CN109107790B - 一种调节旋流分离器分流比的双腔室阀门 - Google Patents

Abstract

一种调节旋流分离器分流比的双腔室阀门。用于解决常规旋流分离工艺中，分流比准确快速调整困难、调整效率低的问题。包括上端腔体、中间腔体和下端腔体三部分，所述上端腔体包括顺次连接的上端出口法兰、上端出口直管段、上端曲线锥段、上端腔体直管段、上端直线锥段、上端入口直管段以及上端入口法兰；所述下端腔体包括顺次连接的下端出口法兰、下端出口直管段，下端曲线锥段、下端腔体直管段，下端直线锥段、下端入口直管段以及下端入口法兰；中间腔体位于上端腔体和下端腔体之间，包括齿轮壳体、齿轮、手柄和连接轴，齿轮位于齿轮壳体内部，齿轮与连接轴及手柄呈刚性连接。

Description

一种调节旋流分离器分流比的双腔室阀门

技术领域：

本发明涉及一种可以调节旋流分离器分流比的双腔室阀门，属于石油、化工、环保等涉及到多相旋流分离领域的辅助设备。

背景技术：

旋流分离是一种对两相或多相不互溶介质的快速分离方法，由于旋流分离器设备体积小、快速分离等优点，被广泛应用于石油开采、化工、食品加工、环境保护等不互溶介质的分离领域。旋流分离器的分离原理是利用不互溶介质间的密度差进行离心分离。旋流分离器属于非标设备，需要基于入口处理液的物性参数，对分离器结构及尺寸参数进行设计。在得到入口处理液物性参数及旋流分离器最优结构及尺寸参数情况下，为了达到最佳的旋流分离效率，现场运行人员通常对旋流器的运行参数进行调整，运行参数主要包括溢流分流比(溢流流量与入口总流量的比值)及底流分流比(底流流量与入口总流量的比值)，通过以上运行参数的调整来优化旋流分离器内部流体的旋流强度及分散相在溢流和底流之间的含量分配，从而得到最高旋流分离效率下的最佳溢流分流比或底流分流比。

在实际分流比调整过程中，常通过调整分别安装于旋流器入口管道、溢流出口管道及底流出口管道上的阀门开度来调节各管道上的流量，相应安装于各管道上的流量计显示出流量数值，从而计算得到旋流分离器的溢流分流比和底流分流比，实现对溢流分流比和底流分流比(以下叙述均简称为分流比或流量比)的调节。但在实际分流比调节过程中，通过在管道上安装的阀门调节溢流流量(底流流量)的同时，由于存在管道内过流面积的变化导致的阻力改变，这将同时影响到入口处理液流量及底流流量(溢流流量)大小，以上问题的出现将使现场运行人员对分流比的准确调整较为困难，往往需要对各管道上的阀门开度进行反复的调整及对分流比进行反复的计算，此外，旋流分离器在运行过程中，其入口处理液的物性参数不是一成不变的，不同时间段的入口处理液物性参数通常存在一定差异，这就需要对分流比进行反复调整以得到最优的分流比，从而实现最佳的分离效率。以上对分流比的调整将花费大量的时间并需要运行人员极大的耐心，且分流比的调整准确度较差，不利于旋流分离器的长期高效稳定运行及更大范围的推广应用。

发明内容：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种可以调节旋流分离器分流比的双腔室阀门，解决了传统旋流分离器运行过程中出现的分流比准确快速调整较为困难、分流比调整效率低的问题，实现在旋流分离器入口处理液物性参数变化时，能够快速的对分流比进行调节，从而得到最佳分流比，使旋流分离器始终保持较高的分离效率。同时减少管路上流量计的安装，降低旋流分离系统成本。

本发明的技术方案是：该种调节旋流分离器分流比的双腔室阀门，包括上端腔体、中间腔体和下端腔体，其特征在于：

所述上端腔体包括顺次连接的上端出口法兰1、上端出口直管段2、上端曲线锥段3、上端腔体直管段6、上端直线锥段7、上端入口直管段8以及上端入口法兰9；上端内芯4位于上端曲线锥段3及上端腔体直管段6共同组成的腔体内部，其中，上端内芯4用于迎着来流的左端为圆锥结构，上端内芯4在远离来流的右端为沿着流体流动方向直径先增大后减小的双锥台结构；上端内芯4、上端内芯连接板5、上端移动密封片11及上端齿条12呈刚性连接；上端移动密封片11位于上端密封结构10内部；

所述下端腔体包括顺次连接的下端出口法兰24、下端出口直管段23，下端曲线锥段22、下端腔体直管段19，下端直线锥段18、下端入口直管段17以及下端入口法兰16；下端内芯20位于下端曲线锥段22及下端腔体直管段19共同组成的腔体内部，下端内芯20用于迎着来流的左端采用圆锥结构，下端内芯20在远离来流的右端为沿着流体流动方向直径先增大后减小的双锥台结构；下端内芯20、下端内芯连接板21、下端移动密封片26及下端齿条27呈刚性连接；下端移动密封片26位于下端密封结构25的内部；

所述中间腔体位于上端腔体和下端腔体之间，包括齿轮壳体15、齿轮13、手柄14和连接轴28，其中齿轮13位于齿轮壳体15内部，且齿轮13与连接轴28及手柄14呈刚性连接；

顺时针旋转手柄14时，手柄14带动连接轴28及与其呈刚性连接的齿轮13顺时针旋转，齿轮13的顺时针旋转将带动与其咬合的上端齿条12、上端移动密封片11、上端内芯连接板5及上端内芯4沿着管道轴向方向向右侧移动，以减小上端内芯4右端锥台与上端曲线锥段3之间的流体过流面积；齿轮13的顺时针旋转将带动与其咬合的下端齿条27、下端移动密封片26、下端内芯连接板21及下端内芯20沿着管道轴向方向向左侧移动，从而增大下端内芯20右端锥台与下端曲线锥段22之间的流体过流面积。

本发明具有如下有益效果：

1.实现快速、高效的调节两股液流之间的流量分配。解决常规旋流分离工艺中，分流比准确快速调整较为困难、分流比调整效率低的问题。

2.在调整两股液流流量比例的同时，两股液流总的过流面积保持不变，使改变流量比过程中，两股液流间总的阻力变化小，入口来流总流量保持恒定。

3.对不同手柄旋转角度下的流体流量进行标定后，可减少常规旋流分离工艺中安装于溢流出口管道和底流出口管道上的流量计，减少旋流分离系统占地空间及降低成本。

附图说明：

图1是本发明的一种调节旋流分离器分流比的双腔室阀门纵剖面结构示意图(上、下腔室流量相同情况下)。

图2是阀门纵剖面结构示意图(上端腔室过流面积为零时的极限情况)。

图3为本发明侧视图。

图4为阀门上端内芯及相应连接齿条结构三维图(下端内芯及相应连接齿条结构与上端相同)。

图5为本发明的整体结构三维图。

图6为阀门具体的尺寸关系图，注：本图由于阀门上、下端各结构尺寸相同，因此仅给出上端结构尺寸。

图中1-上端出口法兰，2-上端出口直管段，3-上端曲线锥段，4-上端内芯，5-上端内芯连接板，6-上端腔体直管段，7-上端直线锥段，8-上端入口直管段，9-上端入口法兰，10-上端密封结构，11-上端移动密封片，12-上端齿条，13-齿轮，14-旋转手柄，15-齿轮壳体，16-下端入口法兰，17-下端入口直管段，18-下端直线锥段，19-下端腔体直管段，20-下端内芯，21-下端内芯连接板，22-下端曲线锥段，23-下端出口直管段，24-下端出口法兰，25-下端密封结构，26-下端移动密封片，27-下端齿条，28-连接轴，29-凸台。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明主要由上端腔体、中间腔体和下端腔体三部分组成。上端腔体分别由上端出口法兰1、上端出口直管段2，上端曲线锥段3、上端腔体直管段6，上端直线锥段7、上端入口直管段8及上端入口法兰9顺次连接组成；上端内芯4位于上端曲线锥段3及上端腔体直管段6共同组成的腔体内部。上端内芯4迎着来流的左端采用圆锥结构，最大程度上避免来流与上端内芯4的硬性碰撞，起到降低阻力的作用。上端内芯4在远离来流的右端为沿着流体流动方向直径先增大后减小的双锥台结构，其位置的变化起到调节过流面积，从而调节流量的作用；上端内芯4、上端内芯连接板5、上端移动密封片11及上端齿条12呈刚性连接；上端移动密封片11位于上端密封结构10内部，起到对上端流体的密封作用。同样的，下端腔体分别由下端出口法兰24、下端出口直管段23，下端曲线锥段22、下端腔体直管段19，下端直线锥段18、下端入口直管段17及下端入口法兰16顺次连接组成；下端内芯20位于下端曲线锥段22及下端腔体直管段19共同组成的腔体内部。下端内芯20迎着来流的左端采用圆锥结构，最大程度上避免来流与上端内芯4的硬性碰撞，起到降低阻力的作用。下端内芯20在远离来流的右端为沿着流体流动方向直径先增大后减小的双锥台结构，其位置的变化起到调节过流面积，从而调节流量的作用；下端内芯20、下端内芯连接板21、下端移动密封片26及下端齿条27呈刚性连接；下端移动密封片26位于下端密封结构25内部，起到对下端流体的密封作用。中间腔体位于上端腔体和下端腔体之间，由齿轮壳体15、齿轮13、手柄14和连接轴28组成，其中齿轮13位于齿轮壳体15内部，且齿轮13与连接轴28及手柄14呈刚性连接。当上、下端流量比相等时，即上、下端液流过流面积相等，此时上端内芯4和下端内芯20沿水平方向的位置相同，图1中给出了上、下端流量比相等情况下示意图。以减小上端腔室流量同时增大下端腔室流量对本发明进行进一步说明，顺时针旋转手柄14，手柄14带动连接轴28及与其呈刚性连接的齿轮13顺时针旋转，齿轮13的顺时针旋转将带动与其咬合的上端齿条12、上端移动密封片11、上端内芯连接板5及上端内芯4沿着管道轴向方向向右侧移动，从而减小上端内芯4右端锥台与上端曲线锥段3之间的流体过流面积，从而达到降低上端腔室流量的目的。同时，齿轮13的顺时针旋转将带动与其咬合的下端齿条27、下端移动密封片26、下端内芯连接板21及下端内芯20沿着管道轴向方向向左侧移动，从而增大下端内芯20右端锥台与下端曲线锥段22之间的流体过流面积，从而达到增大下端腔室流量的目的。同理，若增大上端腔室流量同时减小下端腔室流量，可通过逆时针调节手柄14实现。

图6给出了阀门主要的尺寸关系。上端曲线锥段3及下端曲线锥段22的内壁面由母线y＝f(x)绕x轴旋转形成，其中f(x)＝x^1/2(坐标原点位于出口直管段的轴线上)，此时曲线上任意点绕x轴线旋转形成垂直于x轴线的截面面积为π×f(x)²。图1给出了本发明在上、下腔室流量相同情况下的各结构位置，此时，上端内芯4及下端内芯20的右端锥台处最大直径所在截面分别位于上端曲线锥段3及下端曲线锥段22沿轴向方向中部位置。假设该位置与坐标原点间距离为e，则上、下端腔室内的流体过流面积均为πe－πd²/4(其中πd²/4为内芯右端锥台最大直径处面积)，则总的过流面积为上、下端腔室内的流体过流面积之和，即为2πe－πd²/2。当旋转手柄14时，由于上端内芯4及下端内芯20在腔室内的位置发生改变，使上、下端腔室内的流体过流面积也发生变化。以顺时针旋转手柄14为例(图2给出了顺时针旋转手柄14时，上端腔室过流面积为零及下端腔室过流面积达到最大值时的极限情况)，假设旋转手柄14带动上端内芯4沿轴向方向向右侧移动距离为L，此时下端内芯20沿轴向方向向左侧移动距离也为L，则上端腔室内流体的过流面积变为π(e－L)－πd²/4，下端腔室内流体的过流面积变为π(e+L)－πd²/4，此时总的过流面积为上、下端腔室内的流体过流面积之和，同样为2πe-πd²/2。因此，本发明上端曲线锥段3及下端曲线锥段22的内壁母线采用f(x)＝x^1/2时，可以实现在不同上、下端流量比情况下均保持恒定的总流体过流面积，最大程度上降低由于调整上、下端流量比对整体阻力的影响，有利于保持不同上、下端流量比情况下的上、下端总流量恒定。

图6中具体尺寸关系为(以上、下端腔室流量相同情况下的上端腔室为例进行尺寸说明)：

上端曲线锥段长度为b；上端内芯右端锥台最大直径为d；上端出口直管段内径为d₁；上端内芯右端锥台最大直径所在竖直截面距上端曲线锥段左端距离为c₁；上端内芯右端锥台最大直径所在竖直截面距上端曲线锥段右端距离为c₂。上端连接板在上端密封结构内向左侧的最大移动距离为a₁；上端连接板在上端密封结构内向右侧的最大移动距离为a₂；上端移动密封片在上端密封结构内向左侧的最大移动距离为f₁；上端移动密封片在上端密封结构内向右侧的最大移动距离为f₂；上端齿条在上端密封结构内向左侧的最大移动距离为h₁；上端齿条在上端密封结构内向右侧的最大移动距离为h₂；其中d＝d₁，c₁＝c₂＝b/2，a₁＝a₂，f₁＝f₂，h₁＝h₂，c₁＝a₁＝f₁＝h₁,上端曲线锥段内壁面的母线方程为f(x)＝x^1/2(坐标原点位于出口直管段的轴线上)

Claims (1)

1.一种调节旋流分离器分流比的双腔室阀门，包括上端腔体、中间腔体和下端腔体，其特征在于：

所述上端腔体包括顺次连接的上端出口法兰(1)、上端出口直管段(2)、上端曲线锥段(3)、上端腔体直管段(6)、上端直线锥段(7)、上端入口直管段(8)以及上端入口法兰(9)；上端内芯(4)位于上端曲线锥段(3)及上端腔体直管段(6)共同组成的腔体内部，其中，上端内芯(4)用于迎着来流的左端为圆锥结构，上端内芯(4)在远离来流的右端为沿着流体流动方向直径先增大后减小的双锥台结构；上端内芯(4)、上端内芯连接板(5)、上端移动密封片(11)及上端齿条(12)呈刚性连接；上端移动密封片(11)位于上端密封结构(10)内部；

所述下端腔体包括顺次连接的下端出口法兰(24)、下端出口直管段(23)，下端曲线锥段(22)、下端腔体直管段(19)，下端直线锥段(18)、下端入口直管段(17)以及下端入口法兰(16)；下端内芯(20)位于下端曲线锥段(22)及下端腔体直管段(19)共同组成的腔体内部，下端内芯(20)用于迎着来流的左端采用圆锥结构，下端内芯(20)在远离来流的右端为沿着流体流动方向直径先增大后减小的双锥台结构；下端内芯(20)、下端内芯连接板(21)、下端移动密封片(26)及下端齿条(27)呈刚性连接；下端移动密封片(26)位于下端密封结构(25)的内部；

所述中间腔体位于上端腔体和下端腔体之间，包括齿轮壳体(15)、齿轮(13)、手柄(14)和连接轴(28)，其中齿轮(13)位于齿轮壳体(15)内部，且齿轮(13)与连接轴(28)及手柄(14)呈刚性连接；

顺时针旋转手柄(14)时，手柄(14)带动连接轴(28)及与其呈刚性连接的齿轮(13)顺时针旋转，齿轮(13)的顺时针旋转将带动与其咬合的上端齿条(12)、上端移动密封片(11)、上端内芯连接板(5)及上端内芯(4)沿着管道轴向方向向右侧移动，以减小上端内芯(4)右端锥台与上端曲线锥段(3)之间的流体过流面积；齿轮(13)的顺时针旋转将带动与其咬合的下端齿条(27)、下端移动密封片(26)、下端内芯连接板(21)及下端内芯(20)沿着管道轴向方向向左侧移动，从而增大下端内芯(20)右端锥台与下端曲线锥段(22)之间的流体过流面积。

Images