專(zhuān)利名稱(chēng)：包括離心分離機(jī)的系統(tǒng)和用于控制此類(lèi)系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，包括
密封離心分離機(jī)，
其中，該分離機(jī)包括包含分離室的轉(zhuǎn)子，
進(jìn)口通道，其用于要分離的組分的混合物，
第一出口通道，其用于接收至少一個(gè)已分離輕組分，
第二出口通道，其用于接收至少一個(gè)已分離重組分，
該系統(tǒng)還包括用于使已分離重組分的一部分從所述第二出口通道再循環(huán)至所述分離 室的再循環(huán)裝置。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種控制此類(lèi)系統(tǒng)的方法，包括以下步驟
從進(jìn)口通道向分離室中饋送組分的混合物；
在所述分離室中將所述組分的混合物分離成輕和重組分；
將至少一個(gè)輕組分引導(dǎo)至第一出口中；
將至少一個(gè)重組分引導(dǎo)至第二出口中；
使已分離重組分的一部分從所述第二出口再循環(huán)至所述進(jìn)口通道；
當(dāng)混合物中的重組分的含量劇烈變化或恒定地低時(shí)使用此類(lèi)系統(tǒng)，而常常期望的是獲得具有恒定濃度的已分離殘?jiān)?sludge)，以例如避免重相出口管道中的堵塞。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種包括密封離心分離機(jī)的改進(jìn)的系統(tǒng)和控制此類(lèi)系統(tǒng)的方法,利用其可以控制重相流率(flow rate)。依照本發(fā)明，因此提供了一種包括如上文最初所述的離心分離機(jī)的系統(tǒng)，其中 第一監(jiān)視裝置監(jiān)視在所述第二出口通道中流動(dòng)的重組分的密度、流率或其組合，以及 第一控制裝置響應(yīng)于來(lái)自所述第一監(jiān)視裝置的控制信號(hào)來(lái)控制再循環(huán)流。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括監(jiān)視在所述第二出口通道中流動(dòng)的重組分的流率的第二監(jiān)視裝置、和通過(guò)響應(yīng)于來(lái)自所述第二監(jiān)視裝置的控制信號(hào)而控制所述第一出口通道中的第一背壓閥來(lái)控制壓力的第二控制裝置。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括監(jiān)視所述第二出口通道中的壓力的第三監(jiān)視裝置和通過(guò)響應(yīng)于來(lái)自所述第三監(jiān)視裝置的控制信號(hào)而控制所述第二出口通道中的第二背壓閥來(lái)控制壓力的第三控制裝置。在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)的所述控制裝置響應(yīng)于基于來(lái)自所述監(jiān)視裝置的控制信號(hào)與用于被監(jiān)視參數(shù)的期望設(shè)定點(diǎn)之間的差的信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括監(jiān)視所述再循環(huán)裝置中的流率的第四監(jiān)視裝置，以及
第四控制裝置，其響應(yīng)于來(lái)自所述第四監(jiān)視裝置的控制信號(hào)來(lái)控制再循環(huán)流率，其中，所述第四控制裝置從所述第一控制裝置的輸出獲得其設(shè)定點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述控制裝置是PID控制器。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述第一控制裝置是MPC控制器且所述第二、第三和第四控制裝置是PID控制器，并且其中，所述第一控制裝置向所述第二、第三和第四控制裝置中的至少一個(gè)提供設(shè)定點(diǎn)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述第二出口通道被連接到分離室內(nèi)部的重組分出口管道，其中，所述管道具有接近于分離機(jī)回轉(zhuǎn)筒(bowl)的內(nèi)壁的進(jìn)口開(kāi)口。依照本發(fā)明的第二方面，提供了一種如上文最初所述的方法，其中，其還包括以下步驟
監(jiān)視在所述第二出口通道中流動(dòng)的重組分的密度、流率或其組合的參數(shù)；
產(chǎn)生與所述(一個(gè)或多個(gè))參數(shù)有關(guān)的控制信號(hào)；
以及響應(yīng)于所述控制信號(hào)來(lái)控制再循環(huán)流。
根據(jù)本發(fā)明的該第二方面的實(shí)施例，該方法包括以下步驟監(jiān)視在所述第二出口通道中流動(dòng)的重組分的流率參數(shù)；產(chǎn)生與所述流率參數(shù)有關(guān)的第二控制信號(hào)；以及通過(guò)響應(yīng)于所述第二控制信號(hào)來(lái)控制所述第一出口通道中的第一背壓閥而控制所述第一出口通道中的壓力。在本發(fā)明的此方面的另一實(shí)施例中，該方法包括以下步驟監(jiān)視所述第二出口通道中的壓力參數(shù)；產(chǎn)生與所述壓力參數(shù)有關(guān)的第三控制信號(hào)；以及通過(guò)響應(yīng)于所述第三控制信號(hào)來(lái)控制所述第二出口通道中的第二背壓閥而控制所述第二出口通道中的壓力。在本發(fā)明的此方面的另一實(shí)施例中，該方法的所述控制步驟包括計(jì)算所述控制信號(hào)與用于被監(jiān)視參數(shù)的期望設(shè)定點(diǎn)之間的差。在本發(fā)明的此方面的另一實(shí)施例中，所述方法包括步驟監(jiān)視所述再循環(huán)裝置中的流率參數(shù)；產(chǎn)生與所述再循環(huán)裝置中的所述流率參數(shù)有關(guān)的第四控制信號(hào)；以及響應(yīng)于所述第四控制信號(hào)來(lái)控制所述再循環(huán)流率，其中，所述控制包括計(jì)算所述第四控制信號(hào)與對(duì)應(yīng)于第一控制信號(hào)的設(shè)定點(diǎn)之間的差。本發(fā)明因此提供了一種即使在向分離機(jī)饋送變化內(nèi)含物的饋送物(feed)時(shí)也控制已分離重組分的特性的系統(tǒng)和方法。下面將參考圖I 4在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更詳細(xì)說(shuō)明中描述根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實(shí)施例的流程圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第三實(shí)施例的流程圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的分離機(jī)回轉(zhuǎn)筒的上部的截面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式在圖I中公開(kāi)了離心系統(tǒng)，其包括密封離心分離機(jī)1，藉由饋送泵3通過(guò)進(jìn)口通道2向所述密封離心分離機(jī)饋送要分離的組分的混合物。在所述分離機(jī)I中，在轉(zhuǎn)子中對(duì)組分的液體混合物進(jìn)行離心分離，所述轉(zhuǎn)子具有在其中分離所述組分的分離室。存在被連接到分離室以便接收至少一個(gè)已分離輕組分的第一出口通道4和用于接收至少一個(gè)已分離重組分的第二出口通道5。
在每個(gè)出口通道4、5中布置有(分別為第一和第二)背壓閥6、7。從用于重組分的所述第二出口通道5引導(dǎo)至所述進(jìn)口通道2的是所布置的再循環(huán)裝置8。所述再循環(huán)裝置8包括適合于使在所述第二背壓閥7的上游的已分離重組分的一部分偏離的再循環(huán)通道9和適合于將已分離重組分的所述部分泵送到所述進(jìn)口通道2的再循環(huán)泵10。由所謂的PID控制器(比例積分微分)11來(lái)控制再循環(huán)泵10的泵送流量，所述PID控制器連續(xù)地或斷續(xù)地對(duì)來(lái)自位于用于重組分的所述出口通道5中的科里奧利流量計(jì)12的信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。所述信號(hào)從測(cè)量的流量或密度與期望設(shè)定點(diǎn)之間的計(jì)算的差導(dǎo)出。例如，高度期望的是出口通道5不隨著重組分的連續(xù)流隨后被中斷而遭受堵塞。于是，所述期望設(shè)定點(diǎn)可以具有確定連續(xù)流的值。并且，背壓閥6、7設(shè)有PID控制器13、14。控制輕組分出口通道4中的背壓閥6的PID控制器13對(duì)基于出口通道5中的重組分流量與其期望設(shè)定點(diǎn)之間的差的信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。PID控制器11然后對(duì)出口通道5中的重組分的密度進(jìn)行響應(yīng)?？刂浦亟M分出口通道5中的背壓閥I的PID控制器14對(duì)所述重組分出口通道5中的背壓進(jìn)行響應(yīng)。構(gòu)思是控制再循環(huán)流以在輕組分閥6控制重組分壓力的同時(shí)控制密度。如在圖2中可以看到的，可以通過(guò)在再循環(huán)泵10上添加所謂的級(jí)聯(lián)控制器來(lái)修改此控制策略。在級(jí)聯(lián)控制中，布置有兩個(gè)PID，其中一個(gè)PID控制另一個(gè)的設(shè)定點(diǎn)。一 PID控制器充當(dāng)外環(huán)路控制器，其控制諸如流體液位或速度的主要物理參數(shù)。另一控制器充當(dāng)內(nèi)環(huán)路控制器，其讀取外環(huán)路控制器的輸出作為設(shè)定點(diǎn)，通?？刂聘焖僮兓膮?shù)、流率或加速度。在圖2中，PID控制器15被布置在內(nèi)環(huán)路中，其響應(yīng)于基于所述泵10之后的再循環(huán)流的信號(hào)來(lái)控制再循環(huán)流，并且在外環(huán)路中布置有PID控制器16，其根據(jù)重組分輸出通道中的被監(jiān)視密度獲得其控制信號(hào)，為PID控制器15提供設(shè)定點(diǎn)。級(jí)聯(lián)控制器的構(gòu)思是內(nèi)環(huán)路比外環(huán)路快得多。因?yàn)樗鼈冞M(jìn)行操作所在的不同時(shí)間標(biāo)度，外控制器因此將控制信號(hào)(即到內(nèi)環(huán)路的設(shè)定點(diǎn))視為是立即實(shí)現(xiàn)的。該控制仍是分散式的，但是現(xiàn)在還存在通過(guò)設(shè)置其設(shè)定點(diǎn)來(lái)控制再循環(huán)流的可能性?？刂浦亟M分背壓閥7的PID控制器17對(duì)根據(jù)由科里奧利流量計(jì)監(jiān)視的重組分流量計(jì)算的信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。在圖3中公開(kāi)了系統(tǒng)的實(shí)施例，其中，所謂的MPC控制器18 (模型預(yù)測(cè)控制器)被應(yīng)用以直接地并根據(jù)期望操作過(guò)程來(lái)操縱控制信號(hào)。例如，當(dāng)分離在操作期間在重組分濃 度方面改變的混合物時(shí)，常常優(yōu)選的是根據(jù)圖表來(lái)調(diào)節(jié)由PID控制器控制的參數(shù)，所述圖表參考例如效率、輸出的質(zhì)量和/或堵塞風(fēng)險(xiǎn)來(lái)使過(guò)程最優(yōu)化。MPC控制器18然后控制底層控制器、即PID控制器的參考值，意味著MPC控制器的被操縱變量是用于PID控制器的設(shè)定點(diǎn)(例如流率、密度或壓力)。這使得整個(gè)控制進(jìn)入級(jí)聯(lián)控制器中，其中，MPC控制器是用于所有PID控制器的外環(huán)路。PID控制器被如在圖2中一樣配置，除了控制重組分出口通道中的密度的PID控制器被去激活。在本實(shí)施例中，MPC控制器通過(guò)在保持饋送流設(shè)定點(diǎn)恒定的同時(shí)設(shè)置用于再循環(huán)流和重組分流的參考值來(lái)控制密度。圖4公開(kāi)了分離機(jī)回轉(zhuǎn)筒19的上部，該分離機(jī)回轉(zhuǎn)筒限定分離室20。已分離混合物的重組分將由于離心力而收集在距離旋轉(zhuǎn)軸最遠(yuǎn)、即接近于分離機(jī)回轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁的區(qū)域中。在常規(guī)離心分離機(jī)中，重組分通過(guò)分離機(jī)回轉(zhuǎn)筒19的周界中處于一定間隔的端口被排出，以防止在分離機(jī)內(nèi)部的積聚。然而，在根據(jù)本發(fā)明的離心分離機(jī)中，通過(guò)布置在分離機(jī)回轉(zhuǎn)筒19之上的重組分出口通道5連續(xù)地從分離室20將重組分饋送出去。因此，分離機(jī)回轉(zhuǎn)筒19的內(nèi)部設(shè)有重組分出口管道21，其被布置在分離機(jī)回轉(zhuǎn)筒19的所述上部的內(nèi)壁上、中或接近于該內(nèi)壁布置。出口管道21遵循內(nèi)壁并向上朝著重組分出口通道5延伸且連接到重組分出口通道5，并因此將重組分從分離室20的周界部分徑向向內(nèi)并向上地引導(dǎo)至所述重組分出口通道5。通過(guò)選擇重組 分管道21的長(zhǎng)度和其進(jìn)口孔口在分離室20中的位置，可以控制被饋送到管道21的殘?jiān)奶匦?。本發(fā)明的應(yīng)用公開(kāi)了一種根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，其中，密封離心分離機(jī)裝配有用于殘?jiān)目蛇x斷續(xù)排出的常規(guī)噴射開(kāi)口。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，本發(fā)明不受所述示例的限制，并且在由權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)可以有多個(gè)修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括 密封離心分離機(jī)(I )， 其中，該分離機(jī)包括 轉(zhuǎn)子，其包括分離室(20)， 進(jìn)口通道(2 )，其用于要分離的組分混合物， 第一出口通道(4)，其用于接收至少一個(gè)已分離輕組分， 第二出口通道(5)，其用于接收至少一個(gè)已分離重組分， 該系統(tǒng)還包括再循環(huán)裝置(8)，其用于使已分離重組分的一部分從所述第二出口通道(5)再循環(huán)至所述分離室(20)， 第一監(jiān)視裝置(12)，其監(jiān)視在所述第二出口通道(5)中流動(dòng)的重組分的密度、流率或其組合， 第一控制裝置(11、15、18)，其響應(yīng)于來(lái)自所述第一監(jiān)視裝置(12)的控制信號(hào)來(lái)控制再循環(huán)流率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，包括 第二監(jiān)視裝置(11)，其監(jiān)視在所述第二出口通道(5)中流動(dòng)的重組分的流率， 第二控制裝置(13)，其通過(guò)響應(yīng)于來(lái)自所述第二監(jiān)視裝置(13)的控制信號(hào)來(lái)控制所述第一出口通道(4)中的第一背壓閥(6)而控制壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的系統(tǒng)，包括 第三監(jiān)視裝置，其監(jiān)視所述第二出口通道(5 )中的壓力， 第三控制裝置(14)，其通過(guò)響應(yīng)于來(lái)自所述第三監(jiān)視裝置的控制信號(hào)來(lái)控制所述第二出口通道(5 )中的第二背壓閥(7 )而控制壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中的一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述控制裝置(11、13、14、15、18)響應(yīng)于基于來(lái)自所述監(jiān)視裝置(11、12)的控制信號(hào)與用于被監(jiān)視參數(shù)的期望設(shè)定點(diǎn)之間的差的信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，包括 第四監(jiān)視裝置，其監(jiān)視所述再循環(huán)裝置中的流率， 第四控制裝置(15)，其響應(yīng)于來(lái)自所述第四監(jiān)視裝置的控制信號(hào)來(lái)控制再循環(huán)流率，其中，所述第四控制裝置(15)從所述第一控制裝置(11)的輸出獲得其設(shè)定點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5中的一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述控制裝置(11、13、14、15、17)是PID控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 5中的一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述第一控制裝置是MPC控制器(18)且所述第二、第三和第四控制裝置是PID控制器(13 15)，并且其中，所述第一控制裝置(18)向所述第二、第三和第四控制裝置(13 15)中的至少一個(gè)提供設(shè)定點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I 7中的一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述第二出口通道(5)被連接到分離室(20)內(nèi)部的重組分出口管道(21)，其中，所述管道(21)具有接近于分離機(jī)回轉(zhuǎn)筒(19)的內(nèi)壁的進(jìn)口開(kāi)口。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 8中的一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述密封離心分離機(jī)裝配有用于殘?jiān)目蛇x斷續(xù)排出的噴射開(kāi)口。
10.一種控制根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)的方法，包括以下步驟從進(jìn)口通道向分離室中饋送組分的混合物； 在所述分離室中將組分的所述混合物分離成輕和重組分； 將至少一個(gè)輕組分引導(dǎo)至第一出口中； 將至少一個(gè)重組分引導(dǎo)至第二出口中； 使已分離重組分的一部分從所述第二出口再循環(huán)至所述進(jìn)口通道中； 監(jiān)視在所述第二出口通道中流動(dòng)的重組分的密度、流率或其組合的參數(shù)； 產(chǎn)生與所述參數(shù)有關(guān)的第一控制信號(hào)； 以及響應(yīng)于所述控制信號(hào)來(lái)控制再循環(huán)流率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括以下步驟 監(jiān)視在所述第二出口通道中流動(dòng)的重組分的流率參數(shù)； 產(chǎn)生與所述流率參數(shù)有關(guān)的第二控制信號(hào)； 以及通過(guò)響應(yīng)于所述第二控制信號(hào)來(lái)控制所述第一出口通道中的第一背壓閥而控制所述第一出口通道中的壓力。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，包括以下步驟 監(jiān)視所述第二出口通道中的壓力參數(shù)； 產(chǎn)生與所述壓力參數(shù)有關(guān)的第三控制信號(hào)； 以及通過(guò)響應(yīng)于所述第三控制信號(hào)來(lái)控制所述第二出口通道中的第二背壓閥而控制所述第二出口通道中的壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求10 12中的一項(xiàng)所述的方法，其中，所述控制步驟包括， 計(jì)算所述控制信號(hào)與用于被監(jiān)視參數(shù)的期望設(shè)定點(diǎn)之間的差。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括 監(jiān)視所述再循環(huán)裝置中的流率參數(shù)； 產(chǎn)生與所述再循環(huán)裝置中的所述流率參數(shù)有關(guān)的第四控制信號(hào)； 以及響應(yīng)于所述第四控制信號(hào)來(lái)控制所述再循環(huán)流率，其中，所述控制包括計(jì)算所述第四控制信號(hào)與對(duì)應(yīng)于第一控制信號(hào)的設(shè)定點(diǎn)之間的差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括密封離心分離機(jī)(1)的系統(tǒng)，其中，該分離機(jī)包括轉(zhuǎn)子，其包括分離室(20)；進(jìn)口通道(2)，其用于要分離的組分混合物；第一出口通道(4)，其用于接收至少一個(gè)已分離輕組分；和第二出口通道(5)，其用于接收至少一個(gè)已分離重組分。該系統(tǒng)還包括再循環(huán)裝置(8)，其用于使已分離重組分的一部分從所述第二出口通道(5)再循環(huán)至所述分離室(20)；第一監(jiān)視裝置(12)，其監(jiān)視在所述第二出口通道(5)中流動(dòng)的重組分的密度、流率或其組合；和第一控制裝置(11、15、18)，其響應(yīng)于來(lái)自所述第一監(jiān)視裝置(12)的控制信號(hào)來(lái)控制再循環(huán)流率。本發(fā)明提供了一種即使在向分離機(jī)饋送變化內(nèi)含物的饋送物時(shí)也控制已分離重組分的特性的系統(tǒng)和方法。
文檔編號(hào)B04B11/02GK102712002SQ201180007414
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者A.斯文森, C.赫格馬克, H.莫貝格, J.阿格雷爾, P.托爾維德, R.伊薩克森, S.丹尼爾森 申請(qǐng)人:阿爾法拉瓦爾股份有限公司