具有轴向涡流分离器和分析器的装置
专利汇可以提供具有轴向涡流分离器和分析器的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种轴向 涡流 分离器和分析器装置，包含一个混合 流体 流通管(20)，该管(20)具有上游旋转 加速 叶片 部件(22)，可旋转地安装在管(20)内并定向为向管(20)内的混合流体传递 角 加速度 ，用于按成分 密度 的顺序把流体在管(20)内分离为径向分层的成分层并推动流体经过管(20)的下游；第一叶片驱动机构(36)，可驱动地连接到旋转加速叶片部件(22)；下游旋转保持部件(32)，可旋转地安装在管(20)内并定向为绕该管的纵向轴向管(20)内的混合流体传递角加速度，用于保持流体的旋转速度；和第二叶片驱动机构(38)，可驱动地连接到旋转保持叶片部件(32)。，下面是具有轴向涡流分离器和分析器的装置专利的具体信息内容。
1.一种具有轴向涡流分离器和分析器的装置，该装置包括：
一个混合流体流通管，该管具有一个管上游部分和一个管下游部 分；
旋转加速叶片装置，可旋转地安装在所述管上游部分内并被定向 为绕所述管的纵向轴向所述管内的混合流体传递角加速度，用于按成 分密度的顺序在所述管内把流体分离为径向分层的成分层，并推动流 体流向并经过所述管下游部分；
加速叶片驱动装置，可驱动地连接到所述旋转加速叶片装置；
第一旋转保持叶片装置，可旋转地安装在所述管下游部分并被定 向为绕所述管的纵向轴向所述管内的混合流体传递角加速度，用于克 服摩擦损失保持由所述旋转加速叶片装置施加的流体的旋转速度；以 及
保持叶片驱动装置，可驱动地连接到所述第一旋转保持叶片装 置。
2.如权利要求1所述的装置，还包括位于所述第一旋转保持叶 片装置下游的所述管下游部分内的第二旋转保持叶片装置。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转加速叶片 装置包括一个皮带传动叶轮。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一旋转保持 叶片装置包括一个皮带传动叶轮。
5.如权利要求1所述的装置，还包括流体探测器装置和流体分 析器计算机装置，其中该流体探测器装置延伸进入所述旋转加速叶片 装置的所述管的下游，并安置为用于在所述管内的多个径向位置检测 流体的成分并产生探测信号，该流体分析器计算机装置接收并分析所 述探测信号并显示流体成分信息。
6.如权利要求5所述的装置，还包括：
控制所述加速叶片驱动装置的旋转速度的第一速度控制装置；控 制所述保持叶片驱动装置的旋转速度的第二速度控制装置；将所述流 体分析器计算机装置、所述第一速度控制装置和所述第二速度控制装 置相互连接的反馈回路装置；
从而所述流体分析器计算机装置使所述第一速度控制装置改变所 述旋转加速叶片装置的旋转速度，以便实现和保持径向分层成分的分 离，并改变第一旋转保持叶片装置的旋转速度，以便用自动控制和反 馈实现和保持由所述旋转加速叶片装置产生的所述流体的旋转速度。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述流体探测器装 置包括一个光纤探测器和一个与所述光纤探测器相连的分光光度计， 以及双向光纤电缆和一个位于所述管内与所述光纤探测器相对的反射 器元件；
从而所述分光光度计产生光，并且光通过所述双向光纤电缆到达 并通过所述流体而到达所述反射器元件，因此光中的能被流体吸收的 部分光谱被流体吸收，并且剩余的光由所述反射器元件反射到所述光 纤探测器，用以由所述流体分析器计算机装置分析。
技术领域
本发明总体上涉及油回收装置的领域。更具体地，本发明涉及一 种轴向涡流分离器(voraxial separator)和分析器装置，用于从水中分离 和回收油，例如在油轮装载的油溢出后，并用于从工业杂质中分离和 回收纯净水。该装置包括一个混合流体流通管，该管包含被称为旋转 加速叶片的第一组旋转叶片，该组叶片连接到叶片旋转装置。该组旋 转加速叶片被定向为绕该管的纵向轴向管中的混合流体传递角加速度 以达到给定旋转速度，在该速度下构成混合流体的成分流体依照它们 的密度分离为径向层化的分层。被称为旋转保持叶片的第二组旋转叶 片有创造性地设置在旋转加速叶片的管的下游内，该组叶片优选地提 供仅够保持分层的成分流体旋转的角向力，该旋转要克服管壁的摩擦 力和流体粘性，从而防止转变为较低的角速度而产生的湍流，该湍流 会导致流体层化的部分损失。
本发明的第二主要特征是提供一种分析器系统，该分析器系统包 括使两个电机和两个系统成为一体的集成装置。提供有一个与计算机 监视器相连的反馈回路和旋转流体的方法。转速计与所述组旋转保持 叶片相连以便测量流体旋转速率，并用电线连接在反馈回路中。
背景技术
因此本发明的一个目的是提供一种混合流体分离装置，该装置通 过介质的离心加速度和分层来分离由包括不同密度的杂质的一种或多 种成分流体组成的混合流体介质，这种分离通过由一组旋转加速叶片 给予的力引起以便使该介质在混合流体流通管中沿轴线旋转，产生作 用在介质体上的力涡流，转而使旋转介质相应于它们各自的密度在不 同的半径上分离为它的成分流体和杂质，被分离的介质沿圆柱形管被 轴向传送并用径向定位的管入口被分离。较轻的流体通过自由涡流作 用和柏努利(Bernoulli)压力沿旋转介质的中心轴被推动入紧密的圆 柱形流，同时较重颗粒沿旋转介质的外部半径旋转。
本发明的又一个目的是提供这样一种装置，除了为了从流动流中 单独去除成分流体而轴向涡旋地加速和层化成分流体，该装置还克服 减速湍流保持所需要的层化速度直到成分流体去除完成。
本发明的又一个目的是提供这样一种装置，该装置通过使用相连 于计算机的传感器和反馈回路，自动监视并控制引起和保持流体分离 所需的旋转加速度和保持叶片速度。
本发明的又一个目的是提供这样一种装置，该装置包括传感器和 检测装置用以监视在杂质流出管和流体流出管中的杂质的浓度。
本发明的又一个目的是提供这样一种装置，该装置提供一种监视 在不同的径向分离层中未分离的流体量的方法，此目的包括还计算反 馈信号以便正确地确定和控制分离器的旋转速度并实现最大程度的分 离结果。
本发明的又一个目的是提供一种监视未分离的流体量的方法，并 计算反馈信号以便控制排出阀、从而通过在分离前将空气喷入介质而 改变介质的密度。空气流用来改变中心分离的流体流的密度，从而使 较大密度流体到中心流的损失最小化。
为了成分回收和去除的目的，本发明的又一个目的是提供这样一 种装置，该装置有效地分离杂质流体的各种成分，例如混入泥、油和 粘土的水，该目的还把这些成分区分为不同的密度，从而这些成分可 以从流体流中去除。
为了成分回收和去除的目的，本发明的又一个目的仍是提供这样 一种装置，该装置依靠计算机化的分析器系统，该系统有效地分离杂 质流体中的不同成分。
为了成分回收和/或去除的目的，本发明最后的一个目的是提供 这样一种装置，该装置依靠具有计算机化的分析器系统的反馈回路， 该分析器系统有效地确定杂质流体的不同成分的浓度。
本发明的以上和其他目的通过提供以下结构而实现：一个轴流式 泵，用于分离具有不同比重的不相溶的流体，以及与该流体泵相连的 流体排出歧管，用于吸出具有较大比重的流体；一个附着于进入分离 器的入口流的传感器；一个附着于分离器的出口流的传感器；一个附 着于中心的较轻流体排出歧管的传感器；来自传感器的信号产生装 置；用于把产生在传感器中的信号传送给信号处理分析器并计算反馈 控制信号的装置；使用所计算的反馈信号以精确地控制分离器的速度 和进入分离器的空气量的装置。
本发明是一种装置，用于有效并可靠地分离流体中的成分，该装 置还具有内置的集成分析器，用以确定被分离的流体的每个成分的浓 度。本发明的目的在于借助轴向涡流分离器分离流体中不想要的成分 并用完整的集成控制系统分析被分离的成分。本发明具有一体化和完 整系统的优点，这样的系统在一个单元内有分析器和轴向涡流分离器 的所有的部件。该装置由独特设计的轴向涡流分离器组成，这种分离 器依靠流体的自由旋转而不是流体的强制旋转，因此不受市场上通用 的离心分离器的各种流体动力限制，该装置还包括传感器探针，其中 传感器探针通过探针的密度变化依靠电磁辐射的变化散射区域；一个 通过光纤电缆接收电磁辐射的装置；和一个计算流体在给定横截面的 密度范围的装置；和一个用以适当地控制轴向涡流分离器的分离速度 的电机控制器装置。根据在先技术的现有装置的一个有区别的设计是 使用特殊设计的导向表面和特殊形状的叶片，用以在分离阶段推动和 控制流体的离心流。
发明内容
提供了一种轴向涡流分离器和分析器装置，包括一个混合流体流 通管，该管具有一个管上游部分和一个管下游部分；一个旋转加速叶 片结构可旋转地安装在管上游部分内并被定向为绕管的纵向轴向管内 的混合流体传递角加速度，用于按成分密度的顺序把流体分离为管内 的径向分层的成分层并推动流体流向并经过管下游部分；加速叶片驱 动机构，可驱动地连接到旋转加速叶片结构；旋转保持叶片结构，可 旋转地安装在管下游部分并被定向为绕该管的纵向轴向管内的混合流 体传递角加速度，用于克服摩擦损失保持由旋转加速叶片结构施加的 流体的旋转速度；和保持叶片驱动机构，可驱动地连接到旋转保持叶 片结构。
此外，该装置优选地包括一个在旋转保持叶片结构的管下游部分 中的第二旋转保持叶片结构。旋转加速叶片结构可选择地包括一个皮 带驱动的叶轮。旋转保持叶片结构可选择地包括一个皮带驱动的叶 轮。
此外，该装置优选地包括一个延伸进入旋转加速结构的管的下游 流体探测器，该探测器被安置以便在管内不同的径向位置检测流体的 成分并产生探测信号，和一个流体分析器计算机，该计算机接收并分 析探测信号并显示流体成分信息。
此外，该装置还优选地包括一个控制加速叶片驱动机构的旋转速 度的第一速度控制机构；和一个控制保持叶片驱动机构的旋转速度的 第二速度控制机构；一个反馈回路机构，使流体分析器计算机机构、 第一速度控制机构和第二速度控制机构相互连接；从而流体分析器计 算机使第一速度控制机构改变旋转加速叶片结构的旋转速度，以便实 现和保持径向分层成分的分离，并改变旋转保持叶片结构的旋转速 度，以便用自动控制和反馈而实现和保持从旋转加速叶片结构排出的 流体的旋转速度。
附图说明
对于本领域技术人员来说，本发明的各种其他目的、优点和特征 将结合下列附图从下列讨论中变得清楚。图中：
图1是完整装置的透视图，主要表示外壳的外部、入口部分和控 制器。
图2是去掉前面外壳壁的外壳的透视图，用以显示轴向涡流管、 旋转加速和保持叶片结构。
图3是如图1中的装置的透视图，从相对的排出侧表示。
图4是轴向涡流分离装置，包括具有吸进和输出管末端凸缘的轴 向涡流管并表示旋转加速和保持叶片结构以及驱动装置，还表示层式 可去除管和一个探测器。
图5是另一个轴向涡流分离装置的透视图，表示两个探测器、旋 转加速叶片结构的一个下游和旋转保持叶片结构的另一个下游。
图6是该装置的一个透视图。
图7是该装置去除外壳顶部的又一个透视图，用以显示轴向涡流 分离组件的一部分。
图8是轴向涡流管和探测光反射镜和透镜以及层式可去除管的一 部分的截面图。
图9是轴向涡流分离组件的不同的透视图，显示旋转加速和保持 叶片结构、两个探测器、光纤纤维和两个层式可去除管。
图10是旋转叶片结构之一的解剖透视图。
图11是图10的结构的另一个透视图。
图12是该结构去除外壳前壁的透视图。
图13是一个操作流程图。
图14是一个操作流程图。
具体实施方式
现在参考附图，其中各个附图中所示的相似的本发明的特性和特 征用相同的参考数字标明。
第一优选实施例
参考图1-14，揭示了轴向涡流分离器和分析装置10。装置10包 括一个混合流体通过的轴向涡流管20，该轴向涡流管包含一个被称为 旋转加速叶片部件22的第一组旋转叶片，该组叶片与旋转装置相连。 该组旋转加速叶片部件22被定向，以便沿管20的纵向轴线把角加速 度传递给管20中的混合流体、使混合流体达到给定的旋转速度，在 该速度下构成混合流体的各成分流体分离进入径向的层化分层。该组 旋转加速叶片部件22也传递直线的轴向速度给混合流体以便当混合 流体被分离时推动它通过管20。被称为旋转保持叶片部件32的第二 组旋转叶片富有创造性地设置在该组旋转加速叶片部件22的下游管20 内。旋转保持叶片部件32优选地提供仅仅足够保持分层的成分流体 旋转的角向力，该旋转要克服管壁的摩擦力并克服由流体粘性引起的 流体的内摩擦，从而防止转变为较低旋转速度而产生的湍流，该湍流 导致流体层化的部分损失。若缺少旋转保持叶片部件32，那么流体流 将达到瞬态流动的一点，即远于加速叶片的特定距离，在该位置会导 致以角减速度和层化分层之间的交叉流动的形式的倒流，引起和产生 结合的湍流。因此，用旋转保持叶片部件32提供从强制涡流到自由 涡流的无湍流的瞬态流动。如需要保持分层速度和防止减速湍流，另 一组旋转保持叶片(未示)可选择地定时地设在更远的下游，这取决 于管20的长度。如上所述，该组旋转加速叶片和一组或多组旋转保 持叶片每个都优选为皮带从动叶轮，但也可以采用其他形式。
本发明的第二主要特征是提供一个分析仪和反馈系统，它包括使 两个电机和两个系统成为一体的集成装置。提供有一个与计算机监视 器相连的反馈回路和旋转流体的方法。转速计与该组旋转保持叶片相 连以便测量流体旋转速率，并用电线连接在反馈回路中。
装置10包括外壳12，该外壳设计为满足石化和化学加工厂的防 火要求。外壳12把装置10的所有元件保持在密封环境中。设置清洗 气体入口42使包括管20的装置10的元件的内部被清洗并在电力与 装置10的元件相连之前清除所有爆炸性气体。在石化工厂中，这种 清除可以当电力供给到装置10时不引起爆炸的危险的情况下允许装 置10被使用。清洗气体被控制在大于大气压力的固定的输入压力， 从而在装置10的初始操作中，通过装置10的内部引入惰性气体如氮 气，并使惰性气体清除和置换可能聚集在装置10内部的任何杂质气 体。设置第二清洗出口44用以去除装置10内部的杂质气体。这样， 在清洗气体入口42和第二清洗出口44之间确立了在操作过程中用来 清洗装置10的稳定的气流。
装置10具有流体入口52，用来接收用于轴向涡流分离的任何可 流动的流体F。入口52可以是工业中标准设计的螺栓-法兰连接。入 口52是与轴向涡流管20的入口相连的连接部件。轴向涡流管20设 计为允许流体F非常平滑的流动，所以在流动流体中产生尽可能小的 湍流。导向锥56使流体加速进入流体驱动外壳62。
在操作中，流体入口52与被加工并分离的流体贮存器的进气管 (未示)相连。轴向涡流管20的一部分密封地相连于较大的流体驱 动外壳62。在流体驱动外壳62内部，一个旋转加速叶片部件22设计 为由流体驱动加速叶片电机36驱动。旋转加速叶片部件22经过一组 中心密封轴承相对流体驱动外壳62而旋转。电机36通过齿轮(未示) 或细摩擦皮带72与旋转加速叶片部件22的旋转驱动凸缘66相连。 电机36驱动皮带72，然后皮带把旋转能量传给旋转加速叶片部件22。 旋转加速叶片部件22与轴向涡流管20内的流体相连。旋转加速叶片 部件22的旋转速度由连接在驱动凸缘66的转速计来测量。力矩传感 器也设置在驱动凸缘66上用以确定按给定旋转速度通过旋转加速叶 片部件22旋转流体和其成分所需的力矩。
旋转加速叶片部件22与流体F结合，产生一个快速牵引流体通 过旋转加速叶片部件22的低压涡流。由于作用在流体成分上的离心 力，流体F的快速旋转导致流体和其成分的不受阻碍按密度差别而径 向分离。流体成分表示流体F成分的极限密度范围。因为流体的旋转 是强制旋转，所以由流体F经历很陡的密度梯度，致使流体F中较重 的成分向轴向涡流管20的外围移动，同时较轻的成分被推向轴向涡 流区域的中心。强制涡流结构仅发生在流体在旋转加速叶片部件22 中被推动并旋转时。当允许自由涡流被形成并保持在旋转加速叶片部 件22的下游时，情况变得明显的不同。在强制涡流尾部的下游仅仅 几厘米处，自由涡流开始形成并且流体作为自由涡流开始变得动态稳 定。虽然纯净的流体具有恒定的密度，但是压力区域发展从而在自由 涡流中产生中心低压区域。然后，自由涡流开始把较重颗粒和流体成 分牵引到轴向涡流管20的中心。第一采集管82去除流体中大部分的 较重成分，过滤流体F中大约百分之99.9的固体和较重的液体成分。 在过滤以后，流体F基本上脱离比该流体密度更重的大部分固体和化 学成分。然后，清洗流体流进入保持叶片部件32。保持叶片部件32 基本上为与旋转加速叶片部件22相似的设计，并由电机38所驱动。 然而，保持叶片部件32的旋转速度被非常好地控制以便和流体F的 自由旋转速度相配。
在通常的离心分离机中，从强制涡流区域到自由涡流区域的过渡 引起一些湍流，该湍流会使较浓成分的过渡区域变得不稳定。于是， 本装置10有利地设计为通过以下方法解决这一问题：首先用旋转加 速叶片部件22在流体F上应用离心机技术，然后迅速地使保持叶片 部件32脉动以便把旋转向量传给流体F，从而在每个脉动过程中，流 体F的旋转能量的摩擦损失通过由保持叶片部件32传给在流体F上 的能量而被补偿。取代建立在旋转加速叶片部件22下游的湍流，保 持叶片部件32使流体保持自由涡流结构而没有曾经进入保持叶片部 件32的过渡区域。这样更好的分离总由装置10保持。装置10装备 有一个计算机分析器系统100，该系统接收来自旋转加速叶片部件22 和保持叶片部件32的信息，然后由从转速计和力矩传感器接收的数 据来计算并控制电机36和电机38的旋转速度。这样，通过减小保持 叶片部件32的旋转速度以便精确地和已由旋转加速叶片部件22在强 制涡流中传递的流体的旋转相匹配，旋转加速叶片部件22不会把除 了克服摩擦损失所需的能量之外的任何能量传给到该流体。于是，计 算机分析器系统100用来仅仅按理想的分离速度驱动流体F，同时使 在流体F上的强制涡流条件最小化。于是，从强制涡流到自由涡流的 过渡或转变被相当大地最小化。这也使装置10的分离效率最大化。 另外，旋转加速叶片部件22也可以被控制为仅传给旋转能量以补偿 摩擦损失。因此，在流体F初始的快速旋转之后，流体本质上以自由 涡流模式旋转。
为了确定分离的精确性，光纤探测器110连接在轴向涡流管20 的侧壁以便确定正在被分离的流体成分的浓度。近红外线(NIR)光 由包含在装置10的分光光度计或分光计所产生。光L通过双向光纤 电缆112传送到光纤探测器110。光纤探测器110包括管状外壳114， 该外壳容纳聚焦透镜116和118。光L通过光纤探测器110，并由透 镜116和118被校准并通过流体F投影在不锈钢反射镜130上。反射 镜130通常在轴向涡流管20上沿直径正相对于光纤探测器110安装。 当光L穿过流体F时，在那个位置特定的光谱被流体F所吸收。然后 该光谱由计算机分析器系统100所使用以确定呈现在那个位置的流体 成分的浓度。剩余的光由反射镜130反射到光纤探测器110。被反射 的光L又被双向光纤电缆112所获得并传送到分光摄谱仪。于是通过 计算机分析器100能够确定在流体F的扫描点的谱特征。优选的计算 机分析器100在授予安东尼的美国专利号5,489,900中被描述。光纤 探测器110也在授予安东尼等人的美国专利号5,044,755中被描述。 这两个在先专利的揭示内容作为参考包含在本申请中。因此分离过程 的效率可以由单一的一体化装置10精确地确定，如本发明中所描述 的。
虽然本发明已经以各种术语或假设在实际的特定实施例或修改来 描述、揭示、解释并表示，但并不想也不认为是由此限制本发明的范 围，并且尤其当由本文的教导所启示的其他的修改或实施例落入下面 的权利要求的广度和范围内，它们也将涵盖于本发明。
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