專利名稱:從流動液體中分離和過濾顆粒以及生物體的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及從低壓的大量流動液體中分離和過濾顆粒以及生物體的設(shè)備和方法,其中具有自動回沖自清潔系統(tǒng),具有水的紫外線處理以及在船舶的壓艙水處理系統(tǒng)中使用該裝置。
本發(fā)明涉及從低壓的大量流動液體中分離和過濾顆粒和微生物體的單元,其中具有自動回沖自清潔系統(tǒng),用于船舶的壓艙水處理系統(tǒng)中。
背景技術(shù):
通常,使用分離器去除液體中不同大小和比重的懸浮固體顆粒。其實現(xiàn)是通過液體沿切向進入,建立圓形流動生成旋流,接著進入分離室,比液體重的顆粒受到離心力作用運動到分離室的周邊。泥漿在下室中收集,并通過泥漿排出管流出。沒有顆粒的液體從分離器的中心流出,并從單元的底部或頂部排出。簡單的控制調(diào)節(jié)清潔液體與泥漿之間的流動平衡,并維持提出泥漿所需的系統(tǒng)壓力。
使用過濾器也達到相同的目的,但引起大的壓力損失,從而在低壓的大量流動液體中使用過濾器裝置是困難的。這種情況對于在空間和重量限制嚴格的船舶上安裝時特別突出。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種從低壓的大量流動液體中分離和過濾顆粒以及微生物體的裝置,從而減小裝置的尺寸和重量,并且簡化船舶上處理壓艙水面臨的操作問題。
常規(guī)的過濾器需要大的空間才能處理所需的流量需求,另外,由于過多的回沖循環(huán)使所需的壓艙時間延長。水力旋流器不維護也能很好運行,并且能將某個尺寸和比重以下的顆粒很好地去除,但不能去除生物體,因為生物體的比重接近于水。
本發(fā)明在一臺裝置中同時提供使用水力旋流器的方便性和過濾器的高效性。
為了達到這一目的,本發(fā)明提供一種裝置,用于從低壓的大量液體流動中分離和過濾顆粒以及生物體,其中具有自動回沖自清潔系統(tǒng),所述裝置包括圓錐形或圓柱形入口室,所述入口室具有縱向通過室的中心的上入口/出口管;分離和過濾室,所述分離和過濾室具有連接到所述上回沖入口管的縱向過濾元件;排出室,所述排出室具有連接到位于中心的所述過濾元件的縱向下出口管,縱向下出口管通過流量限制器與分離和過濾室分開;切向液體入口,所述切向液體入口通向所述入口室,形成圓形流動,逐漸向下朝所述分離和過濾室增大,其中液體繞過濾元件旋轉(zhuǎn),朝周邊分離出較大的顆粒,并當顆粒以及生物體跟隨主流動朝單元底部的主出口管運動時,過濾出較小的顆粒以及生物體;以及裝在主出口管上的反壓閥,所述反壓閥保證足夠的反壓,以從泥漿室排出泥漿。
在優(yōu)選的實施例中,該設(shè)備和方法包括UV室,用于對處理過的液體進行處理,以便滅活水生公害物種,包括細菌、微生物體和致病菌。
回沖循環(huán)是通過主入口與出口之間的壓差啟動。當穿過過濾器/分離器室的壓差達到預(yù)定值(通常30mbar)時,啟動回沖,并由可編程邏輯計算機(PLC)控制。
本發(fā)明的過濾/分離裝置特別適于船上的壓艙水系統(tǒng)去除顆粒以及生物體,從而減小壓艙箱中的沉降負載并防止水生公害物種的擴散。船使用大流量低壓泵,泵室通常在海平面以下,在泥漿排出系統(tǒng)中形成反壓。
參考附圖,從下面優(yōu)選實施例的描述中,本發(fā)明的其它優(yōu)點和優(yōu)選特征將變得清楚,這里給出的優(yōu)選實施例不是限制性的例子。
這里選擇了本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述,以便使本發(fā)明所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員能容易地理解如何實施本發(fā)明,并且本發(fā)明的優(yōu)選實施例圖示在附圖中。在附圖中圖1A是根據(jù)本發(fā)明的過濾器/分離器裝置的示意性縱剖視圖;圖1B包括楔形絲網(wǎng)過濾器表面的透視圖和剖視圖,其中楔形絲網(wǎng)過濾器用于從大量的低壓液體流中過濾較大的顆粒;
圖1C是過濾器元件的結(jié)構(gòu)的部分透視圖;圖1D是具有圓柱室的改進入口室的示意圖;圖2A是過濾器/分離器裝置的示意圖,其中使用主液體進行回沖,并且包括UV室,用于滅活處理的液體中的水生公害物種;圖2B是過濾器/分離器裝置的示意圖,其中使用清潔的加壓液體進行回沖、并且使用壓縮空氣進行空氣洗滌;圖2C是聯(lián)合使用圖2A和2B中的工作組件的示意圖;圖2D是過濾器/分離器裝置的示意圖,其中使用裝置的上管作為出口管,下管作為回沖管。
具體實施例方式
參看附圖的圖1A,液體分離器和過濾器裝置1的主要組件是入口室3、分離和過濾室4、泥漿室5以及縱向布置的上出口管19、圓柱過濾元件11和下出口管10。
圖1A表示過濾器和分離器裝置1,其中大量低壓液體的入口2沿切向裝在圓形入口室3上,入口室3連接到分離和過濾室4。入口室的設(shè)計滿足盡可能最小的流體流動阻力,并引導抽送的液體13繞縱向上出口管19形成螺旋圓形運動,其中上出口管19經(jīng)過入口室3的中心。液體13形成圓形旋轉(zhuǎn)流,流入和流出分離和過濾室4,而不形成常規(guī)水力旋流器中的旋流。液體13在入口室3中加速(可以是圖1A中的圓錐形或圖1D中的平行(圓柱)形),并且增大作用在流動流體和所含顆粒上的離心力。比重高于流體的顆粒沉到圓錐壁3a上,并向下流到分離和過濾室4的入口。這些顆粒順著內(nèi)壁向下,經(jīng)過開口18到達泥漿室5。同時,較小較輕的顆粒跟著液體沿圓柱過濾元件11的外表面運動,圓柱過濾元件11縱向通過分離和過濾室4的中心。
過濾器/分離器單元1同時具有上出口19和下出口10,使安裝可以實施,并且為管道布置和安裝工作提供較大的靈活性。當使用其中一個出口時,另一個可以根據(jù)需要用于回沖。對比圖2A和2D。兩個出口管19,10都裝有可以手動或自動打開或關(guān)閉的隔離閥20,21。兩個出口上裝有控制閥,可以控制和保持單元內(nèi)的壓力,確保從泥漿室5的自動和連續(xù)流動。室內(nèi)的壓力必須高于排出的反壓。
分離和過濾室以及泥漿室5是由一根兩端有法蘭的管形成的,并具有流量限制器6,流量限制器是向下朝向泥漿室5的圓錐形,用于減小紊流和回流。分離室4的長度取決于效率和流動容量。增大長度將增加液體停留在室內(nèi)的時間,使較小的顆粒有足夠時間在離心力作用下到達分離室的周邊。
泥漿室5通過流量限制器6與管壁之間的開口18接收泥漿狀的液體。當?shù)竭_泥漿室5時,流動形態(tài)減少。泥漿通過泥漿閥9排出。泥漿閥9調(diào)節(jié)流量,內(nèi)壓根據(jù)排放的泥漿量調(diào)節(jié)為主流13的3-10%。
出口管10連接到末端法蘭8。出口管22的內(nèi)部具有用于過濾元件11的連接。
出口管19,10上的控制閥20,21維持分離室4內(nèi)的恒定壓力,并維持泥漿室5內(nèi)的足夠內(nèi)部壓力,保持通過泥漿閥9的穩(wěn)定流量。
圖1B和圖1C表示過濾元件11的放大部分,它是由連接在內(nèi)支架16上的楔形絲的環(huán)制成的,內(nèi)支架16沿過濾元件11的軸向延伸,其中楔形絲之間的開口按照如下規(guī)格確定。如圖1B所示,較大顆粒被阻擋,較小顆粒通過楔形絲落下。楔形絲網(wǎng)的過濾能力是長度和直徑確定。過濾元件圍繞內(nèi)支架16形成以獲得機械強度,并使外部的過濾表面光滑。楔形絲17之間的開口是V形的,并且可以在10到500微米之間。比開口17大的顆粒將沿過濾器的表面11a向下朝流量限制器6滑動,而比開口小的顆粒將穿過過濾器。因為楔形絲是V形的,各個開口17向內(nèi)朝過濾元件的中心擴大,避免顆粒陷在楔形絲之間的縫隙中。過濾元件11的末端可以通過不同固定裝置裝配到過濾器分離器單元出口管10,19上。
在正常工作時(圖2A),液體從泵32通過第一控制閥22流到過濾器分離器,第一控制閥22控制液體流入單元中,它在正常工作期間是打開的。第二控制閥23控制回沖液體,在正常工作期間是關(guān)閉的。第三控制閥24控制處理(清潔)液體的流出,也是一個反壓閥,它在正常工作期間部分地關(guān)閉,以形成泥漿流動所需的反壓??刂崎y25調(diào)節(jié)泥漿的排放。穿過過濾器/分離器單元在P1和P2之間連接的壓差變送器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC,當達到設(shè)定的壓差極限30mbar時,開始回沖。流量計26和第二流量計27測量主流入管線和泥漿管線的流量。這兩個流量傳送到PLC,PLC將信號轉(zhuǎn)換成主流量的百分數(shù),并用于調(diào)節(jié)控制閥25。當預(yù)定值(3-10%)被編程在PLC中時,在泥漿管線中保持設(shè)定值的流量。
為了回沖和清除過濾網(wǎng),控制閥22,24在回沖期間是關(guān)閉的。第二控制閥23打開,向單元的中心輸送未處理的液體,將顆粒朝排出室沖出過濾網(wǎng)。回沖循環(huán)設(shè)定為預(yù)定時間限制,當達到限制時,系統(tǒng)恢復到正常工作。
所有閥都是自動的,并由PLC操縱。
本發(fā)明的一個修改的實例示于圖2B。在此修改的實施例的正常工作時,液體從泵32流到過濾器分離器,控制液體流入到單元中的第一控制閥22在正常工作期間是打開的??刂苹貨_液體29和壓縮空氣31的第五和第六控制閥28,30在正常工作期間是關(guān)閉的??刂铺幚?清潔)液體流出的第三控制閥24也是反壓閥,它在正常工作期間部分地關(guān)閉,形成泥漿流動所需的反壓??刂崎y25調(diào)節(jié)泥漿的排放。穿過過濾器/分離器單元在P1和P2之間連接的壓差變送器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC,當達到預(yù)定值(30mbar)時,開始回沖。
為了交替回沖,第一和第三控制閥22,24在回流期間關(guān)閉。控制加壓的回沖液體罐29的第五控制閥28打開,清潔液體流過單元的中心,將顆粒朝排出室沖出過濾網(wǎng)。控制加壓的空氣罐31的第六控制閥30在回沖循環(huán)的末期打開,以便空氣洗滌過濾元件11。回沖循環(huán)設(shè)定為預(yù)定的時間限制,當達到限制時,系統(tǒng)恢復到正常工作。
所有閥都是自動的,并由PLC操縱。
如圖2C所示,系統(tǒng)可以設(shè)計成包括上述的圖2A和2B的實施例。如果原水足夠清潔,則可以使用原水進行回沖。另外,可以使用清潔水。
本發(fā)明的過濾器分離器可以安裝在從垂直位置到水平位置的每個角度,但是推薦朝向排放的角度最小為10度。在水平位置和達到20度的位置時,需要泥漿排放連續(xù)流出。從20度位置到垂直位置,根據(jù)需要,泥漿排放可以是空的。
過濾器分離器的水力旋流器部分可以用適于應(yīng)用的任何材料制成。標準的材料是涂有環(huán)氧樹脂的碳鋼、不銹鋼、銅鎳、GRE(玻璃增強的環(huán)氧樹脂)和GRP(玻璃纖維增強的聚酯)。推薦玻璃纖維增強的聚丙烯應(yīng)用于海水。這種材料強度高、重量輕、并能容易地成形為所需的設(shè)計。對于將較大的流動系統(tǒng)安裝到船舶上,水力旋流器可以制成幾個部分,以便容易到達安裝區(qū)域。其它相關(guān)的材料是不銹鋼或鈦。
開發(fā)過濾器分離器以與低壓泵一起工作,并且根據(jù)過濾速率,用于達到1000m3/h的高流量。過濾器分離器裝有反壓閥,當安裝在海平面以下時,使其保持泥漿排出。通過安裝在出口管線上的控制閥,形成穩(wěn)定的壓差,確保從排出室的穩(wěn)定流量。沒有其它的分離器具有裝在排放上的這種閥,并對壓力損失有較高要求。
在壓艙水系統(tǒng)中使用具有UV的過濾器分離器表示在圖2A。過濾器分離器將顆粒以及生物體去除到特定微米尺寸,并且UV殺死或滅活壓艙水中的生物體、細菌和致病菌。每個微生物體必須吸收將被消滅的特定UV劑量。UV穿過細菌壁,并由DNA吸收,由此破壞其生命并防止繁殖。微殺死UV設(shè)計為有效地滅活具有低壓降的生物體,滿足壓艙系統(tǒng)和泵的需求。UV光,當用于波長范圍為215-315nm(納米)時,UV-C頻譜引起細菌和微生物體中DNA的不可挽回的損壞。對于損壞DNA的最有利的和高效的波長是253.7nm。
根據(jù)本發(fā)明的過程,壓艙水被壓艙泵抽到過濾器分離器,較大的顆粒以及生物體被去除,并且排出到船外,壓艙水開始。處理的壓艙水流入UV系統(tǒng),當DNA破壞時,生物體、細菌等被殺死或滅活。壓艙水從UV系統(tǒng)分布到船上的不同壓艙箱。
當壓艙水排入接收口時,水再次抽送通過DV系統(tǒng),但繞過過濾器分離器,避免泥漿的處理問題。
可以對根據(jù)本發(fā)明原理實施的設(shè)備結(jié)構(gòu)進行不同改變。上述的實施例是用于解釋,而不是限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種從液體中去除顆粒以及生物體的過濾器分離器設(shè)備,所述過濾器分離器設(shè)備包括入口室、分離和過濾室以及具有泥漿出口的排出室,這些室連接并一起形成一個液體流動通道;在分離和過濾室內(nèi)的絲網(wǎng)過濾器、和形成設(shè)備出口的至少一個管道,用于使液體流過絲網(wǎng)過濾器;入口室具有切向安裝的入口管,以形成流入液體的螺旋圓形運動,隨著液體沿所述室流入分離和過濾室,液體在所述螺旋運動中加速,而不形成渦流;由此將顆粒以及生物體在過濾和分離室中從液體中去除,凈化掉顆粒以及生物體的液體從出口管排出,未過濾的液體和泥漿通過泥漿出口從所述設(shè)備中去除。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其特征在于,還包括紫外線燈,用于滅活從出口管排出的凈化液體中的任何生物體、細菌和致病菌。
3.一種從液體中去除顆粒以及生物體的過濾器分離器設(shè)備,包括圓錐形入口室、分離和過濾室以及具有泥漿出口的排出室,這些室沿一公共軸線連接并一起形成一個液體流動通道;沿所述軸線與位于圓錐形入口室內(nèi)的上出口對齊的入口回沖管、絲網(wǎng)過濾器、和下出口管,絲網(wǎng)過濾器位于分離和過濾室內(nèi),下出口管位于排出室內(nèi);圓錐形入口室具有切向安裝的入口管,以形成流入液體的螺旋圓形運動,隨著液體沿所述圓錐形室流入并通過分離和過濾室,液體在所述螺旋運動中加速,而不形成渦流;由此比重大于液體比重的顆粒以及生物體由液體攜帶通過分離和過濾室進入排出室到達泥漿出口,而比重接近液體比重的顆粒以及生物體通過過濾絲網(wǎng)時從液體中過濾掉,從而根據(jù)安裝構(gòu)思使凈化掉顆粒以及生物體的液體從上和下出口管中的一個排出。
4.如權(quán)利要求3所述的過濾器和分離器設(shè)備,其特征在于,上和下出口管都裝有出口控制閥,用于控制液體從設(shè)備的流出;提供液體的回沖以清洗過濾絲網(wǎng);以及保持泥漿出口處的排出壓頭。
5.如權(quán)利要求3所述的過濾器和分離器設(shè)備,其特征在于,在過濾和分離室與排出室之間設(shè)置流量限制器,以減小液體的紊流和回流。
6.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備,其特征在于,還包括紫外線燈,用于滅活從出口管排出的凈化液體中的任何生物體、細菌和致病菌。
7.一種從液體中去除顆粒以及生物體的過濾器分離器系統(tǒng),包括泵和通常打開的第一控制閥,所述第一控制閥控制流體向系統(tǒng)的流入;入口室、分離和過濾室以及具有泥漿出口的排出室,這些室連接并一起形成一個液體流動通道;位于分離和過濾室內(nèi)的絲網(wǎng)過濾器、以及第一和第二管,所述第一和第二管形成系統(tǒng)的出口,使液體流過絲網(wǎng)過濾器;入口室具有切向安裝的入口管,以形成流入液體的螺旋圓形運動,隨著液體沿所述室流入分離和過濾室,液體在所述螺旋運動中加速,而不形成渦流;通常關(guān)閉的第二控制閥,當打開時,使流入的流體通過所述出口管中的一個,以便回沖絲網(wǎng)過濾器;在所述出口管的另一個上的第三控制閥,用于維持系統(tǒng)上的反壓;調(diào)節(jié)泥漿排放的第四控制閥;由此將顆粒以及生物體在過濾和分離室中從液體中去除,凈化掉顆粒以及生物體的液體從出口管排出,未過濾的液體和泥漿通過泥漿出口從所述設(shè)備中去除。
8.如權(quán)利要求7所述的過濾器和分離器系統(tǒng),其特征在于,還包括位于泵出口的第一流量計和位于泥漿出口的第二流量計,用于調(diào)節(jié)通過系統(tǒng)的流量。
9.一種從液體中去除顆粒以及生物體的過濾器分離器系統(tǒng),包括泵和通常打開的入口控制閥,所述入口控制閥控制流體向系統(tǒng)的流入;入口室、分離和過濾室以及具有泥漿出口的排出室,這些室連接并一起形成一個液體流動通道;位于分離和過濾室內(nèi)的絲網(wǎng)過濾器、以及第一和第二管,所述第一和第二管形成系統(tǒng)的出口,使液體流過絲網(wǎng)過濾器;入口室具有切向安裝的入口管,以形成流入液體的螺旋圓形運動,隨著液體沿所述室流入分離和過濾室,液體在所述螺旋運動中加速,而不形成渦流;連接到所述入口回沖管之一的蓄水箱和控制閥,用于水回沖過濾器分離器;連接到所述出口管之一的儲氣罐和控制閥,用于空氣洗滌過濾器分離器;在出口管上的反壓控制閥,用于維持系統(tǒng)上的反壓;用于調(diào)節(jié)泥漿排放的泥漿控制閥;由此將顆粒以及生物體在過濾和分離室中從液體中去除,凈化掉顆粒以及生物體的液體從出口管排出,未過濾的液體和泥漿通過泥漿出口從所述設(shè)備中去除。
10.如權(quán)利要求9所述的過濾器和分離器系統(tǒng),其特征在于,還包括位于泵出口的第一流量計和位于泥漿出口的第二流量計,用于監(jiān)視和調(diào)節(jié)通過系統(tǒng)的流量。
11.一種從液體中去除顆粒以及生物體的過濾器分離器系統(tǒng),包括泵和通常打開的入口控制閥,所述入口控制閥控制流體向系統(tǒng)的流入;入口室、分離和過濾室以及具有泥漿出口的排出室,這些室連接并一起形成一個液體流動通道;位于分離和過濾室內(nèi)的絲網(wǎng)過濾器、以及第一和第二管,所述第一和第二管形成系統(tǒng)的入口和出口,使液體流過絲網(wǎng)過濾器;入口室具有切向安裝的入口管,以形成流入液體的螺旋圓形運動,隨著液體沿所述室流入分離和過濾室,液體在所述螺旋運動中加速,而不形成渦流;通常關(guān)閉的入口控制閥,當打開時,使流入的流體通過所述出口管中的一個,以便回沖絲網(wǎng)過濾器;連接到所述入口回沖管之一的蓄水箱和控制閥,用于水回沖過濾器分離器;連接到所述出口管之一的儲氣罐和控制閥,用于空氣洗滌過濾器分離器;在所述出口管中的另一個上的反壓控制閥,用于維持系統(tǒng)上的反壓;用于調(diào)節(jié)泥漿排放的泥漿控制閥;由此將顆粒以及生物體在過濾和分離室中從液體中去除,凈化掉顆粒以及生物體的液體從出口管排出,未過濾的液體和泥漿通過泥漿出口從所述設(shè)備中去除。
12.如權(quán)利要求11所述的過濾器和分離器系統(tǒng),其特征在于,還包括位于泵出口的第一流量計和位于泥漿出口的第二流量計,用于監(jiān)視和調(diào)節(jié)通過系統(tǒng)的流量。
13.一種從液體中去除顆粒以及生物體的方法,包括如下步驟建立低壓的液體流;將液體流引導成螺旋圓形運動,而不形成渦流;將螺旋圓形運動的液體加速,以分離比重大于液體比重的顆粒以及生物體;使液體流經(jīng)過過濾器,過濾出比重接近液體比重的顆粒以及生物體;將分離和過濾的顆粒以及生物體與一部分液體作為泥漿排出;以及排出不含分離和過濾的顆粒以及生物體的其余液體。
14.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,包括清洗過濾器的步驟。
15.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,包括通過液體回沖清洗過濾器的步驟。
16.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,包括通過空氣回沖清洗過濾器的步驟。
17.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,包括維持流體流上的反壓的步驟。
18.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,包括如下步驟計量建立的液體流;計量泥漿的排放;以及使用計量值的比控制液體流的量。
19.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,包括使排出的液體經(jīng)受紫外線燈的作用,以滅活液體中的任何生物體、細菌和致病菌。
20.一種從液體中去除顆粒以及生物體的方法,包括如下步驟建立低壓的液體流入流;將液體流引導成螺旋圓形運動,而不形成渦流;將螺旋圓形運動的液體加速,以分離比重大于液體比重的顆粒以及生物體;使液體流經(jīng)過過濾器,過濾出比重接近液體比重的顆粒以及生物體;將具有分離和過濾的顆粒以及生物體與一部分液體的泥漿收集在一個室中;調(diào)節(jié)泥漿室的內(nèi)部壓力,使泥漿流量達到主流量的10%;排出不含分離和過濾的顆粒以及生物體的其余液體;以及使排出的液體經(jīng)受波長為215-315nm的紫外線燈作用,以滅活流體中的任何生物體、細菌和致病菌。
全文摘要
一種從低壓大流量流動的液體中分離和過濾顆粒以及生物體的裝置(1)。裝置(1)包括圓錐形或圓柱形入口室(3),使液體沿切向流入,形成圓形流動,而不形成渦流,液體在分離和過濾室(14)中加速,液體在室(14)中繞室(14)中心縱向布置的過濾元件(11)旋轉(zhuǎn),離心力將較大和較重的顆粒朝分離和過濾室(14)的周邊分離出來,當液體流過過濾元件壁進入過濾元件中心并從單元的一個縱向出口流出時,將比重接近液體比重的較小顆粒過濾出來。紫外線燈必然地殺死處理的壓艙水中含有的細菌、微生物體和致病菌,并可以作為該系統(tǒng)的一部分。
文檔編號B63J4/00GK1622919SQ02828497
公開日2005年6月1日 申請日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月9日
發(fā)明者比吉爾·尼爾森, 哈爾沃·尼爾森 申請人:比吉爾·尼爾森, 哈爾沃·尼爾森