技术领域

[01] 本申请涉及一种在离心场内应用较高的真空度 脱除液体中的溶解性气体 （包括水蒸 气） 的方法与装置， 本申请的技术特别适合于各种润滑油、 绝缘油、 液压油的真空脱气脱水 处理， 当然也可用于其他需要对液体进行真空脱气处 理的场合。

背景技术

[02] 通常对液体进行真空脱气的工艺为将液体引入 一个封闭的有一定真空度的真空罐内， 液体中的易挥发性气体 （包括水蒸气）挥发到真空罐内的空间， 用抽真空装置抽出气体以保 持真空罐内的真空度， 液体在重力作用下落到真空罐底部， 通常用泵排出真空罐。 为了提高 设备利用效率， 通常的真空处理系统是连续运行的， 即液体进入真空罐、 抽真空装置抽出气 体、 真空罐底部排液泵输送液体等关键过程都是连 续不断地进行的。

[03] 上述的真空处理工艺虽然得到广泛的应用，但 是也有明显的不足， 主要是真空罐体积 较大， 整个系统的设备较多， 不够经济。 当然， 已经有一些改进的工艺与设备出现。 例如实 用新型申请 "离心式真空除气器 （申请号 200620025731. 2 ) "和实用新型申请 "离心真空除 气器 （申请号 01232266. 0 )" 实用新型申请 "离心真空除气器 （申请号 89207335. 7 )"揭 示了采用真空处理钻井液中气体的离心式真空 除气器。 发明专利申请 "控制离心泵与真空泵 的组合的方法及一种气体分离离心泵 （申请号 96196074. 4 ) "揭示了另一种用于抽送纸浆的 离心泵， 在泵送的同时进行真空脱气处理， 类似的离心泵与真空泵的组合还有美国专利申 请 5151010, 5152663 , 5366347 , 5842833。 上述专利在应用过程中， 都用离心真空设备取代了 常规的真空罐和寘空罐底部排液泵， 有些还将真空泵集成在一起， 大大减小了处理系统的体 积。 但是上述的专利技术主要是针对含有微小气泡 的液体的脱气， 特点是液体中已经存在气 泡状的气体， 气体相对容易脱除， 工作真空度也较低。

[04] 真空脱气工艺广泛应用于润滑油、绝缘油、液 压油的真空脱气处理， 特别是用于脱除 其中的游离状态与溶解状态的气体（包括空气 与水份在内的挥发性物质）。真空脱气单元与 过 滤单元组合起来， 形成的油净化处理设备， 通常叫做真空滤油机。 真空脱气单元工作时， 真 空度越高， 脱水脱气越彻底。

[05] 根据真空罐内真空度与对应的真空环境下液体 的沸点的关系， 本文将真空状态分为

"较高真空"与 "较低真空"。 本文所述的较高真空， 是指在该真空度条件下进入真空室的液 体会产生较强烈的沸腾现象， 从而保证包括水蒸气在内的大量气体快速溢出 ， 以达到相对快 速、 彻底地脱气脱水的目的； 而本文中所述的较低真空， 则是指在该真空条件下进入真空室 的液体不会产生强烈的沸腾现象， 水蒸气等挥发性气体主要是通过增加真空罐内 液体的比表 面积， 主要通过液气表面的蒸发作用而脱除。

[06] 现有真空滤油机都采用真空罐进行脱气。现有 真空滤油机在实际运行吋， 较高真空工 作也带来一些负面的问题。

[07] 其一是， 在较高真空条件下， 气体变得非常稀薄， 体积很大， 油中气体较多时， 在真 空罐内会产生严重的泡沫问题。 泡沫多时， 大量泡沫状的油很容易从真空罐顶部的抽真空 管 进入真空泵中， 出现严重的跑油事故， 在某些场合会造成非常严重的后果。 虽然在真空罐内 安装泡沫探测传感器可以发现并避免跑油的问 题，但是泡沫探测传感器有时会产生错误信号 。

[08] 其二是， 较高真空条件下， 真空罐底部排油泵由于油液的静压头小、 油液泡沫化后体 积大而工作在十分不利的状态中， 噪音与振动大， 气蚀问题严重， 无法长期可靠地工作。

[09] 其三是， 在某些条件下， 真空滤油机较高真空运行时， 析出的气体中水蒸汽的百分含 量较多， 有些设备选用的真空泵不能抽除这么高浓度的 水蒸气。

[10] 为了避免上述问题，大多数真空滤油机在实际 工作时， 通常会通过手动调节阀门或自 动的气镇阀向真空系统释放一些空气， 适当地降低系统的真空度来维持设备的正常运 转。 但 这将显著降低真空罐内的真空度， 严重影响整个真空脱气系统的工作效率。

[11] 为了弥补较低真空条件下脱气脱水效率低的不 足，大多数真空滤油机设有大功率的加 热器， 通常把油加热到 50- 80°C， 以获得相对满意的脱气脱水效率。 然而， 大功率加热是以 浪费能源为代价的.， 显然与节能环保的观念相违背。

[12] 由于可能产生跑油等安全隐患， 目前国内的大多数真空滤油机在运行时需要有 人在现 场值守， 即操作员不能离开运行中的滤油机。

[13] 实用新型专利 "真空滤油机充气混合脱水装置"（CN200820100047. 5 ) 是在加热、 充 气技术的基础上的一种优化方案， 采用充气提高真空罐内液体的表面积从而提高 脱水效率， 是较好的现有技术的典型代表。

发明内容

[14] 为此， 本发明提供一种离心真空脱气装置， 包括一个限定一内腔的壳体， 该壳体具有 一个用于向该内腔输入待脱气液体的进液口和 一个用于从该内腔中抽取气体的抽气口， 该抽 气口用于连通到一个抽真空装置， 在内腔之中于所述进液口和所述抽气口之间设 有一个可绕 一旋转轴线旋转的转轮装置， 该转轮装置具有一对沿旋转轴线方向相面对的 侧壁， 其中之一 个侧壁邻接着所述抽气口而称之为气侧壁， 而另一个侧壁则称为液侧壁， 所述转轮装置在所 述液侧壁和气侧壁之间限定一条气液通道从所 述进液口到所述抽气口流体连通，从气侧壁和 / 或液侧壁上相向伸出若干延伸件， 用来搅动所述转轮装置内气液通道中的气体和 液体使其产 生旋转运动， 气体和液体在离心作用下相互分离， 分离出的气体到达所述抽气口， 脱气的液 体则在离心力作用下流到与所述转轮装置相邻 的所述壳体内表面处的集液槽， 该集液槽连通 着一个用于排出液体的出液口。

[15] 本发明还涉及一种液体离心真空脱气方法， 包括下列步骤：

(a)将液体注入一个容器， 液体在容器中形成一个液位面即液相和气相之 间的分界 面， 将该容器在所述液位面之上、 下限定一个气相空间和一个液相空间；

(b)从气相空间上远离所述液位面的位置对该气 相空间抽真空， 该位置称之为抽气 . 口， 对容器抽真空使液体中溶解的气体和易挥发物 质从液体中逸出， 逸出时气体夹带有泡沫 与液滴， 由此构成气液二相混合物而进入气相空间， 形成一股向抽气口流动的混合物气液二 相流；

(c)使所述气液二相流穿过一个设置在所述抽气 口和所述液位面之间环绕一条旋转 轴线旋转的转轮装置， 所述转轮装置带动所述气液二相流高速旋转使 其产生离心力， 强力使 其分离成气体和液体， 分离出的气体从转轮装置流向所述抽气口； 和

(d)分离出的气体从抽气口抽出， 而通过所述离心力甩出的液体回流到容器的液 相空 间或送到所述容器之外。

[16] 本发明是利用在一个真空室内的转轮装置中产 生的离心力来抑制较高真空条件下液 体产生的大量泡沫； 转轮装置的结构设计成液体在离心场内 "跌落"的结构形式， 在 "跌落" 过程中液体中的气体可以较充分地释放， 以促进液体与气体的分离； 在转轮装置的外边缘设 计了与离心泵相似的叶轮与蜗壳结构， 或者是离心式旋涡泵的结构， 可将经过真空处理的液 体以一定的压力排出真空室； 闪蒸出的气体经过气体离心净化区进一步分离 出夹带的液滴； 在出气口由真空泵不断地将产生的气体抽出， 以维持真空室内保持在较高真空状态。

[17] 在转轮装置内的离心场内进行较高真空的高效 气液分离， 是本发明的核心内容。在离 心力的作用下， 在较高真空环境中呈沸腾状的气体与液体被甩 向转轮装置的外侧。 其中的液 体比重远大于气体， 在离心力的作用下在外侧聚集， 可从转轮装置外侧流出。 为了方便地将 液体排出真空室， 转轮装置外侧设计为离心泵的叶轮结构， 相应地把与叶轮靠近的真空室壳 体设计成离心泵蜗壳结构， 可方便地将脱气后的液体输送出真空室。 在转轮装置中释放出的 气体所受的离心力小很多， 在相对内侧的位置聚集， 可从转轮装置侧面导出。

[18] 为了便于描述实现本发明的技术， 这里把转轮装置在结构上大致可分为三个功能 区 域， 分别是气液混合闪蒸区、 液体离心送出区、 气体离心净化区； [19] 气液混合闪蒸区的主要工作原理： 在转轮装置的气液混合闪蒸区引入需要处理的 液 体， 在旋转时传给液体一定的圆周速度， 使液体在离心力的作用下向外侧运动。 引入转轮装 置的液体可以设计成用一组喷嘴顺着旋转方向 斜向喷射液体， 可使液体在进入转轮装置时即 有一定的初速度， 可提高能量利用率。 喷嘴数量以 2-8个为宜， 优选为 2-4个。

[20] 在旋转的气液混合闪蒸区内，需要脱气的液体 在较高真空的条件下呈强烈的沸腾状态 迅速蒸发， 可产生大量体积大、 密度低的气体。 在这个区域内， 转轮装置的结构形式可以是 多种多样的， 可以设计成几乎任何规则或不规则的形状， 只要保证带有气泡的液体能较顺畅 地通过， 且能将气体引导分离出来， 即可满足本发明申请的基本要求。

[21] 脱气后的液体流向转轮装置外侧的液体离心送 出区。转轮装置的离心送出区设计成合 适的离心泵叶轮的结构， 配套地将真空室外壳的相应位置设计成离心泵 的蜗壳结构， 可以采 用离心泵的原理将分离出的液体带有一定压力 地送出真空室。 作为离心泵结构的替代， 也可 以将离心泵结构改为离心式漩涡泵的结构，同 样能利用离心力将脱气后的液体泵送出真空室 。

本发明的有益效果：

[22] 上述的技术方案， 较好地解决了现有技术存在的跑油危险性大、 体积大、加热功率大 等不足， 采用本技术的真空滤油机， 体积小， 运行能耗低， 在可编程控制器（PLC ) 自动控制 的情况下， 可以无人值守运行， 技术经济优势显著。

[23] 本技术在实施应用中， 还涉及一些其他的相关技术。

[24] 首先， 要向较高真空的真空室内传递动力， 涉及到真空密封技术。 目前常见的真空传 动技术有磁力传动技术、 磁流体密封传动技术， 还可以采用浸入式电动机或屏蔽式电机直接 将动力装置置入真空室内。 这些密封传动技术的严密性好， 可靠性较高。 另外， 一些机械密 封技术也可以应用， 但是需要解决好密封面的散热问题。

[25] 其次， 较高真空的产生， 也有多种形式的真空泵可以选用， 主要是要根据设计的真空 度与抽气流量、 气体的成分来决定。 真空滤油机常用的真空泵有液环真空泵、 旋片真空泵、 滑阀真空泵、 爪式真空泵、 螺杆式等品种。 如果需要抽出的水蒸气多， 可采用制冷机冷凝的 方法将大部分的水蒸气冷凝分离后， 剩余的气体由真空泵抽出， 可以减少水蒸气对真空泵的 不利影响， 同时降低真空泵的工作负荷。

[26] 另外， 为了使本发明的技术变成一个完整、实用的产 品， 除了前述的含有转轮装置的 真空室、 真空泵等脱气单元的部件外， 还需要配套过滤器、 管道与阀门、 流量压力温度等传 感器、 带有 PLC的电控装置、 基座等设施， 才能构成一台实用的真空滤油机。 这些配套设施 都有多种技术方案可选， 熟悉本行业的技术人员可以在经验的基础上， 结合具体的应用场合， 优选合适的产品与本发明的脱气单元配套， 在这里不做详细的描述。

[27] 以下结合附图对本申请的技术方案作进一步的 说明。

附图说明

[28] 图 1 是一个本发明离心真空脱气装置的外轮廓透视 图。

[29] 图 2 是一个采用浸油电机带动转轮装置的优化实施 方案结构图。

[30] 图 3是图 2中的转轮装置的放大图。

[31] 图 4是转轮装置另一实施方案的结构图。

[32] 图 5是转轮装置又一实施方案的结构图。

[33] 图 6是转轮装置再一实施方案的结构图。

具体实施方式

[34] 如附图 2所示的实施例，是一个^^用浸油电机 150带动转轮装置 104的优化的实施方 案的脱气装置结构图， 其优化的应用是绝缘油的脱气和脱水， 当然也可以用于其他某些合适 的场合。 以下以绝缘油为例进行说明。 脱气装置上端是接真空泵的管道口或抽气口 400， 侧 面是出液口或抽液口 300， 下部是进油口或进液口 200。真空泵启动后， 需要处理的绝缘油从 设备下部的进油口 200进入， 经过浸油电机 150的外壳与脱气设备的壳体 100之间的间隙向 上流进转轮装置 104的气液混合闪蒸区。 在转轮装置内的较高真空的作用下， 气体快速蒸发 出来。 在离心作用下， 气液混合闪蒸区的液体径向向外侧流动或甩出 ， 到达液体离心送出区 后采用离心泵的原理将油送出。 气体则通过气液混合闪蒸区的气侧壁的开孔向 上进入气体离 心净化区。 在气体离心净化区内， 气体中携带的少量油滴在离心力的作用下被甩 到外侧， 通 过转轮装置与脱气装置蜗壳 107之间的间隙与其它液体汇合到一起排出。 出液口的油液带有 一定的压力， 可以经过管路阀门系统与过滤器连接。 而净化后的气体经管路系统连接到真空 泵入口， 从而实现较高真空条件下快速地完成气液分离 。

[35] 如图 1所示， 一个真空离心脱气装置包括一个壳体 100、 一个进液口 200、 一个抽气 口 400和一个出液口 300。

[36] 如图 2所示， 所述壳体 100限定一个中空内腔， 该中空内腔由一个上盖 130盖住而密 封。 在内腔之中安装着一个电机之类的动力装置 150， 该动力装置固定到壳体 100上。

[37] 所述动力装置 150有一根输出轴 102， 该输出轴有一条旋转轴线 155。 在输出轴 102 上固定安装着一个转轮装置 104， 该转轮装置 104位于所述中空内腔之中。所述转轮装置 104 有两个沿径向延伸的侧壁 106和 108， 在这两个侧壁之中， 侧壁 106邻近抽气口 400， 称之为 气侧壁； 而另一侧壁 108称之为液侧壁。

[38] 从液侧壁 108上向上伸出若干同心环状板 112， 从气侧壁 106上向下伸出若干同心环 状板 111。 环状板 111和 112相互套插， 但都不触及对面的侧壁 106和 108。

[39] 在气侧板 106上开有若干通孔 116， 由此使抽气口 400与气侧壁 106、 液侧壁 108和 环状板 111、 112限定的气液通道相沟通。

[40] 在气侧壁 106上方做有若干叶片 122， 这些叶片一方面对叶片之间的气或气液混合施 加圆周运动， 另一方面也为这些气体或气液混合物提供径向 流通通道。

[41] 现在描述本发明的离心脱气装置的工作原理。 通过进液口 200向壳体 100的内腔注入 液体， 此时液体中含有溶解的气体、 水份和其他易挥发物质。 由抽气口 400对壳体 100的内 腔抽真空， 并开动电机 150带动转轮装置 104旋转。 在内腔真空作用下， 所述溶解气体和水 分及易挥发物质开始形成气泡， 这些气泡随液体一起沿箭头 101所示方向进入转轮装置 104， 即进入气侧壁 106、 液侧壁 108和环状板 111和 112所限定的气液通道内。

[42] 进入气液通道内的气液混合物在转轮装置 104的带动下获得旋转速度，在离心力的强 烈作用下， 气液混合物加速分离为气体和液体， 这是由于液体密度比气体大得多， 特别是在 高真空环境下更是如此。

[43] 因此液体就穿越环状 i l l和 112之间构成的曲折路径径向向外流动和聚集 （如箭头

105所示）， 而脱出的气体聚集于转轮装置 104中的集气空间 118， 气体再由此经气侧壁 106 上的通孔 116沿箭头 103方向排向抽气口 400。 由此， 液体不断脱气， 脱出的气体不断地从 壳体 100的内腔中抽出。

[44] 从转轮装置 104中经通孔 116送出的气体， 可能仍会或多或少地夹带着液体， 此处的 气液混合物在叶片 122的带动下旋转， 进一步受到离心分离。

[45] 在转轮装置 104中不断分离的液体沿径向从其中甩到壳体 100内壁的集液槽 107， 应 及时将这些液体抽走。 为此， 在壳体 100环绕转轮装置 104的部位， 做成一个蜗壳形状， 也 就是一个环状集液槽 107， 集液槽与出液口 300相连通。

[46] 图 4示出本发明的另一实施例，与图 2和 3所示的实施方案不同之处在于，用栓、 柱 126取代了图 2和图 3中的同心环状板 111和 112。

[47] 图 5示出了本发明的又一实施例， 与图 2和图 3不同之处在于， 这里用叶片 128取代 图 2和 3中的同心环状板 111和 112，用同心锥面板 129及其间的间隙 116 ' 取代了图 2和图 3的气侧板 106及其上的通孔 116。

[48] 图 6示出本发明的再一实施例，此处用螺线状板 128取代了图 2和图 3中所示的同心 环状板 111和 112。

[49] 上述的转轮装置实施例中，液体离心送出区位 于气液混合闪蒸区的径向外侧，气体离 心净化区位于气液混合闪蒸区的上方侧面。 另外一种方案是转轮装置的结构为， 气体离心净 化区、 气液混合闪蒸区、 液体离心送出区为径向从内向外布置， 因各分区的结构原理则是相 同的， 在此不再作详细描述。

[50] 当然， 气液混合闪蒸区的结构会对工作效果产生较大 的影响。 根据不同的应用条件， 可以进行优化。 例如在泡沫现象不严重的情况下， 为了提高脱气分离的效果， 附图 2与附图 3所示的转轮装置气液混合闪蒸区设计成液体� �离心场内逐级跌落、逐级分离的结构。附图 4 所示的转轮装置气液混合闪蒸区设计有多根圆 柱体， 而气液混合闪蒸区总体上流动通道比较 通畅， 可以适应泡沫相对多一些的应用场合。 在液体产生的气体过多的情况下， 特别是泡沫 过多的情况下， 可将该区域设计成与离心泵叶轮相似的结构， 以加快液体排出的速度。 总之， 只要可以实现向液体传递能量、 使液体蒸发分离的作用并能适应实际工作状况 ， 气液混合闪 蒸区的线形结构的变化可以说是无穷无尽的， 连续或间断、 规则或不规则、 叶片上开孔或不 开孔都可以， 甚至可以放置多孔隙的填料。 气液混合闪蒸区的具体结构在这里不可能完全 列 举出来。

[51] 蒸发分离出的气体进入气体离心净化区。气体 离心净化区对防止液体从抽真空管道进 入真空泵有重要作用。 如附图 2和附图 3所示， 分离后的气体还经过一组与转轮装置为一体 的旋转叶片进行进一步的气液分离， 这样可确保从真空室流到真空泵的气体中几乎 不含有液 体。 气体离心净化区的叶片也可以有很多的形状， 但直叶片最简单实用。 叶片的数量也可多 可少， 但是数量过少会降低气液分离效果， 数量过多则会增加转轮装置的重量并影响气体 的 顺畅流动。 一般来说， 叶片数量可选 3- 40片， 优选为 6-16片。

[52] 上述的由气液混合闪蒸区、 液体离心送出区、 气体离心净化区组成的转轮装置结构， 经过针对各种应用场合的优化设计， 容易保证设备安全可靠地运行。 然而， 这些功能区的划 分是为了便于描述而划分出来的， 是相对而言的， 有些时候它们是可以交叉的， 例如在气液 混合闪蒸区也可以有与离心泵相同的叶片， 这些叶片可以一直延伸到液体离心送出区； 气体 离心净化区的叶片也可以延伸到气液混合闪蒸 区。

[53] 上述的转轮装置还可以通过多个并联等组合形 式应用。

[54] 附图所示及对附图的描述， 仅仅是本发明的具体实施例。显然， 本领域普通技术人员 可以依据本发明的构思， 对所述具体实施例进行各种各样的修改。