РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ЗАВИХРИТЕЛЬ
SEPARATION DEVICE, COMPRISING SWIRLER

Настоящее изобретение относится к разделительному устройству, содержащему завихритель, вырезанный из листового материала и содержащий множество лопаток.
Завихрители могут быть использованы для разделения в разделительных устройствах, в которых они создают центробежные вихри в потоке текучей среды, такой как газ или жидкость, дополнительно содержащей, в качестве варианта, твердые частицы. В большинстве случаев завихрители используют для отделения жидких компонентов от газа.
В случаях низкозатратных применений завихрители могут быть вырезаны из листового материала, такого как листовой металл или листовая заготовка. Завихритель может быть вырезан из исходной металлической листовой заготовки, например, с помощью лазерной резки, по радиальным линиям резки, разделяющим смежные лопатки, и круговой периферийной линии резки с радиусом, соответствующим радиусу канала, в котором предполагается установить указанный завихритель.
На практике такие завихрители создают относительно большое трение и, соответственно, создают большие перепады давления и потери энергии. Кроме того, эффективность завихрения потока в них меньше, чем при использовании завихрителей других типов.
Если плоские лопатки изогнуты в направлении от плоскости первоначального листового металла, то на виде сверху изогнутые лопатки не могут перекрывать все проходное поперечное сечение, и между лопатками, а также между лопатками и внутренней стенкой канала, в котором установлен завихритель, образуются зазоры. В результате часть газа может проходить напрямую через завихритель, не подвергаясь непосредственно воздействию завихрителя.
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении недорогого завихрителя с повышенной эффективностью разделения текучих сред, в частности для отделения жидкости из смеси, состоящей из газа и жидкости. Другой задачей является обеспечение завихрителя, создающего меньшие потери давления.
Указанные выше задачи решены с помощью завихрителя из листового материала, содержащего множество лопаток, имеющих кромку со стороны входа потока, образующую входной угол, и кромку со стороны выхода потока, образующую выходной угол. Кромка со стороны входа потока и кромка со стороны выхода потока проходят от центрального участка к периферийной кромке. Периферийная кромка проходит между конечными точками кромки со стороны входа потока и кромки со стороны выхода потока. Лопатки изогнуты таким образом, что входной угол больше, чем выходной угол.
В данном случае показанный на виде сбоку входной угол представляет собой угол между входным участком лопатки и плоскостью листовой заготовки, из которой образован завихритель. Соответственно, показанный на виде сбоку выходной угол является углом между выходным участком лопатки и плоскостью листовой заготовки, из которой получен завихритель. Если входной угол составляет более 70°, например, более 80°, например, приблизительно 90°, он по существу совпадает с направлением осредненного потока газа, поступающего к завихрителю. Таким путем газовый поток постепенно направляется к выходному участку. Было установлено, что это приводит к созданию значительно меньшего перепада давления в завихрителе. Походящие выходные углы находятся, например, в интервале от 30 до 60°, предпочтительно от 50 до 60°, что, как правило, приводит к высокой эффективности завихрения, хотя при практическом применении завихрителя могут быть также использованы и другие выходные углы.
Образование зазора между периферийной кромкой и стенкой канала может быть с успехом предотвращено, если периферийная кромка изогнутых лопаток выполнена на виде сверху круговой. Это может быть достигнуто путем резки лопатки таким образом, что выходные кромки получаются больше, чем кромки со стороны входа. Большие выходные углы требуют большей разницы в длине между входными и выходными кромками.
В соответствии с другим воплощением завихритель может быть выполнен из двух или большего количества субзавихрителей из листового металла, размещенных один над другим. Лопатки одного субзавихрителя могут закрывать зазор между лопатками другого субзавихрителя. Количество лопаток может быть удвоено или утроено, и в этом случае преимущество заключается в том, что, если смотреть сверху, завихритель полностью закрыт, и поток газа не может проходить через завихритель, не подвергаясь его воздействию. Предпочтительно субзавихрители, входящие в состав завихрителя, выполнены идентичными.
Субзавихрители, например, могут содержать 2, 3 или 4 лопатки. Установленные один над другим завихрители могут быть размещены так, что их лопатки находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, хотя при необходимости могут быть также реализованы другие промежутки между лопатками.
В качестве варианта кромки со стороны входа потока могут быть обрезаны таким образом, что они по существу перпендикулярны направлению движения потока. В результате завихрители могут быть выполнены с меньшей высотой.
Описанные здесь завихрители могут быть изготовлены с меньшими затратами средств за счет выполнения в металлической листовой заготовке линий резки для образования периферийных кромок, кромок со стороны входа потока и кромок со стороны выхода потока множества лопаток завихрителя. Лопатки затем изгибают для образования выходного угла и входного угла, который больше, чем выходной угол. Листовая заготовка может быть выполнена из листового металла, такого как сталь. Резка заготовки может быть осуществлена с помощью лазерной резки или с помощью другой подходящей технологии резки.
Линия резки для периферийной кромки может проходить между конечной точкой первой радиальной линии резки и точкой на следующей радиальной линии резки на расстоянии от конечной точки второй линии резки. В результате кромка с выходной стороны может быть выполнена большей, чем кромка с входной стороны, и лопатки могут быть отогнуты таким образом, что периферийная кромка может присоединиться к стенке канала, не оставляя существенного зазора.
Линия резки для образования периферийной кромки может быть прервана, например, в одной из ее конечных точек или между конечными точками с образованием материального мостика между лопатками и остальной частью листовой заготовки, которая может, например, иметь форму кругового кольца.
Пакетированный завихритель описанного выше типа может быть изготовлен с помощью вертикальной сборки, образованной размещенными один над другим вырезанным завихрителем с изогнутыми лопатками и одним или несколькими другими соответствующим образом вырезанными и изогнутыми завихрителями с формированием одного пакетированного завихрителя.
Далее будут описаны примеры воплощений со ссылкой на сопровождающие чертежи.
На фиг. 1А показан пример воплощения завихрителя, вид в перспективе;
на фиг. 1В - завихритель согласно фиг. 1А, вид сверху;
на фиг. 1С - завихритель согласно фиг. 1А, вид сбоку;
на фиг. 1D - заготовка для завихрителя, показанного на фиг. 1А, вид сверху;
на фиг. 2А - второй пример воплощения завихрителя, вид в перспективе;
на фиг. 2В - завихритель согласно фиг. 2А, вид сбоку;
на фиг. 2С - сторона выхода потока завихрителя, показанного на фиг. 2А, вид в плане;
на фиг. 2D - сторона входа потока завихрителя, показанного на фиг. 2А, вид в плане;
на фиг. 3 - третий пример воплощения завихрителя, вид в перспективе.
На фиг. 1А-1С представлен пример воплощения завихрителя 1 из листового металла, содержащего периферийное кольцо 2, центральный участок 3 и три радиально и эквидистантно расположенные лопатки 4, соединяющие центральный участок 3 и периферийное кольцо 2. Лопатки 4 имеют одинаковые размеры и форму. Лопатки 4 содержат участок 5 для входа потока, находящийся у кромки 6 со стороны входа потока, и участок 7 для выхода потока у кромки 8 со стороны выхода потока.
Как показано на фиг. 1С, участок 5 входа потока образует входной угол α, составляющий примерно 90° с плоскостью, проходящей через кольцо 2 и центральный участок 3 и образующей плоскость исходной листовой металлической заготовки. Участок 7 выхода потока образует выходной угол β, составляющий примерно 40°. Кромка 6 со стороны входа потока обрезана так, что она по существу перпендикулярна направлению потока, показанному на фиг. 1С стрелкой А.
В иллюстрируемом воплощении участок 5 входа потока лопаток 4 постепенно изгибается от угла 90° на входе до угла 40° на выходе, что достигается в точке, через которую проходит показанная на фиг. 1А воображаемая линия В. В альтернативных воплощениях линия В может находиться на более высоком или более низком уровне. Криволинейный участок лопатки 4, например, может быть искривлен с постоянным радиусом кривизны или с радиусом, который постепенно увеличивается или уменьшается от входной кромки в направлении линии В. Участок 7 выхода потока выполнен плоским с постоянным углом наклона, составляющим приблизительно 40°. В альтернативных воплощениях участок 5 входа потока также может содержать плоский участок вблизи входной кромки для потока, и/или участок 7 выхода потока также может быть искривленным с постепенным приближением к желаемому углу выхода у выходной кромки 8 для потока.
Как показано на фиг. 1B, лопатки 4 имеют периферийные кромки 9, образующие в совокупности на виде сверху внешнюю контурную линию в виде окружности. При этом периферийные кромки 9 соединяются со стенкой канала (не показана) без образования существенного зазора.
На фиг. 1D показана листовая металлическая заготовка 10 для изготовления завихрителя 1 после формирования на ней линий резки. Радиальные линии 11 резки формируют для, по меньшей мере, частичного образования входных кромок 6 для потока и выходных кромок 8 для потока лопаток 4. Радиальные линии 11 резки соединены посредством линий 12 резки, образующих периферийные кромки 9 лопаток 4. Линии 12 резки профилируют таким образом, чтобы полученные периферийные кромки 9 на виде сверху соответствовали контуру в виде окружности после сгибания лопаток 4 до их конечной формы. В связи с этим конечная точка 13 линии 12 резки на стороне выходной кромки 8 находится на большем радиальном расстоянии от центрального участка 3, чем конечная точка 14 линии 12 резки на входной кромке 6. Для скругления входных кромок 6 для потока вырезают треугольные участки 15. Лопатки 4 затем последовательно сгибают до получения конечной формы. По усмотрению, периферийное кольцо 2 может быть удалено или оно может быть сохранено для обеспечения опоры для крепежных элементов и тому подобного.
Как показано на фиг. 1B, между лопатками 4 оставляют открытые зазоры 16. В результате часть газа может проходить через лопатки 4, не закручиваясь ими. Для повышения эффективности закручивания потока два одинаковых завихрителя 1 могут быть установлены один над другим в качестве субзавихрителей с образованием одного единственного завихрителя 20, как показано на фиг. 2А-2D. Субзавихрители 1 размещают один над другим с перекрывающими и расположенными на равных расстояниях друг от друга лопатками 4, при этом их кольца 2 прикреплены одно к другому. Кольца выполнены с отверстиями 17. Отверстия 17 расположенного ниже субзавихрителя 1 совмещаются с отверстиями 17 расположенного выше субзавихрителя 1, если их лопатки 4 находятся на одинаковом расстоянии друг от друга.
На фиг. 2С и 2D на виде в плане завихритель 20 показан с точки, находящейся ниже по потоку, и с точки, находящейся выше по потоку соответственно. На фиг. 2С показаны прямолинейные выходные кромки 6 для потока, в то время как на фиг. 2D показаны скругленные входные кромки 6 для потока. Лопатки 4 перекрывают всю круговую площадь поперечного сечения. Любой газ, проходящий через завихритель 20, будет подвергаться действию лопаток 4 и будет закручиваться. Поток газа может быть закручен по часовой стрелке или против часовой стрелки, в зависимости от направления, приданного лопаткам 4.
Кольца 2 могут быть использованы для крепления завихрителя 20, например, в конце трубопровода или между двумя трубопроводами таким образом, что лопатки 4 находятся внутри канала, образованного трубопроводом, в то же время указанные кольца 2 не пересекают путь движения потока в канале.
Если завихритель предполагается установить внутри канала на некотором расстоянии от конца канала, то в этом случае может быть использован завихритель, который не имеет какого-либо периферийного кольца 2. На фиг. 3 показано другое воплощение такого завихрителя 30, выполненного без периферийного кольца, конструкция которого подобна завихрителю 20, показанному на фиг. 2А-2С, а отличие заключается лишь в том, что кольца 2 в данном случае удалены. Завихритель 30 выполнен из двух установленных один над другим субзавихрителей, выполненных без колец.
Центральный участок 3 может быть сохранен небольшим по отношению к лопаткам 4, или он может быть выполнен большего размера. Центральные участки 3 с большими размерами обычно обуславливают более высокие перепады давления. В представленных воплощениях центральные участки 3 расположены между участками 7 выхода потока лопаток 4 и участками 5 входа потока. В качестве варианта центральный участок может быть использован для соединения двух или большего числа субзавихрителей друг с другом, например, с помощью болтового соединения.