[0001] 本发明涉及一种混合相的分离装置，尤其涉及一种多级伸缩可调导流叶片式旋流分离装置。

[0002] 如今水力旋流器因其具有适应性强、结构简单、体积小、便于装卸、分离高效灵活、工艺简单及运行连续等优点，已广泛应用于石油、化工、冶金、环保、电力、水处理等多重领域。但在实际应用中水力旋流器的分离性能受到诸多因素的影响，如进液口形状、尺寸及安装方式等。水力旋流分离器在使用过程中通常溢流管和底流管的插入深度是确定的，但溢流管的伸入长度及叶片的位置和尾管段长度对旋流器的分离效率有着显著的影响，在实际使用的过程中只有整体更换才能使该旋流器适应不同流速或进液量的工况条件。这种方式首先成本高，其次操作过程较为复杂，且很难及时连续的调节来适应变化的流速或者流量，从而无法保持最佳的分离效率，导致其在很多分离工况下限制旋流器的应用。另外，导流叶片式的旋流器也存在结构固定，不能按需调节等缺陷。

[0041] 为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

[0042] 本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

[0043] 本发明中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0044] 本实施例记载了一种多级伸缩可调导流叶片式旋流分离装置，主要解决现有的旋流分离装置结构固定，无法根据实际工况实时进行有效调节的问题。

[0045] 如图1所示，该旋流分离装置主要由多级伸缩溢流管1、柱状旋流腔2、双锥型旋流腔3和多级伸缩底流管4同轴连接组成。多级伸缩溢流管1设置在旋流分离装置轴向顶端，多级伸缩溢流管1顶端为旋流分离装置的溢流口，多级伸缩溢流管1底端通过柱状旋流腔2与双锥型旋流腔3相连，多级伸缩底流管4顶端连接双锥型旋流腔3，底端为旋流分离装置的底流出口。在旋流分离装置的中上部侧壁上安装有进液入口管，本实施例中进液入口管安装在柱状旋流腔2上，混合相经进液入口管流入柱状旋流腔2内。溢流口、底流出口和进液口的端面分别焊接有法兰盘，通过法兰盘实现旋流分离装置与其他装置的连接。

[0046] 如图2和图3所示，旋流分离装置内部设有筛孔管5、轴承叶片6构成的导流装置。多级伸缩溢流管1底部插入柱状旋流腔2内，筛孔管5两端分别插入多级伸缩溢流管1和柱状旋流腔2内，并与多级伸缩溢流管1焊接连接。筛孔管5底端通过螺栓与轴承叶片6相连接。通过多级伸缩溢流管1的轴向伸缩，可带动轴承叶片6在柱状旋流腔2内进行高度调节，从而可使旋流分离装置在不同工况下均可保持最佳的分离效率，以适应不同工况，并节约成本。混合相经进液口由进液入口管流入柱状旋流腔2，带动轴承叶片6旋转，在混合相之间密度差的作用下，轻质相(如气体)沿多级伸缩溢流管1由溢流口排出，重质相(如液体)经多级伸缩底流管4由底流出口流出。

[0047] 本实施例中多级伸缩溢流管1和多级伸缩底流管4均采用多节管相接组合而成，以此使旋流分离装置适应实际工况并做出最优调整。

[0048] 如图2至11所示，多级伸缩溢流管1由一级溢流管12、二级溢流管10及三级溢流管7三个部分卡接组成，实现二级溢流管10和三级溢流管7的多极化调整，以此实现导流装置在不同工况下高度的多极化调节。

[0049] 其中一级溢流管12下端插入柱状旋流腔2内，上端焊接有法兰盘，通过法兰盘与柱状旋流腔2连接。在一级溢流管12的法兰盘上端面内壁上设有第一密封槽，在第一密封槽下方一级溢流管12内壁上均布多个卡扣凹槽。

[0050] 二级溢流管10插入一级溢流管12内，并能在一级溢流管12内轴向运动。一级溢流密封圈13安装在第一密封槽内，实现一级溢流管12与二级溢流管10之间的密封。二级溢流管10下端面设有外凸台，在外凸台外壁上均布有多个与一级溢流管12的卡扣凹槽相匹配的圆形孔，圆形孔内放置弹簧8，弹簧8与圆形卡扣9相连，圆形卡扣9安装在圆形孔上，并能在弹簧8及外部挤压力作用下，沿圆形孔深度方向伸缩移动。二级溢流管10通过圆形卡扣9与一级溢流管12的卡扣凹槽配合，起到限位作用，防止二级溢流管10轴向脱落。另外，本实施例中一级溢流管12的法兰盘内径小于一级溢流管12内径，法兰盘与二级溢流管10的外凸台配合，起到限位作用，防止二级溢流管10轴向上脱离一级溢流管12。

[0051] 二级溢流管10上端设有圆台，用于防止二级溢流管10在多级伸缩溢流管1缩短时进入柱状旋流腔2内。在圆台下端设有倒角，方便操作人员操作二级溢流管10。二级溢流管10内壁顶端设有内凸台，内凸台的下端面为相对于径向向下倾斜60°的斜面。内凸台的内壁上设有第二密封槽。在内凸台下方二级溢流管10内壁上均布多个卡扣凹槽。

[0052] 三级溢流管7插入二级溢流管10内，并能在二级溢流管10内轴向运动。二级溢流密封圈11安装在第二密封槽内，用于实现二级溢流管10与三级溢流管7之间的密封，防止漏液。三级溢流管7的上端面焊接有法兰盘用于连接其他装置，其下端设有外凸台。外凸台的上端面为相对于轴向向下倾斜60°的斜面。三级溢流管7伸入二级溢流管10后，外凸台与内凸台配合，起到限位作用，防止三级溢流管7在轴向脱离二级溢流管10。在三级溢流管7的外凸台侧壁上均布多个圆形孔，圆形孔内安装弹簧8，弹簧8与圆形卡扣9相连，圆形卡扣9安装在圆形孔上，并能在弹簧8及外部挤压力作用下，沿圆形孔深度方向伸缩移动。三级溢流管7通过将圆形卡扣9卡扣在二级溢流管10内的卡扣凹槽内，起到限位作用，防止圆形卡扣9在卡扣凹槽内轴向运动。

[0053] 本实施例中，卡扣凹槽采用圆形卡扣凹槽，其轴向两端采取平台设计，径向两端采取圆弧状设计。圆形卡扣9分为圆弧段与圆柱段，在圆弧段的上下两端面采用平台设计与卡扣凹槽的上下两端面的平台相配合，在圆形卡扣9运动至卡扣凹槽中时，限制多级伸缩溢流管1的轴向运动，通过顺、逆时针转动溢流管，可使圆形卡扣9从卡扣凹槽两侧面的圆弧结构处脱离卡扣凹槽，实现溢流管轴向伸缩。圆柱段上端设置有长方形凸台，圆形孔上端面设置有长方形槽，长方形凸台与长方形槽相配合，可防止圆形卡扣9在圆形孔内转动，起到限位作用。当圆形卡扣9受外部挤压时，沿长方形槽缩进圆形孔内，当圆形卡扣9的圆弧段与卡扣凹槽对应时，外部挤压力消失，圆形卡扣9在弹簧8的复位弹力作用下被顶入卡扣凹槽内，由此，可锁定两节溢流管。

[0054] 柱状旋流腔2由上下两端分别焊接有法兰盘的柱状旋流腔外壳18构成，如图12所示。进液入口管采用牛角型渐缩式的牛角进液管17，渐缩入口结构相对其他结构入口分离效果更好，优选地，牛角进液管17采用相对于旋流分离装置轴向60°的切向安装，此种安装结构可使其具有更好的分离效果，使混合相在牛角进液管17内进行预分离，能更好的进行旋流分离装置内的导流。

[0055] 本实施例中双锥型旋流腔3由大锥段、小锥段、柱段依次连接组成，且在双锥型旋流腔3上下端面分别焊接有用于连接柱状旋流腔2和多级伸缩底流管4的法兰盘。双锥型旋流腔3的双锥结构更利于重质相向下流动，使经过轴承叶片6导流下来的混合相在锥段内产生更好的分离效果，分离出的液相经过双锥型旋流腔3流入多级伸缩底流管4。

[0056] 筛孔管5焊接在三级溢流管7下端，为管壁上有一定数量筛孔的空心管。如图13和图14所示，轴承叶片6包括轴承内圈14、轴承钢珠15、叶片16、轴承外圈。轴承内圈14的上端凸台套接在筛孔管5底端，在轴承内圈14上端凸台处开有两个小螺纹孔与筛孔管5底端设置的两个圆形螺纹孔配合，通过螺栓固定连接。轴承外圈与轴承内圈14同轴设置，在轴承内圈14的外端面和轴承外圈的内端面分别开有圆弧槽，合成圆弧凹槽，多个轴承钢珠15均布在圆弧凹槽内，圆弧凹槽可防止轴承钢珠15受到流经的混合相作用力时从轴承叶片6脱落。多个叶片16均布焊接在轴承外圈外侧壁上，叶片16采用两边高中间略低的流线型外形结构，相对于径向倾斜结构叶片的错落安装形式，本实施例的叶片16能够汇聚更多的混合相，在叶片16被混合相冲击和阻碍作用下实现气液更好的分离，产生更好的导流效果。

[0057] 如图2和图3所示，多级伸缩底流管4包括一级底流管19、二级底流管22及三级底流管24，一级底流管19通过二级底流管22与三级底流管24相连。

[0058] 如图15至图18所示，一级底流管19端面焊接有连接双锥型旋流腔3的法兰盘，在一级底流管19内壁下端具有内凸台，内凸台的内径与二级底流管22直径相匹配，内凸台的上端面为相对于径向60°的斜面，在内凸台侧壁上设有用于放置一级底流密封圈20的一级凹槽。在内凸台上方一级底流管19内壁上均布有多个勾型卡扣21，勾型卡扣21的勾型采用相对于轴向45°倾斜角结构，勾型卡扣21具有一定的柔性，能在一定范围内弯曲，在勾型卡扣21后一级底流管19内壁上开有凹槽，为勾型卡扣21提供一定的弯曲空间。

[0059] 二级底流管22上端具有外凸台，外凸台的下端面为相对于轴向60°的斜面，其斜面倾斜角度与一级底流管19内凸台的斜面倾斜角度相应。二级底流管22轴向插入一级底流管19，一级底流管19内凸台与二级底流管22外凸台配合，起到限位作用，防止二级底流管22在轴向从一级底流管19内脱落。二级底流管22的外凸台上均布多个矩形卡扣凹槽，矩形卡扣凹槽侧面设有与之相通水平横置的三角形滑道，三角形滑道的另一端设有与之垂直相通的矩形滑出槽。矩形滑出槽的宽度大于勾型卡扣21，使勾型卡扣21可以在轴向滑出矩形滑出槽。另外，外凸台的上端具有45°倒角，用于与勾型卡扣21的45°勾型接触，利用勾型卡扣21的柔性，外凸台挤压勾型卡扣21使其向径向弯曲，当外凸台运动至勾型卡扣21与矩形卡扣凹槽在同一水平面位置对应时，勾型卡扣21受到的径向力消失，使勾型卡扣21恢复原本形状并进入矩形卡扣凹槽内，水平转动二级底流管22，勾型卡扣21可在三角形滑道内滑动，防止二级底流管22轴向运动。当勾型卡扣21移动至矩形滑出槽时，轴向移动二级底流管22，即可使勾型卡扣21脱离三角形滑道，二级底流管22可轴向运动。

[0060] 二级底流管22下端部具有平台，可防止二级底流管22完全进入一级底流管19内，平台内壁处具有内凸台，其上端面为相对于径向60°的斜面，此内凸台侧壁上设有用于放置二级底流密封圈23的二级凹槽，且内凸台的内径与三级底流管24直径相匹配。在内凸台上方二级底流管22下端内壁处均布设有多个勾型卡扣21，用于与三级底流管24连接。

[0061] 三级底流管24上端具有与二级底流管22内凸台配合的外凸台，其下端面为相对于轴向60°的斜面，内凸台与外凸台的配合起到限位作用，防止三级底流管24在轴向从二级底流管22脱落。外凸台上端具有相对于轴向45°的倒角，外凸台侧壁上均布多组矩形卡扣凹槽、三角形滑道和矩形滑出槽构成的组合体，其结构形式与二级底流管22上的相同。三级底流管24安装在二级底流管22内，矩形卡扣凹槽、三角形滑道和矩形滑出槽与二级底流管22上勾型卡扣21配合，实现二级底流管22和三级底流管24的连接，二级底流密封圈23实现二级底流管22和三级底流管24之间的密封。三级底流管24下端焊接连接法兰盘，用于连接其他装置。

[0062] 本旋流分离装置运行时：

[0063] 混合相通过进液口经牛角进液管17流入柱状旋流腔2产生旋流，由于混合相在进入柱状旋流腔2时具有一定的压力，从而获得较高的切相速度，且进液口与轴承叶片6之间有一定距离，且进液口采用相对于轴向倾斜60°与旋流分离装置外壁切向安装，使混合相在柱状旋流腔2内产生快速旋转运动，依靠密度差，一部分混合相在两者之间分离，轻质相向上运动，通过筛孔管5上的小筛孔进入多级伸缩溢流管1，从溢流口排出，大部分混合相通过轴承叶片6进一步导流，流入双锥型旋流腔3中，在轴承叶片6作用下重质相与轻质相进行分离，轻质相从筛孔进入筛孔管5经多级伸缩溢流管1从溢流口排出，而重质相则在重力的作用下流入多级伸缩底流管4，从底流出口流出。

[0064] 当进液口进入的混合相流速发生变动需要调节轴承叶片6与牛角进液管17之间的距离时，通过拉伸二级溢流管10使其带动三级溢流管7在轴向运动，当二级溢流管10的圆形卡扣9运动到一级溢流管12卡扣凹槽位置时，二级溢流管10下端圆形卡扣9在弹簧8的作用下被弹进卡扣凹槽内，实现锁定，圆形卡扣9与卡扣凹槽的平台设计，限制了二级溢流管10的轴向运动，从而使轴承叶片6在一定位置停留，实现导流装置的二级调节。通过转动二级溢流管10使圆形卡扣9从卡扣凹槽中脱离，进而使二级溢流管10可以轴向运动，然后拉伸三级溢流管7使圆形卡扣9进入二级溢流管10的卡扣凹槽中，实现锁定，限制其轴向运动，从而使轴承叶片6在一定位置停留，实现导流装置的三级调节，通过转动三级溢流管7使圆形卡扣9与卡扣凹槽脱离，进而使三级溢流管7可以轴向运动。从而通过多级伸缩溢流管1的轴向伸缩，可带动导流装置在柱状旋流腔2内三个位置进行高度调节。

[0065] 多级伸缩底流管4的长度调节：

[0066] 在拉伸二级底流管22时，二级底流管22的外凸台沿径向挤压一级底流管19内的勾型卡扣21，二级底流管22的矩形卡扣凹槽移动到勾型卡扣21位置时，勾型卡扣21上受到的挤压力消失，勾型卡扣21复位，并进入二级底流管22外凸台上的矩形卡扣凹槽内，转动二级底流管22，使勾型卡扣21进入三角形滑道，实现锁定，防止二级底流管22轴向运动，继续转动二级底流管22，勾型卡扣21进入矩形滑出槽，在轴向伸缩二级底流管22使其从矩形滑出槽滑出，实现二级底流管22在一级底流管19内轴向运动。

[0067] 在拉伸三级底流管24时，三级底流管24的外凸台沿径向挤压二级底流管22的勾型卡扣21，三级底流管24的矩形卡扣凹槽移动到勾型卡扣21位置时，勾型卡扣21受到的挤压力消失，勾型卡扣21复位，并进入矩形卡扣凹槽内，转动三级底流管24，勾型卡扣21进入三角形滑道，实现锁定，防止三级底流管24轴向运动，继续转动三级底流管24，勾型卡扣21进入矩形滑出槽，并从矩形滑出槽滑出，实现三级底流管24在二级底流管22内轴向运动。从而实现多级伸缩底流管4的长度调节。

[0068] 虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。