為分離后的液體的流量決定于流過溢流堰54和60上方的自由表面。但是，在本發(fā)明中，由于中心壁28沿徑向向外傾斜，使得大部分中心壁在半徑方向比溢流堰54的邊緣更向外凸出，而把必需的轉子14中央的氣/油界面限制在一個靠近溢流堰54邊緣的狹窄的袋形區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)中心壁比溢流堰邊緣更靠近中心，才有可能形成自由的液體表面，因而有很大一部分氣/液界面消失了。因此，轉子14基本上能分離所有進入的液體，而不會和空氣相互作用，以及由此而產(chǎn)生的起泡和對分離的干擾。在溢流堰60邊緣的附近也有一個同樣的氣袋?？諝夤艿?6穿過溢流堰54的底板，使得兩個氣袋之間的壓力相等，并且驅除氣袋中多余的氣體，這些氣體形成混在輸入液體中的氣泡，附在中心壁上沿著中心壁遷移，直到與溢流堰54邊緣附近的氣袋混在一起。
中心壁28和外壁36的傾斜使得溢流堰54和60的尺寸能比整個轉子的尺寸還大，因而增大了流量，提高了分離效率。在分離室34中被分離的兩種液體之間的液/液(油/水)界面的位置由下式確定rb=ρwrw2-ρoro2ρw-ρo,---(1)]]>
式中rb液/液界面離開轉動軸線的徑向距離；rw較重的液體表面在第二溢流堰邊緣上方的徑向距離；ro較輕的液體表面在第一溢流堰邊緣上方的徑向距離；ρw較重液體的比重；ρo較輕液體的比重。
上述分離室34內(nèi)的液/液界面必須位于溢流堰54的邊緣與溢流堰的彎曲部分54a之間，以避免排出混合液體。用數(shù)學式表示就是rl＜rb＜rp，(2)式中rp第一溢流堰的彎曲部分54a的徑向距離；rl第一溢流堰邊緣的徑向距離。
這樣，當?shù)谝灰缌餮?4的邊緣與該溢流堰的彎曲部分54a之間的距離增大時，液體界面能占據(jù)的位置的范圍就增大，因而能由溢流堰來分離的不同液體比重的范圍也增大了。上述這兩種關系式可用于設計一種溢流堰結構，使這種溢流堰最適用于某種具體的用途。
已經(jīng)查明，用于把普通的原油與水分離的分離器的溢流堰的最佳結構，應滿足下列關系式rw=.937ro+.05rp+.008rp2ro2.---(3)]]>
在等式中間接地用rw和ro表示的液體在溢流堰邊緣上方的厚度決定于輸入的混合物中兩種液體成分的比例，粘度，輸入的流量和轉子14的轉速。最有效的設計應能在溢流堰邊緣的上方保持一層淺的流體層。為了使得上述等式有效，在各溢流堰邊緣處的空氣壓力必須用空氣管道66或者其他等效的裝置使其相等。
殼體16把轉子14分離出來的兩種液體收集起來。殼體16是單獨一圈在轉子14周圍形成的，并且完全把轉子封閉起來的成形壁。用適當?shù)难b置固定在進液筒12上的殼體的環(huán)形頂部68水平地向外延伸超過轉子14。殼體的側壁70與頂部68的邊緣相交，并且與轉子的外壁36平行地向下延伸。在所描述的實施例中，側壁70由70a和70b兩件組成，以便于制作。兩件側壁在靠近側壁70的底部用螺釘或者其他適當?shù)难b置連接在一起，其方式與轉子的外壁36相同。
在側壁70的底部形成一個油收集室72，以接受從油通道61穿過壁36流過來的油。沿徑向靠近油收集室72的里側，形成一水收集室78。在油收集室72和水收集室78之間有一堵中間壁84，使分離出來的液體分開。壁84的端部插入轉子的環(huán)形槽62內(nèi)，有效地防止了分離開來的液體的交叉污染。在收集室72和78上設有與排出分離后的液體用的管子或軟管連接的附件(圖中未示出)。
水收集室78的徑向內(nèi)壁86的端部，在外伸壁64下方以環(huán)形接觸的方式緊靠驅動軸22。在壁86的端部與驅動軸22之間安裝了軸承88，以便讓轉子14能在殼體16內(nèi)轉動。設置了密封圈82，以保護軸承不受內(nèi)部液體的侵蝕。
分離器10可以用加入包含水、戊烷、以及一種適當除污劑的清洗懸浮液，或者其他類似配方的清洗懸浮液進行運轉，來對分離器進行沖洗和清理。因為分離器的各種溢流堰和流道都是有斜度的，所以，當停止分離器和輸入液流時，不會有液體存留在分離器內(nèi)。
分離器10可以做成各種不同的尺寸，各種尺寸的分離器在功能上都相同，除了在同樣的使用條件下尺寸大的分離器的角速度較低。能夠分離的液體的范圍也相同。
圖6表示一臺按照本發(fā)明的兩級分離器110。這種分離器110用于分離包含有溶解了的污染物的兩種不溶混液體，或者兩種難以分離的不溶混液體，例如乳化液中的兩種液體。上述一級分離器10不能在單獨一個工序中把溶解在混合液體中的污染物分離出來。分離器10能夠在一定程度上分離難于分離的液體，特別是要借助于篩子50，但是效率是很低的。特別是對于非常穩(wěn)定，散布得極細的膠體懸浮液和溶液更是如此。
如所周知，一臺象分離器10那樣的分離器可以分兩個階段使用，以分離不溶混液體和溶解了的污染物。首先用上面所述的方法分離這種不溶混液體，然后，把分離后含有污染物的液體和一種與污染物有高親和力的溶劑混合，用這種溶劑來分解溶液或乳化液，并把分散的污染物吸收到溶劑中。然后，將上述通常為不可溶混的溶劑和液體再一次放入分離器10內(nèi)進行第二次分離。把上述溶劑和含有污染物的液體一起放入分離器10內(nèi)，很容易使它們在分離器10的混合室30內(nèi)通過剪切作用而混合在一起(圖1)。如果要求這種液體的純度很高，可以重復用溶劑進行凈化，直到獲得所要求的純度。
對于象混有水的工業(yè)用發(fā)動機油那樣的混合物，需要用溶劑革取分離法，因為，工業(yè)發(fā)動機油含有去污劑，會使它形成泡沫和乳化。另一個例子是工業(yè)汽油和水的混合物，因為在汽油的成分中含有如苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘之類的致癌物質作為添加劑。這些添加劑都稍溶于水，會有千分之幾存在于溶液中。
兩級分離器110在一次操作中就能完成所需要的原始分離、溶劑萃取和最后分離這些步驟。下面，通過分離在水中混合了工業(yè)發(fā)動機油，而油中含有稍溶于水的苯污染物的混合物來說明分離器110。溶劑通常是采用己烷或者戊烷。當然，也可以使用其他混合物或溶劑。分離器110的結構在許多方面與分離器10相同，除了其他不同之處外，主要是它有兩個分離室，在比重大的液體從第一分離室輸出，并加入了一種溶劑之后，繼續(xù)進入在直徑方向處在更外部的第二分離室。
分離器110包括一個固定的進液筒112、一個轉子114、和一個殼體116。進液筒112由兩個同軸線的筒組成，一個內(nèi)筒118，油/水混合物通過該內(nèi)筒進入分離器，和一個外筒120，上述己烷溶劑通過該外筒進入分離器。轉子114由一根用電動機或其他裝置(圖中未示出)供應動力的旋轉驅動軸122驅動。在驅動軸122上有一條帶有塞頭126的排水通道124，用于對分離器110進行徹底的沖洗和排水。轉子114的中心壁128從其在內(nèi)進液筒118的口130一側的起始點向下延伸，并且在靠近驅動軸122的頂部的上方一直沿著徑向向外傾斜。中心壁128用一個環(huán)形密封圈132與外進液筒120密封隔離，以防止溶劑進入中心壁128形成的腔室134。
固定在驅動軸122頂部的中間壁136向上并沿徑向向外延伸，在中間壁136和中心壁128之間形成一個分離室138。輸入的油/水混合物從內(nèi)進液筒118進入室134內(nèi)，并由外部的壓力和轉動時的離心力迫使它向下流動。然后，該混合物繞過中心壁128的邊緣，流入分離室138，在該分離室內(nèi)，由中間壁136的徑向向外的斜度(對于水)和中心壁128徑向向內(nèi)的斜度(對于油)，迫使兩種被分離的成分向上流向設置在分離室138頂部的溢流堰140。
溢流堰140的構造和單級分離器10的溢流堰54的構造相同。該溢流堰140有一塊隔板，這塊隔板從中心壁128沿徑向向外延伸，然后又彎曲回去，在溢流堰140的邊緣與中心壁128之間形成一圈環(huán)形油通道142。在溢流堰的彎曲部分140a和中間壁136之間形成一圈水通道144，上述中間壁隨著溢流堰140呈弧形，繼續(xù)延長水通道144，并且形成一道溢流堰146。為了便于制造，上述中間壁由兩部分組成，一個下部136a和一個上部136b，用焊接或者其他適當?shù)姆椒ㄔ诳拷缌餮?40的彎曲部分140a處連接起來。在溢流堰140的內(nèi)部形成了一個中間油室148，而通過上述溢流堰的彎曲部分140a、水通道144和中間壁136形成一條油流道150。
兩級分離器110中的這兩道溢流堰通常按照上面描述過的供選擇的溢流堰構造來制作。
上述分離室138將油/水混合物分離開來，然后，分離出來的油流過通道142，流入室148，然后再流過油流道150。分離出來的水則流入通道144，越過溢流堰146的邊緣。溢流堰140和146上方的空氣袋通過空氣管道160互相連通，從而使溢流堰140和146上方的兩個空氣袋之間的壓力相等。
設置在中間壁136上方的外壁156在溢流堰146上方形成一條外水通道158。在外壁上還有一條穿過該外壁的空氣管道160，以使溢流堰146上方的空氣袋與殼體內(nèi)的空間相通。外壁156的端部與進液筒112以環(huán)形連接的方式相連。在壁156和進液筒112之間裝有軸承162，使轉子114能繞著進液筒112旋轉。在外壁和進液筒之間還設有一個密封圈164。在中心壁128與外壁156相交處，在中心壁128的端部形成了一圈唇邊166，以便為溢流堰146周圍的水導向，并把溶劑導入水流中。
在外壁156和中心壁128的交界處，在外進液筒120和外水通道158之間有一條溶劑流道168，在溢流堰146的正上方把溶劑己烷注入水流中。溶劑和水在外水通道158中混合，除去乳化液和已經(jīng)溶解的雜質。溶劑流道168的方向使得溶劑能進入流過溢流堰146的高速水流中，以便于混合。溢流堰146做成帶有適當?shù)男倍群屯庑?，以防止水流脫離溢流堰的表面，這樣就便于混合，并且減輕了溢流堰的腐蝕。為此目的，在各種實施例中的所有的溢流堰都傾向于采用與此相同的斜度和外形。
從圖中可見，油流道150從中間壁136開始，通過外水通道158和外壁156，流入殼體116中的收集室中。
上述外水通道158在中間壁136和外壁156之間繼續(xù)下行，直到進入在壁136和156之間形成的第二分離室170為止。第二分離室170把水從含有提取出來的雜質的溶劑中分離開來。外壁156沿徑向向外傾斜，促使經(jīng)過清理并且已經(jīng)分離出來的水向下流到在分離室170底部形成的一道溢流堰172上，該溢流堰把分離后的液體引導出分離室170。由于己烷的比重小于水，所以己烷沿著徑向向內(nèi)“上升”，并由徑向向內(nèi)傾斜的中間壁136迫使它向下流，而水則沿徑向向外，向著外壁156“下沉”。
上述溢流堰172是從驅動軸122伸出來形成的一塊隔板，這塊板沿著徑向向外延伸，然后再彎回去，在碰到驅動軸122之前終止延伸，形成一圈環(huán)形的溶劑通道174。在溢流堰的彎曲部分172a與外壁156之間形成一條水通道176，而外壁156呈弧形包圍在溢流堰172下方，然后終止，形成一道溢流堰178。一條溶劑流道180穿過彎曲部分172a、通道176和外壁156，把分離出來的溶劑送入殼體116。
為了便于制造，上述外壁156是由三段固定在一起的零件156a、156b和156c組成的。在下段156c的外側形成了一條環(huán)形槽181。
從溢流堰172的底部延伸出一條環(huán)繞著溢流堰178的邊緣的舌部182，以便把水引入殼體116。一條在舌部182下方的小的空氣流道184從殼體的存空氣的空間通到空腔186?？諝夤艿?88從空腔186通到溢流堰172邊緣上的氣袋，使它們之間的壓力平衡。
上述殼體116有一塊用焊接或其他方式環(huán)形地固定在進液筒112上的頂壁190。該頂壁190在轉子114的外壁156的上方水平地向外延伸，而一塊側壁則從頂壁向下延伸，在油流道150的下方形成集油腔192。該集油腔192接受并聚集分離出來的油。集油腔192上的一個管接頭(圖中未示出)與一根管子或軟管相通，用于排出分離出來的油。
集油腔192沿徑向傾斜的內(nèi)壁198基本上與轉子的外壁156平行地向下延伸，在溶劑流道180的下方形成一個溶劑收集室200，用于收集溶劑和附帶的雜質。接在溶劑收集室200上的一個管接頭(圖中未示出)與一根管子或軟管相通，用于排出上述溶劑。如果需要，排出后的溶劑可以回收，并再用于分離器110中。
溶劑收集室200的內(nèi)壁206在環(huán)形槽181的里面終止，有效地防止了與室208中的純凈的水交叉污染。內(nèi)壁206還用作在溢流堰178下方形成的集水腔208的外壁，上述集水腔用于收集已經(jīng)分離開來，并且進一步除掉了苯和其他雜質的水。換句話說，這提純后的水既不含不溶混液體，也不合溶解了的有機物。集水腔裝有一個管接頭(圖中未示出)，與一根管子或軟管相通，以便排出提純后的水。
集水腔的內(nèi)壁210的端部與驅動軸122環(huán)形連接。在驅動軸122與壁210之間裝有軸承212，以便讓驅動軸能在殼體內(nèi)旋轉。在靠近軸承212處設置了一個環(huán)形密封圈204，以防止內(nèi)部液體的侵蝕。
經(jīng)過分離器110的一次工作循環(huán)就足以把不溶混液體和溶解的有機物從水中分離出來。如有需要，為了達到高純度，可以重復進行操作。
可以理解，分離器110還能分離許多不同的液體混合物。同樣，也可以理解，用于分離器10上的各種附加構件，例如篩子50和葉片52用在分離器110上也是有利的。
圖7表示本發(fā)明用于大型設備的又一個實施例。本實施例通過具體的例子說明圖1的實施例中的基本結構的一些構件和特點是如何變化的，尤其是為了便于制造而進行的變化，并且進一步說明本發(fā)明的另外一些方面。在圖7中，分離器用標號220表示。本發(fā)明的這個實施例設計成用于處理大約每秒16立升的液體，但這種分離器的大小是可以變化的。本技術領域的技術人員將會理解，本實施例也可以用于分離流量范圍很大的各種液體。和以前描述的實施例一樣，本實施例也將對油和水的分離進行描述，但是，應該理解，這種分離器可用于分離各種具有不同比重和粘度的液體。
分離器220包括一個離心器222，液體在該離心器內(nèi)進行分離。上述離心器可以用包括金屬在內(nèi)的各種材料制作，例如不銹鋼和鋁。目前大多用不銹鋼制作離心器。對于不是用不銹鋼制作的那些部分，下面將特別指出。
離心器222有一個殼體224，殼體上設有一根出油管226和一根出水管228。出油管226和出水管228都與殼體相切，以便于從離心器中排出各種分離后的液體。在出油管226和出水管228的口上各裝有一個凸輪鎖緊聯(lián)結器229，以便用它和管子或軟管連接，把分離后的水和油排出離心器。
殼體224通常有一個頂蓋230，用許多螺釘232把頂蓋安裝在殼體上。因此，頂蓋很容易拆除，便于離心器的制造和維修。
在離心器222的底部裝有一根帶接受端和排出端的進液管道234。各種液體就是通過這根進液管道234進入離心器的。另外還有把液體送入進液管道的裝置，例如泵(圖中未示出)。
進液管道234的接受端裝有濾網(wǎng)235，防止過大的碎片進入離心器222內(nèi)。目前常用的濾網(wǎng)允許實際直徑小于0.75厘米的顆粒通過。進液管道234的接受端上也裝有凸輪鎖緊聯(lián)結器236，借助于這種聯(lián)結器，進液管道能方便而迅速地和一根供液管道連接。
下面將進一步說明，當利用分離器220進行溶劑萃取時，可以在通入進液管道234內(nèi)的一個噴咀240上附加一根溶劑供應管線238，把溶劑237供入進液管道234。溶劑237用泵242泵入進液管道234內(nèi)。當有實際需要時，也可以用其他液體添加劑，例如乳化液分解劑，來代替溶劑237。
按照本發(fā)明的氣體夾雜法的教導，分離器220還可以包括把氣體引入分離器的裝置。這種裝置包括一根供氣管線250，使氣體通過一個噴咀252噴入進液管道234。可以用一個小的泵254把氣體泵入進液管道234。對于大多數(shù)氣體夾雜法來說，泵254具有每秒2.4立升的排量，2,400帕斯卡的壓力就足夠了。
請接著看圖7，所描述的實施例還包括把第二股氣體引入分離器的裝置，以便在離心器222的溢流堰構造中保持適當?shù)膲毫ζ胶?，這一點將在下面進行解釋。所以，在一根與離心器222的底部的氣體引入通道(圖中未示出)連通的氣體供應管線258上接了一臺氣泵256。氣泵256通常是一臺壓力為1,000帕斯卡的泵，帶有一根大氣進氣管。
為了離心器222內(nèi)的軸承設置了潤滑劑260的供應源。潤滑劑260用一臺潤滑劑泵264通過一根循環(huán)管線262進入離心器。
目前，進入離心器222的各種軟管和管線，例如溶劑供應管線238，氣體供應管線250和氣體供應管線258，一般都是這樣安裝在離心器的殼體224內(nèi)的，即，這些管線都從離心器的側面伸出來。這樣就能用叉車或其他機械從底部提升離心器而不會損傷這些管線。
本發(fā)明的分離器還包括一臺安裝在離心器222頂部的電動機270。電動機270可以是任何工業(yè)用電動機，例如，由俄亥俄州德拉委的丹尼森哈格龍茲公司出售的M7F型液體用的電動機。電動機270用螺釘274安裝在頸圈272上而與離心器222連接，以便于拆卸。上述頸圈272用螺釘安裝在殼體224的頂部230上。
雖然按照本發(fā)明的教導制作的離心器無論朝向那一方向都能運轉，但是，通常都是把離心器擺成圖7所示的方向進行運轉的。因此，離心器222裝了四條腿280，這樣，離心器在使用時就安裝得很牢固。每一條腿280上有一塊安裝底板282，底板上有一對鏈條固定器284，可用于固定這四條腿。每個鏈條固定器284上有兩塊立板285，兩塊立板之間的距離足以容納普通鏈條的一個鏈節(jié)。在一個固定器上套上一根鏈條，使一個鏈節(jié)固定在固定器上的兩塊立板之間，或者把一根鏈條端頭上的鏈節(jié)套在固定器的立板上，就能把離心器固定住。上述安裝底板282還有一塊底板286，底板上開有一個安裝孔288。這樣，只要用螺釘把安裝底板282擰緊在一個支架上，離心器222就能牢固地安裝在這個支架上，例如運輸用的集裝箱，或者工廠或車間的地板上。
如圖8和9所示，離心器222有一個轉子290。該轉子290作為一個整體零件能繞著轉動軸線292旋轉。該轉子還有一根圓形的上部樞軸294能在一對密封的上軸承296上旋轉。該上部樞軸294與電動機270的驅動軸相配，借以驅動轉子。
上述轉子還有一塊用許多螺釘302安裝在上部樞軸294上的頂壁300。上述頂壁300則用螺釘306安裝在外壁304上，從而使得轉子的頂能夠卸掉，以便于安裝、維修和清理。
在離心器222內(nèi)部，上述進液管道234由沿著轉動軸線292布置的圓筒軸310形成。在本實施例中，圓筒軸的內(nèi)徑大約是7cm。為了使轉子290能繞圓筒軸310旋轉，還在圓筒軸310和轉子290的輪轂314之間設置了一個下軸承312。為了使軸承296和312能適應所承受的高負荷，最好使用抗磨軸承，例如美國紐約捷姆斯通公司制造的SKF SZZ317型軸承可用作上軸承296，以及也是由上述公司制造的SKF RDM 320型軸承可用作下軸承312。
轉子290的輪轂314與圓筒軸310連接，兩者之間可以轉動，并且用一個圓筒形的上密封圈316與其密封。在轉子290和圓筒軸310之間還設有中間密封圈318和下密封圈320。在本實施例中，上密封圈316、中間密封圈318和下密封圈320通常使用石墨—陶瓷轉動軸密封圈或其等價物。普通的合成橡膠密封圈適用于小的分離器。
從圖9中看得最清楚，上述進液管道234有一個混合室326。該混合室有穿孔的底板328，使得液體和碎渣很容易通過。目前在底板328上最常用的孔是圓形的，直徑大約為1cm。
混合室326的內(nèi)部通常用兩塊徑向隔板330隔成四個空腔。兩塊隔板330布置成互成直角，并橫穿混合室326的整條直徑。上述混合室還有一個液體加速器，該加速器和隔板330一起，幫助液體進入混合室，迅速與混合室一起轉動。上述液體加速器包括許多延伸到進液管道234中的一個共同點的柳葉刀形的板329。在本優(yōu)選實施例中，使用了四塊板329。在混合室中設置了干擾液流的構件，以便在通過混合室的液體中造成紊流。在本實施例中，這種干擾液流的構件是圓環(huán)332。但是，本技術領域的技術人員將會理解，可以用各種各樣的構件來造成紊流，例如纖維材料、桿或者其他充填系數(shù)低的構件。
目前，這種圓環(huán)332大多用親脂性材料，例如聚乙烯材料制作，并且其尺寸大約是長度6mm，直徑25mm，厚度2mm。上述圓環(huán)332緊密地裝填在混合室326的各個空腔內(nèi)。圓環(huán)332的放置位置是隨機的，以便最大限度地擾亂通過混合室的液體的流動。
請繼續(xù)參閱圖9，混合室326有一塊在上部樞軸294下方與其隔開距離的頂板334。頂板334上有許多孔336，通過這些孔，液體能流出混合室，流入頂板334與上部樞軸294之間的空間內(nèi)。
混合室還有一圈外壁338，這圈外壁的下端卡在轉子290內(nèi)壁339的座340內(nèi)。混合室326的上部在342處成階梯狀向內(nèi)收縮形成一個環(huán)形通道344。外壁338繼續(xù)向上超過階梯部分342，與上部樞軸294接觸。這樣，混合室326就借助于轉子290的頂壁300的內(nèi)邊緣和座340與轉動軸線292保持同心。座340在徑向向內(nèi)與內(nèi)壁339的環(huán)繞部分的內(nèi)表面隔開距離。這樣就在混合室的外壁338與轉子290的內(nèi)壁339之間形成了一個環(huán)形空腔346?；旌鲜业耐獗?38的下部，在階梯部分的下方有下孔348，在階梯部分342的上方有上孔349。
如圖8和9所示，轉子290包括一個分離室350。該分離室350有一個進口通道，液體通過這個進口通道進入分離室。在本實施例中，上述進口通道在轉子290內(nèi)壁339的最上方部位有許多空隙352，如圖9和10所示。這些空隙352的位置在相鄰的螺釘302之間的空間內(nèi)，螺釘302把上部樞軸294和頂壁300固定在轉子290的內(nèi)壁339的上端。
上述分離室350有許多均勻地分布在分離室內(nèi)部的徑向板354。按照本發(fā)明的教導，一部分徑向板354是用與分離器中待分離的一種液體有親和力的材料制成的。在本實施例中所用的對于一種液體有親和力的材料，要求該材料與液體之間的界面能量大于液體的內(nèi)聚能量，并且大于另一種(不溶混的)液體與其中的一種成分(液體或者固體材料)之間的界面能量。
在本實施例中這種材料是用于除去水中的油，所以至少有一些板354要用聚丙烯制造。聚丙烯是一種親脂性材料，與油有親和力。其他的親脂性材料，例如聚乙烯，也可以使用。
如圖10所示，在這個優(yōu)選實施例中，徑向板354包括12塊不銹鋼翅片356，這些翅片以相等的間距焊接在轉子290上，還包括108塊塑料翅片358。塑料翅片358位于金屬翅片356之間的間隔中，并且?guī)в懈魤|360，各隔墊360與相鄰的翅片358接觸，以保持翅片358之間均勻的間隔。由圖9和10可見，隔墊360沿著翅片358在徑向和軸向兩個方向上全部都均勻地布置。
為了在整個分離室350內(nèi)使板354之間的距離大致保持恒定，翅片358用了兩種尺寸。長翅片362沿著徑向從轉子290的內(nèi)壁一直延伸到外壁304。在分離室內(nèi)壁339的表面上，板354之間的距離大約是9.4mm。在分離室沿徑向的外部，相鄰的長翅片之間的短翅片364是這樣布置的，它使得短翅片364沿徑向最靠內(nèi)部的翅片之間的距離也大約是9.4mm。目前，通常都不讓徑向板延伸到分離室的角部(圖8和9)特別是流進或流出分離室的那些部位。
上述徑向板354在分離室350內(nèi)造成了一系列液體能夠通過的徑向流道366。該徑向流道366跨越分離室的全部徑向和軸向距離，只有很小一部分被隔墊360擋住(隔墊的阻擋在圖9中看得最清楚)。應該理解，按照具體使用的要求，液流在分離室內(nèi)的流道中的流動特性是不一樣的，例如，通過適當選擇隔板的間距或表面的紋理，形成紊流或層流。在這個優(yōu)選的實施例中，所用隔板354的數(shù)目(120塊)使得流過徑向流道366的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)，從而限定了流動是層流。所以，徑向板354和本發(fā)明在上面的實施例中公開的篩子50(圖1)與葉片或肋條52(圖2)一樣，基本上起相同的作用。
如圖8所示，分離室350具有油出口通道370和水出口通道372。油出口通道370有一個進口374，油能夠通過該進口流出分離室350，關于這一點下面將要說明。水出口通道372也有一個進口，或進口端376，水能夠通過該進口流出分離室350。上述油出口通道370的進口374和水進口通道372的進口376都遠離通入分離室350的進口通道(圖9中的間隔352)。如圖8所示，油出口通道370的進口374和水出口通道372的進口376都位于與分離室350的進口通道相反的一端。
從圖9看得最清楚，一道油溢流堰380布置成與油出口通道370相通。這道油溢流堰380包括一個前面382，一個后面384和一道基本上環(huán)繞著轉動軸線292的相當尖的脊部386。
一般說，增加溢流堰脊部的尖銳程度，可以把流過溢流堰的阻力減到最小。急劇升高的前面和急劇下降的后面使得越過溢流堰的液體流量最大，而使得特定流量下越過溢流堰脊部的液流的深度最小而且穩(wěn)定。因此，采用具有相當尖銳的脊部的溢流堰，對于給定的流量，溢流堰脊部上方的氣/液界面的狀態(tài)將更加穩(wěn)定。這對于油溢流堰380顯得特別重要，因為它的周邊長度較短，而且因為油(或者其他流過溢流堰380的液體)一般都比液體混合物中的其他成分的粘度高。
油溢流堰380的背面384形成一個繞轉動軸線392的截頭錐。在本實施例中，錐角θ大于或等于30度，下面將非常詳細的解釋這一點。
在這個優(yōu)選實施例中，分離室350的內(nèi)表面的有效半徑基本上不小于油溢流堰380的脊部386的半徑。因此，轉子290的輪轂314要形成一個頸部398，該頸部從油溢流堰380的脊部386沿徑向向內(nèi)延伸。該頸部398的作用是在油溢流堰380的脊部386的上方形成足夠的間隙，以便于溢流堰上方油的流動，并在油流的上方形成一層空氣層。由于分離室內(nèi)表面的有效半徑基本上不小于油溢流堰的脊部的半徑，所以溢流堰上方開放的空氣表面局限于油溢流堰的附近。
油溢流堰380的背面384由許多延伸于油溢流堰380的背面384與轉子290的輪轂314之間的等間距的輻板支承著。在這個優(yōu)選實施例中，采用了圍繞著轉動軸線等間隔的四塊輻板392。油溢流堰380的背面384上有許多肋條394，這些肋條沿著背面384的下部延伸。上述肋條394大致沿著與背面384的表面垂直的方向向外延伸，在本實施例中大約是6mm。在本實施例中用了12根肋條。
請繼續(xù)參閱圖9，上述水出口通道372從其進口端376向著轉動軸線通到出口端396。該水出口通道372有一部分是由基本上環(huán)繞轉動軸線292的水溢流堰400形成的。該水溢流堰400有一個前面402，一個后面404和一圈基本上環(huán)繞轉動軸線292延伸的相當尖銳的脊部406。因此，水出口通道372的出口端396的一部分是由水溢流堰400的脊部406形成的。水溢流堰400是由一道從轉子290的外壁304沿著半徑方向向內(nèi)延伸的徑向壁形成的。
如圖8和9所示，在水溢流堰400下方設置了一塊環(huán)繞著轉動軸線292的徑向隔板414。這塊徑向隔板414從油溢流堰380的后背沿徑向向外延伸，在邊緣416處終止(圖8中看得最清楚)。
上述徑向隔板414有一條氣體逸出通道。在若干實施例中，氣體逸出通道包括隔板414的外邊緣416。但是，在這個優(yōu)選實施例中，上述氣體逸出通道卻是一個位于隔板414上的孔418，如圖11中所示。這個在徑向可以調節(jié)的孔418是在隔板414上開了一條槽420而形成的。這條槽420在隔板414上沿著半徑方向延伸，這是調節(jié)孔418所要求的。
上面有一個長孔424的槽蓋板422蓋在這條槽420上，并且使蓋板422上的孔424與這條槽420對準，從而讓氣體能通過隔板414。隔板414上有一個凹部426，用來與槽蓋板422配合接觸。
上述槽蓋板422上有一個端部428，該端部上鉆孔并攻絲，以便與調整螺釘430用螺紋連接。上述調整螺釘430穿過圓周壁431，在其端部432上制成六角頭，以便易于轉動該調整螺釘。
在圓周壁431上開了一個孔口433，使槽蓋板422能通過這個孔口放進去，以便于裝配。一塊用來封住孔口433的蓋板434用普通公知的方法，例如用O型密封圈和螺釘固定在上述圓周壁上。上述調整螺釘430設置成能在圓周壁內(nèi)轉動，但卻不能相對于圓周壁作軸向運動。這是借助于在螺釘430的位于蓋板434內(nèi)側處設置了凸緣435，而在蓋板的外側設置了止推墊圈436、螺母437和鎖緊螺母438來實現(xiàn)的。
下面再詳細進行說明。一個氣體室440設置成與水出口通道372的出口端396相通。上述氣體室440沿徑向向外延伸到氣體逸出通道，在本實施例中，氣體逸出通道是徑向隔板414上的孔418。在轉子上形成一個氣體導入通道，以便把氣體供入氣體室440。
上述氣體導入通道包括在進液管道234的筒310上形成的一條氣體管442。這條氣體管442可以在筒310的壁內(nèi)鉆孔來形成。氣體管442一直伸到離心器的外部，在該處與供氣管線258連通，并通過泵256供氣(圖7)。氣體管442的上端在上密封圈316和中密封圈318之間延伸，并延伸到一個空腔444內(nèi)。上述空腔444通過一條在一塊輻板392上形成的徑向管446和氣體室440相通。
如圖9所示，轉子290還有一道基本上環(huán)繞轉動軸線292的出口溢流堰450。該出口溢流堰450由一塊沿徑向從圓周壁431的下邊緣向內(nèi)延伸的環(huán)形板454形成。
在出口溢流堰450的下方設置了一塊環(huán)形板460，以便在出口溢流堰450和環(huán)形板460之間形成一條水出口通道462，并且由此沿徑向向外延伸。同樣，在油溢流堰380的背面384與輪轂314之間形成一條油出口通道464，并在分離壁474的下方沿徑向向外伸出。因此，油出口通道464能接受越過油溢流堰380的脊部386的油。環(huán)形板460從油溢流堰380背面的下部向外延伸足夠長的距離，以防止水越過出口溢流堰450的脊部452進入油出口通道464內(nèi)。
如圖8和9所示，水出口通道462還包括一塊固定在殼體224上，并且沿徑向向內(nèi)，向著出口溢流堰450的最外端部分延伸的環(huán)形板468。重要的是，在板468的最里邊的部分與與出口溢流堰450之間有一個間隙470，從而使得水出口通道462與轉子290和殼體224之間的環(huán)形腔472相通。
環(huán)形分離壁474位于水出口通道462和油出口通道464之間，用以阻止流出轉子290的各種液體產(chǎn)生交叉污染。分離壁474固定在殼體224上，并沿著徑向向內(nèi)，向著油溢流堰380后背的底部延伸。上述分離壁474有一個向上，向著板460延伸的圓筒部分476。設置該分離壁474是用來保證各流出的液體分離，同時使油出口通道464和水出口通道462保持互相連通，并且還和空腔472連通。
如圖8所示，在殼體224的頂部230上安裝了一個單向閥480，以便讓大氣進入空腔472內(nèi)。同樣，在空氣吸入管486上安裝了一個空氣通風口482，該吸入管486穿過殼體224，并且向油出口通道464方向敞開。通常，空氣通風口482能讓空氣自由進出，但能防止液體流出空氣通風口482。上述單向閥480和空氣通風口482參與了保持離心器內(nèi)的空氣壓力的平衡，這兩部分使腔室472和油出口通道464與大氣相通。
請繼續(xù)參閱圖8，水收集室488呈環(huán)形圍繞著轉動軸線292，并且與出口溢流堰450相通，使得越過出口溢流堰的水能沿著水出口通道462進入水收集室488。上述水收集室488直接和水出口管道228(圖7)連通，分離出來的水通過該出口管道228排出分離器。
同樣，油收集室490也呈環(huán)形圍繞著轉動軸線292。該油收集室490與油溢流堰380相通，使得越過油溢流堰的油能沿著油出口通道464進入油收集室490。上述油收集室490與油出口管道226連通(圖7)，分離出來的油通過該管道排出分離器。
在工作時，本發(fā)明的分離器220可用于分離兩種不溶混液體，例如已經(jīng)被油污染了的水。請看圖7，分離器220準備接受污染了的液體，一開始先轉動電動機270、潤滑油泵264和氣泵256。在該優(yōu)選實施例中，電動機調整到使轉子290的轉速大約為1200轉/分。
然后，通過進液管道234把水/油混合物500泵入分離器220(圖7)。通常，要設置一臺外部泵(圖中未示出)把混合物500泵入離心器內(nèi)。在這個優(yōu)選實施例中，分離器的最大流量大約為每秒16立升混合物。
在234的接受端，混合物穿過濾網(wǎng)235。該濾網(wǎng)235阻止任何實際直徑大于0.75cm的碎片進入234的接受端。請看圖9和12，然后，混合物500流過進液管道，穿過有孔底板328，進入混合室326。因為混合室326是剛性地固定在轉子290上的，所以它以同樣的轉速跟著轉子轉動。這樣，當混合物500進入混合室236時，立刻就獲得與混合室相同的角速度。混合室326內(nèi)的板329和隔板330幫助液體混合物500加速。
在混合室內(nèi)，混合物500就開始分離成其各種成分水502和油504。上述混合物在進入混合室326時就與聚乙烯圓環(huán)332接觸。該圓環(huán)332是親脂性的，與油504有親和力。因此，當懸浮在水502中的油504的小油滴與圓環(huán)332接觸時，盡管有重力和流體壓力作用在這些油滴上，這些油滴仍然立刻附著在圓環(huán)332上。
隨著油滴繼續(xù)在圓環(huán)332上的積聚，最后將積聚到足夠數(shù)量的油，使得在混合室內(nèi)作用于液體上的各種力量克服油和圓環(huán)之間的邊界能。此時，一大滴油將從圓環(huán)上分離出來，跟隨著大股液流通過混合室326。因此，隨著液體混合物500通過混合室326，懸浮在水中的許多油滴都變成了大油滴，很容易通過離心作用從水中分離開來。
液體混合物500，或者通過混合室326的頂板334中的孔336，或者通過外壁338中的下孔348流出混合室326。如果混合物通過頂板334上的孔336流出混合室326，它將隨后通過外壁338上的一個上孔349進入環(huán)形腔346。
混合物從環(huán)形腔346流過轉子290的內(nèi)壁339的最上面的部分進入分離室350。當進入分離室350時，上述液體混合物500被導入在分離室350中形成的徑向流道366(圖10)。
請繼續(xù)參閱圖9和12，在分離室350內(nèi)，液體混合物受到了由于轉子的旋轉而施加在它上面的很大的離心力。因此，比重大的水502迅速沿徑向遷移到分離室外面的部分。而比重比水小的油504則沿徑向從水中向內(nèi)部聚集。于是圍繞著分離室形成了一圈垂直的油/水邊界506，從轉動軸線292到分離室內(nèi)油和水之間的邊界506的徑向距離以rb表示。
油504越過油溢流堰380的脊部386流出分離室，而水通過水出口通道372，再越過水溢流堰400而流出分離室。上面指出過，油出口通道370的進口374和水出口通道372的進口376離開分離室350的進液通道(圖9中的間隙352)很遠。這種布置使分離能在一個很長的距離內(nèi)—在本實施例中是分離室的全部高度上進行，從而提高了分離器的分離效率。
在油越過了油溢流堰的脊部之后，它便沿著油溢流堰的背面384推進，沿徑向流過油出口通道464。上述肋條394在油向下流過油溢流堰的背面時，保證使油維持轉子的角速度。因此，肋條的高度至少應該等于在最大流量下工作時油在油溢流堰背面上的深度。
在油504離開油溢流堰380背面384和肋條394時，它基本上沿著切向流入油收集室490(圖8)。由于轉子290加在油上的線速度很大，所以油很容易繞著油收集室490流動，直到到達油出口管道226(圖7)，在那里允許油沿著它的自然流道(與油收集室490的圓弧相切)流動，然后流出分離器。
油溢流堰380的背面384與轉子290的輪轂314相對部分之間的間隔也應該足夠大，以便能讓空氣自由流入油出口通道464，特別是流入油溢流堰的脊部386和輪轂314的頸部398之間。在本優(yōu)選實施例中，油溢流堰的背面384與輪轂314的相對部分之間的距離大約為2cm。
背面384和轉動軸線292之間的角度用θ角表示(該角度是油溢流堰380的背面384的錐角的一半)，該θ角根據(jù)分離器的運轉條件和油溢流堰380的徑向隔板外形確定。能夠滿足分離器的流動容量的，油溢流堰380的背面384與轉動軸線之間的最小θ角，可大致用下列公式來決定Q=RLhsinθυg′s,]]>式中g′s=ω2rgE,---(4)]]>式中，Q是第一液體流過第一溢流堰的流量，以每秒立升計；R是常數(shù)，等于98；L是第一溢流堰的長度，以厘米計；h是第一液體流過第一溢流堰的脊部的高度，以厘米計；υ是第一液體的動粘度，以厘沲計；gE是由于地心引力造成的加速度，r是第一溢流堰的脊部的半徑；ω是分離室的角速度，以每秒弧度計。
利用這個公式，背面384的形狀可以做成這樣，使得油出口通道464沿徑向向容納流出分離室350進入水收集室488(圖8)的水流的流道和通道的內(nèi)部延伸。這樣，就沒有必要象圖1到圖6中的實施例那樣，使油504和水502的路徑交叉，從而大大方便了分離器的制造。
請繼續(xù)參閱圖9和圖12，當水502通過水出口通道372流出分離室350時，它向著轉動軸線292“推進”，接近水溢流堰400的脊部406，越過水溢流堰的脊部，流入液體加壓室510。上述液體加壓室510一般布置在形成水溢流堰400的徑向壁408與組成出口溢流堰450的環(huán)形板454之間。
當水502充入液體加壓室510之后，它便沿徑向向內(nèi)推進，直到到達氣體逸出通道的位置，在本實施例中，該氣體逸出通道是孔418。氣體，通常是大氣，從泵256(圖7)通過氣體管道442和徑向管道446充滿氣體室440。這樣就形成了一個氣體屏障，在氣體逸出通道的徑向位置上，在氣體室440和液體加壓室510之間，保持液體的高度位置。從而在隔板414與徑向壁408之間的孔418的半徑位置上保持一道水壁。隨著水的積聚和溢過出口溢流堰450的脊部452，水被迫流出液體加壓室510。
重要的是，越過油溢流堰380的脊部386的液體，以及越過出口溢流堰450的脊部452的液體，各在它們所越過的溢流堰脊部的“上方”(即，沿徑向向內(nèi))有一道空氣邊界。上面已經(jīng)說過，這兩個位置是互相連通的，并且通常保持同樣的氣壓。為了使分離器獲得最佳性能，必須使油溢流堰380的脊部上方和出口溢流堰450的脊部上方保持氣壓相等的狀態(tài)。
當水到達出口溢流堰450的脊部452時，便越過該脊部進入水出口通道462。水502在到達溢流堰的圓周壁431端部之前，通常附著在出口溢流堰450的背面。此時，水就從轉子290中流出，落在水收集室488內(nèi)，其主要速度的方向與水收集室相切。水502立刻繞著水收集室488流動，直到到達水出口管道228(圖7)，從該出口管道流出分離器。
本發(fā)明的分離器也可以用于分離溶解在無機成分中的有機成分，例如溶解在水中的微量芳香劑。這種應用方法也已在上面介紹圖6中的實施例時說明過了。本發(fā)明的這種“溶劑革取法”可以參照從含有苯污染物的油中分離水，而水中又稍微溶解了一些苯污染物的情形來說明。為了說明起見，這里采用的溶劑是己烷，但是，眾所周知，按照本發(fā)明的教導，各種其他的溶液和溶劑都可以采用。
一開始，當已經(jīng)污染了的水溶液進入進液管道時，先開動泵242，把己烷溶劑送入進液管道234，如圖7所示。在進液管道內(nèi)，特別是在混合室326內(nèi)，溶劑237與污染了的水溶液混合。在混合時，作為有機物的苯很快就從水中分解出來，并溶解在己烷中。這種己烷/苯溶液的比重小于水，所以和上面所描述的本實施例中把油從水中分離出來一樣，在離心器222中把己烷/苯溶液從水中分離出來。
這種溶劑革取法還可以用于兩級分離器，例如象圖6的實施例中所描述的分離器。本技術領域的技術人員將會理解，這種兩級分離器可以擁有圖7到圖12中所描述的實施例的許多特征。
另一種替代圖7到圖12中所描述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的方法是用這種裝置去完成兩種比重相近而粘度不同的不溶混液體的分離。當企圖把海水與因原油泄漏到海洋中而造成的穩(wěn)定的乳化液分離開來時，可能需要采用這種方法。這種方法還可以用于加速兩種具有不同比重和不同粘度的液體的分離，假定上述兩種液體中的粘度大的液體的比重小的話。
按照本發(fā)明的這種“空氣夾帶法”，在分離器運行時要開動空氣泵254?？諝獗?54通過氣體供應管線250連續(xù)供應氣體，通常是大氣，氣體供應管線在噴射器252處把空氣注入進液管道234。噴射器一般是把空氣以小氣泡的形狀噴射到液體混合物中，產(chǎn)生一種夾帶氣體的液體混合物。
如圖12所示，當夾帶氣體的液體混合物進入分離室時，由于氣泡的比重比水小得多，所以它很快沿著徑向向內(nèi)遷移。當氣泡通過乳化液/水混合物時，氣泡與粘性的乳化液之間的摩擦力要比氣泡與水之間的摩擦力大很多，因此，氣泡就會沿著徑向向內(nèi)部“攜帶”乳化液。換句話說，空氣氣泡降低了乳化液的實際比重，從而使得分離器能在這兩種液體的比重有差別的基礎上把它們分離開來。這種導入乳化液/水混合物中的氣體的一部分，通過與越過第一溢流堰的粘性成分的液流相通的空氣通風口482(圖8)排出分離器。
上述乳化液的實際比重的大小隨著噴入進液管道234的空氣量變化。目前，采用本發(fā)明的氣體夾帶法時，常用的噴入空氣的流量大約為進入分離器的液體混合物體積的10％。
在具體應用到本發(fā)明的分離器220時，分離器的溢流堰和其他結構部件的相對位置可能要有些變動。已經(jīng)查明，作為到達油溢流堰380的脊部386的油的表面和其他物理特性的函數(shù)的油/水邊界506的徑向位置，一般可以用下式?jīng)Q定rb=ρwrx2-ρoro2ρw-ρo,---(5)]]>式中ro是從轉動軸線292到油到達油溢流堰380的脊部386時油的表面的徑向距離；ρw是水502的實際粘度(當受到夾帶空氣的影響時)；ρo是油504的實際粘度(當受到夾帶空氣的影響時)；rb是從轉動軸線292到分離室350內(nèi)的油504和水502之間的界面的徑向距離；而rx則由下式給出rx2＝rw12＋rw22－ra2，(6)式中rw1是從轉動軸線292到水到達水溢流堰400的脊部406時的油表面的徑向距離；rw2是從轉動軸線292到水到達出口溢流堰450的脊部452時的水表面的徑向距離；ra是從轉動軸線292到這樣一條邊緣的徑向距離(從氣體室440過來的氣體能繞過這條邊緣流出氣體室)，即，孔418沿徑向的內(nèi)部。上述等式(5)和(6)是對于以前的等式(1)和(2)的改進，以便修正邊界位置rb由于液體加壓室所加的壓力而發(fā)生的位移。本技術領域的技術人員將會看出，等式(6)中的各項的單位是壓力被ρω2除，而等式(5)和(6)表示分離器內(nèi)的壓力平衡；實際上，rw22－ra2這部分代表的是液體加壓室內(nèi)的液柱在高度rw2和ra之間加在氣體室上的壓力。
從上述等式可知，借助于把rx減到最小，分離器能有效地分離比重的差別很大的兩種液體(如果只有一種液體水被泵入并通過分離器，那么就可以設想rx將是水在分離室350內(nèi)推進的徑向距離)。因此，可以用這種方式調整孔418的徑向位置，即，只讓水通過分離器，并逐漸向外移動孔的位置，直到水開始通過油收集室490排出去——表示水越過了油溢流堰380為止。然后，可以稍稍向內(nèi)移動孔418的位置，例如大約2mm。本技術領域的技術人員將會理解，在不同的應用場合可能需要不同的決定孔418的最佳位置的方法。
應該理解，本發(fā)明的裝置和方法能夠用各種不同的實施例來實施，但上面只描述了很少幾個實施例。在不脫離本發(fā)明的基本原理和特征的前提下，本發(fā)明能用各種方式實施。無論從那一方面來說，上面所描述的實施例都只是舉例，而不是限制本發(fā)明的范圍，因此，本發(fā)明的范圍應該由權利要求書來確定，而不是由以上的說明來確定。一切處在權利要求書中的等同物范圍內(nèi)的變化都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種通過繞轉動中心軸線旋轉而把第一液體和第二液體的混合物分離成其組成部分的分離器，其中第一液體的比重小于第二液體，這種分離器包括一根具有接受端和排出端的進液管道；一個能繞著轉動軸線轉動的分離室，該分離室包括一個第一端，一個沿軸向與第一端相對的第二端，一道外壁，一條位于分離室的第一端上的進口通道，上述進液管道的排出端與該進口通道相通，并且在徑向位于分離室外壁以內(nèi)，一條第一液體出口通道，和一條第二液體出口通道，該第一和第二液體出口通道均位于分離室的第二端；一道位于和分離室的第一液體出口通道相通的位置上的第一溢流堰，這道第一溢流堰有一個前面，一個背面和一道相當尖的脊部，這道尖銳的脊部基本上呈環(huán)形環(huán)繞著轉動軸線；一道位于與分離室的第二液體出口通道相通的位置上的第二溢流堰；以及使分離室繞著轉動軸線轉動的轉動裝置。
2.如權利要求1所述的分離器，其特征在于，上述第二溢流堰有一個前面，一個背面和一道相當尖的脊部，這道尖銳的脊部基本上呈環(huán)形環(huán)繞著轉動軸線。
3.如權利要求1所述的分離器，其特征在于，上述外壁有一條與進液管道連接并且密封進液管道的，能夠轉動的邊緣。
4.如權利要求1所述的分離器，其特征在于，它還包括一個第一和一個第二液體收集室，上述第一液體收集室的位置環(huán)繞著轉動軸線，并且與第一溢流堰相通，使得越過第一溢流堰的液體能進入第一液體收集室；上述第二液體收集室的位置也環(huán)繞著上述轉動軸線，并且與第二溢流堰相通，使得越過第二溢流堰的液體能進入第二液體收集室。
5.如權利要求1所述的分離器，其特征在于，上述進液管道的位置與上述轉動軸線在同一條軸線上。
6.如權利要求1所述的分離器，其特征在于，它還包括一根與第一液體通道和第二液體通道連通的空氣管道。
7.如權利要求1所述的分離器，其特征在于，它還包括許多位于分離室內(nèi)的沿徑向布置的板。
8.如權利要求7所述的分離器，其特征在于，上述徑向布置的板中的至少一部分是用親脂性材料制成的。
9.如權利要求1所述的分離器，其特征在于，它還設置了一個混合室，用于接受從進液管道排出端流出的液體，并將該液體輸送到分離室中去，上述混合室包括一堵固定的內(nèi)壁，和一堵安裝成能繞著轉動軸線轉動的外壁。
10.如權利要求1所述的分離器，其特征在于，上述分離室包括一堵從液體進口通道向第一和第二液體出口通道延伸的，徑向向內(nèi)傾斜的環(huán)形內(nèi)壁，并且上述外壁具有從進口通道向第一和第二出口通道延伸的徑向向外傾斜的斜度。
11.如權利要求1所述的分離器，其特征在于，上述分離室滿足下列關系式rw=.937ro+.05rp+.008rp2ro]]>式中rw是從轉動軸線到第二液體越過第二溢流堰時的表面的徑向距離；ro是轉動軸線到第一液體越過第一溢流堰時的表面的徑向距離；rp是轉動軸線到第一溢流堰和第二液體出口通道之間的界面的最外邊部分的徑向距離。
12.一種通過繞轉動軸線旋轉而把第一液體和第二液體分離開來的分離器，其中第一液體的比重小于第二液體，這種分離器包括一根具有接受端和排出端的進液管道；一個能繞著轉動軸線轉動的分離室，該分離室包括一條進口通道，一條第一液體出口通道，和一條第二液體出口通道，上述進口通道與進液管道的排出端連通，以便接受上述混合物；一道位于和分離室的第一液體出口通道相通的位置上的第一溢流堰，這道第一溢流堰有一圈上述第一液體能越過的脊部；上述第二液體出口通道有一個進口端和一個出口端，上述進口端與分離室在從第一溢流堰的脊部沿徑向向外的位置上與分離室相通，上述第二液體出口通道向著轉動軸線延伸，其出口端至少一部分由具有脊部的第二溢流堰形成，上述第二液體能越過該脊部，流出第二液體出口通道；一個位于從第二溢流堰的脊部沿徑向向外的位置上的液體加壓室，用于當?shù)诙后w流出第二液體出口通道，越過第二溢流堰時，接受該第二液體，上述液體加壓室有一部分由具有脊部的出口溢流堰形成，第二液體能越過該脊部流出上述液體加壓室；一個氣體室，該氣體室設置成與第二液體出口通道的出口端相通，并且沿徑向向外延伸到液體加壓室，上述氣體室包括一條氣體逸出通道，多余的氣體可以通過這條通道從氣體室逸出，使得能形成一道氣體屏障，把氣體室和液體加壓室之間的液體位置維持在氣體逸出通道的徑向位置上；一條氣體導入通道，氣體通過這條通道導入上述氣體室；用于把氣流導入氣體導入通道的裝置；以及使分離室繞轉動軸線旋轉的轉動裝置。
13.如權利要求12所述的分離器，其特征在于，它還包括一個接受從進液管道的排出端流過來的液體的混合室，該混合室內(nèi)有擾亂流動的構件，使通過混合室的液體形成紊流。
14.如權利要求13所述的分離器，其特征在于，上述混合室內(nèi)擾亂流動的構件是與液體接觸的構件，它的一個表面是用與液體中的一種有親和力的材料制成的。
15.如權利要求15所述的分離器，其特征在于，上述接觸構件是用親脂性材料制成的。
16.如權利要求12所述的分離器，其特征在于，它還包括把一種液體添加劑導入進液管道的裝置。
17.如權利要求12所述的分離器，其特征在于，上述分離室呈環(huán)形延伸于一個內(nèi)表面和一個外表面之間，該內(nèi)表面的有效半徑不小于第一溢流堰的脊部的半徑。
18.如權利要求12所述的分離器，其特征在于，第一、第二和出口溢流堰基本上環(huán)繞著轉動軸線。
19.如權利要求12所述的分離器，其特征在于，它還包括許多均勻分布在分離室內(nèi)的徑向板。
20.如權利要求19所述的分離器，其特征在于，一部分徑向板是用對于液體中的一種有親和力的材料制成的。
21.如權利要求12所述的分離器，其特征在于，它還包括一條第一液體出口通道，用以接受越過第一溢流堰的脊部的第一液體，和一條第二液體出口通道，用以接受越過出口溢流堰的脊部的第二液體。
22.如權利要求21所述的分離器，其特征在于，上述第一液體出口通道和第二液體出口通道互相連通，使得第一液體出口通道中的空氣壓力大致保持與第二液體出口通道中的空氣壓力相等，同時又保持第一液體與第二液體分離。
23.如權利要求12所述的分離器，其特征在于，它還包括一個環(huán)繞著分離室的殼體，該殼體有一個第一和一個第二液體收集室，上述第一液體收集室設置成環(huán)繞著轉動軸線，并且與第一溢流堰相通，使得越過第一溢流堰的液體能進入第一液體收集室，上述第二液體收集室也設置成環(huán)繞著轉動軸線，并且與第二溢流堰相通，使得越過第二溢流堰的液體能進入第二液體收集室。
24.如權利要求23所述的分離器，其特征在于，上述第一液體收集室與第二液體收集室相通。
25.如權利要求24所述的分離器，其特征在于，上述殼體包括至少一條使上述第一和第二液體出口通道與大氣相通的空氣通道，用以使殼體內(nèi)部的壓力維持在大氣壓力。
26.如權利要求25所述的分離器，其特征在于，上述空氣通道上有一個單向閥，用來防止第一或第二液體從殼體中排出。
27.如權利要求23所述的分離器，其特征在于，它還包括一根第一和一根第二液體出口管道，上述第一液體出口管道與第一液體收集室相通，并與其相切，上述第二液體出口管道與第二液體收集室相通，并與其相切。
28.如權利要求12所述的分離器，其特征在于，它還包括一塊把氣體室與液體加壓室分開的徑向隔板，這塊徑向隔板有一條邊緣，從氣體室流出來的氣體可以繞過這條邊緣流出氣體室，這條邊緣形成了氣體逸出通道。
29.如權利要求12所述的分離器，其特征在于，上述徑向隔板上有一個孔，而上述從氣體室流出來的氣體能繞過該邊緣形成該徑向隔板上的孔的一部分。
30.如權利要求29所述的分離器，其特征在于，上述在徑向隔板上的孔可以作徑向調節(jié)。
31.如權利要求30所述的分離器，其特征在于，上述徑向隔板上有一條徑向槽，和一塊蓋住上述徑向槽的槽蓋板，上述槽蓋板安裝成能徑向移動，并且在上面形成一個孔，這個孔與徑向槽的一部分對準，使得槽蓋板沿徑向移動時，也讓那條從氣體室流出的氣體繞著它流出氣體室的邊緣沿著徑向調整位置。
32.如權利要求12所述的分離器，其特征在于，它大致滿足下列公式rb=ρwrx2-ρoro2ρw-ρo,]]>式中ro是從轉動軸線到第一液體到達第一溢流堰的脊部時第一液體的表面的徑向距離；ρw是第二液體的實際比重；ρo是第一液體的實際比重；rb是從轉動軸線到第一液體和第二液體在分離室內(nèi)的界面的徑向距離；并且，式中的rx由下式給出rx2＝rm12＋rw22－ra2，式中rw1是從轉動軸線到第二液體到達第二溢流堰的脊部時第二液體的表面的徑向距離；rw2是從轉動軸線到第二液體到達出口溢流堰的脊部時第二液體的表面的徑向距離；ra是從轉動軸線到從氣體室來的氣體能繞過它流出氣體室的這條邊緣的徑向距離。
33.一種把混合物分離成它的組成部分的方法，這種混合物包括一種第一液體和一種第二液體，上述第一液體的粘度大于上述第二液體，該方法包括下列步驟把一種氣體的許多氣泡分散到上述液體混合物中，造成夾帶氣體的液體混合物；把夾帶氣體的液體混合物引入一個分離器，該分離器具有一個能繞著轉動軸線轉動的分離室，該分離室包括一條進口通道，一條第一液體出口通道，和一條第二液體出口通道；一道位于和分離室的第一液體出口通道相通的位置上的第一溢流堰；一道位于和分離室的第二液體出口通道相通的位置上的第二溢流堰；使分離室中的夾帶氣體的液體混合物繞轉動軸線旋轉，迫使第一液體和氣體在分離室內(nèi)沿徑向向內(nèi)遷移，同時使第二液體在分離室內(nèi)沿徑向向外遷移；讓至少一部分氣體和第一液體越過第一溢流堰流出分離室；讓至少一部分第二液體越過第二溢流堰流出分離室。
34.如權利要求33所述的把包括第一液體和第二液體的混合物分離成它的組成部分的方法，其特征在于，上述分離器還有一根進液管道，并且上述把夾帶氣體的液體混合物引入分離器的步驟是把夾帶氣體的液體混合物引入上述進液管道。
35.如權利要求33所述的把包括第一液體和第二液體的混合物分離成它的組成部分的方法，其特征在于，上述把液體混合物中的氣體分散成許多氣泡，造成一種夾帶氣體的液體混合物的步驟，包括把一種氣體噴射進液體混合物，并且在一個混合室內(nèi)使該氣體與液體混合物混合，該混合室內(nèi)設有阻擋液流的構件，以使混合室內(nèi)的液體產(chǎn)生紊流。
36.如權利要求33所述的把包括第一液體和第二液體的混合物分離成它的組成部分的方法，其特征在于，該方法還包括讓一部分已經(jīng)引入液體混合物的氣體通過一條與越過第一溢流堰的第一液體的液流相通的空氣通風道流出分離器。
37.一種通過繞轉動中心軸線旋轉而把第一液體和第二液體的混合物分離成其組成部分的分離器，其中第一液體的比重小于第二液體，這種分離器包括一根具有接受端和排出端的進液管道；一個能繞著轉動軸線轉動的分離室，該分離室包括一條進口通道，一條第一液體出口通道，和一條第二液體出口通道，上述進口通道與進液管道的排出端連通，以便接受上述混合物，上述第一和第二液體出口管道各有一個遠離進口通道的進口；一道位于和分離室的第一液體出口通道相通的位置上的第一溢流堰，上述第一液體能越過第一溢流堰流出分離室，這道第一溢流堰有一個前面，一個背面，和一圈很尖的脊部，這圈尖的脊部基本上環(huán)繞著轉動軸線；一道位于和分離室的第二液體出口通道相通的位置上的第二溢流堰，上述第二液體能越過第二溢流堰流出分離室；一條第一液體出口通道，該通道至少有一部分由第一溢流堰的背面形成，當?shù)谝灰后w越過第一溢流堰的脊部時，該通道用于接受上述第一液體；一條用于接受越過第二溢流堰的脊部的第二液體的第二液體出口通道，上述第一液體出口通道沿徑向向著第二溢流堰和第二液體的出口通道的內(nèi)部延伸，但卻不使第一液體出口通道與第二液體的出口通道的路徑交叉；以及使分離室繞著轉動軸線轉動的轉動裝置。
38.如權利要求37所述的分離器，其特征在于，上述第二溢流堰有一個前面，一個背面，和一圈很尖的脊部，這圈很尖的脊部基本上環(huán)繞著轉動軸線。
39.如權利要求37所述的分離器，其特征在于，上述第一溢流堰的背面與轉動軸線之間所成的角度大于或等于θ，其中的θ由下式得出Q=98Lhsinθυg′s,]]>式中g′s=ω2rgE,]]>式中Q是第一液體流過第一溢流堰的流量，以立升/秒計；L是第一溢流堰的長度，以厘米計；h是第一液體越過第一溢流堰的脊部的液流的高度，以厘米計；υ是第一液體的動力粘度，以厘沲計；gE是地心引力造成的加速度；r是第一溢流堰的脊部的半徑；ω是分離室的角速度，以弧度/秒計。
40.如權利要求37所述的分離器，其特征在于，它還包括一個位于第二溢流堰的脊部徑向外側的液體加壓室，用于接受流過第二溢流堰上方的出口通道的第二液體，該液體加壓室有一道出口溢流堰，該出口溢流堰有一道脊部，上述第二液體能越過該脊部流出液體加壓室；一個設置成與出口通道的出口端相通的氣體室，該氣體室沿徑向向外延伸到液體加壓室，上述氣體室有一條氣體逸出通道，多余的氣體能從氣體室通過這條氣體逸出通道流入液體加壓室；一條氣體引入通道，氣體能通過這條通道引入氣體室；以及把氣體流引入氣體室的裝置；上述第一溢流堰的背面還使第一液體出口通道沿徑向向著液體加壓室、氣體引入通道和出口溢流堰延伸。
41.用離心力把一種混合物分離成其組成部分的裝置，上述混合物具有不同比重的第一液體和第二液體兩種不溶混的組成部分，該裝置包括一根空心的基本上為長圓筒形的進液筒，該進液筒有一個敞開的，接受混合物的接受端，和一個敞開的排出端，混合物通過該排出端送入上述裝置內(nèi)；一個基本上與進液筒同軸線，并且圍繞著該進液筒的能轉動的轉子，上述轉子包括用于從進液筒接受混合物的接受裝置，用于從接受裝置接受混合物，并把混合物自動地分離成各種液體組成部分而不需要外部的控制和調整的分離裝置，以及用于把從混合物分離出來的各種液體從轉子中排出去的排出裝置，上述轉子還包括一堵環(huán)繞著進液筒的環(huán)形長外壁，該外壁的一條邊緣在旋轉的狀態(tài)下與上述進液筒連接，并將其密封；用于使轉子繞著進液筒轉動的轉動裝置；以及一個圍繞著轉子，用于接受和收集從轉子分離出來的液體的殼體。
42.如權利要求41所述的裝置，其特征在于，上述分離裝置包括一個長的環(huán)形分離室，上述進液筒接近該環(huán)形分離室的中心，上述分離室有一個環(huán)形進口端，用于從轉子的接受裝置輸入混合物，一堵長的環(huán)形外壁，和一個環(huán)形的排出端，在該排出端設置了一道固定在中心壁上的第一溢流堰，該第一溢流堰沿徑向向外，向著上述外壁延伸到較重液體通道的半徑，然后從較重液體通道的半徑沿徑向向內(nèi)延伸，并且在與內(nèi)壁接觸之前終止于一條環(huán)形邊緣，在第一溢流堰和外壁之間形成一條較重液體的通道，并在第一溢流堰的邊緣和內(nèi)壁之間形成一條較輕液體的通道，并且還包括一條在接近溢流堰的彎曲處通過該溢流堰，通過較重液體的通道，以及通過外壁而形成的較輕液體的流道。
43.如權利要求42所述的裝置，其特征在于，它還包括許多安裝在分離室的內(nèi)壁和外壁之間，基本上沿徑向布置的，間巨很小的板。
44.如權利要求43所述的裝置，其特征在于，上述混合物是油和水，而上述許多板是一種親脂性材料制成的。
45.如權利要求42所述的裝置，其特征在于，它還包括許多安裝在分離室的內(nèi)壁和外壁上，沿徑向延伸到分離室內(nèi)的葉片。
全文摘要
一種通過繞轉動軸線轉動而把比重較輕的第一液體從比重較重的第二液體中分離出來的分離器。該分離器包括一個能繞上述轉動軸線轉動的分離室。一道與分離室相通的第一溢流堰。一道第二液體能越過它流出分離室進入收集室的第二溢流堰。從第二溢流堰的脊部沿徑向向外的液體加壓室，接受越過第二溢流堰的第二液體。液體加壓室的一部分由第二液體所越過的出口溢流堰形成。在第二溢流堰和出口溢流堰之間的通道上設有氣體室，并包括一條氣體逸出通道。
文檔編號B04B1/10GK1134676SQ94194105
公開日1996年10月30日 申請日期1994年10月26日 優(yōu)先權日1993年11月10日
發(fā)明者歐內(nèi)斯特·E·羅杰斯, 凱文·E·科利爾 申請人:國際分離技術公司