ПРЯМОТОЧНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к способам и устройствам общего назначения для осуществления различных физических и химических процессов, а именно к области отделения дисперсных частиц от газов или паров с использованием центробежных сил, и может быть использована в различных отраслях промышленности, например в газодобывающей и газоперерабатывающей, для разделения газожидкостного потока.
Известен центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку, два последовательно установленных завихрителя и ловушку отделенной жидкости. Внутри обечайки между завихрителями установлен рециркуляционный элемент, выполненный в виде замкнутой полости, снабженной входами и выходом, а в стенке обечайки выполнены отверстия, причем входы рециркуляционного элемента соединены с обечайкой по периметру отверстий, а выход расположен в центральной части обечайки на расстоянии 0.8-1.0 диаметра обечайки от первого завихрителя (RU №2150315 С1, кл. В01D 45/12, опубл. 10.06. 2000).
Недостатком известного центробежного сепарационного элемента является низкая эффективность отделения жидкости от газа.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству, взятым за прототип, является центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку с ловушкой отделенной жидкости и завихритель. Внутри обечайки соосно ей размещено полое тело цилиндрической формы, один торец которого выполнен герметичным и выступающим над ловушкой отделенной жидкости, а другой торец выполнен в виде сопла и расположен над завихрителем, кроме того, выступающая торцовая часть полого тела снабжена газоподводящими патрубками (RU N2140317 С1, кл. В01D 45/12, опубл. 27.10.1999).
Недостатками известного центробежного сепарационного элемента являются высокое гидравлическое сопротивление и низкая эффективность разделения газа и жидкости из-за вторичного уноса, вызванного циркуляционными токами закрученного потока.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении эффективности отделения жидкости от газа и снижении гидравлического сопротивления устройства.
Поставленная задача достигается тем, что прямоточный центробежный элемент включает обечайку, завихритель с направляющими лопатками и отсекатель жидкости.
Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что внутри обечайки установлена рециркуляционная вставка, выполненная в виде каплевидной формы, снабженная входами и выходом, а в стенке обечайки выполнены отверстия, причем входы рециркуляционной вставки соединены с обечайкой по периметру отверстий, а выход расположен в центральной части обечайки на расстоянии 0,2-0,75 диаметра обечайки, начиная от завихрителя. Диаметр выходного отверстия рециркуляционной вставки соответствует 0,05-0,3 диаметра обечайки, а суммарная площадь поперечного сечения входных отверстий соответствует 0,005-0,03 площади поперечного сечения обечайки. Внутри обечайки, соосно ей, установлен патрубок в виде усеченного конуса, при этом диаметр большего основания патрубка соответствует 0,7-0,9 диаметра обечайки, а диаметр меньшего основания 0,5-0,7 диаметра обечайки. Завихритель снабжен направляющими лопастями, расположенными под углом 5-25° к оси обечайки.
Размещение внутри обечайки соосно ей рециркуляционной вставки, выполненной в виде каплевидной формы, снабженной входами и выходом, а также соединение входов рециркуляционной вставки с обечайкой по периметру отверстий и расположения выхода в центральной части обечайки на расстоянии 0,2-0,75 диаметра обечайки, начиная от завихрителя, объясняется тем, что на таком расстоянии окончательно формируется центробежный поток с зоной пониженного давления в центре, которая обеспечивает подачу газа, отсеченного с жидкостью, извне через входы рециркуляционной вставки, и его выход в закрученный поток.
Прямоточный центробежный элемент представлен на чертеже, где на фиг.1 показан общий вид, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - разрез по А-А. Прямоточный центробежный элемент включает обечайку 1 с завихрителем 2 и отсекателем жидкости 3. Внутри обечайки 1 соосно ей установлена рециркуляционная вставка 4, длиной 0,25-0,8 длины обечайки 1, выполненная в виде каплевидной формы, имеющая входы 5, и выход 6. В стенке обечайки 1 выполнены отверстия 7. Входы 5 рециркуляционной вставки 4 соединены с обечайкой 1 по периметру отверстий 7. Выходное отверстие 6 расположено в центральной части обечайки 1 на расстоянии 0,2-0,75 диаметра обечайки. Диаметр выходного отверстия 6 рециркуляционной вставки 4 соответствует 0,05-0,3 диаметра обечайки 1, а суммарная площадь поперечного сечения входов 5 соответствует 0,005-0,03 площади поперечного сечения обечайки 1. Патрубок 8, в виде усеченного конуса, расположен внутри обечайки, соосно ей, на расстоянии 0,2-0,8
3 длины обечайки 1. Завихритель 2 выполнен в виде продолжения обечайки 1 и имеет направляющие лопасти 9, расположенные под углом 5-25° к оси обечайки 1.
Прямоточный центробежный элемент работает следующим образом. Газожидкостной поток, поступая в завихритель 2, направляется лопастями 9, где под действием центробежных сил, возникающих за счет профильной формы лопастей 9, он закручивается и делится на центральный газовый, с зоной пониженного давления, и периферийный, газожидкостной, с зоной повышенного давления. За счет размещения в центре прямоточного центробежного элемента рециркуляционной вставки 4, центральный газовый поток объединяется с периферийным, газожидкостным, что устраняет вторичный унос, вызванный обратными токами, и снижает гидравлическое сопротивление элемента. Жидкость под действием центробежных сил осаждается на внутреннюю поверхность обечайки 1 и потом направляется к патрубку 8. Через кольцевой зазор между обечайкой 1 и патрубком 8 жидкость с частью газа отводится к отсекателю 3. Через кольцевой зазор между обечайкой 1 и отсекателем 3, жидкость отводится из потока. Основной поток газа, отделившись от жидкости, выходит из центробежного элемента. Часть газа, вышедшего через отсекатель 3 вместе с жидкостью, подсасывается через входы 5 рециркуляционной вставки 4, и из выходного отверстия 6 направляется в зону пониженного давления центробежного поля на доочистку от капельной жидкости.
Выполнение выходного отверстия рециркуляционной вставки, соответствующей 0,05-0,3 диаметра обечайки, обеспечивает необходимую рециркуляцию газа, что предотвращает вторичный унос жидкости, а суммарная площадь поперечного сечения входных отверстий, соответствующая 0,005-0,03 площади поперечного сечения обечайки, обеспечивает дополнительную доочистку возможной унесенной капельной жидкости.
Выполнение внутри обечайки, соосно ей, патрубка в виде усеченного конуса, диаметр большего основания которого соответствует 0,7-0,9 диаметра обечайки, а диаметр меньшего основания 0,5-0,7 диаметра обечайки позволяет обеспечить отвод жидкости из газового потока к внутренней стенке обечайки, тем самым разделить жидкость от газа.
Снабжение завихрителя направляющими лопастями, расположенными под углом 5-25° к оси обечайки, позволяет стабилизировать закрутку потока и уменьшить гидравлическое сопротивление.
Совокупность всех существенных признаков обеспечивает повышение эффективности отделения жидкости от газа и снижение гидравлического сопротивления устройства.