CN220238218U - 一种气动液气分离设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气动液气分离设备，属于工程降水及真空预压技术领域，具体包括分离器和管路连接及控制系统；管路连接及控制系统又包括控制箱、正压管路系统、负压管路系统和储气罐，分离器包括罐体，罐体内设有上腔室和下腔室，上腔室和下腔室通过中段安装有单向阀a的圆管连通，上腔室的两侧设有气液进入口和排气口b，下腔室的两侧设有进气口和排气口a。本实用新型通过对现有分离器罐体结构进行改进设计，配合设计的管路连接及控制系统，可以在不停止抽排工作的同时以加压排水的方式代替传统的水泵排水，安全性更高，排水效率更高，能耗更低，可以通过管网建设共用一台正压源设备，更加节能环保，而且故障率更低。

Description

一种气动液气分离设备

技术领域

本实用新型属于工程降水及真空预压技术领域，具体涉及一种气动液气分离设备。

背景技术

在工程降水施工和真空预压施工中，其所采用的真空抽排技术，由真空泵直接抽排液气，如水量过大，不但影响抽排效果，同时还会造成真空泵电机超荷运行，容易烧坏电机，为了避免此类现象发生，目前常用的办法是在真空抽排管路末端与真空泵之间加装液气分离器，用来收集、分离真空抽排中伴随空气从井点、膜下真空滤管中吸入的水。

现实中，工程降水和真空预压抽排施工由于范围覆盖面广。工程降水中，真空抽排连接着大量的井点，为了节约能耗以及不耽误工程进度，真空抽排通常是采用不间断地持续运行模式；真空预压抽排更是要求在保持一定的真空度条件下进行连续不间断长达数月的的持续运行模式。

然而，在工程降水和真空预压中所使用的液气分离器基本都是采用单腔室结构设计，并加装有强排机构(泵)，强排机构一般设于腔室内部，这种结构的液气分离工艺存在以下不足：

一、安全隐患：分离器内有高压电介入(强排机构位于器内)，器内导线和排水泵如发生破损导致漏电，易发生漏电事故；并且地基处理场地面积大，一般会有多台设备一起工作，一台设备就需要架设一路高压线，不但影响其他机械施工，而且也会增加安全隐患。

二、排水效率差：由于真空抽排需要连续不间断运行，使得分离器内的水在排放时是在负压环境中进行强排，受负压影响，排水效果往往达不到设备额定参数(如扬程、流量等)，甚至还会出现不排水现象(排水泵空转)，需要人为切断真空抽排，减小器内负压值，以维持泵的排水，需要人为值班看守，成本较高。

三、不节能：为了避免在负压环境中出现排水泵空转现象，所使用功率较大的强排泵，通常采用5.5-7.5Kw功率的污水泵，能耗大。

为此，我们设计一种新型真空抽排用的气动液气分离设备。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种气动液气分离设备，用以解决现有技术中存在的上述问题。

其技术方案具体如下：

本实用新型公开的一种气动液气分离设备，包括分离器和管路连接及控制系统；所述管路连接及控制系统安装在分离器外部，其中，管路连接及控制系统又包括控制箱、正压管路系统、负压管路系统和储气罐。

进一步的，所述分离器包括罐体，所述罐体的内部通过盲板分隔出上腔室和下腔室，所述盲板的中部朝下腔室方向竖直安装有一个将上腔室和下腔室连通的圆管，该圆管的中段安装有单向阀a，所述单向阀a允许介质流通的方向是从上腔室到下腔室方向，所述上腔室靠近顶部的两侧分别安装有气液进入口和排气口b，所述下腔室靠近顶部的两侧分别安装有进气口和排气口a。

进一步的，所述下腔室的底部中央以及靠近底部的侧面分别安装有排污口和排水管，所述排水管的中段安装有单向阀b，所述单向阀b允许介质流通的方向是从下腔室到分离器外部方向，所述排污口的内安装有阀门。

进一步的，所述下腔室的内部还安装有液位传感器，所述上腔室顶端的罐壁上安装有电接点真空表。

进一步的，所述正压管路系统包括注气增压主管，注气增压支管a和注气增压支管b，所述注气增压支管a和注气增压支管b通过三通接头与注气增压主管连通，所述注气增压支管b与下腔室上的进气口连通，所述注气增压支管b的中段分别安装有调压阀和气动阀门a，所述注气增压支管a与储气罐充气口连通，且注气增压支管a的中段则安装有止回阀。

进一步的，所述负压管路系统包括气动三通球阀，所述气动三通球阀的主端口上连接有负压抽排主管，而气动三通球阀的两个副端口则通过负压抽排支管分别与排气口a和排气口b连通，所述负压抽排主管的中段还安装有气动阀门b。

进一步的，所述气液进入口和排气口a和排气口b均为L形设计，所述排气口a和排气口b与气液进入口的端口方向呈相反设计，所述盲板中部的圆管底端低于排气口a的端口位置。

进一步的，所述储气罐上自带安全阀、气压表、放水阀以及三个出气口，三个所述出气口上分别安装有电磁气阀a、电磁气阀b和电磁气阀c，所述电磁气阀a、电磁气阀b和电磁气阀c的输出端均通过高压气泵软管分别与气动阀门a、气动三通球阀和气动阀门b的气动执行机构的进气端连通。

进一步的，所述注气增压主管与外置正压源设备的增压端连通，其正压源设备为空气压缩机；所述负压抽排主管的另一端则连接在负压抽排设备的抽吸端口，其负压抽排设备为真空泵。

进一步的，所述气动三通球阀的阀芯采用L型阀芯。

进一步的，所述控制箱包括PLC控制器、为PLC控制器以及电接点真空表和液位传感器提供电能的DC电源；所述PLC控制器的信号接收端分别与电接点真空表和液位传感器的信号输出端之间通过信号线电连接，所述PLC控制器的指令输出端通过信号线分别与电磁气阀a、电磁气阀b、电磁气阀c电连接。

进一步的，所述液位传感器的上限满水位置低于排气口a和进气口，而液位传感器下限低水位感应点的位置处于排水管上方1-2厘米位置。

有益效果：

本实用新型通过对现有分离器罐体结构进行改进设计，采用上、下两个腔室交替作为真空抽排液气分离的腔室，配合在两个腔室之间设计的单向阀a，以及在两个腔室上设置的排气口，通过气动三通球阀以及负压抽排支管与负压抽排主管连通，可以通过切换抽排通路来对分离器内部的上、下腔室进行切换，在需要排水时，可以将上腔室作为临时抽排分离腔室，下腔室则处于独立的封闭空间，此时借助设置的正压源或设备，向下腔室内部注入空气加压，从而实现在不停止抽排工作的同时以加压排水的方式代替传统的强排泵排水，分离器内部无高压电介入，安全性远高于传统的液气分离装置。

另外，本实用新型在排水时，下腔室与真空抽排的负压抽吸端断开，因此在注入气压实施加压排水时，既不会有损真空抽排效果，同时也不会对外置的正压源设备造成不利影响，可以使得外置的正压源设备在正常工作范畴之内完成分离器内的加压排水，其排水效果远胜于传统的水泵强排，并且正压源设备基于施工场地需求，完全可以实现一个正压源设备为多台分离器同时提供加压作业，相比传统分离器的强排工艺而言，更加节能环保，而且故障率更低，一旦排水完成后，只需要将负压抽排通道重新切换到下腔室，关闭上腔室的排气口、切断正压源即可；上、下腔室的切换由液位传感器提供信号，由PLC控制器配合电磁气阀和气动阀门a以及气动三通球阀配合完成，实现自动化控制，能够节省人力成本，降低因工人失误造成设备损坏的风险。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型管路连接及控制系统结构示意图；

图3为本实用新型分离器结构示意图；

图4为本实用新型储气罐结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本实用新型作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

实施例：

为了解决目前地基降水和真空预压的真空抽排采用的气动液气分离设备(传统气动液气分离设备)所存在的安全隐患、排水效率低和能耗大的问题，我们提出一种通过正压加压排水替换传统的水泵强排的气动液气分离设备，具体方案如下：

如图1、图3所示，本实用新型公开的一种气动液气分离设备，具体包括分离器1和管路连接及控制系统；管路连接及控制系统安装在分离器1外部，其中，管路连接及控制系统又包括控制箱18、正压管路系统、负压管路系统和储气罐19。

分离器1包括罐体，罐体的内部通过盲板2分隔出上腔室3和下腔室4，盲板2的中部朝下腔室4方向竖直安装有一个将上腔室3和下腔室4连通的圆管，该圆管的中段安装有单向阀a5，单向阀a5允许介质流通的方向是从上腔室3到下腔室4方向，上腔室3靠近顶部的两侧分别安装有气液进入口12和排气口b13，下腔室4靠近顶部的两侧分别安装有进气口9和排气口a10，气液进入口12和排气口a10和排气口b13均为L形设计，排气口a10和排气口b13与气液进入口12的端口方向呈相反设计，盲板2的圆管底端低于排气口a10的端口位置，将上腔室3和下腔室4以圆管连通，再以单向阀a5对上、下两个腔室之间的介质流通方向进行限制，使其上、下两个腔室之间配合负压管路系统以及控制箱18实现两个腔室灵活切换的同时并不会影响到负压抽排工作的正常进行。

下腔室4的底部中央以及靠近底部的侧面分别安装有排污口6和排水管7，排水管7的中段安装有单向阀b8，单向阀b8允许介质流通的方向是从下腔室4到分离器1外部方向，排污口6的内安装有阀门，其中，在下腔室4底部设置排污口6配合阀门，主要是为了方便工作人员对下腔室4底部沉淀的泥沙予以排放，以确保下腔室4内部有足够的空间用来缓存水，同时还避免下腔室4泥沙过多，在排水时大量进入排水管7导致排水管7堵塞或者阻碍排水管7内部单向阀b8闭合时其密闭性地降低。

另外，为了达到水满即排的目的，在下腔室4的内部还安装有液位传感器11，为了防止下腔室4内的水位过高，液位传感器11的上限满水位置低于排气口a10和进气口9，而液位传感器11下限低水位感应点的位置处于排水管7上方1-2厘米位置。

为了提高节能效果，需要准确获得分离器1内部真空度数据，对器内真空度加以控制，因此，在上腔室3顶端的罐壁上安装有电接点真空表14，众所周知，由于该气动液气分离设备主要运用于工程降水和真空预压施工，其抽吸管端是连接在众多井点上或多根真空滤管和排水板上，每个分离器所覆盖的区块的地质条件不是一成不变的，所以按统一的模式来管理多个分离器很容易导致分离器罐体内出现真空度过高或过低的问题，过高不节能，过低影响抽排效果。因此，在真空度过高时，需要临时短暂的关闭抽真空端口，待分离器1内部真空度下降到预期指标的最低阈值时再次开启负压抽吸端，让其保持在一定的负压区间；在真空度达不到要求时减小抽排面积或加大、增设真空泵的办法来进行解决。

需要进一步说明的是：设备在运行使用前，工作人员需要提前在电接点真空表14上设定分离器1内部真空度的最高阈值和最低阈值，当分离器内的真空度高于最高阈值时通过PLC的指令关闭气动球阀b32，低于最低阈值时再次开启气动球阀b32，达到降耗节能和稳定气压的效果。

如图1-2所示，为了实现分离器1的正压排水，其正压管路系统包括注气增压主管23以及注气增压支管a25和注气增压支管b26，而且注气增压支管a25和注气增压支管b26则通过三通接头24与注气增压主管23连通，并且注气增压支管b26与下腔室4上的进气口9连通，注气增压主管23与外置正压源设备的增压端连通，其正压源设备为空气压缩机；在需要排水时，向下腔室4内部注入高压空气，向下腔室4内部增压，以此方式使得下腔室4内部压力高于分离器1外部压力，在正压的作用下，下腔室4内部积水顺利冲开排水管7中段的单向阀b8，完成正压排水操作。

与此同时，为了不影响分离器1内部持续负压抽排效果，以及根据地形的不同，需要使得正压排水达到相应的扬程要求，需要在注气增压支管b26的中段分别安装上调压阀28和气动阀门a29，其中调压阀28的作用主要是将压力经过调压阀28的调整后达到排水所需的压力值，而气动阀门a29则主要是用来对进气口9实施通断控制，配合分离器1和控制箱18以及负压管路系统完成负压抽排和正压排水的动作。

为了充分利用正压源设备提供的高压气源，对气动阀门a29，气动阀门b32和气动三通球阀15提供稳定的动力源，将注气增压支管a25与储气罐19充气口连通，并在且注气增压支管a25的中段安装有止回阀27，使得储气罐19内部能够始终保持稳定的气压值。

如图1、图2所示，为了配合控制箱18完成分离器1内部上腔室3和下腔室4的功能切换，其负压管路系统包括气动三通球阀15，气动三通球阀15的主端口上连接有负压抽排主管17，而气动三通球阀15的两个副端口则通过负压抽排支管16分别与排气口a10和排气口b13连通，负压抽排主管17的另一端则连接在负压抽排设备的抽吸端口，负压抽排主管17的中段还安装有气动阀门b32。

如图1、图4所示，储气罐19上自带安全阀、气压表、放水阀以及三个出气口，三个出气口上分别安装有电磁气阀a20、电磁气阀b21和电磁气阀c31，电磁气阀a20、电磁气阀b21和电磁气阀c31的输出端均通过高压气泵软管30分别与气动阀门a29、气动三通球阀15和气动阀门b32的气动执行机构的进气端连通。

气动三通球阀15的阀芯采用L型阀芯。

需要进一步说明的是：气动三通球阀15作为目前自动阀门领域中除电动电磁阀门和液压阀门之外的第三类自动阀门产品，是以高压气源转换为机械能驱动阀门启闭的产品之一，其气动执行机构以及与其相匹配的气路切换用配件均为该领域常见的成熟产品，属于阀门领域中的成熟技术，因此，在文中对气动三通球阀15以及气动阀门a29的结构及功能未作过多描述。

如图1、图2所示，为了配合管路连接及控制系统，对设备实现自动化控制，其控制箱18包括PLC控制器181、为PLC控制器181以及电接点真空表14和液位传感器11和提供电能的DC电源182；PLC控制器181的信号接收端分别与电接点真空表14和液位传感器11的信号输出端之间通过信号线22电连接，PLC控制器181的指令输出端通过信号线22分别与电磁气阀a20、电磁气阀b21、电磁气阀c31连接。

需要进一步说明的是：上述文中记载的PLC控制器181，是为常规的可编程控制器，是机械设备自动化控制领域中常见且常用的控制器之一，故在文中未对PLC控制器181的集成控制电路以及工作原理做出过多描述。

在设备初始启动时，气动阀门a29在无正压动力源(电磁气阀a20关闭)的情况下处于关闭状态，即进气口9为封闭状态，气动三通球阀15将排气口a10与负压抽排主管17连通(排气口b13为封闭状)，此时，下腔室4内部与上腔室3内部以及分离器1外部形成压力差，单向阀a5在压力差的作用下开启，而排水管7中段的单向阀b8则在压力差的作用下关闭，使得下腔室4与上腔室3连通从而使得进入上腔室3气液通过圆管5流入下腔室4内，当下腔室4内部积水量达到液位传感器11设定阈值后，需要排水时，液位传感器11发出信号，PLC控制器181收到液位信号后，同步向电磁气阀a20、电磁气阀b21发出指令，使得气动三通球阀15切换负压抽吸通路，使得排气口a10关闭，排气口b13和气动阀门a29开启，此时，上腔室3与下腔室4形成压力差，单向阀a5自动关闭，而由于气动阀门a29的开启，使得正压源设备提供的高压气体进入下腔室4后，下腔室4内部气压高于分离器1外部，排水管7中段的单向阀b8在压力差的作用下被顺利冲开，完成正压排水，而此时上腔室3不间断抽排产生的积水，暂存腔室内，整个排水过程，上腔室3与下腔室4之间完全隔离，互不干扰，在保证持续有效的真空抽排作业的前提下，还能有效完成积水的排出，当下腔室4内部积水下降到液位传感器11设定最低阈值时，液位传感器11再次向PLC控制器181发出液位信号，而PLC控制器181接收到液位信号后，向电磁气阀a20、电磁气阀b21发出指令，使得气动阀门a29关闭、气动三通球阀15切换负压抽吸通路使得排气口a10开启，排气口b13关闭，以此周而复始实施排水和真空抽排作业。

另外，根据施工环境和场地需求，在不需要高扬程或短距离排水送距的情况下，适合用在真空预压膜上注水，水作为预压的荷载的施工中，进气口9的管端在安装气动阀门a29后，可无需在连接正压源，在排水时，完成上述负压抽吸腔室切换的后，打开气动阀门a29，使得下腔室4内部与外界连通，使之气压平衡后，排水管7内部单向阀b8在水体的自重下被冲开，达成无外界能量损耗及干预而自动排水。

需要进一步说明的是：排污口6上的阀门在不需要排出下腔室4内部泥沙时应当处于常闭状态。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气动液气分离设备，包括分离器(1)和管路连接及控制系统；其特征在于，所述分离器(1)包括罐体，所述罐体的内部通过盲板(2)分隔出上腔室(3)和下腔室(4)，所述盲板(2)的中部朝下腔室(4)方向竖直安装有一个将上腔室(3)和下腔室(4)连通的圆管，该圆管的中段安装有单向阀a(5)，所述上腔室(3)靠近顶部的两侧分别安装有气液进入口(12)和排气口b(13)，所述上腔室(3)顶端的罐壁上安装有电接点真空表(14)；所述下腔室(4)靠近顶部的两侧分别安装有进气口(9)和排气口a(10)，所述下腔室(4)的底部中央以及靠近底部的侧面分别安装有排污口(6)和排水管(7)，所述排水管(7)的中段安装有单向阀b(8)，所述下腔室(4)的内部还安装有液位传感器(11)；

所述管路连接及控制系统安装在分离器(1)外部，所述管路连接及控制系统包括控制箱(18)、正压管路系统、负压管路系统和储气罐(19)；

所述正压管路系统包括注气增压主管(23)，注气增压支管a(25)和注气增压支管b(26)，所述注气增压支管a(25)和注气增压支管b(26)通过三通接头(24)与注气增压主管(23)连通，所述注气增压支管b(26)与下腔室(4)上的进气口(9)连通，所述注气增压支管b(26)的中段分别安装有调压阀(28)和气动阀门a(29)，所述注气增压支管a(25)与储气罐(19)充气口连通，且注气增压支管a(25)的中段则安装有止回阀(27)；

所述负压管路系统包括气动三通球阀(15)，所述气动三通球阀(15)的主端口上连接有负压抽排主管(17)，而气动三通球阀(15)的两个副端口则通过负压抽排支管(16)分别与排气口a(10)和排气口b(13)连通，所述负压抽排主管(17)的中段还安装有气动阀门b(32)。

2.根据权利要求1所述的一种气动液气分离设备，其特征在于，所述单向阀a(5)允许介质流通的方向是从上腔室(3)到下腔室(4)方向，单向阀b(8)允许介质流通的方向是从下腔室(4)到分离器(1)外部方向，所述排污口(6)上还安装有阀门。

3.根据权利要求1所述的一种气动液气分离设备，其特征在于，所述气液进入口(12)和排气口a(10)和排气口b(13)均为L形设计，所述排气口a(10)和排气口b(13)与气液进入口(12)的端口方向呈相反设计，所述盲板(2)中部的圆管底端低于排气口a(10)的端口位置。

4.根据权利要求1所述的一种气动液气分离设备，其特征在于，所述储气罐(19)上自带安全阀、气压表、放水阀以及三个出气口，三个所述出气口上分别安装有电磁气阀a(20)、电磁气阀b(21)和电磁气阀c(31)，所述电磁气阀a(20)、电磁气阀b(21)和电磁气阀c(31)的输出端均通过高压气泵软管(30)分别与气动阀门a(29)、气动三通球阀(15)和气动阀门b(32)的气动执行机构的进气端连通。

5.根据权利要求1所述的一种气动液气分离设备，其特征在于，所述注气增压主管(23)与外置正压源设备的增压端连通，其正压源设备为空气压缩机；所述负压抽排主管(17)的另一端则连接在负压抽排设备的抽吸端口，负压抽排设备为真空泵。

6.根据权利要求4所述的一种气动液气分离设备，其特征在于，所述气动三通球阀(15)的阀芯采用L型阀芯。

7.根据权利要求1所述的一种气动液气分离设备，其特征在于，所述控制箱(18)包括PLC控制器(181)、为PLC控制器(181)以及电接点真空表(14)和液位传感器(11)提供电能的DC电源(182)；所述PLC控制器(181)的信号接收端分别与电接点真空表(14)和液位传感器(11)的信号输出端之间通过信号线(22)电连接，所述PLC控制器(181)的指令输出端通过信号线(22)分别与电磁气阀a(20)、电磁气阀b(21)、电磁气阀c(31)。

8.根据权利要求1所述的一种气动液气分离设备，其特征在于，所述液位传感器(11)的上限满水位置低于排气口a(10)和进气口(9)，而液位传感器(11)下限低水位感应点的位置处于排水管(7)上方1-2厘米位置。