專利名稱：多路旋流沉淀過濾器的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及旋流分離器，更具體地涉及一種用于流體的多路旋流分離器和沉
淀過濾器，其使用多個以放射式樣布置的旋流設備以除去流體中的顆粒碎屑。
背景技術：
旋流分離器用于通過使用離心力來從流體分離不需要的碎屑。流體通常傾斜地注 入旋流分離器元件中，從而建立環流。離心力作用在碎屑上，該碎屑比其懸浮所在的流體的 密度更大，從而向外并朝著分離腔的周界推動該密度較大的材料。分離器元件的圓錐形形 狀不允許密度較大的材料離開倒置圓錐的頂部。相反，環繞渦流的中心的基本無碎屑的流 體被提取出并再循環，而碎屑被收集并丟棄。 —些旋流過濾器在部件系統中與單獨的過濾器外殼和單獨的淤渣接收器外殼結 合使用。這些部件系統需要定期清洗和更換幾個外殼和過濾器袋。這增加了設備停機時間 以及保持系統處于正常工作狀態所需的存貨量。 旋流分離器通常用于在真空吸塵器中，以除去由真空形成的氣流中的細微和大的 碎屑。空氣切向注入旋流腔中并且由此產生的渦流使碎屑旋轉并將碎屑推向旋流腔的壁， 而清潔空氣離開渦流的頂部。 在石油生產中，旋流技術還在水處理中使用。標準的采油污水設備例如包括撇 油罐、波紋板攔截容器、Wemco單元、離心分離機和水力旋流器。已認識到所有這些元件的 操作參數都容易發生變化。為特定的流速、操作壓力、固體濃度和油濃度設計了單元。在 預定參數下能夠有效地處理所產生的水。然而，通常，參數不保持恒定。CETC00ffshore 已設計了CRUDESEP⑧單元，用于例如在三相分離器的上游或下游移除油、氣和固體。 CRUDESEP⑧的原理是在接近大氣壓力下運行的豎直容器。[CRUDESEP是Illinois的 Arlington Heights的AMC0L國際公司的注冊商標。]在使用噴射器在容器中間向上注射 氣泡的情況下，通過誘發的氣體浮選和漩流來加強重力油分離。所產生的水在單元的下部 中被從系統中抽回并用于驅動噴射器，氣體被從容器的頂部取走。這意圖利用旋流來消除 麻煩的移動部件，該旋流通過一系列位于壁處的切向噴料嘴實現。 其它感興趣的背景系統在若干專利中提出，包括Hubbard的US專利No. 4726902， 該專利教導了一種旋流除砂器，該旋流除砂器接收水的流入并引導水通過旋流單元，從而 底流被引向沙罐，而溢流基本是凈化水。 Tashiro等人的US專利No. 7306730描述了一種用于分離液體中的固體顆粒的旋 流式分離器。該設備包括具有入口和排出口的中空柱體。主體促使液體在該主體中打旋或 渦旋，并通過液體打旋時的離心力來分離包含在液體中的雜質。雜質沿主體的內表面落下 并通過排出口排出。清潔的液體從排出口排出。Tashiro等人顯示了流體向單旋流器的側 部中的引導。 Duval等人的US專利No. 4793925顯示了一種單元件分離器，該單元件分離器包 括具有入口和出口的本體，該本體通過將流體驅動進入倒置的圓錐腔中來在流體中誘發渦旋。固體顆粒材料從該圓錐底部中的口落下。在許多方面中，這難以同Tashiro等人的專利相區別。 Meyer的US專利申請No. 2004/0149667顯示了由Tashiro等人和Duval等人教導的類型的設備的另一版本。 Schr印pel， Jr的US專利申請No. 2006/0283788教導了一種三級分離器，在該三級分離器中，旋流腔和充氣導致氣泡的形成和破裂，這產生局部高壓。在第一級中，液體經過旋流腔并且旋轉流分散到氧化物并與它混合。旋流腔包括螺旋通道，用于待從該腔向外擴散的流入材料的離心流。旋流腔通常包括頂蓋和底蓋，所述頂蓋和底蓋基本封閉了除頂蓋中的用于釋放輕質材料的中心開口和底蓋中的用于重污染物的中心開口之外的柱體。
其它感興趣的專利包括Howeth的US專利No. 4823731，該專利描述了一種靜電干粉噴涂系統，該靜電干粉噴涂系統具有多色彩粉末涂覆回收系統，該粉末涂覆回收系統包括多個繞中心豎直軸線側向間隔并具有豎直對準上端的豎直延伸的旋流過濾器筒。包括過濾器反沖洗系統的單過濾器清洗設備適于靠在此上筒端的任意選定的一個上并可操作與該選定的一個接合，并且可操作該單過濾器清洗設備以在過濾器靠在筒上時對該過濾器進行反沖洗。來自噴射系統的過度噴射粉末通過吸引它通過與過濾器清洗設備相連的"活動"過濾器筒來收回。 Antoun的美國專利No. 5879545描述了一種用于從流體分離不需要的碎屑的緊湊型旋流過濾器組件。該旋流過濾器組件使用離心力來分離流體中的大片碎屑并使用過濾器來分離流體中的剩余不需要的碎屑。該發明能容納在緊湊的單外殼中，該單外殼可被拆開，以便于部件的清洗和替換。該旋流過濾器組件具有豎直定向的柱管，該柱管接收載有碎屑的流體的切向注入。該切向注入致使流體繞位于管內部并與管同軸的柱狀渦流探測器循環。作用在碎屑上的離心力使碎屑遠離渦流的中心向外移動。渦流探測器具有開口，該開口將相對清潔的流體拉到渦流的中心附近，而載有碎屑的流體沉淀到柱管下方的收集腔中。該發明具有容納過濾器元件的過濾腔，該過濾器元件用于在流體離開旋流過濾器組件之前從該流體中提取剩余的不需要的碎屑。 Masters的US專利No. 6485536描述了一種從流體分離夾帶顆粒的顆粒分離器。該顆粒分離器使用封裝在柱體中的螺旋輸送器來形成旋流腔，空氣被推動通過該旋流腔。空氣內的顆粒的離心運動致使顆粒通過導管離開旋流腔，并且顆粒在收集腔中被分離。
目前，存在對用于處理泳池水、廢水和油的緊湊型旋流分離器組件的需求。該預期的系統應采用離心力來從載有碎屑的流體中分離碎屑。重要地，該過濾器組件應能夠易于拆卸，以進行清洗和部件替換，使分離器組件的維護便宜。此外它應能夠處理高的流體流速和快速的流體處理并且應在流過砂粒過濾器元件之前提供預過濾，從而消除對頻繁反沖洗砂粒過濾器的需求并節省成千上萬加侖的水。 前述的現有技術文獻反映了本發明所意識到的本領域的當前狀況。對這些專利的參考和討論意欲幫助履行申請人在可能與本發明的權利要求的審查有關的公開信息方面的公認的坦白責任。然而，應謙恭提出的是上文指出的專利中沒有一個或單獨地或結合考慮地公開、教導、暗示、顯示或以其它方式明顯地提出此處所述和所要求保護的發明。
發明內容
本發明是一種多路旋流沉淀過濾器，該多路旋流沉淀過濾器包括沉淀杯，其具有半球形底部和貯槽，用于在其中收集沉淀物；柱形旋流外殼，其布置在該沉淀杯上方并密封地連接到該沉淀杯；可拆卸和替換的旋流筒，其插入旋流外殼中；擴散板，其密封地連接到旋流筒和旋流外殼；流體入口，用于將流體引入旋流外殼中；以及流體出口，用于將流體從旋流外殼中排出。插入旋流外殼中的旋流筒包括多個豎直布置的倒置圓錐形旋流器，每個旋流器在下端處具有小開口而在上端處具有較大開口 。該筒具有多個流體流徑，所述流體流徑將流體引向在移動流體中誘發渦旋的旋流器。當在每個旋流器中將沉淀物從流體中除去時，沉淀物被分離出來并向下傳送到沉淀杯貯槽中，而流體被向上引導并離開流體出口。
本發明的目的是提供一種新的和改進型的多路旋流沉淀過濾器，該多路旋流沉淀過濾器為用于過濾泳池水、廢水或油的小或大的應用提供有效的過濾。 本發明的另一 目的是提供一種新的和改進型的沉淀過濾器，該沉淀過濾器易于修理、維護、清洗和維修。 本發明的又一目的或特征是一種新的和改進型的過濾器設備，該過濾器設備非常適合用于對適當定位的砂粒過濾器進行預過濾。 本發明的另一目的是提供一種新穎的多路旋流沉淀過濾器，其包括多個放射狀布置的旋流圓錐，以允許高速的流體流以及快速的流體處理。 本發明的又一 目的是提供一種多路旋流分離器，該多路旋流分離器消除了對泳池砂粒過濾器的頻繁反沖洗的需求，因而節省了成千上萬加侖的水。 關于操作的組織和方法，根據與附圖結合考慮的下文描述，與本發明的另外的目的和優點一起，作為本發明特征的其它新穎特點將得到更好地理解，本發明的優選實施例在附圖中作為示例示出。然而，要特別理解的是附圖僅用于示例和描述而無意作為對本發明的限制的定義。表現本發明特征的各種新穎特點特別地在附帶并形成本公開的一部分的權利要求中提出。本發明不獨立存在于這些特征的任一個中，而是存在于其所有用于指定功能的結構的具體組合中。
當考慮到下文本發明的詳細描述時，本發明將得到更好的理解并且除上文提出之外的目的將變得更明顯。此描述參照附圖，其中 圖1是組裝的多路旋流分離器的透視圖； 圖2A是多路旋流分離器的上部的分解透視圖； 圖2B是顯示設備的下部的分解透視圖； 圖3是顯示流體流徑的所發明的多路旋流分離器的橫剖透視圖。 附圖標記 100所發明的多路旋流沉淀過濾器(總體) 110沉淀杯 120沉淀杯的底部 130流體入口 A 中心軸
5
140流體入口管的螺紋陽端150流體源管160鎖環170沉淀杯排放管180沉淀杯排放管的螺紋陽端190排放出口管200鎖環210放空閥220粒床230顆粒床中的孔240支座250凸緣260旋流外殼270陽螺紋280平臺290沉淀孔300流體導管310平臺的下側320平臺的頂側330密封環340凸緣350環形凹槽3600型環密封件365鎖環370旋流筒380旋流器390旋流筒入口管400旋流筒入口管的擴口上端410渦流開口420渦流通道430渦流口4400型環密封件450環形凹槽460凸緣470o型環■環形凹槽490環形凹槽5000型環密封件510擴散(歧管)板
明書
4/7頁
6
520渦流(擴散)管530通孔540擴散板上方的空間550中心孔560分流圓錐570外(凸緣)部580環形凹槽590o型環600圭610蓋頸部620頸部的螺紋陽端630流體出口管640鎖環650凸緣660螺栓
具體實施例方式
參照圖1到圖3，其中在各個視圖中，相同的附圖標記指示相同的部件，其中示出了此處總體命名為100的一種新的和改進型的多路旋流分離器或沉淀過濾器。這些視圖共同顯示所發明的設備包括下沉淀杯110，該下沉淀杯110具有半球形底部或貯槽120，以及流體入口 130，該流體入口 130優選為軸向布置在通過底部的中心軸A上的管。該流體入口包括螺紋陽端140，該螺紋陽端140通過流體源管150經由鎖環160連接到加壓流體源，該鎖環160具有與該流體入口管的陽端互補的陰螺紋。 沉淀杯排放管170從沉淀杯的底部徑向延伸，該沉淀杯排放管170具有螺紋陽端180，用于經由鎖環200連接到排放出口管190。該排放出口管優選包括用于沉淀杯的選擇性排放的放空閥210。 大體平面和環形的顆粒床220放置在沉淀杯的底部并包括多個孔230，所述孔230允許最細微的沉淀物沉淀到沉淀杯的底部中，同時限制較大顆粒物質的通過。該顆粒床通過一個或多個布置在顆粒床下側的支座240穩定。
沉淀杯的上緣包括向外延伸的凸緣或邊緣250。 所發明的設備中的第二主要元件是柱形旋流外殼260，該旋流外殼260具有位于其外部下端上的陽螺紋270 ;具有多個沉淀孔290的底板或平臺280 ;從該平臺的下側310向下以及從該平臺的頂側320向上延伸的整體形成的流體導管300 ;與平臺的下側成整體并且尺寸設置為具有緊密裝配到沉淀杯的上部的內側上的外圓周直徑的密封環330 ;以及從旋流外殼260的上緣向外延伸的凸緣340。該密封環包括外部環形凹槽350，0型環密封件360布置在該外部環形凹槽350中。 沉淀杯和旋流外殼通過將密封環330插入沉淀杯的上部而相連，從而平臺的下側310的最外部安置在沉淀杯的凸緣或邊緣250上。然后將螺紋鎖環365擰到旋流外殼的暴露陽螺紋上。當此完成時，流體導管300與流體入口 130形成流體連通，并與該流體入口
7130形成緊密的密封接合。 該多路旋流分離器接下來包括旋流筒或容器370，該旋流筒是一個復雜的元件，包 括多個豎直布置的倒置圓錐形旋流器380，該旋流器380具有開口的上端和下端，所述下端 具有較小的開口 。旋流筒的中心部包括旋流筒入口管390，在組裝的設備中，該旋流筒入口 管390與流體導管300軸向對齊。旋流筒入口管390包括擴口式的上端400，該上端400促 使水在壓力和高速下移動到多個渦流開口 410并通過渦流通道420，所述渦流通道420延伸 到與倒置圓錐形旋流器380的開口上端處于流體連通的圓形渦流口 430。 0型環440布置 在流體導管的上端中的環形凹槽450中，以實現與旋流筒入口管的密封。
旋流筒的上緣包括向外延伸的凸緣460，該凸緣460安置在旋流外殼260的凸緣 340上，并且通過布置在凸緣340的上表面中的環形凹槽480中的0型環470形成密封。旋 流筒的凸緣460還包括環形凹槽490， 0型環密封件500放在該環形凹槽490中。
本發明的沉淀過濾器和多路旋流分離器接下來包括大體平面的擴散板或歧管板 510，該擴散板510具有多個從其下側向下延伸的擴散管(渦流管)520，每個管插入圓錐形 旋流器的上部中，擴散管具有比旋流器的開口上端的上直徑更小的外徑。穿過擴散板的通 孔530使擴散管和旋流器與擴散板上方的空間540處于流體連通。擴散板中的中心孔550 容納分流圓錐560，該分流圓錐560將流體向上引導流過該分流圓錐并使流體遠離所述擴 散板。當擴散板放在旋流筒上時，它在旋流筒上形成頂板并與旋流筒結構協作來限制通過 旋流筒的流體流徑，從而形成歧管。由此產生的結構限定了從筒流體入口通過旋流筒到許 多渦流開口 410、渦流通道420和渦流口 430再到旋流器380的有效流徑，在系統操作期間， 在所述旋流器380處發生沉淀分離。 擴散板的外(凸緣)部570具有與旋流外殼凸緣340和旋流筒凸緣460基本相同 的圓周，從而在組裝時，它安置在旋流筒凸緣的頂上。它也包括用于0型環密封件590的環 形凹槽580。 接下來，具有軸向布置的頸部610的圓頂形蓋600布置在該擴散板的頂上，該頸部 610延伸到螺紋陽端620，該螺紋陽端620適于通過鎖環640附接到流體出口管630。如同 布置在蓋之下的元件一樣，蓋包括尺寸與下凸緣部基本相同的凸緣部或圓環650。因此，如 通過參照附圖將立即理解的，多路旋流外殼、旋流筒、擴散板510和蓋600以本領域中公知 的方式通過穿過元件的凸緣部的每一個中的對準孔的螺栓660彼此固定。另外，圓頂形蓋 600形成開口空間540，流體在離開旋流筒中的旋流器之后以及在通過流體出口 630離開過 濾器之前流過該開口空間540。 現在參照圖3，箭頭顯示了流體進入、通過和離開本發明的多路旋流分離器的流 徑。流體通過流體入口管130從諸如泵的加壓源引入。水繼續向上通過流體導管300，然后 進入并通過旋流筒入口管400。當它到達旋流筒入口管的擴口上部時，流體向外流動，流體 在此處通過與旋流筒370的結構元件的接合而進一步分流，這產生了限制流徑，使流體傳 送通過渦流入口 410、渦流通道420和渦流口 430，然后流體在該渦流口 430處被引入旋流 器380的開口上端的側部中并環繞部分延伸到旋流器中的渦流管520。利用此流徑，流體在 恒定的壓力和持續的流動下在旋流器中誘發渦流。該渦流通過離心力使沉重的沉淀顆粒向 外旋轉，然后所述沉淀顆粒在重力的影響下向下落到旋流器的底部并通過旋流器中的底部 開口。旋流器中的可用出口之間在尺寸上的差別產生從頂部到底部的壓力差，而與沉重的顆粒相比，流體繼續向上通過擴散板孔530并最終離開流體出口 630。沉淀物繼續在此處下 落并最終在沉淀杯的底部處聚集在貯槽中。 本發明減小了反洗，延長了過濾器筒的壽命，消除了對清洗或替換過濾介質的需
求，并且清洗非常簡單。因為沒有發生故障或磨損的移動部件或者要清洗或替換的過濾介
質，所以本發明需要很少或不需要維護。沉淀物的累積能通過透明的沉淀物貯槽進行可視
監控。僅通過打開放空閥就可將沉淀物排出。僅排出少量的水來清洗沉淀物的過濾器。因
而，該多路旋流分離器完美地適于進行預過濾以延長現有過濾器的過濾周期。在試驗中，表
明該多路旋流分離器將從通常的住宅泳池中過濾掉引入沉淀物的大約75%。 最重要地，所發明的設備提供了一種用于快速的部件替換和維護的方式，特別是
對于旋流筒或容器370，系統中的信號元件。這通過斷開流體出口然后拆下以疊層構造固定
過濾器元件的螺栓650來實現。旋流筒能簡單地從旋流外殼260中提出并利用新的旋流容
器進行替換，同時能對取出的筒進行清洗、修理或直接丟棄。 然而，在其最基本的方面中，所發明的多路旋流沉淀過濾器包括用于收集沉淀物 的沉淀杯；布置在該沉淀杯上方并密封地連接到該沉淀杯的旋流外殼；布置在該旋流外殼 中的可拆卸旋流筒，該旋流筒包括多個圓錐形的旋流器，每個旋流器在下端處具有小開口 ， 而在上端處具有較大開口 ，并且該旋流筒進一步包括多個通過旋流筒到旋流器的流體流 徑。與旋流外殼處于流體連通的流體入口將壓力下的流體引入旋流外殼中，用于通過旋流 筒中的流徑并到達旋流器。最后，與旋流外殼處于流體連通的流體出口允許過濾流體從旋 流筒中排出，而移除的沉淀物向下落入沉淀杯中。 前述公開內容足以使相關領域中的技術人員能在無過多試驗的情況下實施本發
明。該公開進一步提供了目前由發明人所設想的實施本發明的最佳方式。 盡管詳細顯示和公開的該特定流體過濾設備完全能夠實現此處所述的目的并提
供此處所述的優點，但是要理解的是本發明的目前的優選實施例僅僅是示例性的并且除了
如所附權利要求中所限定的之外，無意對此處顯示的構造或設計的細節進行限制。將認識
的是例如流體入口路徑不需恰好源于沉淀杯之下。實際上，可采用任意數量的流體入口路
徑，只要以確保通過筒向多個旋流器中分配的方式將流體輸送到旋流外殼和旋流筒中即
可。因而，流體入口管能布置為通過沉淀杯的側部乃至通過旋流外殼的側部，盡管該后一種
路徑將稍稍有損于旋流筒的對稱性。 此外，將認識的是可采用可替代的附接方法來以所述和所示的疊層構造固定結構元 件。例如，可采用附加的螺紋鎖環，而不是使用多個穿過相似尺寸的凸緣的螺栓。盡管這在適合 用于泳池過濾的小過濾器中將不是最佳的結構配置，但是較大的過濾器可有利地采用此方法。
因此，本發明的正確范圍應僅通過所附權利要求的最廣泛解釋來確定，以便包含 所有這些修改以及所有與圖中所示和說明書中所述等同的關系。
權利要求
一種多路旋流沉淀過濾器，包括沉淀杯，所述沉淀杯用于收集沉淀物；旋流外殼，所述旋流外殼布置在所述沉淀杯上方，且以密封方式連接到所述沉淀杯；旋流筒，所述旋流筒布置在所述旋流外殼中，所述旋流筒包括多個圓錐形的旋流器，每個旋流器在下端具有小開口，而在上端具有較大開口，并且所述旋流筒進一步包括通過所述旋流筒到達所述多個旋流器的多個流體流徑；流體入口，所述流體入口與所述旋流外殼流體連通，用于將流體引入所述旋流外殼并穿過所述旋流筒；流體出口，所述流體出口與所述旋流外殼流體連通，用于將流體從所述旋流筒排出。
2. 根據權利要求1所述的設備，其中，所述沉淀杯包括貯槽，該貯槽用于收集從穿過所 述設備的流體中分離的沉淀物。
3. 根據權利要求1所述的設備，其中，所述沉淀杯包括底部，并且所述流體入口是布置 為穿過所述沉淀杯的所述底部的管，并且所述流體入口連接到處于壓力下的流體源。
4. 根據權利要求1所述的設備，進一步包括沉淀杯排放管，所述沉淀杯排放管具有閥， 用于所述沉淀杯的選擇性排放。
5. 根據權利要求1所述的設備，進一步包括與所述流體入口流體連通的流體導管，其 中，所述旋流筒包括多個豎直布置的倒置圓錐形旋流器、具有與所述流體導管軸向對齊的 旋流筒入口管的中心部，其中，所述旋流筒中的所述多個流體流徑中的每一個所述流體流 徑包括渦流開口 、渦流通道和渦流口 ，每個所述渦流開口 、渦流通道和渦流口與所述多個旋 流器中的一個的開口上端流體連通。
6. 根據權利要求1所述的設備，進一步包括擴散板，所述擴散板以密封方式連接到所 述旋流筒和所述旋流外殼，并且所述擴散板具有多個擴散管，每一個所述擴散管向下延伸 到所述多個旋流器中的一個所述旋流器的上開口部中。
7. 根據權利要求6所述的設備，其中，所述擴散管的外徑小于所述旋流器的上直徑。
8. 根據權利要求7所述的設備，其中，每一個所述擴散管包括通孔，所述通孔穿過所述 擴散板并使所述旋流器與所述擴散板上方的空間形成流體連通。
9. 根據權利要求8所述的設備，其中，在運行中，流體通過所述流體入口管從加壓源引 入，連續進入所述旋流筒，通過所述渦流入口 、所述渦流通道和所述渦流口 ，并環繞所述渦 流管而進入所述旋流器的所述開口上端的側部，由此處于恒定壓力和持續流動下的流體在 所述旋流器中誘發渦流，通過離心力使重的沉淀顆粒向外旋轉，然后所述沉淀顆粒下落并 從所述旋流器的所述開口底部落下而進入所述沉淀杯中，由此過濾后的水然后向上穿過所 述渦流管和所述擴散板到達并穿過所述流體出口 。
10. 根據權利要求8所述的設備，其中，所述擴散板基本為圓形并且是平坦的，所述擴 散板進一步包括分流圓錐，所述分流圓錐布置在所述擴散板的中心，從而將流體向上引導 流過該分流圓錐并使流體遠離所述擴散板。
11. 根據權利要求6所述的設備，進一步包括蓋，所述蓋以密封方式連接到所述擴散 板，并在所述蓋與所述擴散板之間形成空間。
12. 根據權利要求11所述的設備，其中，所述流體出口與所述蓋和所述擴散板之間的 所述空間流體連通。
全文摘要
一種多路旋流沉淀過濾器，具有沉淀杯，其具有半球形底部和貯槽，用于收集沉淀物；柱形旋流外殼，其布置在該沉淀杯上方并密封地連接到該沉淀杯；可拆卸和替換的旋流筒，其插入該旋流外殼中；擴散板，其密封地連接到旋流筒和旋流外殼；流體入口，用于將流體引入旋流外殼中；以及流體出口，用于將流體從旋流外殼中排出。插入旋流外殼中的旋流筒包括多個豎直布置的倒置圓錐形旋流器，每個旋流器在下端處具有小開口而在上端處具有較大開口。該筒具有多個流體流徑，所述流體流徑將流體引向在移動流體中誘發渦旋的旋流器。當在每個旋流器中將沉淀物從流體中除去時，沉淀物被分離出來并向下傳送到沉淀杯貯槽中，而流體被向上引導并離開流體出口。
文檔編號B04C5/24GK101707916SQ200880021133
公開日2010年5月12日 申請日期2008年6月20日 優先權日2007年6月20日
發明者普拉迪普·庫馬爾·坦登 申請人:運水高有限公司