ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР, ИМЕЮЩИЙ СИСТЕМУ ВЕНТИЛЯЦИИ
CENTRIFUGAL SEPARATOR HAVING VENTILATION SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к центробежным сепараторам и, в частности, к центробежному сепаратору, имеющему систему для вентиляции пространства вокруг центробежного ротора.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Центробежные сепараторы обычно используются для отделения жидкостей и/или твердых частиц от жидкой смеси или газовой смеси. Во время работы смесь текучей среды, подлежащая разделению, вводится во вращающуюся чашу, и, благодаря центробежным силам, более тяжелые частицы или более плотная жидкость, такая как вода, собираются на периферии вращающейся чаши, в то время как менее плотная жидкость собирается ближе к центральной оси вращения. Это позволяет собирать отделенные фракции, например, с помощью различных выпусков, расположенных на периферии и вблизи оси вращения, соответственно.
При обработке воспламеняющейся текучей среды выше температуры вспышки в центробежном сепараторе существует риск создания взрывоопасной атмосферы. Это может произойти, если имеются воспламеняющийся газ и кислород в определенных концентрациях в присутствии источника воспламенения. Различные законодательные акты требуют, чтобы предпринимались действия для уменьшения или минимизации риска возникновения взрыва. Например, в Европейском союзе существует директива ATEX, которая регулирует, какое оборудование и рабочая среда допустимы в среде с взрывоопасной атмосферой.
В настоящее время обычный способ предотвращения взрывов при обработке воспламеняющейся текучей среды заключается в продувке сепарационной системы инертным газом, таким как азот или диоксид углерода, что уменьшает или исключает содержание кислорода. Такая система описана, например, в GB 2011808, где центрифуга располагается в контейнере, который может быть герметизирован с помощью крышки. Обеспечено средство для подачи инертного газа для очищения путем продувки контейнера и центрифуги от всего кислорода и других горючих газов/паров и т.д. перед началом процесса центрифугирования, чтобы уменьшить риск взрыва.
Однако, эти системы продувки, основанные на инертном газе, увеличивают капитальные и эксплуатационные затраты, а также сложность системы центробежного сепаратора, например, из-за того, что системы с инертным газом обычно требуют средства для поддержания повышенного давления инертного газа вокруг центробежного ротора. Таким образом, в данной области техники существует потребность в менее сложной системе для уменьшения риска взрыва при обработке воспламеняющихся текучих сред в центробежном сепараторе.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основной целью настоящего изобретения является создание центробежного сепаратора, имеющего удобную систему вентиляции.
Другой целью является создание центробежного сепаратора, имеющего уменьшенный риск взрыва во время обработки воспламеняющейся текучей среды.
В качестве первого аспекта изобретения предлагается центробежный сепаратор для сепарирования по меньшей мере двух компонентов смеси текучей среды, имеющих разные плотности, при этом центробежный сепаратор содержит:
неподвижную раму,
приводной элемент, выполненный с возможностью вращения вращающейся части относительно неподвижной рамы, при этом вращающаяся часть содержит шпиндель и центробежный ротор, охватывающий разделительное пространство, причем центробежный ротор установлен на шпинделе с возможностью его вращения вместе со шпинделем вокруг оси (X) вращения, при этом вращающаяся часть поддерживается неподвижной рамой с помощью по меньшей мере одного опорного устройства,
при этом неподвижная рама окружает центробежный ротор, тем самым образуя пространство ротора между неподвижной рамой и центробежным ротором, и при этом неподвижная рама содержит по меньшей мере один первый впуск для воздуха, выполненный с возможностью обеспечения сообщения по текучей среде в пространство ротора, и по меньшей мере один первый выпуск для воздуха, выполненный с возможностью обеспечения сообщения по текучей среде наружу из пространства ротора,
при этом по меньшей мере один первый впуск для воздуха и по меньшей мере один первый выпуск для воздуха выполнены в неподвижной раме с возможностью обеспечения потока воздуха от по меньшей мере одного первого впуска для воздуха к по меньшей мере одному первому выпуску для воздуха и наружу через него, и при этом по меньшей мере один первый впуск для воздуха выполнен с возможностью соединения с источником сжатого воздуха, и при этом по меньшей мере один первый выпуск для воздуха выполнен с возможностью вытекания воздуха из пространства ротора.
Центробежный сепаратор предназначен для разделения смеси текучей среды, такой как газовая смесь или жидкая смесь. Неподвижная рама центробежного сепаратора имеет невращающуюся часть, и вращающуюся часть, например как шпиндель, поддерживаемый рамой с помощью по меньшей мере одного опорного устройства, такого как по меньшей мере один шариковый подшипник.
Приводной элемент выполнен с возможностью вращать шпиндель и центробежный ротор, установленный на шпинделе. Приводной элемент для вращения вращающейся части может содержать электрический двигатель, имеющий ротор и статор. Ротор может быть обеспечен на шпинделе или прикреплен к шпинделю таким образом, чтобы передавать крутящий момент на шпиндель и тем самым на центробежный ротор во время работы.
В качестве альтернативы, приводной элемент может быть выполнен рядом со шпинделем и вращать вращающуюся часть с помощью подходящей трансмиссии, такой как ременная или зубчатая передача.
Центробежный ротор соединен с первым концом шпинделя и, таким образом, установлен с возможностью вращения вместе со шпинделем. Во время работы шпиндель тем самым образует вращающийся вал. Первый конец шпинделя может представлять собой верхний конец шпинделя. Таким образом, шпиндель выполнен с возможностью вращения вокруг оси (X) вращения.
Вращающаяся часть может быть выполнена с возможностью вращения со скоростью выше 3000 об/мин, например, выше 3600 об/мин.
Далее, центробежный ротор охватывает разделительное пространство, в котором происходит разделение смеси текучей среды. Таким образом, центробежный ротор образует кожух для разделительного пространства. Разделительное пространство может содержать пакет разделительных дисков, расположенных по центру вокруг оси вращения. Разделительные диски образуют увеличивающие поверхность вставки в разделительном пространстве. Разделительные диски могут иметь форму усеченного конуса, т.е. пакет может представлять собой пакет разделительных дисков в форме усеченного конуса. Диски также могут представлять собой осевые диски, расположенные вокруг оси вращения.
Центробежный сепаратор далее может содержать по меньшей мере один впуск для смеси текучей среды, т.е. исходного материала, подлежащей разделению. Впуск может представлять собой неподвижную трубку, выполненную с возможностью подачи исходного материала в разделительное пространство. Также впуск может быть обеспечен внутри вращающегося вала, такого как шпиндель. Тем самым шпиндель может быть полым и может далее иметь диаметр по меньшей мере 10 мм, например, по меньшей мере 20 мм. Например, наружный диаметр шпинделя может находиться в диапазоне 10-300 мм, например, в диапазоне 20-200 мм.
Центробежный сепаратор может далее содержать по меньшей мере один выпуск для жидкости для текучей среды, которая подверглась сепарации. По меньшей мере один выпуск для жидкости для текучей среды, которая подверглась сепарации может содержать первый выпуск и второй выпуск, расположенные на большем радиусе от оси вращения по сравнению с первым выпуском для жидкости. Таким образом, жидкости разной плотности могут быть отделены и выгружены через первый и второй выпуски для жидкости, соответственно. Во время работы фаза шлама, т.е. смешанные твердые и жидкие частицы, образующие тяжелую фазу, может собираться во внешней периферической части разделительного пространства. Поэтому центробежный сепаратор может далее содержать выпуски для выгрузки фазы шлама с периферии разделительного пространства. Эти выпуски могут быть выполнены в виде множества периферических каналов, проходящих от разделительного пространства через центробежный ротор в пространство ротора между центробежным ротором и неподвижной рамой. Периферические каналы могут быть выполнены с возможностью периодического открытия в течение короткого периода времени, порядка миллисекунд, чтобы обеспечить возможность выгрузки фазы шлама из разделительного пространства в пространство ротора. Периферические каналы также могут быть выполнены в виде сопел, которые постоянно открыты во время работы, чтобы обеспечить возможность постоянной выгрузки шлама.
Неподвижная рама может иметь одинарную стенку или, например, двойную или тройную стенку, и окружает центробежный ротор на некотором расстоянии от ротора, тем самым образуя пространство ротора между ротором и стенкой рамы. Неподвижная рама содержит по меньшей мере один первый впуск для воздуха и по меньшей мере один первый выпуск для воздуха. Таким образом, рама может содержать один впуск для воздуха и/или один выпуск для воздуха, или, в качестве альтернативы, два или больше впусков для воздуха и/или два или больше выпусков для воздуха. По меньшей мере один первый впуск для воздуха и по меньшей мере один первый выпуск для воздуха выполнены с возможностью обеспечивать сообщение по текучей среде между областью снаружи от рамы и пространством ротора. Таким образом, по меньшей мере один впуск для воздуха и по меньшей мере один выпуск для воздуха могут представлять собой сквозные отверстия в неподвижной раме.
По меньшей мере один первый впуск для воздуха и по меньшей мере один первый выпуск для воздуха выполнены в раме с возможностью обеспечивать поток воздуха от по меньшей мере одного первого впуска для воздуха к по меньшей мере одному первому выпуску для воздуха, и по меньшей мере один первый впуск для воздуха далее выполнен с возможностью соединения с источником сжатого воздуха.
Сжатый воздух может поступать от обычного источника воздуха, который можно найти почти на любом промышленном объекте. Таким образом, по меньшей мере один впуск для воздуха может быть выполнен с возможностью обеспечивать соединение с этим источником сжатого воздуха, например, с помощью резьбовых или других подходящих соединительных средств.
Сжатый воздух может иметь состав по существу такой же, что и атмосферный воздух. Например, сжатый воздух может содержать кислород и азот.
В вариантах воплощения в соответствии с первым аспектом изобретения, по меньшей мере один первый впуск для воздуха соединен с источником сжатого воздуха. Это соединение может, например, осуществляться через трубку или другое подходящее средство для подачи сжатого воздуха к по меньшей мере одному первому впуску для воздуха.
Кроме того, по меньшей мере один первый выпуск для воздуха выполнен таким образом, чтобы обеспечивать возможность вытекания воздуха из пространства ротора. «Вытекание воздуха» относится к выпуску для воздуха или выпускам, выполненным таким образом, чтобы обеспечивать возможность потока воздуха наружу из пространства воздуха.
Таким образом, по меньшей мере один первый выпуск для воздуха может быть свободным от любого устройства, прилагающего противодавление к воздуху в пространстве ротора. Следовательно, по меньшей мере один первый выпуск для воздуха может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечивать возможность свободного вытекания воздуха из пространства ротора. Таким образом, по меньшей мере один первый выпуск для воздуха может быть свободным, например, от любых гидравлических затворов.
2
2
2
2
2
По меньшей мере один первый впуск для воздуха и/или по меньшей мере один первый выпуск для воздуха могут иметь площадь поперечного сечения больше 0,5 см, например, больше 1,0 см, например, больше 1,5 см, например, больше 2,0 см, например, больше 2,5 см.
По меньшей мере один первый впуск для воздуха и/или по меньшей мере один первый выпуск для воздуха могут содержать по существу круглое сквозное отверстие в раме, имеющее диаметр больше 5 мм, например, больше 10 мм, например, больше 15 мм.
2
2
2
2
2
По меньшей мере один первый впуск для воздуха и/или по меньшей мере один первый выпуск для воздуха могут иметь площадь поперечного сечения меньше 100 см, например, меньше 50 см, например, меньше 20 см, например, меньше 10 см, например, меньше 5 см.
3
3
3
Кроме того, по меньшей мере один первый впуск для воздуха и по меньшей мере один первый выпуск для воздуха могут быть выполнены с возможностью обеспечивать поток сжатого воздуха от впуска к выпуску и наружу через него выше 4 Нм/ч, например, выше 6 Нм/ч, например, выше 8 Нм/ч.
Первый аспект изобретения основан на понимании того, что центробежный ротор может вентилироваться с использованием потока сжатого воздуха. Преимуществом этого является то, что для центробежного сепаратора не требуется какая-либо сложная система с инертным газом для уменьшения риска взрыва. Таким образом, вентиляция может осуществляться постоянным образом с помощью сжатого воздуха. Кроме того, так как впуск для воздуха выполнен с возможностью соединения с источником сжатого воздуха, вентиляция центробежного ротора также может осуществляться во время остановки сепаратора, и вентиляция с использованием сжатого воздуха может осуществляться постоянным образом или периодически в соответствии с расписанием.
В вариантах воплощения в соответствии с первым аспектом изобретения, по меньшей мере один первый впуск для воздуха выполнен в раме таким образом, что он сообщается с левой частью пространства ротора, и по меньшей мере один первый выпуск для воздуха выполнен в раме таким образом, что он сообщается с правой частью пространства ротора, или наоборот.
«Левая» и «правая» части могут быть определены, если смотреть в осевой плоскости через центр центробежного сепаратора. В этом случае «левая» часть может быть слева от оси X вращения, тогда как «правая» часть может быть справа от оси X вращения. Таким образом, левая и правая части могут быть разными частями пространства ротора.
Впуск для воздуха, выпуск для воздуха и ось вращения - все эти элементы могут располагаться в одной и той же осевой плоскости.
Тем самым, впуск для воздуха может быть обеспечен в раме таким образом, чтобы сообщаться с первой половиной пространства ротора, и первый выпуск может быть обеспечен в раме таким образом, чтобы сообщаться со второй половиной, отличающейся от первой половины, пространства ротора. Это может способствовать вентиляции большого объема пространства ротора, когда воздух протеакет от впуска для воздуха к выпуску для воздуха.
В вариантах воплощения в соответствии с первым аспектом изобретения, по меньшей мере один первый впуск для воздуха выполнен в раме таким образом, что он сообщается с верхней частью пространства ротора, и по меньшей мере один первый выпуск для воздуха выполнен в раме таким образом, что он сообщается с нижней частью пространства ротора, или наоборот.
Это также обеспечивает преимущество в том, что способствует вентиляции большого объема пространства ротора, когда воздух протекает от впуска для воздуха к выпуску для воздуха.
«Верхняя» и «нижняя» части могут быть определены, если смотреть в осевой плоскости через центр центробежного сепаратора. В этом случае «верхняя» часть может быть в осевом направлении выше центра центробежного ротора, тогда как «нижняя» часть может быть в осевом направлении ниже центра центробежного ротора. Таким образом, верхняя и нижняя части могут быть разными частями пространства ротора.
В качестве примера, по меньшей мере один первый впуск для воздуха может быть выполнен в раме таким образом, что он сообщается с верхней левой частью пространства ротора, и по меньшей мере один первый выпуск для воздуха может быть выполнен в раме таким образом, что он сообщается с нижней правой частью пространства ротора, или наоборот. Это может способствовать вентиляции большого объема пространства ротора, когда воздух течет от впуска для воздуха к выпуску для воздуха.
В вариантах воплощения в соответствии с первым аспектом изобретения, центробежный сепаратор далее содержит по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью обнаруживать параметр, относящийся к концентрации воспламеняющегося газа в воздухе в пространстве ротора.
Воспламеняющийся газ может представлять собой горючий газ, такой как углеводород, который образуется из воспламеняющейся жидкости, такой как масло или топливо. Датчик тем самым может представлять собой датчик, содержащий, например, средство обнаружения на основе инфракрасной технологии или с использованием каталитического шарика для детектирования воспламеняющихся газов. По меньшей мере один датчик может располагаться внутри пространства ротора, например, на внутренней поверхности неподвижной рамы.
Использование датчика для обнаружения параметра, относящегося к концентрации воспламеняющегося газа, может обеспечивать преимущество в том, что это дает возможность регулировать поток воздуха, т.е. вентиляцию, на основании выходных данных от датчика, и также это может дать информацию, что концентрация воспламеняющегося газа находится ниже определенного безвредного уровня.
В качестве примера, параметром может быть отношение углеводородов к кислороду в воздухе в пространстве ротора. Параметром также может быть фактическая концентрация углеводородов. Таким образом, центробежный сепаратор также может включать в себя датчик, выполненный с возможностью обнаруживать концентрацию кислорода в пространстве ротора, или он может включать в себя по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью обнаруживать и концентрацию кислорода и концентрацию углеводорода, или непосредственно отношение углеводородов к кислороду.
В качестве примера, по меньшей мере один датчик может располагаться в дополнительном пространстве, которое сообщается по текучей среде с пространством ротора.
В вариантах воплощения это дополнительное пространство не окружает центробежный ротор.
Таким образом, дополнительное пространство может представлять собой канал или камеру, такой как трубчатые канал или камера, расположенные снаружи от самой неподвижной рамы, но сообщающиеся с пространством ротора через по меньшей мере одно отверстие в раме. Это может обеспечивать преимущество возможности легкого доступа к по меньшей мере одному датчику.
Кроме того, в вариантах воплощения в соответствии с первым аспектом изобретения, центробежный сепаратор далее содержит блок управления, выполненный с возможностью принимать входной сигнал, относящийся к обнаруживаемому параметру, относящемуся к концентрации воспламеняющегося газа в воздухе в пространстве ротора, и генерировать сигнал для регулирования потока сжатого воздуха на основании входного сигнала.
Это дает возможность управлять потоком сжатого воздуха, т.е. вентиляцией центробежного ротора, с помощью обнаруживаемого параметра. Таким образом, поток вентиляционного воздуха может регулироваться с помощью обнаруживаемых параметров.
Блок управления может содержать процессор и интерфейс ввода/вывода для связи с источником сжатого воздуха и для приема информации о параметре, относящемся к концентрации воспламеняющегося газа в пространстве ротора, от по меньшей мере одного датчика.
Регулирование может включать в себя увеличение потока сжатого воздуха, если обнаруживаемый параметр находится выше порогового значения. Пороговым значением может быть, например, нижний предел взрываемости для отношения углеводородов к кислороду в пространстве ротора или определенная концентрация углеводородов в пространстве ротора.
Регулирование далее может включать в себя уменьшение потока сжатого воздуха, если обнаруживаемый параметр находится ниже порогового значения.
Регулирование также может включать в себя использование контура регулирования для поддержания потока сжатого воздуха на постоянном уровне, включение или выключение потока сжатого воздуха или увеличение потока сжатого воздуха. Таким образом, блок управления может быть выполнен с возможностью увеличивать поток сжатого воздуха при остановке сепаратора, если внутри центробежного ротора имеется жидкость, подлежащая разделению, т.е. он может быть далее выполнен с возможностью принимать информацию о скорости вращения центробежного сепаратора и управлять потоком сжатого воздуха на основании этой информации.
Таким образом, центробежный сепаратор может содержать средство регулирования давления, выполненное с возможностью подачи воздуха под давлением, которое выше, чем атмосферное давление, к по меньшей мере одному первому впуску для воздуха. Средство регулирования давления может содержать клапан. Таким образом, блок управления может быть выполнен с возможностью генерировать сигнал, который посылается на средство регулирования давления.
В вариантах воплощения в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, рама далее окружает приводной элемент, тем самым также образуя пространство привода, охватывающее приводной элемент, и далее содержит по меньшей мере один второй впуск для воздуха, выполненный с возможностью обеспечивать сообщение по текучей среде в пространство привода, и по меньшей мере один второй выпуск для воздуха, выполненный с возможностью обеспечивать сообщение по текучей среде наружу из пространства привода, при этом центробежный сепаратор далее содержит средство для генерирования потока воздуха от второго впуска для воздуха к второму выпуску для воздуха и наружу через него.
Средство для генерирования потока воздуха от второго впуска для воздуха к второму выпуску для воздуха и наружу через него может, например, содержать вентилятор. Средство для генерирования потока воздуха от второго впуска для воздуха к второму выпуску для воздуха и наружу через него может далее представлять собой источник сжатого воздуха, такой как источник сжатого воздуха, используемый для вентиляции пространства ротора. Таким образом, по меньшей мере один второй впуск для воздуха может быть выполнен с возможностью соединения с источником сжатого воздуха. По меньшей мере один второй выпуск для воздуха может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечивать возможность вытекания воздуха из пространства привода, например, свободного вытекания без каких-либо средств противодавления. Далее, по меньшей мере один второй впуск для воздуха и по меньшей мере один второй выпуск для воздуха могут быть такими или иметь размеры, как было рассмотрено выше в отношении по меньшей мере одного первого впуска для воздуха и по меньшей мере одного первого выпуска для воздуха.
Таким образом, центробежный сепаратор может далее быть выполнен с возможностью вентиляции пространства привода вокруг приводного элемента по аналогии с тем, как было описано выше в отношении вентиляции пространства ротора. Пространство привода может сообщаться по текучей среде с пространством ротора или оно может быть изолировано от пространства ротора. В качестве примера, центробежный ротор может располагаться в осевом направлении выше или ниже приводного элемента, и пространство ротора и пространство привода могут быть изолированы друг от друга с использованием, например, гидравлического затвора между пространством ротора и пространством привода. Опорное устройство может располагаться в пространстве привода.
Если пространство ротора и пространство привода не изолированы друг от друга, по меньшей мере один первый впуск для воздуха может использоваться для обеспечения сжатого воздуха также для пространства привода. По меньшей мере один первый выпуск для воздуха в этом случае может быть выполнен в раме таким образом, что сжатый воздух, подаваемый через по меньшей мере один первый впуск для воздуха, также проходит через пространство привода и осуществляет его вентиляцию перед тем, как выходить через по меньшей мере один первый выпуск.
Кроме того, центробежный сепаратор может содержать по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью обнаруживать параметр, относящийся к концентрации воспламеняющегося газа в воздухе в пространстве привода.
Таким образом, датчик, расположенный в пространстве привода, может представлять собой датчик, как было описано выше в отношении пространства ротора.
Далее, по меньшей мере один второй впуск для газа может быть выполнен с возможностью соединения с источником сжатого воздуха, и при этом центробежный сепаратор далее содержит блок управления, выполненный с возможностью принимать входной сигнал, относящийся к упомянутому параметру, и генерировать сигнал для регулирования потока сжатого воздуха на основании входного сигнал.
Блок управления может быть таким и может функционировать, например, для регулирования потока сжатого воздуха, как было описано в отношении блока управления для приема сигнала от по меньшей мере одного датчика, выполненного с возможностью обнаруживать параметр, относящийся к концентрации воспламеняющегося газа в пространстве ротора.
Один и тот же блок управления может использоваться для приема и управления потоком воздуха в пространстве ротора и в пространстве привода.
В вариантах воплощения в соответствии с первым аспектом изобретения, центробежный ротор на его внешней периферии имеет группу выпусков для шлама для выгрузки компонента более высокой плотности, такого как шлам или другие твердые частицы в смеси текучей среды, и при этом рама далее охватывает сборник для твердых частицы для сбора выгруженного компонента, и при этом центробежный сепаратор далее содержит по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью обнаруживать параметр, относящийся к концентрации воспламеняющегося газа в воздухе в сборнике для твердых частиц.
Выпуски для шлама могут быть выполнены с возможностью периодического открытия или они могут быть выполнены с возможностью постоянного открытия, т.е. образовать сопла. Сборник для твердых частицы может содержать циклон.
Наличие по меньшей мере одного датчика, расположенного в сборнике для твердых частиц, может дополнительно повысить безопасность производства, т.е. это может дать информацию также и о любой концентрации воспламеняющегося газа в сборнике для твердых частиц. Если центробежный сепаратор содержит блок управления, как было описано выше, датчик в сборнике для твердых частиц также может быть соединен с блоком управления, так что поток вентиляционного воздуха может регулироваться на основании информации от датчика в сборнике для твердых частиц. Датчик в сборнике для твердых частиц может функционировать, как было описано в отношении датчика в пространстве ротора и пространстве привода, соответственно.
В качестве второго аспекта изобретения предлагается способ вентиляции центробежного сепаратора, включающий в себя:
- обеспечение центробежного сепаратора в соответствии с первым аспектом изобретения;
- подачу смеси текучей среды, подлежащей сепарации и содержащей по меньшей мере два компонента, имеющих разные плотности, в разделительное пространстве центробежного ротора; и
- вращение вращающейся части для обеспечения разделения смеси текучей среды,
- подачу сжатого воздуха к по меньшей мере одному первому впуску для воздуха, чтобы тем самым осуществлять вентиляцию центробежного сепаратора.
Термины и определения, используемые в отношении второго аспекта, являются такими же, как были рассмотрены выше в отношении первого аспекта.
Смесь текучей среды, подлежащая разделению, может представлять собой жидкую смесь.
В зависимости от применения, жидкая смесь, подлежащая сепарации, может иметь разную температуру, и если жидкая смесь, подлежащая сепарации, содержит бензин или этанол или другие летучие химические вещества, может начаться ее испарение со значительной скоростью при комнатной температуре или выше. Таким образом, в качестве примера, жидкая смесь, подаваемая в сепаратор, может подаваться при комнатной температуре. В качестве другого примера, жидкая смесь может иметь температуру по меньшей мере 40°C, например, по меньшей мере 50°C, например, по меньшей мере 90°C, например, по меньшей мере 95°C, например, по меньшей мере 98°C.
Жидкая смесь может подаваться в разделительное пространство через неподвижную впускную трубку сверху или снизу, или она может подаваться через шпиндель, например, через канал в шпинделе, который вращается вместе со шпинделем.
Для вращения вращающейся части, таким образом, используют приводной элемент для передачи момента на шпиндель, так что шпиндель и центробежный ротор вращаются. Вращение вращающейся части может включать в себя вращение центробежного ротора со скоростью выше 3000 об/мин, например, выше 3600 об/мин.
Конечно, способ также может включать в себя разделение смеси текучей среды на две или несколько фаз, такие как одна или две жидкие фазы и фаза твердых частиц или шлама.
В вариантах воплощения в соответствии со вторым аспектом изобретения, смесь текучей среды, подлежащая разделению, содержит воспламеняющуюся текучую среду.
Воспламеняющаяся текучая среда может содержать масло. Масло может быть выбрано из тяжелого топлива (HFO), смазочного масла или неочищенной нефти. HFO может быть определено, как в ISO 8217, Нефтепродукты - Топлива (класс F) - Спецификация на судовые топлива, в редакции 2005 года и 2012 года. Далее, смесь текучей среды, подлежащая разделению, может быть нагрета до температуры выше 70°C, например, до температуры между 70°C и 98°C, например, до температуры выше 98°C, перед подачей в разделительное пространство. Это может улучшить транспортировку и разделение, например, смеси масла, подлежащей разделению.
В вариантах воплощения в соответствии со вторым аспектом изобретения, этап подачи сжатого воздуха выполняют по меньшей мере во время одного периода, выбранного из запуска, остановки и периода времени, когда скорость вращения вращающейся части уменьшается до остановки.
Это может являться преимуществом, так как риск утечки воспламеняющегося газа наружу в пространство ротора может быть выше, когда жидкость, подлежащая обработке, имеет большее время удержания в центробежном роторе.
В вариантах воплощения в соответствии со вторым вариантом воплощения изобретения, этап подачи сжатого воздуха выполняют непрерывно.
Таким образом, вентиляция пространства ротора может осуществляться непрерывно с использованием сжатого воздуха.
В качестве альтернативы, этап подачи сжатого воздуха может выполняться периодически. Этап подачи сжатого газа может инициироваться по времени. Таким образом, периоды времени, когда осуществляется вентиляция пространства ротора, т.е. когда сжатый воздух подается, и время между этими периодами вентиляции, могут определяться на основании предварительно заданных периодов времени.
В вариантах воплощения в соответствии со вторым аспектом изобретения, этап подачи сжатого воздуха выполняют таким образом, что давление в пространстве ротора поддерживается ниже 0,5 бар (0,05 МПа). Это может обеспечивать преимущество в том, что все части сепаратора могут быть выполнены без необходимости выдерживать большие давления.
В вариантах воплощения в соответствии со вторым аспектом изобретения, способ далее включает в себя:
- обнаружение параметра, относящегося к концентрации воспламеняющегося газа в пространстве ротора; и
- регулирование потока воздуха от по меньшей мере одного первого впуска для газа к по меньшей мере одному первому выпуску для газа и наружу через него на основании обнаруживаемого параметра.
Как было рассмотрено выше в отношении первого аспекта, параметр может представлять собой отношение углеводородов к кислороду в пространстве ротора. Параметр также может представлять собой фактическую концентрацию углеводородов.
Регулирование может включать в себя увеличение потока сжатого воздуха, если обнаруживаемый параметр находится выше порогового значения. Пороговым значением может быть, например, нижний предел взрываемости для отношения углеводородов к кислороду в пространстве ротора или определенная концентрация углеводородов в пространстве ротора.
Регулирование может далее включать в себя уменьшение потока сжатого воздуха, если обнаруживаемый параметр находится ниже порогового значения.
Регулирование также может включать в себя использование контура регулирования для поддержания потока сжатого воздуха на постоянном уровне или включение или выключение потока сжатого воздуха.
Таким образом, в вариантах воплощения в соответствии со вторым аспектом изобретения, способ дополнительно включает в себя:
- обнаружение параметра, относящегося к концентрации воспламеняющегося газа в пространстве привода, окружающем приводной элемент; и
- увеличение потока воздуха от по меньшей мере одного первого впуска для газа к по меньшей мере одному первому выпуску для газа и через него, если обнаруживаемый параметр находится выше порогового значения.
Далее, в вариантах воплощения в соответствии со вторым аспектом изобретения, способ дополнительно включает в себя:
- обнаружение параметра, относящегося к концентрации воспламеняющегося газа в сборнике для твердых частиц; и
- увеличение потока воздуха от по меньшей мере одного первого впуска для газа к по меньшей мере одному первому выпуску для газа и через него, если обнаруживаемый параметр находится выше порогового значения.
Конечно, способ может включать в себя обнаружение параметра, относящегося к концентрации воспламеняющегося газа и в пространстве ротора и в пространстве привода, вместе в пространстве ротора и в сборнике для твердых частиц, или во всех трех из пространства ротора, пространства привода и сборника для твердых частиц.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - схематическое изображение варианта воплощения центробежного сепаратора, который вентилируется с использованием сжатого воздуха.
Фиг. 2 - схематическое изображение варианта воплощения центробежного сепаратора, который вентилируется с использованием сжатого воздуха, когда датчик используется в дополнительном пространстве.
Фиг. 3 - схематическое изображение другого варианта воплощения центробежного сепаратора, который вентилируется с использованием потока сжатого воздуха.
Фиг. 4 - схематическое изображение варианта воплощения центробежного сепаратора, который вентилируется с использованием потока сжатого воздуха, регулируемого с помощью блока управления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Центробежный сепаратор в соответствии с настоящим изобретением будет далее проиллюстрирован с помощью приведенного ниже описания некоторых вариантов воплощения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан вариант воплощения центробежного сепаратора 1, имеющего неподвижную раму 2 и вращающуюся часть 4. Вращающаяся часть 4 содержит вертикальный шпиндель 5 и центробежный ротор 6, в котором происходит фактическое разделение во время работы центробежного сепаратора 1. Жидкая смесь, подлежащая сепарации, может быть во время работы введена в разделительное пространство (не показано) внутри центробежного ротора 6 сверху через канал в трубке 33. Разделенные жидкие фазы, например, одна или две в зависимости от применения, также выгружаются в каналы в этой трубке 33. Разделительное пространство далее содержит пакет разделительных дисков в форме усеченного конуса (не показаны) для обеспечения эффективного разделения жидкости. Пакет разделительных дисков в форме усеченного конуса, таким образом, является примером увеличивающих поверхность вставок и установлен по центру и коаксиально с центробежным ротором 6. Кроме того, центробежный ротор 6 содержит на его периферии группу выпусков 19 для шлама, которые могут открываться периодически для выгрузки отделенной фазы шлама радиально наружу из центробежного ротора 6. Фазу шлама собирают в сборнике 20 для твердых частиц после выгрузки. Сборник 20 для твердых частиц в этом случае располагается снаружи от неподвижной рамы 2.
Шпиндель 5 поддерживается верхним подшипником 7a и нижним подшипником 7b, и несет на его верхнем конце выше верхнего подшипника 7a центробежный ротор 6. Вращающаяся часть 4 выполнена с возможностью вращения вокруг оси X вращения и приводится в движение с помощью приводного элемента 3, который в этих примерах содержит червячную передачу. Однако, приводное устройство, конечно, может, в качестве альтернативы, содержать электрический двигатель или ременной привод. Кроме того, приводной элемент 3 также может располагаться в осевом направлении выше центробежного ротора 6.
Неподвижная рама 2 окружает центробежный ротор 6 на некотором расстоянии от центробежного ротора 6, так что вокруг центробежного ротора 6 образуется пространство 8 ротора. Как иллюстрируется на чертежах, на которых на всех показана осевая плоскость через раму 2, пространство 8 ротора может быть поделено на левую часть 11 и правую часть 12 относительно оси X вращения. Пространство 8 ротора также может быть поделено на верхнюю часть 13 и нижнюю часть 14. Линией деления между верхней частью 13 и нижней частью 14 может быть, например, радиальная линия через выпуски 19 для шлама, как иллюстрируется штриховой линией «Y» на чертежах. Таким образом, в осевой плоскости пространство 8 ротора может быть поделено на верхнюю правую часть, верхнюю левую часть, нижнюю правую часть и нижнюю левую часть.
Первый впуск 9 для воздуха выполнен в неподвижной раме 2 в верхней левой части, тогда как первый выпуск 10 для воздуха выполнен в неподвижной раме в нижней правой части. Первый впуск 9 для воздуха и первый выпуск 10 для воздуха выполнены в виде сквозных отверстий в раме с диаметром в диапазоне 5-10 мм таким образом, что впуск 9 для воздуха, выпуск 10 для воздуха и ось вращения все располагаются по существу в одной и той же осевой плоскости. Первый впуск 9 для воздуха сообщается с источником 28 сжатого воздуха через соединение 29a. Источник «P» сжатого воздуха представляет собой обычный источник воздуха, который можно найти почти на любом промышленном объекте, и который таким образом может иметь состав, по существу одинаковый с атмосферным воздухом. Поток воздуха в соединении 29a к первому впуску 9 для воздуха регулируется с использованием клапана 30a. Первый выпуск 10 для воздуха не имеет гидравлического затвора или т.п., прилагающего противодавление, т.е. он выполнен таким образом, чтобы обеспечивать возможность по существу свободного потока воздуха наружу из пространства 8 ротора.
Таким образом, впуск 9 для воздуха сообщается с верхней левой частью пространства 8 ротора, тогда как выпуск 10 для воздуха сообщается с нижней правой частью. Однако, следует понимать, что впуск 9 для воздуха, например, также может быть выполнен в раме 2 таким образом, что он сообщается с верхней правой частью пространства 8 ротора, тогда как выпуск 10 для воздуха также может быть выполнен в раме 2 таким образом, что он сообщается с нижней левой частью пространства 8 ротора.
При подаче сжатого воздуха к первому впуску 9 для воздуха образуется поток вентиляционного воздуха через пространство ротора, как иллюстрируется на чертежах стрелками «A».
Неподвижная рама далее содержит нижнюю часть 16, которая также окружает приводной элемент 3, тем самым образуя пространство 27 привода вокруг приводного элемента 3. Пространство 27 привода и пространство 8 ротора в этом варианте воплощения не сообщаются по текучей среде, и могут быть разделены с помощью, например, водяного затвора, расположенного, например, над верхним подшипником 7a. В этом варианте воплощения нижняя часть 16 рамы также содержит впуск для воздуха и выпуск для воздуха, которые на фиг. 1 показаны как второй впуск 17 для воздуха, который сообщается с частью пространства 27 привода, расположенной слева от оси X вращения, и второй выпуск 18 для воздуха, который сообщается с частью пространства 27 привода, расположенной справа от оси X вращения, если смотреть в осевой плоскости. Сепаратор 1 также содержит средство для генерирования потока воздуха (не показано) через пространство 27 привода, такое как вентилятор. Таким образом, также может генерироваться поток вентиляционного воздуха, который осуществляет вентиляцию пространства 27 привода во время работы центробежного сепаратора 1. Этот поток воздуха протеает в пространство 27 привода от второго впуска 17 для воздуха к второму выпуску 18 для воздуха и наружу через него, как иллюстрируется на чертежах стрелками «B».
Однако, если пространство 8 ротора и пространство 27 привода сообщаются по текучей среде, то второй впуск 17 для воздуха и первый выпуск 10 для воздуха могут быть избыточными, и поток сжатого воздуха, подаваемый через первый впуск 9 для воздуха, может протекать и через пространство 8 ротора и через пространство 27 привода, и наружу через выпуск для воздуха, расположенный в нижней части сепаратора, т.е. второй выпуск 18 воздуха. Таким образом, вентиляция и пространства ротора и пространства привода может осуществляться одним и тем же потоком сжатого воздуха, подаваемым через первый впуск 9 для воздуха.
Далее, центробежный сепаратор 1 содержит датчик 15a, расположенный в пространстве 8 ротора, датчик 15b, расположенный в сборнике 20 для твердых частиц, и датчик 15c, расположенный в пространстве 27 привода. Все эти датчики могут представлять собой датчики, которые обнаруживают параметр, относящийся к концентрации воспламеняющегося газа, такой как отношение углеводородов к кислороду в окрестности датчиков. Таким образом, датчики 15a, 15b, 15c могут давать информацию, относящуюся к концентрации вредных или воспламеняющихся газов, и могут использоваться, например, для подтверждения того, что с вентиляцией вокруг ротора и/или сборника для твердых частиц и/или приводного элемента все в порядке, или для определения того, что концентрация воспламеняющегося газа находится выше, например, нижнего предела взрываемости в пространстве 8 ротора, сборнике 20 для твердых частиц или пространстве 27 привода. Обнаружение концентрации воспламеняющегося газа выше определенного предела может инициировать, например, отключение сепаратора, т.е. выключение подачи смеси, подлежащей разделению, и/или уменьшение скорости вращения приводного элемента 3.
Однако, обеспечение потока сжатого воздуха может сделать датчики 15a и 15b для обнаружения воспламеняющегося газа избыточными. Поток сжатого воздуха может быть задан на постоянном уровне таким образом, что он поддерживает концентрацию воспламеняющегося газа в пространстве 8 ротора и в пространстве 27 привода ниже порогового значения, например, ниже нижнего предела взрываемости. В качестве дополнения или в качестве альтернативы, поток сжатого воздуха может подаваться во время определенных предварительно заданных периодов времени, которые могут быть заданы с точки зрения обеспечения того, что концентрация воспламеняющегося газа находится ниже определенного порогового значения. Поток сжатого воздуха также может подаваться по меньшей мере во время одного или нескольких из периода запуска, во время остановки центробежного ротора и во время периода, когда центробежный ротор замедляется от рабочей скорости до остановки, т.е. во время периодов, когда время удержания жидкости в центробежном роторе является наибольшим и поэтому риск утечки воспламеняющегося газа наружу из центробежного ротора является наиболее высоким.
На фиг. 2 показан другой вариант воплощения центробежного сепаратора 1. Центробежный сепаратор 1 функционирует, как было рассмотрено выше в отношении сепаратора на фиг. 1, с единственным отличием в том, что датчик 15a, выполненный с возможностью обнаруживать параметр, относящийся к концентрации воспламеняющегося газа в пространстве 8 ротора, располагается в дополнительном пространстве 21, которое сообщается по текучей среде с пространством 8 ротора. В этом примере дополнительное пространство 21 образовано трубчатым выступом 34 рамы 2. Трубчатый выступ 34 сообщается с пространством ротора через сквозные отверстия 22a и 22b неподвижной рамы 2, но сам по себе не окружает центробежный ротор 6. За счет потока воздуха через пространство 8 ротора и сквозные отверстия 22a и 22b, концентрация воспламеняющегося газа в дополнительном пространстве 21, обнаруживаемая с использованием датчика 15a, отражает концентрацию воспламеняющегося газа в пространстве 8 ротора. Размещение датчика 15a в этом дополнительном пространстве обеспечивает преимущество возможности легкого доступа к датчику.
На фиг. 3 показан другой вариант воплощения центробежного сепаратора 1. Центробежный сепаратор 1 функционирует, как было рассмотрено выше в отношении сепаратора на фиг. 1, за исключением того, что сепаратор 1 не имеет каких-либо датчиков для обнаружения концентрации воспламеняющегося газа и использует поток сжатого воздуха для осуществления вентиляции пространства 8 ротора и пространства 27 привода. Это достигается путем соединения и первого впуска 9 для воздуха и второго впуска 17 для воздуха с источником сжатого воздуха, обозначенным на чертежах как «P», с использованием соединений 29a и 29b, соответственно, которые могут быть выполнены в виде трубок или трубопроводов. Воздух выводится из пространства 8 ротора и пространства 27 привода через первый выпуск 10 для воздуха и второй выпуск 18 для воздуха, соответственно, как было рассмотрено выше в отношении фиг. 1.
Источник «P» сжатого воздуха представляет собой обычный источник воздуха, который можно найти почти на любом промышленном объекте. Поток воздуха в соединении 29a к первому впуску 9 для воздуха регулируется с использованием клапана 30a, тогда как поток воздуха в соединении 29b к второму впуску 17 для воздуха регулируется с использованием клапана 30b. Как было рассмотрено выше в отношении фиг. 1, обеспечение потока сжатого воздуха, такого как постоянный или периодический поток сжатого воздуха, может сделать датчики для обнаружения воспламеняющегося газа избыточными. Другими словами, поток сжатого газа может быть задан на таком уровне, что он поддерживает концентрацию воспламеняющегося газа в пространстве 8 ротора и в пространстве 27 привода ниже порогового значения, например, ниже нижнего пределе взрываемости.
На фиг. 4 показан другой вариант воплощения центробежного сепаратора 1. Центробежный сепаратор 1 функционирует, как было рассмотрено выше в отношении фиг. 3, т.е. впуски 9 и 17 для воздуха соединены с источником «P» сжатого воздуха, но в этом варианте воплощения регулирование потока воздуха в соединениях 29a и 29b осуществляется с использованием информации от датчиков для детектирования воспламеняющегося газа. Центробежный сепаратор, показанный в варианте воплощения на фиг. 4, содержит датчики, как было рассмотрено выше в отношении фиг. 1, т.е. датчик 15a, расположенный в пространстве 8 ротора, датчик 15b, расположенный в сборнике 20 для твердых частиц, и датчик 15c, расположенный в пространстве 27 привода.
Датчики соединены с блоком 23 управления, который может располагаться внутри центробежного сепаратора 1 или в виде отдельного блока. С помощью блока 23 управления можно управлять соответствующим образом клапанами 30a и 30b, и тем самым потоком вентиляционного воздуха, чтобы получить требуемый поток воздуха. Это достигается с помощью соединения 32a с клапаном 30a и соединения 32b с клапаном 30b.
Блок 23 управления может далее содержать интерфейс 26 связи, такой как передатчик/приемник, через который он может принимать данные от датчиков 15a, 15b и 15c, и далее передавать данные к клапанам 30a 30b.
Принимаемые данные могут включать в себя, например, данные о измеряемом параметре, относящемся к концентрации воспламеняющегося газа, например, данные о отношении углеводородов к кислороду. На это указывают соединение 31a с датчиком 15a в пространстве 8 ротора, соединение 31b с датчиком 15b в сборнике 20 для твердых частиц и соединение 31c с датчиком 15c в пространстве 27 привода. Передаваемые данные могут включать в себя, например, управляющий сигнал для управления клапанами 30a и 30b.
Блок 23 управления далее выполнен с возможностью осуществления способа управления потоком сжатого воздуха к впускам 9 и 17 для воздуха в соответствии с раскрытыми здесь вариантами воплощения. Для этого блок 23 управления может содержать процессорный блок 24, например, центральный процессор, выполненный с возможностью исполнять инструкции машинного кода, которые, например, могут храниться в памяти 25. Память 25 таким образом может образовать (энергонезависимый) машиночитаемый носитель для хранения этих инструкций машинного когда. Процессорный блок 24 в качестве альтернативы может быть выполнен в виде аппаратного компонента, такого как специализированная интегральная схема, программируемая пользователем вентильная матрица или т.п.
Таким образом, во время работы центробежного сепаратора, как показано на фиг. 4, блок 23 управления может принимать информацию от различных датчиков 15a, 15b, 15c и регулировать поток вентиляционного воздуха к впускам 9 и 17 для воздуха на основании принимаемой информации. Например, блок 23 управления может регулировать клапан 30a таким образом, что поток воздуха увеличивается, если сигнал от датчика 15a, расположенного в пространстве 8 ротора, указывает на то, что концентрация воспламеняющегося газа в пространстве 8 ротора выше определенного порогового значения, например, выше нижнего предела взрываемости. Блок 23 управления также может регулировать клапан 30a таким образом, что поток воздуха уменьшается, если сигнал от датчика 15a указывает на то, что концентрация воспламеняющегося газа в пространстве 8 ротора уменьшилась.
Регулирование клапана 30a для уменьшения потока воздуха может включать в себя закрытие клапана 30a, так что воздух не достигает первый впуск 9 для воздуха.
По аналогии, блок 23 управления может регулировать клапан 30a, чтобы увеличить или уменьшить поток сжатого воздуха, на основании информации от датчика 15b, расположенного в сборнике 20 для твердых частиц, или он может регулировать клапан 30a, чтобы увеличить или уменьшить поток сжатого воздуха, на основании информации от обоих датчиков 15a и 15b.
Далее, блок 23 управления может регулировать клапан 30b, чтобы увеличить или уменьшить поток сжатого воздуха, который достигает второй впуск 17 для воздуха, на основании информации от датчика 15c, и может таким образом регулировать вентиляцию пространства 27 привода по аналогии с рассмотренным выше в отношении вентиляции пространства 8 ротора.
Таким образом, блок 23 управления содержит контур управления, т.е. он может быть выполнен с возможностью регулировать поток воздуха к первому впуску 9 для воздуха и/или к второму впуску 17 для воздуха таким образом, что концентрация воспламеняющегося газа в пространстве 8 ротора и/или пространстве 27 привода поддерживается на постоянном уровне или ниже постоянного уровня.
Блок управления также может быть выполнен с возможностью принимать информацию от других частей сепаратора, например, от приводного средства 3, которое может представлять собой электрический двигатель, и/или от подающего насоса, который регулирует подачу смеси текучей среды, подлежащей разделению, в центробежный сепаратор 1. Таким образом, он может регулировать поток сжатого воздуха к первому впуску 9 для воздуха и/или второму впуску 17 для воздуха на основании этой информации. В качестве примера, блок 23 управления может принимать информацию, что центробежный сепаратор остановлен, или что подача в сепаратор выключена, и затем регулировать клапаны 30a и 30b, чтобы уменьшить или увеличить поток сжатого воздуха к первому впуску 9 для воздуха и/или второму впуску 17 для воздуха.
Изобретение не ограничивается раскрытым вариантом воплощения, и может быть изменено или модифицировано в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Изобретение не ограничивается ориентацией оси (X) вращения, показанной на чертежах. Термин «центробежный сепаратор» также включает в себя центробежные сепараторы с по существу горизонтально ориентированной осью вращения.