本发明涉及一种旋流分离器，用于使液体混合物中密度较大的组份同密度较小的组分分离。上述分离器具有一轴向延伸的分离室。靠近分离室一端，分离室具有一允许液体混合物进入分离室的入口装置，使液体从切线方向流入分离室，分离室还具有一同轴安装的上溢出口，此出口靠近分离室上述的那一端;上述分离室一般作成圆锥形，在上述的那一端具有相对较大的横切面积，而在和上述那端相对的分离室的另一端上同轴安装的下溢出口具有相对较小的横切面积。在使用时，液体中密度较大的组分以这样一种方式流到下溢出口，使得密度较大的组分包围位于轴心部份的密度较小的组分，密度较小的组分至少沿其长度的主要部份承受到不同压力，从而使密度较小的组分流入上溢出口。 按照本发明的一个方面，如上所述的旋流分离器特征在于，上述入口装置是分离室的一部份，而且至少有一根入口管道同分离室的上述部份相通，分离室的上述部份是分离室这样的一部份，这部分在长度方向上的位置同入口管道或同每一根入口管道的位置相同。上述入口管道，或上述每根入口管道具有一定轮廓结构。按照本发明，一种特殊形式的轮廓主要是内旋形状轮廓，这种内旋形式使液体按螺旋形的路径进入分离室。
在另外一种形式中，在从轴的方向观察分离器时，入口管道，或每根入口管道呈现一内轮廓线和一外轮廓线。外轮廓线从一个第一位置伸出，在此位置外轮廓线相交于前述分离室的圆周部份。上述内轮廓线向内的伸出线最低限度从一个第二位置伸出，在此位置内轮廓线，或上述的它的伸出线同上述的圆周相交。外轮廓线的特征在于，当用一在垂直于上述轴的平面内的，其起始点在上述第一位置的第一向量T描述上述外轮廓线上任何一特定点的位置时，此向量的性质是，当向量的长度增加时，向量T和通过上述第一位置并与上述圆周相切的切线之间的夹角θ实际上决不应该减小，而且也决不能低于负0.1弧度。垂直于液流方向的横切面积在液流的方向上逐渐收缩。
已经发现，外轮廓线比内轮廓线更重要。然而，在最佳的构形中，内轮廓线的特征在于第二向能U应具有这样的性质，当向量U的长度增加时，向量U和通过上述第二位置并与上述圆周相切的切线之间的角度实际上决不应该减小，而且至少对于实际的向量U的长度，绝不能低于负的0.52弧度，向量U用于描述内轮廓线上任一特点的位置，其起点在上述的第二位置。
已经发现，用本发明提供的一定轮廓的入口，只需要一个进入口就够了，不需要安装多个进入口。
在另一方面，本发明提供了一如上初步所述的旋流分离器，在其中，分离室的一个端壁被构形为弯曲的形状，例如从轴的方面观察时，其形状为凹面或凸面，穿过此端面，上述的上溢出口同分离室连通。
在另一方面，本发明提供了一如上初步所述的旋流分离器，在其中，上溢出口是导管的形式，此管穿过分离室的端壁，伸入到分离室中。
下面参照附图用举例的方法进一步解释本发明，这些附图是：
图1是按照本发明制作的分离器的横切面示图;
图2基本上是沿图1的2-2线切开的横切面图;
图3和图4举例说明了图1中分离室端壁的另外可供选择的弯曲形状;
图5示出了图1所示分离器的另一种可代用的上溢出口形式;
图6是按本发明制作的一种分离器，在轴向观察时的入口装置横切面详图;
图7和图6一样，是入口装置的横切面图，其中示出了最佳的入口管轮廓线;
图8是一种经改进的入口管的局部轴向示意图。
分离器10包括分离室12，分离室有三个同轴向排列的，具有圆柱形结构的分室14、16和18。分室的直径和长度分别为d1、l1;d2，l2;和d3，l3。分室14的直径比分室16的直径大，分室18的直径小于分室16的直径。如在专利申请号为PCT/AU83/00028的专利说明书中所述的那样，可以将一液流限制装置（未示出）安装在圆柱形分室18的出口上，但在本说明书中，此出口端被表示为圆柱形分室18的下溢出口24。在圆柱形分室14和16之间的部分可作成圆锥形17。虽然所示的分室16先具有平行边的形式，而后再形成圆锥形，但是在实际上，可以将分室16沿其长度整个成形为一个圆锥形。
一内旋入口管道20安装到分离室的分室14上，此管道接在分离室侧壁上的进入口23。一上溢出口25同轴安装于分离室分室14上。此上溢出口通向一同轴的溢出管27。如图2所示，内旋入口管道20绕着分离室的分室14的圆柱周缘盘旋进入分离室，当其接近进入口23时，它的横切面积逐渐减小。入口管道20和进入口23可以是矩形横截面。
在使用时，按以往的实践，分离器10通常的作用是，使通过入口管道20进入分离室的液体混合物受到离心的作用，致使被分离的组份，一边从下溢出口24排出，另一边从上溢出口25排出。因此，密度较大的相，沿着分离室的壁以一种截面为环形的流体流到下溢出口24，而密度较小的相则形成一中心部分40，此中心部分承受到不同的压力，因而其中的液体被驱动，流入上溢出口25。
已经发现，用内旋形状入口管道20时，可以只用一个进入口23，而在以往，则安装有多个进入口。进入口多会产生一些缺点，特别是要将分离器装配在一起构成分离器组时更是这样，这种组合装配是相当复杂的。而在只有一根入口管道时，需要进行连接的管道数目则相应减少。另外还发现，内旋形状的入口管道20有助于分离作用，因为在液体混合物盘旋进入分离器的分室14时，进入的液体混合物在离心作用下便承受到一定的分离作用。
分离室12可以大致按照澳大利亚专利说明书47105/79进行制造，其中的内容现已合并到本说明，构成本说明的一部分，在专利47105/79的说明书中，分离室具有由下列关系式表示的尺寸关系：
10≤l2/d2≤25
0.04＜4Ai/πd12≤0.10
0.1≤do/d2≤0.25
d1＞d2
d2＞d3
式中Ai是装在进入口23上的进入口的总横切面积，do是上溢出口25的直径，其余符号的意义如上所述。另外，在NO 84713/82澳大利亚专利申请中，叙述了一种不同的设计，这种设计具有如上所述的参数，但对于do/d2，在那种情况下规定小于0.1。按照这种不同设计形式所制作的分离器也可以采用本发明。一般说来，在任何情况下，本发明的分离器有利的特征在于，比值l2/d2至少等于10。对用于分离相当少量密度较小组分的液体分离器，例如使少量油与大量密度较大的，例如同水之类分离的分离器，比值d1/d2亦可在1.5至3.0的范围内，比如设计为2等。
然而实践已证明，没有必要遵守上述的上溢出口尺寸的范围。
现在参考图6，图中更详细地示出了本发明的入口轮廓线。入口装置包括一与分离器的分离室的一个分室连在一起的入口管80，入口管接在分离器的侧面。一般说来，虽然如图1所示的分离器具有三个直径依次递减的不同的分离室，但是分离器从靠近上溢出口的较大直径端到靠近下溢出口的较小直径端之间可以是任何一般的圆锥形状，如此成形的分离器的影响是不重要的。入口管80具有外轮廓线82和一内轮廓线84。对应于图6中所示的分离器的直径D，在图1中表示为d1，因为入口管80（如图1的结构）同较大直径的分离室相通。
入口管80可认为是从一个通常用参考数字85表示的位置向内伸向分离室。此位置85被认为是这样一点，超过这个点，被认为是在向内伸向分离室的方向。此时，入口液体流不能用简单的流体方程来描述。另外，在外轮廓线和内轮廓线上的，与点85成一直线的点83和87是这样的点，如果轮廓线由此点以平行关系向外延伸，则此时分离器的操作特性基本上如同轮廓线按照本发明确定的轮廓形状继续向外延伸时的操作特性一样。“向外延伸”一词是指各自轮廓线的延伸，这种延伸基本上应在交接点与各自的轮廓线相切。从外轮廓线和内轮廓线上相应的点83、87开始，轮廓线以螺旋的方式向内延伸，与分离室的圆周86相交。轮廓线同圆周86相交的位置分别用字母“C”和“E”表示。虽然在图上轮廓线84被表示为交于圆周上，是将轮廓线84向内延伸一直到在E点交于圆周86，但实际上，因为机械加工的原因，通常将轮廓线84和圆周86之间的连接部分进行倒角，作成曲面端，倒角的部分用84a表示（虚线表示的部分），这样加工更为简单可行。
内轮廓线和外轮廓线一般最好用下述方程来描述：
（a）α＜η＜2π+α
（b）0.35＜α＜1.5
图中ηD是轴向观察分离室时，入口管外轮廓线82的长度，D是分离室分室的直径，它确定圆周86。此轮廓线的长度是点“C”和点83之间的轮廓线长度。αD是轴向观察分离室时轮廓线84的长度，此轮廓线的长度是点“E”和点87之间的轮廓线的长度。
一般说来，轮廓线82是这样一种轮廓线，它使得当向量T的长度增加时，向量T和通过位置“C”切于圆周86的切线之间的夹角θ实际上绝不能减小，而且对于所有小于ηD的向量T的长度，此角θ决不能小于负0.1弧度，上述向量T是用于描述外轮廓线上任何一特定点位置的向量，它位于垂直于上述轴的一个平面内，起点在位置“C”。
同样，对于描述内轮廓线上任一特定点位置，其起点在“E”点的向量U，当向量U的长度增加时，向量U和通过上述“E”点与上述圆周相切的切线93之间的夹角实际上决不能减小，而且对于所有小于αD的向量长度，至少对于向量U的实际长度，夹角α不能小于负0.52弧度。向量U的实际长度是指，在位置“E”的附近，没有确定的向量U，因为如前所述，内轮廓线可能倒角时去掉了。
入口管80的横切面积Ai，是在一径向的通过内轮廓线实际结束的位置（即E点，或可能是84a部分的端部）的通过轴的平面内进行测定的，面积Ai最好遵从下列关系：
0.04＜4Ai/πD2＜0.1
常数η和α之间最好遵从以下关系：
α＜η＜2π+α
相对来说，当分离器具有最大直径，此直径相当地大于下溢出口的直径时，常数α和η之间的上述关系是最适合的。然而当此直径的比值相当小时，比如小于3时，最好对常数α和η的相对值作更大的限制。因此下述关系是恰当的：
D/d≤3
α＜η＜2π+α
0.35＜α＜2
式中d代表下溢出口的直径，相应于图1中直径d3。
现在参考图7，它是按本发明的一种设计，在点“C”和点“E”之间绕分离器轴的角度ρ是86°。内轮廓线84结束于同圆周86相交的弯曲部份84a。此部份有一约0.5毫米的弯曲，并从“C”点起绕分离器轴的角度约为110°。现在已证明，在此例中，对于描述轮廓线82和84，下述的数学关系是合适的：
ro＝0.5D+0.0143DZo1.4+0.0057DZo1.8
+0.00157DZo2.8+0.00286DZo4.5
ri＝0.5D+0.0714DZi2+0.00714DZi3
+0.0143DZi4+0.00714DZi5
式中γo是从分离器轴到外轮廓线82上任一特定点的距离，γi是从分离器轴到内轮廓线84上任一特定点的距离，Zo是一个角，此角是从连接分离器轴和点“C”的线91顺时针绕分离器的轴转到外轮廓线82上任一点的角。Zi是一个角，它是从线100顺时针转到内轮廓线84上任一点的角度。这些描述轮廓线82、84的方程一般对于在下述范围的角度Zo和Zi是成立的：
0°＜Zo＜150°
0°＜Zi＜60°
或者Zi至少在下述的范围内。
24°＜Zi＜60°
入口管80可以是矩形横切面，例如是其长边平行于分离器轴，长度为W，短边在垂直于分离轴的平面内，宽度为t的横切面。在此时，下述关系成立：
t×w＝Ai
D/35＜t＜D/6
一般，w大于t
图8示出了按本发明设计的分离器的另一改进型，在此改进型中，在入口管80中的液体流动的中心液流线93同分离器轴95成一角度，而不是如图1所示的是垂直于轴95。此时，入口管80的轴93同轴95成一角度，角度的范围如下：
80°＜ρ＜95°
当入口管是矩形横切面时，它最好是至少在qD这样长度上是矩形横切面，其中q＜α。
在本说明书中，所有的角度都应理解为用弧度表示，除非另有说明。
当装有多个入口管80时，也可以容易地利用上述分离器的入口结构。
在有多个入口管时，分离器所有入口管的，径向通过各自“E”点的总的横切面应等于Ai，如同出现在公式中的Ai一样。此时t×w得到的Ai应该用Ai/n来代替，其中n是入口管80的数目。还应该注意到，所有的入口管并不需要都是完全相同的。当入口管不是完全一样时，总横切面积Ai同各入口管的长度和宽度具有如下关系：
Ai＝∑tn×Wn
式中tn和Wn分别是第n个入口管的宽度和长度。
已经证明，在将较少量的油和较大量的水分离时，上述的分离器具有很好的工作特性。
图3示出了一种对图1所示分离器的改进型。分离室的分室14的端壁50，在靠近上溢出口25的地方被作成凹面形状。在图4中示出了另一种改进型，端壁50从垂直于轴的切面看去是凸面的形状。图5示出又一种改进型，在这种改进型中，上溢出口25是由一管27作成的，此管穿过管壁50（此时管壁50是直边），稍许伸进分离室一些，伸入的长度为27a。
虽然按上述的构形加工分离器的入口装置使得有可能只用一个入口，但是即使在安装多个入口时，应用上述的构形也是有利的。
在本说明中应用了“内旋”一词，此词用于描述一条曲线，该曲线是在一基圆上一段松开弦线端点的轨迹。如前所述的入口管或每一根入口管的内轮廓线和外轮廓线一般被成形为内旋曲线，然而，每一轮廓线具有几段接合的线段，这些线段由几条内旋曲线确定，这些相互接合的内旋曲线具有各自确定的不同直径的基圆，或者可以将在各自基圆上伸出的起点相对地在圆周上间隔开。
上述的装置仅为解释本发明而被提出来，只要不违背后附权利要求所确定的本发明的精神和范围，可以进行各种改进。