СЕПАРАТОР ГАЗОВЫЙ ВИХРЕВОГО ТИПА
GAS VORTEX SEPARATOR

Изобретение предназначено для очистки газового потока от жидкости и механических примесей, в том числе для улавливания мелкодисперсных и аэрозольных жидких и твердых частиц из газового потока, и применяется в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Технический уровень
Газовые сепараторы вихревого типа известны.
Известен сепаратор по патенту РФ №2304455 [1]. Указанный сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, горизонтальные входной и выходной патрубки, сливной патрубок, дефлектор с отражательной пластиной, образующие с внутренней стенкой корпуса улавливающий карман, сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, ложное днище, карман-ловушку, расположенную в верхней части сепарационного пакета. Сепаратор также содержит горизонтальную перегородку, расположенную над сепарационным пакетом, и тонкослойный отбойник, содержащий соосно расположенные над горизонтальной перегородкой конусообразные пластины разного размера и кольцевой гидравлический карман, причем сепаратор также содержит дренажную трубку, гидравлически соединяющую гидравлический карман с нижней частью сепаратора. Изобретение обеспечивает повышение эффективности сепарации.
Известен сепаратор по патенту РФ №2366489 [2], содержащий вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, входной, выходной и сливной патрубки, жестко закрепленную в корпусе горизонтальную перегородку с дренажным отверстием, соединенным с нижней частью сепаратора дренажной трубкой, сепарационный пакет с карманом-ловушкой, дефлектор, расположенный у входного патрубка. Горизонтальная перегородка разделяет внутреннее пространство сепаратора на вихревую и дополнительную камеры, а выход дефлектора расположен в вихревой камере. Входной и выходной патрубки расположены соосно и нормально закреплены в цилиндрическом корпусе сепаратора в области дополнительной камеры. Сепаратор дополнительно содержит спиральную пластину, размещенную в нижней части сепаратора, и конический отбойник, жестко прикрепленный к верхнему днищу в дополнительной камере соосно с сепарационным пакетом. К вершине конического отбойника прикреплен дренажный стержень.
Известен сепаратор по патенту РФ № 2346727 [3], содержащий  вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, ложное днище. Дефлектор выполнен спиралеобразной формы, и его длина составляет не менее одного оборота вокруг вертикальной оси корпуса сепаратора. Технический результат: снижение относительного содержания жидкости и механических примесей в пространстве вокруг сепарационного пакета, что приводит к относительному снижению нагрузки на сепарационный пакет по жидкой фазе по сравнению со входом в сепаратор и к повышению эффективности сепарации.
По совокупности существенных признаков наиболее близким сепаратором к заявляемому изобретению является сепаратор газовый вихревого типа, известный из описания изобретения к патенту РФ № 2366489 [2].
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение степени очистки газового потока с большим содержанием жидкости.
Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, относящихся к  сепараторам газовым вихревого типа.
Сущность изобретения
Технический результат достигается тем, что в сепараторе газовом вихревого типа, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, разделенный на вихревую и дополнительную камеры;   верхнее и нижнее днища;  входной, выходной и сливной патрубки, сепарационный пакет и дренажную трубку; при этом входной и выходной патрубки расположены соосно и нормально закреплены в цилиндрическом корпусе сепаратора в области дополнительной камеры; причем входной патрубок соединен с дефлектором-завихрителем,  выход которого расположен в вихревой камере, а внутренняя стенка корпуса, дефлектор и отражательная пластина  образуют улавливающий карман, согласно изобретению дефлектор–завихритель дополнительно снабжен отбойной пластиной; при этом  сепаратор содержит герметично закрепленные в корпусе  верхний и нижний конусообразные опорные диски, разделяющие внутреннее пространство сепаратора на вихревую и дополнительную камеры; при этом в  отверстии конусообразных  опорных дисков,  расположенных соосно с сепарационным пакетом, жестко закреплены     внутренние кольца с зазорами равной величины между ними; при этом на нижнем опорном диске, внутри сепарационного пакета, закреплены верхнее и нижнее концентричных кольца; при этом сепарационный пакет   выполнен в форме усеченного конуса и содержит изогнутые сепарационные пластины,  жестко закрепленные в верхней части  на нижнем  опорном  диске,   а в нижней части – на  коническом  основании.
При этом коническое основание сепарационного пакета выполнено сплошным.
При этом сепарационный пакет расположен в осевой зоне сепаратора так, что его ось параллельна оси цилиндрического корпуса сепаратора и смещена относительно нее в направлении от дефлектора на расстояние, равное половине среднего расстояния от дефлектора до корпуса сепаратора.
При этом сепарационный пакет  содержит изогнутые сепарационные пластины, расположенные в его образующей поверхности и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы.
При этом сепаратор дополнительно содержит спиральную пластину, размещенную в нижней части сепаратора,
При этом сепаратор  содержит  вертикальную дренажную трубку, расположенную в улавливающем кармане, один конец которой закреплен в дренажном отверстии  нижнего опорного диска, а другой конец закреплен в компенсаторе  гидравлического затвора, при этом дренажная трубка гидравлически соединяет дополнительную камеру с вихревой камерой.
Перечень чертежей
Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами.
Фиг.1 - схема сепаратора, продольный разрез;
фиг.2 - схема сепаратора, поперечный разрез (сечение А-А фиг.1);
фиг.3 - схема сепаратора, поперечный разрез (сечение В-В фиг.1);
фиг.4 – блок колец 11 (увеличено) на фиг.1;
фиг.5 - вид Г на фиг.4.
Перечень позиций
1 -  вертикальный цилиндрический корпус,
2 -  верхнее днище,
3 -  нижнее днище,
4 -  входной патрубок,
5 -  выходной патрубок,
6 -  сливной патрубок,
7 -  дефлектор-завихритель,
8 -  внутренняя стенка дефлектора-завихрителя,
9 -  верхний конусообразный опорный диск,
10 -  нижний конусообразный опорный диск,
11 -  внутренние кольца,
12 -  концентричное кольцо,
13 -  концентричные кольца,
14 -  сепарационный пакет,
15 -  цельное коническое основание,
16 -  отражательная пластина,
17 -  дренажное отверстие,
18 -  дренажная трубка,
19 -  спиральная пластина,
20 -  компенсатор   гидравлического затвора,
21 -  отбойная пластина дефлектора-завихрителя,
22 -  дополнительная камера,
23 -  вихревая камера,
24 -  улавливающий карман,
25 -  выход дефлектора-завихрителя,
26 -  пластина сепарационного пакета,
27 -  соединительные пластины для внутренних колец 11.
Сепаратор газовый вихревого типа (фиг.1) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 днища; входной 4, выходной 5 и сливной 6 патрубки; дефлектор-завихритель 7 с отбойной пластиной 21 (фиг.2, 3) и улавливающим карманом 24  (фиг.2, 3); герметично  закрепленные в корпусе два конусообразных опорных диска 9 и 10; дренажную трубку 18 с дренажным отверстием 17 (фиг.2); сепарационный пакет 14 с  цельным коническим  основанием  15 и концентричными кольцами 12 и 13.
Два конусообразных опорных диска  9 и 10 разделяют внутреннее пространство сепаратора на две камеры: вихревую камеру 23 снизу и дополнительную камеру 22 сверху.
В отверстии конусообразных  опорных дисков 9 и 10, расположенных соосно с сепарационным пакетом 14, жестко закреплены внутренние  кольца 11  с зазорами  h равной величины между ними. Предпочтительно, чтобы количество колец 11 было равно трем. Кольца жестко соединены между собой  соединительными пластинами 27 (фиг.4 и 5), образуя блок колец.
На нижнем опорном диске, внутри сепарационного пакета, закреплены два концентричных кольца - верхнее 12 и нижнее 13.
Входной 4 и выходной 5 патрубки расположены соосно. Эти патрубки нормально закреплены в цилиндрическом корпусе 1 сепаратора в области дополнительной камеры 22. Сливной патрубок 6 расположен в нижнем днище 3 сепаратора (фиг.1).
Дефлектор-завихритель 7 расположен у входного патрубка 4. Выход 25 дефлектора-завихрителя 7 расположен в вихревой камере 23. Дефлектор-завихритель 7 снабжен отбойной пластиной 21 (фиг.2) и предназначен для формирования вращательного (вихревого) движения газового потока в вихревой камере 23 сепаратора. Дефлектор 7 также препятствует поступлению газового потока в дополнительную камеру 22 и в осевую зону вихревой камеры 23 без его предварительного разделения.
Внутренняя стенка корпуса 1, дефлектор-завихритель 7 и отражательная пластина 16 образуют улавливающий карман 24 (фиг.2, 3. Диск 9 условно не показан). Карман 24 предназначен для отвода из вихревого потока движущихся частиц жидкости и механических примесей, прижатых центробежной силой к внутренней стенке корпуса 1 сепаратора, и их транспортировки в нижнюю накопительную часть   сепаратора.
Сепарационный пакет 14 служит для тонкой очистки газожидкостной смеси.
Сепарационный пакет 14 выполнен в форме перевернутого усеченного конуса и содержит изогнутые сепарационные пластины 26, расположенные в его образующей поверхности и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы. Изогнутые пластины 26 жестко закреплены в верхней части  на нижнем  опорном  диске 10, а в нижней части –   коническому основанию 15 (фиг.1). Предпочтительно, чтобы коническое основание было выполнено сплошным, без отверстий. Такое исполнение позволяет избежать  беспрепятственного попадания жидкости в сепарационный пакет из центральной зоны вихревой камеры и накопления жидкости на его внутренней поверхности.
Сепарационный пакет 14 расположен в осевой зоне сепаратора так, что его ось параллельна оси цилиндрического корпуса 1 сепаратора и смещена относительно нее в направлении от дефлектора 7 на расстояние ε таким образом, чтобы ось сепарационного пакета располагалась на равном расстоянии от дефлектора-завихрителя 7 и внутренней стенки корпуса 1 сепаратора.
Два концентричных кольца 12 и 13, закрепленные на нижнем опорном диске 10 в зоне сепарационного пакета 14, образуют двухступенчатое препятствие движению жидкости.
Сепаратор содержит  вертикальную дренажную трубку 18, расположенную в улавливающем кармане 24. Один конец дренажной трубки 18 закреплен в дренажном отверстии  нижнего опорного диска 10 (не показано), а другой конец закреплен в компенсаторе  гидравлического затвора 20. Дренажная трубка гидравлически соединяет дополнительную камеру 22 с вихревой камерой 23 (фиг.1).
Сепаратор может быть дополнительно снабжен   спиральной пластиной 19, размещенной в нижней части сепаратора.
Спиральная пластина 19 предназначена для предотвращения вихревого движения потока в зоне ее установки и направления частиц жидкости от стенки сепаратора к сливному патрубку 6,  радиус ее витков уменьшается при обходе спирали по ходу вихревого движения газа в вихревой камере 23.
Работа
Заявляемый сепаратор газовый вихревого типа работает следующим образом.
Газожидкостной поток с увеличенным количеством жидкости, который необходимо очистить от жидкости и механических примесей, из трубопровода подводят в сепаратор через входной патрубок 4. Посредством дефлектора-завихрителя 7 газожидкостному потоку придается необходимое ускорение и направление движения, позволяющее на первом этапе задать необходимые газодинамические характеристики для формирования центробежного принципа сепарации газа.
Дефлектор 7  плавно изменяет направление движения газа и формирует его вихревое движение вокруг сепарационного пакета 14 в вихревой камере 23.
На  выходе 25 из дефлектора-завихрителя 7 (фиг.3) из-за увеличения площади поперечного сечения и объема сепаратора  происходит снижение скорости газожидкостного потока, и жидкость, движущаяся по внутренней стенке 8 дефлектора–завихрителя 7  (фиг.1, 2, 3), стремится  к движению в центр сосуда в виде капель или мелкодисперсной фракции, где, подхваченная набегающим потоком газа, может быть транспортирована в зону сепарационного пакета 14, тем самым создавая дополнительную  жидкостную нагрузку в зоне тонкой очистки. Для исключения этого явления в конструкции дефлектора-завихрителя 7 предусмотрена отбойная пластина 21 (фиг.2, 3), которая не только препятствует отрыву жидкости в сечении изменения скоростей, но и дополнительно формирует жидкостной поток, прижимая его к внутренней поверхности  стенки корпуса сепаратора.
В пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и сепарационным пакетом 14, из газового потока выделяется основная масса жидкости и механических примесей.  Основное количество жидкости и механических примесей отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и движутся по ней  в направлении вращения газового потока, где попадает в улавливающий карман 24 и   под действием гравитационных сил  стекает  к сливному патрубку 6.
Аэрозольная фракция жидкости и механических примесей, не осевшая за счет малого удельного веса на стенке корпуса 1, смешиваясь, попадает на наружную поверхность изогнутых пластин 26 сепарационного пакета 14 и транспортируется газовым потоком через щелевые каналы  на их внутреннюю поверхность. Поднимаясь по внутренней поверхности пластин за счет подъемной силы восходящего потока газа, но  с невысокой скоростью (не более 1 м/с), смесь жидкости и механических примесей, увеличиваясь в объеме и массе, приближается к месту присоединения сепарационного пакета 14 и нижнего опорного диска 10 и концентричного кольца 13. Пытаясь преодолеть уклон конусообразного опорного диска 10 и препятствие кольца 13, большая часть жидкости за счет своей массы падает вниз на поверхность цельного конического основания 15 и за счет его уклона удаляется из области сепарационного пакета. Далее по ходу движения оставшейся жидкости и  после отделения на кольце 13 аналогичное действие происходит  на границе кольца 12 и далее на нижнем кольце 11 трубы 27. Частицы жидкости  попадают в нижнюю область вихревой камеры.
Остатки жидкости в виде пленки стараются подняться вверх, прижимаясь к стенке нижнего и среднего колец  11 трубы 27 , но за счет зазоров между ними отводятся в область между двумя опорными дисками 9 и 10 и за счет конической формы, а также за счет центробежной скорости и увеличения собственной массы транспортируются в область дренажного отверстия  17 трубки 18, по которой они поступают через компенсатор гидрозатвора 20 к сливному патрубку 6.
В нижней области вихревой камеры может быть дополнительно установлена спиральная пластина 19. Спиральная пластина 19 предотвращает вихревое движение накопившейся жидкости в нижней области вихревой камеры 23 сепаратора и направляет частицы жидкости к сливному патрубку 6.
Таким образом, за счет многоступенчатой очистки газожидкостного потока от жидкости и механических примесей  решается задача повышения степени очистки газового потока с большим содержанием жидкости.
Технический результат, который заключается в расширении арсенала  сепараторов газовых вихревого типа, достигается тем, что  в сепараторе газовом вихревого типа, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, разделенный на вихревую и дополнительную камеры;   верхнее и нижнее днища;  входной, выходной и сливной патрубки, сепарационный пакет и дренажную трубку; при этом входной и выходной патрубки расположены соосно и нормально закреплены в цилиндрическом корпусе сепаратора в области дополнительной камеры; причем входной патрубок соединен с дефлектором-завихрителем,  выход которого расположен в вихревой камере, а внутренняя стенка корпуса, дефлектор и отражательная пластина  образуют улавливающий карман, согласно изобретению дефлектор–завихритель дополнительно снабжен отбойной пластиной; при этом  сепаратор содержит герметично закрепленные в корпусе  верхний и нижний конусообразные опорные диски, разделяющие внутреннее пространство сепаратора на вихревую и дополнительную камеры; при этом в  отверстии конусообразных  опорных дисков,  расположенных соосно с сепарационным пакетом, жестко закреплены  внутренние кольца с зазорами равной величины между ними; при этом на нижнем опорном диске, внутри сепарационного пакета, закреплены верхнее и нижнее концентричные кольца; при этом сепарационный пакет   выполнен в форме усеченного конуса и содержит изогнутые сепарационные пластины,  жестко закрепленные в верхней части  на нижнем  опорном  диске,   а в нижней части – на  коническом  основании.
При этом коническое основание сепарационного пакета выполнено сплошным.
При этом сепарационный пакет расположен в осевой зоне сепаратора так, что его ось параллельна оси цилиндрического корпуса сепаратора и смещена относительно нее в направлении от дефлектора на расстояние, равное половине среднего расстояния от дефлектора до корпуса сепаратора.
При этом сепарационный пакет  содержит изогнутые сепарационные пластины, расположенные в его образующей поверхности и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы.
При этом сепаратор дополнительно содержит спиральную пластину, размещенную в нижней части сепаратора.
При этом сепаратор  содержит  вертикальную дренажную трубку, расположенную в улавливающем кармане, один конец которой закреплен в дренажном отверстии  нижнего опорного диска, а другой конец закреплен в компенсаторе  гидравлического затвора, при этом дренажная трубка гидравлически соединяет дополнительную камеру с вихревой камерой.
Промышленная применимость
Заявляемый сепаратор реализован из промышленно выпускаемых материалов, может быть собран на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в промышленности.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение №2304455 «Сепаратор газовый вихревого типа (варианты)». Опубликовано:  20.08.2007.
2. Патент РФ на изобретение №2366489 «Сепаратор газовый вихревого типа». Опубликовано: 10.09.2009 - наиболее близкий аналог.
3. Патент РФ на изобретение №2346727 «Сепаратор газовый вихревого типа».  Опубликовано: 20.02.2009.