КЛАПАН ДЛЯ ВЫПУСКА ГАЗА ИЗ ЦЕНТРОБЕЖНОГО СЕПАРАТОРА
VALVE FOR DISCHARGING GAS FROM CENTRIFUGAL SEPARATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области центробежных сепараторов и, особенно, к области удаления газа из центробежных сепараторов.
Предшествующий уровень техники
Центробежные сепараторы с уплотненным впуском обычно нуждаются в выпуске воздуха или другого газа из впуска для обеспечения возможности свободного прохода входящей жидкой смеси, которая подлежит сепарации. Это может быть особенно значимым, когда впускаемый поток вводится в сепаратор, который уже работает при его рабочей скорости. Первое количество жидкости может образовывать "водяной затвор" в барабане и тем самым останавливать газ, захваченный на впуске, от прохода через барабан. Захваченный газ может, в свою очередь, препятствовать, частично или даже полностью, протеканию жидкости через сепаратор. Это, конечно, может представлять собой задержку для уплотненных сепараторов, но захваченный газ иногда может побуждаться проходить через сепаратор посредством временного повышения давления на впуске. Так как это не всегда может быть возможным, некоторые сепараторы могут быть оснащены небольшим проходом, который обеспечивает возможность выпуска блокирующего газа, внутри в сепараторе, из впуска в выпуск и, тем самым, обеспечивая возможность свободного протекания впускаемой жидкости на впуске. Недостаток может заключаться в том, что не только газ может проходить через такой проход, но также неотделенная жидкость, которая затем подается непосредственно в чистую и отделенную жидкость на выпуске. При низких скоростях протекания и с высокими требованиями эффективности сепарации это может быть недопустимым, и низкие скорости потока обычно представляют собой требование для достаточной сепарации.
US 3095371 описывает центрифугу, имеющую газовыпускное отверстие. Клапан газовыпускного отверстия представляет собой сложную конструкцию, в которой цилиндрический корпус клапана предусмотрен для открывания и закрывания седла клапана под действием центробежного давления работающего сепаратора.
DE 610305 раскрывает сепаратор, имеющий конструкцию для вентиляции газа. Она использует подпружиненную сферу, которая балансируется посредством давления на впуске сепаратора.
Однако существует потребность в данной области техники в усовершенствованных и упрощенных способах выпуска газа из центробежного сепаратора.
Сущность изобретения
Главная цель настоящего изобретения заключается в обеспечении средства, которое, по меньшей мере, уменьшает некоторые из вышеупомянутых проблем.
Дополнительная цель настоящего изобретения заключается в обеспечении клапана, который эффективным образом выпускает газ из впуска центробежного сепаратора.
В качестве первого аспекта изобретения предложен клапан для выпуска газа из центробежного сепаратора, при этом клапан содержит
- корпус клапана, имеющий центральную ось (C), вокруг которой клапан может вращаться;
- полость, размещенную на некотором радиальном расстоянии от центральной оси (C) и содержащую клапанный шарик и седло клапана;
- по меньшей мере один дренажный канал, проходящий от седла клапана полости наружу корпуса клапана; и
- по меньшей мере один впуск для газа, проходящий от внешней стороны корпуса клапана в полость; и в котором
дополнительно клапанный шарик находится в состоянии покоя в указанной полости и тем самым размещен таким образом, чтобы плавать на поверхности жидкости, имеющейся в полости, и тем самым является подвижным в полости в радиальном направлении от оси (C) вращения из закрытого положения, в котором шарик опирается на седло клапана и тем самым блокирует вход газа в полости в по меньшей мере один дренажный канал, в открытое положение, в котором клапанный шарик находится на большем радиальном расстоянии от оси (C) по сравнению с закрытым положением, и причем в открытом положении клапанный шарик не блокирует седло клапана и тем самым обеспечивает возможность выпуска газа в полости из клапана посредством дренажного канала.
Клапан относится к устройству, которое является способным регулировать протекание текучей среды посредством открывания, закрывания или частичной блокировки различных проходных отверстий. Центробежный сепаратор относится к сепаратору, который использует центробежные силы для сепарации компонентов из впускаемой смеси, например жидкости. Центробежный сепаратор может, например, механически герметически уплотняться на впуске относительно смеси, которая подлежит сепарации.
Корпус клапана относится к конструкции полного клапана. Центральная ось (C) вращения, таким образом, относится к центральной оси корпуса клапана. Центральная ось C может, например, проходить через центр масс корпуса клапана.
Полость относится к пространству в корпусе клапана. Полость размещена на некотором радиальном расстоянии от центральной оси C. Например, полость может быть размещена в корпусе клапана, по существу, между центральной осью C и внешней стороной корпуса клапана. Полость содержит клапанный шарик, работающий в качестве клапана, и седло клапана, на которое клапанный шарик опирается, когда клапан находится в закрытом положении.
Шарик находится в состоянии покоя в полости, т.е. он, например, не подпружинивается. Шарик, таким образом, может свободно перемещаться в полости, когда нет жидкости, находящейся в полости. Шарик, таким образом, размещен и является способным перемещаться в радиальном направлении в полости, например перемещаться на поверхности жидкости, имеющейся в полости, во время работы сепаратора. Жидкость, таким образом, представляет собой жидкость, подвергаемую воздействию центробежных сил сепаратора, например жидкость, которая подлежит сепарации.
Следует понимать, что не требуется, чтобы клапанный шарик представлял собой идеальную сферу. Следовательно, клапанный шарик может иметь по существу сферическую форму. Таким образом, в наиболее базовой конструкции клапан осуществлен посредством шарообразного клапана, который является способным плавать на поверхности жидкости, и посредством перемещения в радиальном направлении в полости либо закрывает дренажный канал посредством опирания на седло клапана, либо открывает дренажный канал при перемещении радиально от седла клапана. Седло клапана, таким образом, может иметь круглую форму. Шарик, таким образом, имеет подходящий диаметр, такой, что он соответствует и является подвижным в полости, но по-прежнему является способным закрывать дренажный канал, когда он опирается на седло клапана.
Дренажный канал предусмотрен проходящим от седла клапана к внешней стороне корпуса клапана. Таким образом, дренажный канал предусмотрен в том месте, где какой-либо газ выходит из корпуса клапана, когда клапан открыт. Более того, впуск для газа представляет собой канал, через который газ может перемещаться от внешней стороны корпуса клапана в полость и, таким образом, в седло клапана. Клапан может содержать более одного впуска для газа, например два, три или более впусков для газа.
Как рассмотрено выше, когда клапан находится в открытом положении, клапанный шарик находится на большем удалении в радиальном направлении от оси C по сравнению с закрытым положением, в котором шарик опирается на седло клапана. В открытом положении, газ имеет возможность протекать посредством впуска для газа в полость и дальше через дренажный канал. В закрытом положении какой-либо газ, протекающий во впуск для газа, предохранен посредством шарика от входа в дренажный канал через седло клапана.
То, что шарик перемещается в радиальном направлении, означает, что шарик перемещается по существу в радиальном направлении. Полость может иметь такую форму, что шарик перемещается в направлении, описанном несколькими векторами, причем один из векторов представляет собой вектор в радиальном направлении от оси C. Например, шарик может перемещаться в направлении, которое образует угол с центральной осью C, но сравнивая положение шарика в закрытом положении и открытом положении, шарик находится в радиальном положении, которое находится дальше от центральной оси C в открытом положении по сравнению с закрытым положением.
Полость, таким образом, может размещаться так, что седло клапана, ведущее в дренажный канал, находится на некотором радиальном расстоянии от центральной оси C. Это расстояние может, например, представлять собой половину радиального расстояния от центральной оси C до внешней стороны корпуса клапана. Радиальное расстояние также может быть по существу таким же, что и диаметр клапанного шарика.
Первый аспект изобретения основан на внедрении шарообразного плавучего корпуса в клапан и что это шарообразное плавучее корпус размещается таким образом, чтобы плавать на поверхности жидкости, имеющейся в клапане, тем самым, открывая и закрывая клапан.
Если клапан внедрен на впуске центробежного сепаратора, плавучий корпус будет чувствовать наличие газа и освобождать дренажный канал. Когда газ был выпущен, плавучий корпус является способным перемещаться в радиальном направлении и на поверхности жидкости, введенной в сепаратор, и тем самым закрывать проход. Это означает, что останавливается выход жидкости через дренажный проход. Когда количество газа увеличивается вокруг плавучего корпуса в клапане, плавучий корпус является способным перемещаться от седла клапана вследствие пониженного уровня жидкости и центробежных сил, имеющихся во вращающемся сепараторе. Клапан, таким образом, может снова открываться для выпуска какого-либо избыточного газа.
Клапан в соответствии с первым аспектом изобретения является предпочтительным тем, что он представляет собой саморегулирующийся клапан, который является способным выпускать газ из впуска сепаратора. Таким образом, клапан настоящего изобретения не требует использования подпружиненного устройства, как раскрыто в предшествующем уровне техники. Более того, клапан решает проблемы, связанные с протечкой неотделенной жидкости в проход из впуска, например, в выпуск сепаратора. Другими словами, клапан может эффективно останавливать проход какой-либо неотделенной жидкости непосредственно, например, в выпуск, а вместо этого только газ имеет возможность прохода.
В вариантах осуществления первого аспекта изобретения клапанный шарик выполнен из материала, который является способным плавать на поверхности жидкости, например жидкости на водной основе.
В вариантах осуществления первого аспекта изобретения клапанный шарик выполнен из упругого материала.
С упругим клапанным шариком клапан может достаточно хорошо уплотнять, хотя поверхности уплотнения седла клапана и клапанного шарика являются не идеальными вследствие плавучести упругого шарика.
В вариантах осуществления первого аспекта изобретения корпус клапана представляет собой цельную деталь. Цельная деталь может, например, представлять собой экструдированную деталь. Таким образом, корпус клапана может быть выполнен из полимерного материала. Однако корпус клапана также может быть выполнено из металлического материала, такого как нержавеющая сталь.
В вариантах осуществления первого аспекта дренажный канал содержит первый участок канала, проходящий по существу в радиальном направлении от центральной оси (C) от седла клапана, и второй участок канала, проходящий от первого участка канала наружу корпуса клапана.
Таким образом, дренажный канал может проходить в нескольких направлениях. Это может быть предпочтительным тем, что газ может легко входить в первый участок из полости корпуса клапана, и второй участок в таком случае может использоваться для направления газа наружу из корпуса клапана в любом подходящем направлении.
В качестве примера, второй участок может быть по существу выровнен с центральной осью (C) корпуса клапана.
Таким образом, газ может выпускаться из полости посредством первого участка, проходящего от полости к центральной оси, и посредством второго участка, который проходит в направлении, которое выровнено с центральной осью. Газ, таким образом, может направляться из корпуса клапана из центра.
В вариантах осуществления первого аспекта клапан дополнительно содержит удерживающее средство для удерживания шарика в полости.
Удерживающее средство может представлять собой, например, палец. Удерживающее средство может работать таким образом, чтобы удерживать клапанный шарик в полости. Удерживающее средство, таким образом, может обеспечивать возможность радиальных перемещений клапанного шарика от оси C в полости, но ограничивать перемещения, например, в осевом направлении, т.е. направлении, которое является перпендикулярным относительно радиального направления.
В вариантах осуществления первого аспекта клапан содержит куполообразную внешнюю поверхность, и по меньшей мере один впуск для текучей среды проходит от куполообразной внешней поверхности в полость.
Таким образом, корпус клапана может содержать куполообразную внешнюю поверхность.
Куполообразная внешняя поверхность относится к форме, которая похожа на половину сферы. Таким образом, внешняя поверхность может иметь одну часть, которая является скругленной. Это обеспечивает возможность монтажа клапана в центробежном сепараторе таким образом, что куполообразная поверхность обращена к входящей смеси, которая подлежит сепарации, например обращена к впускной трубе для впускаемой жидкости. Куполообразная поверхность, таким образом, может способствовать плавному переходу потока входящей жидкости из первого направления в другое направление. Какой-либо газ, захваченный на впуске, таким образом, может входить в куполообразный клапан посредством впуска для газа, который проходит от куполообразной поверхности к полости в корпусе клапана.
Более того, клапан может содержать дополнительную внешнюю поверхность, имеющую крепежное средство для закрепления клапана в центробежном сепараторе.
Крепежное средство может, например, представлять собой один или несколько пальцев для закрепления клапана в центробежном сепараторе таким образом, что куполообразная поверхность обращена к впуску. Крепежное средство может размещаться на плоской внешней поверхности корпуса клапана. Таким образом, внешняя поверхность клапана, или корпуса клапана, может состоять из куполообразной поверхности и плоской поверхности. Плоская поверхность, таким образом, может образовывать основную поверхность, от которой проходит куполообразная конструкция. Весь клапан, таким образом, может иметь форму в виде подобной полусфере конструкции.
В качестве второго аспекта изобретения предложен центробежный сепаратор, содержащий
- корпус ротора, который является вращаемым вокруг оси (R) вращения и содержит сепарирующую камеру для сепарации жидкого материала;
- впускную трубу для жидкого материала, подлежащего обработке;
- по меньшей мере один выпуск для отвода тяжелой фазы и по меньшей мере один выпуск для легкой фазы жидкости для отвода легкой фазы жидкости; и
- клапан в соответствии с первым аспектом изобретения, размещенный на впуске,
в котором клапан дополнительно размещен таким образом, что центральная ось (C) вращения выровнена с осью (R) вращения центробежного сепаратора и таким образом, что газ, собравшийся на впуске, может входить во впуск для газа клапана.
Центробежный сепаратор относится к сепаратору, в котором материал сепарируется вследствие центробежных сил. Такой сепаратор может содержать корпус ротора, который является вращаемым вокруг оси (R) вращения. Корпус ротора содержит сепарирующую камеру для сепарации, например, твердых частиц из жидкой смеси и сепарации разных компонентов жидкости в зависимости от их плотности. Сепаратор, таким образом, имеет впускную трубу для материала или жидкой смеси, которая подлежит сепарации, и по меньшей мере один выпуск для отделенной жидкости и/или твердого материала. Материал, который подлежит обработке, таким образом, перемещается посредством впускной трубы и отводится на впуске сепаратора. Впускная труба, таким образом, может проходить во впуск, и впуск может представлять собой часть сепаратора между впускной трубой и сепарирующей камерой. Клапан, "размещающийся на впуске", таким образом, может означать, что клапан размещен в части сепаратора, к которой проходит впускная труба. Клапан, таким образом, может размещаться дальше по ходу относительно впускной трубы, но ближе по ходу относительно сепарирующей камеры.
Сепаратор может иметь выпуск для отделенного твердого материала и один выпуск для отделенной жидкости, например выпуск для легкой фазы жидкости. Однако сепаратор также может иметь выпуск для отделенного твердого материала и два выпуска для отделенных жидкостей, например первый выпуск для жидкости (выпуск для легкой фазы жидкости) и второй выпуск для жидкости (выпуск для тяжелой фазы жидкости). Первый и второй выпуски для жидкости могут располагаться на разных радиальных расстояниях от оси вращения сепаратора, таким образом жидкости разных плотностей могут отводиться из выпусков для жидкости. Таким образом, сепаратор может иметь выпуск для легкой фазы жидкости и выпуск для тяжелой фазы жидкости, и выпуск для тяжелой фазы жидкости может размещаться на радиальном расстоянии, которое больше радиального расстояния выпуска для легкой фазы жидкости.
Впуск может располагаться на верхней части или нижней части сепаратора, например, как можно ближе к оси вращения. В качестве примера, впуск может располагаться на нижней части, и выпуск или выпуски для легкой фазы жидкости могут располагаться на верхней части сепаратора.
Клапан, размещающийся на впуске, может представлять собой клапан, размещающийся на распределителе, например на поверхности в центре распределителя. Распределитель направляет входящую жидкость в сепарирующую камеру сепаратора. Таким образом, распределитель может направлять входящий подающийся материал в распределительные отверстия дисков в пакете дисков, размещенном в сепарирующей камере.
Сепарирующая камера может дополнительно содержать пакет сепарирующих пластин, например имеющих форму усеченного конуса сепарирующих дисков, для повышения эффективности сепарации.
Например, сепаратор может механически герметически уплотняться на впуске.
Центробежный сепаратор, механически герметически уплотняющийся на впуске, относится к центробежному сепаратору, имеющему механическое уплотнение на впуске. Следовательно, впуск может представлять собой герметичный впуск. Герметичный впуск уплотнен относительно окружающей среды ротора и предусмотрен таким образом, чтобы заполняться текучим продуктом во время работы. Тем самым, впуск и сепарирующая камера соединены сообщающимся по давлению образом. Более того, один или несколько выпусков для отделенной жидкости, следовательно, могут представлять собой герметичные выпуски. Герметичный выпуск уплотнен относительно окружающей среды ротора и предусмотрен таким образом, чтобы заполняться текучим продуктом во время работы. Таким образом, в отличие от сепараторов, имеющих парный диск на выпусках для жидкости, механически герметически уплотненный сепаратор не имеет поверхностей раздела жидкость-воздух на выпусках.
Более того, по меньшей мере один выпуск для отвода тяжелой фазы может содержать отводные порты для отвода накопленных твердых веществ и размещенные на периферии сепарирующей камеры. Центробежный сепаратор может дополнительно содержать отводной порт для отвода накопленных твердых веществ на периферии сепарирующей камеры.
Как рассмотрено относительно первого аспекта выше, центробежный сепаратор, имеющий клапан, размещенный на впуске, является предпочтительным тем, что клапан может самостоятельно регулировать выпуск газа из впуска. Когда нет газа, входящая жидкость может заполнять полость таким образом, что клапанный шарик плавает на поверхности жидкости и уплотняет седло клапана. Когда газ имеется в клапане, шарик побуждается перемещаться посредством центробежных сил в радиальном направлении от оси X вращения таким образом, что дренажный проход от седла клапана открывается, тем самым, обеспечивая возможность выпуска газа.
Шарик, размещающийся в полости в клапане, дополнительно предохраняет клапанный шарик от входящего потока или от турбулентности из-за входящей жидкости.
Клапан в соответствии с первым аспектом изобретения, размещенный на впуске, таким образом, может размещаться так, что он обращен к входящей жидкой смеси, которая подлежит сепарации. Клапан, таким образом, может размещаться дальше по ходу относительно впуска, но ближе по ходу относительно сепарирующей камеры. Клапан может размещаться таким образом, что он вращается с корпусом ротора вокруг оси X вращения, т.е. вращается вокруг центральной оси C клапана.
Следовательно, в вариантах осуществления второго аспекта изобретения клапан имеет куполообразную внешнюю поверхность, которая обращена к впускной трубе для жидкого материала, подлежащего обработке.
Таким образом, куполообразная внешняя поверхность может быть обращена к входящему потоку жидкого материала, который подлежит обработке, и тем самым плавно направлять поток по направлению к сепарирующей камере. Клапан может размещаться таким образом, что куполообразная внешняя поверхность способствует направлению потока из первого входного направления, например осевого направления, в направление, которое является по существу перпендикулярным относительно первого направления, например радиальное направление.
Более того, ось (R) вращения может представлять собой вертикальную ось, и центробежный сепаратор может быть выполнен таким образом, чтобы получать жидкий материал, подлежащий обработке, от дна.
Таким образом, впуск может располагаться на дне, таким образом, что материал или жидкая смесь, которая подлежит сепарации, подается в сепарирующую камеру через шпиндель, который поддерживает корпус ротора. Таким образом, сепаратор может представлять собой сепаратор с подачей от дна.
Ввод жидкого материала от дна дополнительно обеспечивает медленное ускорение жидкости.
В вариантах осуществления первого аспекта изобретения сепаратор дополнительно механически герметически уплотнен на впуске и на выпусках для жидкости.
Центробежный сепаратор, механически герметически уплотняющийся на впуске и на выпусках для жидкости, относится к центробежному сепаратору, имеющему механическое уплотнение на впуске и/или выпуске. В центробежном сепараторе, герметически уплотняющемся на впуске и на выпуске для жидкости, отделенные фазы жидкости могут откачиваться под давлением, например посредством встроенного насосного диска, для по меньшей мере достижения требуемого давления на выпуске. Для создания потока рабочей текучей среды через такой герметичный сепаратор давление на впуске может обеспечиваться таким образом, чтобы преодолевать перепад давления в сепараторе.
В вариантах осуществления первого аспекта изобретения дренажный канал клапана дополнительно соединен с по меньшей мере одним выпуском для легкой фазы жидкости. Таким образом, газ может иметь возможность выпускаться из впуска в выпуск для жидкости. Если сепаратор представляет собой сепаратор с подачей от дна, газ, таким образом, может выпускаться из впуска, расположенного на дне, в выпуск для жидкости, расположенный на верхней части. Как рассмотрено относительно первого аспекта выше, дренажный канал может содержать участок, который выровнен с осью вращения. Таким образом, дренажный канал может проходить через центр сепаратора от впуска к выпуску.
В вариантах осуществления первого аспекта дренажный канал клапана дополнительно соединен с внешней стороной сепаратора. Таким образом, дренажный канал может быть дополнительно соединен с атмосферой, либо посредством выпуска для жидкости, либо непосредственно от впуска в атмосферу. Дренажный канал может быть соединен с атмосферой через проход в шпинделе.
Это может обеспечивать то, что эффективность сепарации является хорошей, даже если клапан протекал бы, и это может играть важную роль для критических применений. Кроме того, если выпуск соединен с внешней стороной сепаратора, протечку легко выявить.
В качестве третьего аспекта изобретения предложен способ выпуска газа из впуска центробежного сепаратора, содержащий
- обеспечение сепаратора в соответствии со вторым аспектом изобретения,
- ввод жидкого материала, подлежащего обработке, посредством впуска в сепаратор,
- обеспечение возможности выпуска газа, накопленного на впуске, из клапана сепаратора.
Жидкий материал может вводиться посредством впуска, когда сепаратор работает при его рабочей скорости.
Центробежный сепаратор представляет собой сепаратор, как рассмотрен относительно второго аспекта выше. Таким образом, сепаратор может механически герметически уплотняться на впуске и на выпуске для легкой фазы жидкости. В качестве примера, центробежный сепаратор может работать таким образом, что
седла клапана
клапанного шарика
2
ΔP*A<m*ω*Z,
где ΔP - перепад давления на седле клапана, может приблизительно равняться перепаду давления между впуском и выпуском для легкой фазы жидкости, наиболее близким к оси вращения;
седла клапана
A - площадь седла клапана;
клапанного шарика
m - масса клапанного шарика;
ω - частота вращения (об/мин);
Z - расстояние между осью вращения и центром масс клапанного шарика.
Это может способствовать тому, что захваченный газ выпускается из клапана, т.е. тому, что шарик перемещается в радиальном направлении в полости клапана.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1a показан перспективный вид клапана в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
На фигуре 1b показан вид сверху клапана на фиг.1a.
На фигуре 1c показан разрез по линии A-A клапана на фиг.1a и 1b.
На фигуре 2a показан увеличенный вид клапана, когда клапан находится в закрытом положении.
На фигуре 2b показан увеличенный вид клапана, когда клапан находится в открытом положении.
На фигуре 3 показан альтернативный вариант осуществления клапана.
На фигуре 4 показан центробежный сепаратор, содержащий клапан в соответствии с изобретением.
На фигуре 5 показан увеличенный вид клапана, размещенного в сепараторе фиг.4.
Подробное описание
Способ и система в соответствии с настоящим описанием изобретения будут дополнительно показаны посредством нижеследующего описания варианта осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг.1a-c показан клапан 1 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На фиг.1a показан перспективный вид клапана 1, тогда как на фиг.1b показан вид сверху клапана 1. На фиг.1c показан продольный разрез клапана вдоль линии A-A фиг.1b.
Клапан 1 содержит корпус 2 клапана. Корпус 2 клапана имеет куполообразную внешнюю поверхность 12 и плоскую верхнюю поверхность 13. Верхняя поверхность 13 предназначена для монтажа на поверхность в сепараторе. Это может достигаться посредством крепежного средства 8. Крепежное средство 8 включает в себя цилиндрический палец 8a. Когда смонтирована на впуске сепаратора, куполообразная поверхность 12 предполагается быть обращенной к входящей жидкости и способствовать плавному распределению жидкости по направлению к сепарирующему пространству в сепараторе.
Клапан дополнительно содержит центральную ось C, вокруг которой клапан может вращаться. Центральная ось C проходит как через куполообразную внешнюю поверхность 12, так и верхнюю плоскую поверхность 13.
Кроме того, полость 3 предусмотрена в корпусе 2 клапана. Полость 3 проходит от верхней поверхности 13 вниз в корпус клапана. В этом случае полость 3 проходит почти наполовину вниз в корпус 2 клапана. Полость 3 дополнительно размещена на некотором радиальном расстоянии от центральной оси C таким образом, что вся полость находится на некотором радиальном расстоянии от центральной оси C. Таким образом, центральная ось C не проходит через полость в этом примере.
В полости 3 размещен клапанный шарик 4. Ширина D полости 3 больше диаметра клапанного шарика 4, означая, что клапанный шарик 4 может перемещаться в радиальном направлении в полости 3. Удерживающие средства 9 в форме цилиндрического пальца проходят от внутренней поверхности полости 3 над клапанным шариком 4. Цилиндрический палец удерживает клапанный шарик 4 в полости и ограничивает возможные перемещения клапанного шарика в полости 3, означая, что клапанный шарик может по существу только перемещаться вперед и назад в радиальном направлении R от центральной оси C.
Диаметр клапанного шарика 4 только незначительно меньше диаметра D полости 3. Это означает, что расстояние, на которое клапанный шарик может перемещаться в радиальном направлении R, очень незначительно по сравнению с диаметром шарика. Например, расстояние, на которое клапанный шарик 4 может перемещаться в радиальном направлении в полости, может составлять около 1-10% от диаметра шарика, например около 5% от диаметра шарика.
Имеются два газовпускных канала 7a, 7b, проходящих от внешней куполообразной поверхности в полость. Первый газовпускной канал 7a расположен на верхней части полости, над удерживающим пальцем 9. В этом случае первый впускной канал для воздуха не имеет "крыши", т.е. он представляет собой углубление в верхней поверхности 13 корпуса 2 клапана, которое проходит от полости в радиальном направлении к периферии. Когда клапан 1 смонтирован таким образом, что верхняя поверхность 13 прижата к внутренней поверхности сепаратора, эта внутренняя поверхность образует "крышу" первого газовпускного канала 7a. Второй газовпускной канал 7b расположен ниже первого газовпускного канала 7a. Второй газовпускной канал 7b расположен в положении по существу по центру клапанного шарика 4, когда клапанный шарик 4 удерживается в полости 3. В других вариантах осуществления клапан содержит только один газовпускной канал. Им может быть, например, либо первый 7a, либо второй газовпускной канал 7b.
Рядом с дном полости 3 расположено седло 5 клапана. Седло 5 клапана образует вход дренажного канала 6 для воздуха и газа. Седло 5 клапана расположено в положении по существу по центру клапанного шарика 4, когда клапанный шарик 4 удерживается в полости 3. Седло 5 клапана имеет круглую форму и имеет диаметр, который меньше диаметра клапанного шарика 4, таким образом клапанный шарик 4 и седло 5 клапана могут образовывать герметичную посадку, когда клапанный шарик 4 прижимается к седлу 5 клапана. Седло 5 клапана расположено на внутренней поверхности полости 3, которая является наиболее близкой к центральной оси C. Седло клапана, таким образом, расположено на внутренней поверхности полости, противоположной относительно газовпускных каналов 7a, 7b. Это означает, что клапанный шарик 4 прижимается к седлу 5 клапана, когда клапанный шарик находится на его наименьшем возможном радиальном расстоянии от центральной оси C.
Дренажный канал содержит первый участок 10 канала, который проходит от седла клапана по существу в радиальном направлении к центральной оси C. Таким образом, второй газовпускной канал 7b и первый участок 10 дренажного канала могут проходить в одном и том же направлении. Первый участок 10 дренажного канала может представлять собой удлинение второго газовпускного канала 7b, т.е. канал 7b может способствовать образованию первого участка 10 дренажного канала.
Дренажный канал дополнительно содержит второй участок 11, который проходит от первого участка канала вдоль центральной оси C. В этом случае второй участок 11 канала проходит от центра корпуса 2 клапана вдоль центральной оси C и наружу из центра верхней поверхности 13.
Расстояние Z от центра масс клапанного шарика 4 и центральной оси C (и оси X вращения, когда клапан размещен в сепараторе) дополнительно рассматривается относительно фиг.5 ниже.
На фиг.2a и 2b показана работа клапана 1, когда клапан 1 размещен в центробежном сепараторе.
На фиг.2a показан клапан 1 в закрытом положении, т.е. когда имеется немного или вообще нет воздуха вокруг купола. Во время работы и вращения клапана 1 входящая жидкость заполняет по меньшей мере часть полости 3 посредством газовпускных каналов 7a и 7b. Поверхность жидкости во время вращения клапана обозначена с помощью линии L. Клапанный шарик 4, выполненный из упругого материала, имеющего плотность ниже плотности входящей жидкости, плавает на поверхности L жидкости и прижимается к седлу 5 клапана, тем самым, блокируя вход какой-либо жидкости или газа в первый участок 10 дренажного канала. Вследствие плавучести клапанного шарика 4 плотная посадка образуется между клапанным шариком 4 и седлом 5 клапана.
На фиг.2b показан клапан в открытом положении. Когда количество газа увеличивается вокруг клапана 1 и уровень жидкости смещается радиально наружу, центробежные силы будут оказывать воздействие на клапанный шарик 4 и побуждать шарик перемещаться в радиальном направлении R от седла 5 клапана, как обозначено стрелкой A1. Вследствие веса клапанного шарика осевая гравитационная сила (действующая "по направлению вниз") также влияет на клапанный шарик. Однако при частоте вращения около 4000 об/мин и расстоянии 20 мм от оси вращения и центра масс шарика (расстояние Z на фиг.1c) эта сила приблизительно в 360 раз меньше по сравнению с силой, приводящей клапанный шарик в движение в радиальном направлении, т.е. такой силой можно пренебречь.
Тем самым, небольшой проход 14 может образовываться между клапанным шариком 4 и седлом 5 клапана. Газ, входящий в газовпускные каналы 7a и 7b, затем может выпускаться из клапана 1 посредством дренажного канала 6, посредством входа в первый участок 10 канала. Это показано стрелками A2 и A3 на фиг.2b. Так как избыточный газ был выпущен, жидкость может в очередной раз входить в полость 3, и клапанный шарик 4, плавающий на поверхности этой жидкости, будет перемещаться обратно в радиальном направлении и закрывать клапан посредством прижатия к седлу 5 клапана.
На фиг.3 показан альтернативный вариант осуществления клапана 1 в соответствии с настоящим описанием изобретения. Клапан работает, как клапан, описанный на фиг.1 и 2, но полость 3 не является такой же глубокой, как полость клапана фиг.1 и 2. Таким образом, удерживающее средство 9, показанное на фиг.1 и 2, может не использоваться. Взамен, поверхность, на которой размещен клапан, т.е. поверхность, к которой прижимается верхняя плоская поверхность 13 клапана 1, когда клапан размещен в сепараторе, работает в качестве средства для удерживания клапанного шарика 4 в полости 3. Более того, в этом варианте осуществления клапан 1 содержит только один впуск 7b для газа.
Схематичный пример центробежного сепаратора 15 в соответствии с изобретением показан на фиг.4.
Центробежный сепаратор 15 содержит ротор 20, размещенный с возможностью вращения вокруг оси (X) вращения посредством шпинделя 22. Шпиндель 22 поддерживается в корпусе 23 центробежного сепаратора в нижнем подшипнике 24 и верхнем подшипнике 25. Ротор 20 образует внутри самого себя сепарирующую камеру 26, в которой происходит центробежная сепарация жидкого материала во время работы. Центробежный сепаратор 15 представляет собой центробежный сепаратор так называемого герметичного типа с закрытым сепарирующим пространством 26, т.е. предполагается, что сепарирующее пространство 26 полностью заполнено жидкостью во время работы. В принципе, это означает, что предпочтительно предполагается, что ни воздуха, ни свободных поверхностей жидкости нет в роторе.
Сепарирующее пространство 26 предусмотрено с пакетом имеющих форму усеченного конуса сепарирующих дисков 27 для достижения эффективной сепарации жидкости. Пакет имеющих форму усеченного конуса сепарирующих дисков 27 является примером увеличивающих поверхность вставок. Эти диски 27 установлены по центру и соосно с ротором и содержат отверстия, которые образуют каналы 28 для осевого протекания жидкости, когда сепарирующие диски 27 установлены в центробежном сепараторе 15.
Впускной канал 16 для ввода жидкости для центробежной сепарации проходит во впуск 17 ротора, обеспечивая материал, подлежащий сепарации, в сепарирующее пространство 26. Впускной канал 16 проходит через шпиндель 22, который имеет форму полого трубчатого элемента. Впуск 17 сепаратора, таким образом, представляет собой пространство, в которое проходит впускной канал 16. Ввод жидкого материала от дна обеспечивает медленное ускорение жидкости. Впускной канал 16 дополнительно соединен с впускными трубами (не показаны) на дне сепаратора, причем в трубах жидкий материал, подлежащий сепарации, перемещается посредством, например, насоса.
Клапан 1 размещен на поверхности 18 на впуске 17 сепаратора, таким образом куполообразная поверхность обращена к впускному каналу 16. Размещение клапана 1 в сепараторе дополнительно описано относительно фиг.5 ниже.
Ротор имеет проходящий от него выпуск 29 для легкой фазы жидкости для имеющего более низкую плотность компонента, отделенного от жидкости, и выпуск 30 для тяжелой фазы жидкости для имеющего более высокую плотность компонента, или тяжелой фазы, отделенной от жидкости. Выпуски 29 и 30 проходят через корпус 23. Ротор предусмотрен на его внешней периферии с группой радиальных грязевых выпусков 31 в форме периодически открываемых выпусков для отвода, например, имеющего более высокую плотность компонента, такого как грязь или другие твердые вещества в жидкости. Этот материал, таким образом, отводится из радиально внешнего участка сепарирующей камеры 26 в пространство 32 вокруг ротора.
Центробежный сепаратор 15 дополнительно предусмотрен с приводным двигателем 33. Этот двигатель 33 может, например, содержать неподвижный элемент и вращательный элемент, причем вращательный элемент окружает и соединен со шпинделем 22 таким образом, что во время работы он передает приводной крутящий момент на шпиндель 22 и, следовательно, на ротор 20. Приводной двигатель может представлять собой электродвигатель. Более того, приводной двигатель 33 может быть соединен со шпинделем 22 с помощью передаточного средства. Передаточное средство может иметь форму червячного колеса, которое содержит шестерню и элемент, соединенный со шпинделем для получения приводного крутящего момента. Передаточное средство, в качестве альтернативы, может принимать форму карданного вала, приводных ремней или тому подобного, и приводной двигатель, в качестве альтернативы, может быть непосредственно соединен со шпинделем.
Центробежный сепаратор дополнительно содержит дефлекторное средство 34, выполненное с возможностью смещения отведенной грязи или твердых веществ вниз к дну рамы, которая может дополнительно соединяться с отводным устройством в форме грязевого насоса (не показан) для отвода грязи.
При работе сепаратора (на фиг.4) ротор 20 побуждается вращаться посредством крутящего момента, передаваемого от приводного двигателя 33 на шпиндель 22. Посредством впускного канала 16 жидкий материал, подлежащий сепарации, вводится в сепарирующее пространство 26 посредством проходов 34, как обозначено стрелками A4. Куполообразный клапан 1 способствует плавному смещению входящей жидкости из впускного канала 16 в проходы 34.В герметичном типе впуска ускорение жидкого материала инициируется на небольшом радиусе и постепенно увеличивается, когда жидкость выходит из впуска и входит в сепарирующее пространство 26. Однако жидкость также может вводиться, когда ротор уже работает при его рабочей скорости. Жидкий материал, таким образом, может непрерывно вводиться в ротор 20.
В зависимости от плотности разные фазы в жидкости сепарируются между сепарирующими дисками 27, установленными в сепарирующем пространстве 26. Более тяжелые компоненты в жидкости перемещаются радиально наружу между сепарирующими дисками, тогда как фаза наименьшей плотности перемещается радиально внутрь между сепарирующими дисками и побуждается проходить через выпуск 29, размещенный на радиальном самом внутреннем уровне в сепараторе. Жидкость более высокой плотности, взамен, побуждается выходить через выпуск 30, который находится на радиальном расстоянии, которое больше радиального уровня выпуска 29. Таким образом, во время сепарации интерфаза между жидкостью более низкой плотности и жидкостью более высокой плотности образуется в сепарирующем пространстве 26. Радиальный уровень, т.е. расстояние от оси X вращения, этого межфазного уровня находится в герметичном сепараторе, определяемом противодавлением выпусков 29 и 30 сепаратора. Твердые вещества накапливаются в выпусках 31 для грязевой фазы. Грязь удаляется периодически из сепарирующего пространства посредством открывающихся грязевых выпусков 31, вследствие чего грязь и определенное количество текучей среды отводится из сепарирующего пространства посредством центробежной силы. Отвод грязи также может осуществляться непрерывно, в случае чего грязевые выпуски 31 принимают форму открытых сопел, и определенный поток грязи и/или твердой фазы непрерывно отводится посредством центробежной силы. Грязь, которая отводится из сепарирующего пространства посредством грязевых выпусков, перемещается вниз с помощью дефлекторного средства 34, и накопленная грязь затем может откачиваться посредством грязевого насоса.
Однако в определенных применениях сепаратор 15 содержит только один выпуск для жидкости, например только выпуск 29 для жидкости, и грязевые выпуски 31. Это зависит от жидкого материала, который подлежит обработке.
На фиг.5 дополнительно показан увеличенный вид клапана 1, когда размещен на впуске 17 сепаратора 15. Клапан 1 размещен на поверхности 18, которая представляет собой поверхность в центре распределителя 37, где подающийся материал входит в ротор.
Как показано на фиг.5, клапан 1 размещен таким образом, что ось C вращения клапана 1 выровнена с осью X вращения сепаратора 15. Жидкость, вводимая из впускного канала 16 в шпинделе, медленно направляется в сепарирующую камеру 26 через проходы 34, как показано стрелками A4. Куполообразная внешняя поверхность клапана 1 способствует плавному переносу жидкости из впускного канала 16 в сепарирующее пространство 26. На фиг.5 дополнительно показано потенциальное накапливание газа 36 в центре вращающегося впуска 17. Газ, имеющий низкую плотность, не переносится радиально в сильном гравитационном поле, а вместо того остается в центре, тем самым, препятствуя входящему потоку жидкости. Таким образом, клапан 1 имеет способность выпускать такой газ, накопленный на впуске 17. В этом случае, дренажный канал клапана 1 соединен с внутренним дренажным проходом 35 сепаратора 15. Внутренний дренажный проход 35 проходит в осевом направлении вдоль оси X вращения и заканчивается выпуском 29 для легкой фазы жидкости. Таким образом, газ выпускается из сепаратора вместе с отделенной жидкостью низкой плотности.
Центробежный сепаратор может работать с некоторой скоростью, и рабочие параметры могут быть такими, как
седла клапана
клапанного шарика
2
ΔP*A<m*ω*Z,
где ΔP - перепад давления между впуском и выпуском для легкой фазы жидкости;
седла клапана
A - площадь седла клапана;
клапанного шарика
m - масса клапанного шарика;
ω - частота вращения (об/мин);
Z - расстояние между осью вращения и центром масс клапанного шарика.
Это может способствовать тому, что захваченный газ выпускается из клапана 1, т.е. тому, что шарик перемещается в радиальном направлении в полости клапана.
Изобретение не ограничено на раскрытом варианте осуществления, а может быть изменено и модифицировано в пределах объема формулы изобретения, изложенной ниже. Изобретение не ограничено на ориентации оси X вращения, раскрытой на фигурах. Термин "центробежный сепаратор" также содержит центробежные сепараторы с по существу горизонтально ориентированной осью вращения.