Центрифуга для очистки газа
CENTRIFUGE FOR GAS CLEANING

Изобретение относится к центробежным устройствам для очистки газа от твердых частиц и мелкодисперсных капель жидкости и может быть использовано в системах компримирования, очистки и осушки газа, применяемых в нефтяной, химической и газовой отраслях промышленности.
Известна центрифуга для разделения газожидкостной смеси [1], включающая корпус с входным отверстием, дренажным патрубком и направляющим аппаратом с лопатками, кожух с выходным отверстием, неподвижную ось, на которой с помощью подшипниковых опор установлен ротор с лопастями, имеющий полость разделения и поверхность осаждения.
Основные недостатки известной центрифуги заключаются в сложности ее конструктивного исполнения и возможности захвата потоком очищенного газа ранее осажденных внутри ротора твердых частиц.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков является центрифуга для очистки газа [2], которая может быть предложена в качестве прототипа. Известная центрифуга включает корпус с камерой для сбора остатков, сообщенный с ней полый кожух с горловиной и поверхностью осаждения, патрубки для входа и выхода газа, а также сливной патрубок, размещенную в кожухе неподвижную вертикальную ось, направляющий аппарат с тангенциальными каналами подачи газа, расположенный в верхней части кожуха, ротор с тангенциальными каналами отвода газа, который размещен на оси посредством подшипниковых опор, и коаксиально охватывающей ротор пористой перегородкой, выполненной предпочтительно из коалесцирующего материала.
Главными недостатками известной центрифуги для очистки газа является отсутствие внутреннего каркаса, препятствующего деформации пористой перегородки под влиянием действующего на нее перепада давления, особенно при высоких значениях расхода пропускаемого через нее газа. Кроме того, в известной центрифуге не обеспечивается в должной мере достаточная степень самоочистки пористой перегородки в процессе работы.
Задачей изобретения является получение технического результата, который выражается в повышении надежности и эффективности работы центрифуги для очистки газа.
Задача решается и технический результат достигается за счет того, что центрифуга для очистки газа, содержащая полый цилиндрический корпус с горловиной, входным, выходным и сливным патрубками, размещенный внутри корпуса с возможностью осевого вращения ротор, к нижнему торцу которого соосно присоединена обойма, а к верхнему - тарелка, установленные в корпусе направляющий аппарат и фильтрующий элемент, который коаксиально размещен снаружи ротора, снабжена размещенными внутри корпуса уплотнительной манжетой и лопатками, причем тарелка выполнена в виде фигурной втулки, выходной патрубок - в виде полой цапфы, соосно установленной на фигурной втулке и жестко связанной с ней, направляющий аппарат - в виде винтового завихрителя, а ротор - в виде коаксиально расположенных перфорированных внешней и внутренней гильз, между которыми размещен фильтрующий элемент, причем на гильзах соосно размещены фигурная втулка и полая цапфа, у которой на наружной боковой поверхности закреплены лопатки, равномерно установленные по ее окружности, при этом входной патрубок тангенциально присоединен к верхней части корпуса на уровне лопаток, размещенных на полой цапфе, а уплотнительная манжета размещена в кольцевом зазоре, образованном внутренней поверхностью горловины корпуса и наружной поверхностью полой цапфы, причем винтовой завихритель установлен в корпусе ниже места расположения входного патрубка, при этом полая цапфа соосно установлена в горловине корпуса с возможностью вращения относительно нее. В частном случае фильтрующий элемент может быть выполнен из пористого фторопласта. В другом частном случае перфорация на боковой стенке внешней гильзы может быть выполнена в виде радиальных отверстий, а на боковой стенке внутренней гильзы - в виде продольных осевых пазов.
Конструкция центрифуги для очистки газа поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показан ее общий вид (продольный разрез); на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1.
Центрифуга для очистки газа состоит из полого цилиндрического корпуса 1 с горловиной 2 и тангенциальным верхним патрубком 3 для входа газа. Для удобства обслуживания и монтажа корпус 1 выполнен разъемным.
Корпус 1 связан с днищем 4, в котором выполнен радиальный канал 5, заканчивающийся нижним патрубком 6, предназначенным для слива смеси отделенных от газа твердых частиц и жидкости.
Внутри корпуса 1 соосно размещены ротор и винтовой завихритель 7. Ротор установлен на подшипниковых опорах 8 и 9 с возможностью осевого вращения относительно корпуса 1. Подшипниковая опора 8 размещена в днище 4, а опора 9 - в горловине 2.
Винтовой завихритель 7 установлен в корпусе 1 ниже места расположения верхнего патрубка 3. В частном случае на внутренней поверхности корпуса 1, ниже места размещения в нем винтового завихрителя 7, может быть выполнена спиралевидная внутренняя канавка, направление закрутки которой совпадает с направлением вращения газового потока.
Ротор представляет собой две коаксиально размещенные тонкостенные гильзы с перфорированными боковыми стенками: внутреннюю 10 и внешнюю 11. В частном случае, перфорация боковых стенок может иметь следующий вид: в гильзе 11 выполнены радиальные отверстия, а в гильзе 10 - продольные осевые пазы. Снизу к гильзам 10 и 11 соосно присоединена обойма 12, выполненная заодно с цапфой 13, а сверху - фигурная втулка 14, с которой жестко связана размещенная на ней полая цапфа 15. Цапфа 13 установлена в подшипниковой опоре 8, а полая цапфа 15 - в подшипниковой опоре 9. Кроме всего прочего, полая цапфа 15 функционально выполняет роль патрубка для выхода газа из корпуса 1.
В кольцевом зазоре, который образован внутренней поверхностью горловины 2 и наружной поверхностью полой цапфы 15, размещена уплотнительная манжета 16.
На наружной боковой поверхности полой цапфы 15, на уровне размещения верхнего патрубка 3, закреплены лопатки 17, равномерно распределенные по окружности. Рекомендуемая ширина (L) лопатки 17 составляет 0,50-0,95 от величины кольцевого зазора между наружной боковой поверхностью полой цапфы 15 и внутренней поверхностью корпуса 1.
В кольцевом пространстве между гильзами 10 и 11 коаксиально размещен фильтрующий элемент 18 в форме полого цилиндра. Нижним торцом фильтрующий элемент 18 взаимодействует с обоймой 12, верхним торцом - с фигурной втулкой 14, а своими внутренней и наружной боковыми поверхностями - соответственно с наружной поверхностью гильзы 10 и с внутренней поверхностью гильзы 11. В частном случае фильтрующий элемент 18 может быть выполнен из пористого фторопласта.
Центрифуга для очистки газа работает следующим образом. Неочищенный газ поступает через тангенциальный верхний патрубок 3 внутрь корпуса 1, при этом поток газа приобретает вращательное движение. Взаимодействие потока газа с лопатками 17 приводит во вращение ротор.
Поток газа после прохождения винтового завихрителя 7 дополнительно раскручивается и поступает в кольцевую полость, образованную внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью внешней гильзы 11. Здесь под действием центробежных сил из вращающегося потока газа отделяется основная часть твердых частиц и мелкодисперсных капель жидкости. Отделенная от газа жидкая смесь стекает вниз по внутренней поверхности корпуса 1, а затем удаляется из него через нижний патрубок 6.
После этого поток частично очищенного газа проходит через фильтрующий элемент 18. В процессе прохождения сквозь поры фильтрующего элемента 18 осуществляется очистка газа от мелкодисперсных капель жидкости, а также от части жидкости, находящейся в парообразном состоянии. Вращение ротора в процессе фильтрации газа увеличивает эффективность очистки последнего и способствует самоочищению фильтрующего элемента 18. Очищенный газ выводится из внутреннего пространства ротора через полую цапфу 15.
Перфорированные внутренняя 10 и внешняя 11 гильзы защищают фильтрующий элемент 18 от разрушения под действием соответственно перепада давления (в случае значительного загрязнения фильтрующего элемента 18) и центробежных сил (в случае высокой частоты вращения ротора).
Для примера, при испытаниях экспериментального образца центрифуги с фильтрующим элементом, выполненным из пористого фторопласта, через нее пропускался атмосферный воздух. Наружный диаметр фильтрующего элемента составлял 30 мм, а высота - 220 мм. При перепаде давления воздуха 0,04-0,05 МПа частота вращения ротора достигала 800-1000 об/мин. На выходе из центрифуги зафиксировано изменение влажности воздуха - температура точки росы понижалась на 9-10°C.
Источники информации
1. Патент РФ №2301114, МПК B04B 5/08, опубл. 20.06.2007.
2. Патент РФ №2545559, МПК B04B 5/08, опубл. 10.04.2015.