СЕПАРАТОР ЖИДКОСТИ
FLUID SEPARATOR

Настоящее изобретение относится к сепаратору жидкости.
Более конкретно, настоящее изобретение относится к сепаратору жидкости, который снабжен корпусом, при этом предпочтительно, но не обязательно, чтобы данный корпус имел цилиндрическую форму; данный корпус имеет вход для газожидкостной смеси и ограничивает пространство, которое герметично закрыто сверху крышкой, содержащей выход для выпуска очищенного газа, причем в указанном пространстве предусмотрена, во-первых, труба, которая расположена вокруг указанного входа крышки, а во-вторых - тонкий фильтр, который также расположен вокруг указанного входа крышки, так что труба и тонкий фильтр ограничивают область выпуска.
Труба и боковая стенка корпуса ограничивают область впуска, через которую пропускается очищаемая газожидкостная смесь, при этом в области впуска происходит первая стадия сепарации.
Под действием внешних сил газожидкостная смесь меняет направление своего перемещения, огибая дальний конец трубы, расположенный в нижней части указанной области впуска, в результате чего осуществляется вторая стадия сепарации.
Тонкий фильтр может быть образован рубашкой, снабженной фильтрующим материалом, и крышкой фильтра, которая герметично закрывает тонкий фильтр снизу.
При прохождении смеси через тонкий фильтр имеет место третья стадия сепарации.
Область выпуска сообщается с окружающей средой через предохранительный клапан.
Как только давление внутри корпуса станет избыточным, предохранительный клапан откроется, и газожидкостная смесь будет выпущена, что приведет к нормализации давления внутри корпуса.
Смесь, находящаяся в области впуска, содержит больше жидкости, чем смесь, находящаяся в области выпуска, поэтому предохранительный клапан, сообщающийся с областью впуска, должен быть значительно крупнее, что делает выпуск смеси из области впуска нецелесообразным.
При перепаде давлений на тонком фильтре выпуск смеси, прошедшей через тонкий фильтр, также нецелесообразен.
Предохранительный клапан обычно сообщается с областью выпуска через отверстие в трубе.
Недостатком этого является то, что в силу погрешностей невозможно полностью изолировать область впуска от области выпуска. В результате газожидкостная смесь утекает из области впуска в область выпуска через вышеуказанное отверстие в трубе.
Такие утечки нежелательны, поскольку тонкий фильтр непосредственно контактирует с утекающим потоком газожидкостной смеси, которая не была подвергнута первой и второй стадиям сепарации; в результате тонкий фильтр быстро пропитывается жидкостью, что отрицательно сказывается на сроке службы указанного фильтра.
Кроме того, часть газожидкостной смеси утекает и через предохранительный клапан, направляясь из области впуска в область выпуска. Однако предохранительный клапан не рассчитан на удаление нефильтрованной смеси, поступающей непосредственно из вышеуказанной области впуска.
Очевидно, что при этом пропускаются первые две стадии сепарации, что отрицательно сказывается на характеристиках сепаратора жидкости.
Целесообразно, чтобы расстояние между отверстием в трубе и предохранительным клапаном было минимальным. Поэтому предохранительный клапан обычно встраивают в боковую стенку корпуса.
Если в известных сепараторах жидкости предохранительный клапан установлен на боковой стенке корпуса, то такие сепараторы имеют неправильную форму. Это налагает ограничения на их встраивание в более крупногабаритную систему.
Задачей настоящего изобретения является устранение одного или нескольких вышеупомянутых и/или других недостатков путем выполнения сепаратора жидкости, который снабжен корпусом, включающим в себя боковую стенку, которая содержит вход для газожидкостной смеси и ограничивает пространство, герметично закрытое сверху крышкой, которая содержит выход для выпуска очищенного газа; в вышеуказанном пространстве предусмотрена, во-первых, труба, которая расположена вокруг вышеуказанного выхода крышки, а во-вторых - тонкий фильтр, который также расположен вокруг вышеуказанного выхода крышки, при этом труба и тонкий фильтр ограничивают область выпуска, которая сообщается с окружающей средой через предохранительный клапан, причем в соответствии с характерным признаком настоящего изобретения предохранительный клапан связан с вышеуказанной областью выпуска через канал, выполненный в крышке.
Преимуществом сепаратора жидкости, соответствующего настоящему изобретению, является то, что для сообщения предохранительного клапана с зоной выпуска труба может не содержать отверстия. Как следствие смесь не может утекать из области впуска в область выпуска через указанное отверстие.
Очевидно, что вышеизложенные факты положительно отражаются на характеристиках и сроке службы сепаратора жидкости, соответствующего настоящему изобретению.
Другим преимуществом сепаратора жидкости, соответствующего настоящему изобретению, является то, что для изготовления и сборки указанного сепаратора требуется меньше операций.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения предохранительный клапан зафиксирован на крышке, при этом предпочтительно, чтобы он был непосредственно вмонтирован в вышеуказанный канал, выполненный в крышке, к примеру, предохранительный клапан может быть снабжен резьбовым ниппелем для ввинчивания указанного клапана в канал.
Это является преимуществом, поскольку наличие предохранительного клапана незначительно изменяет внешние габариты сепаратора жидкости.
Кроме того, сепаратор жидкости сохраняет свою правильную форму, что облегчает его встраивание в более крупногабаритную систему.
В соответствии с другим предпочтительным аспектом настоящего изобретения между крышкой и боковой стенкой предусмотрено первое уплотнительное кольцо.
Преимуществом размещения первого кольца является то, что во время работы сепаратора жидкости смесь не утекает в окружающую среду.
Предпочтительным является то, что верхняя часть боковой стенки корпуса снабжена пазом, а верхняя часть тонкого фильтра снабжена фланцем, обращенным наружу, который зафиксирован в вышеуказанном пазу. Предпочтительно, чтобы между вышеуказанной крышкой и фланцем тонкого фильтра было предусмотрено второе уплотнительное кольцо.
Преимуществом размещения второго кольца является то, что окончательно очищенный газ не может быть загрязнен газожидкостной смесью, поступающей из области впуска и/или области выпуска.
Предпочтительные варианты выполнения сепаратора по настоящему изобретению представлены лишь в качестве примеров и ни в коей мере не являются ограничительными и поясняются чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - схематичный вид в перспективе сепаратора жидкости, соответствующего настоящему изобретению;
фиг.2 - сепаратор по фиг.1, без крышки;
фиг.3 - разрез по линии III-III, изображенной на фиг.1;
фиг.4 - фрагмент, ограниченный линией F4 по фиг.3.
Сепаратор жидкости, представленный на фигурах, снабжен корпусом 2, который включает в себя цилиндрическую боковую стенку 3, снабженную тангенциальным входом 4 для газожидкостной смеси, и тонкий фильтр 5, расположенный коаксиально стенке 3, причем данный фильтр содержит рубашку 6, снабженную фильтрующим материалом.
В соответствии с настоящим изобретением вышеуказанная боковая стенка может быть и нецилиндрической. Следует также отметить, что вход 4 может быть расположен не тангенциально, а, к примеру, радиально к боковой стенке 3.
В данном случае тонкий фильтр 5 коаксиален боковой стенке 3, однако в соответствии с настоящим изобретением это необязательно. Вариант выполнения тонкого фильтра 5, содержащего рубашку, описан в качестве примера, при этом настоящее изобретение не ограничено данным вариантом выполнения тонкого фильтра 5. Примером тонкого фильтра 5 может быть коалесцентный фильтр.
Боковая стенка 3 ограничивает пространство, которое герметично закрыто сверху крышкой 7, содержащей выход 8 для очищенного газа, причем в данном случае пространство ограничено снизу дном 9, в котором может быть выполнено отверстие 10 для слива сепарированной жидкости.
Следует учесть, что сливное отверстие 10 может проходить и не через вышеуказанное дно, а через цилиндрическую боковую стенку 3 и даже через крышку 7. В двух последних случаях в сепараторе 1 жидкости может быть установлен, к примеру, так называемый «трубопровод откачки», который засасывает сепарированную жидкость, скопившуюся, к примеру, на дне сепаратора 1.
Кроме того, сепаратор 1 жидкости снабжен трубой 11, которая расположена в вышеуказанном пространстве вокруг выхода 8, предпочтительно, но не обязательно - вдоль продольной оси корпуса 3 или по существу вдоль нее, к примеру, труба может отходить от крышки 7 и нижний конец трубы может отстоять на некотором расстоянии от дна 9.
Указанная труба 11 расположена между боковой стенкой корпуса 2 и тонким фильтром 5, в частности - между вышеуказанной боковой стенкой и рубашкой 6 тонкого фильтра 5. Верхняя часть трубы 11 снабжена фланцем 12, с помощью которого труба закреплена на сепараторе 1 жидкости.
В данном варианте выполнения верхняя часть корпуса 2 утолщена и проходит практически радиально до трубы 11. Кроме того, верхняя часть боковой стенки корпуса снабжена пазом 13 или круговой канавкой, в которой - в данном примере - зафиксирован вышеуказанный фланец 12 трубы 11.
Настоящее изобретение не ограничено данным способом крепления трубы 11, при этом она может быть соединена с крышкой 7 и/или боковой стенкой корпуса множеством других способов, к примеру, путем приваривания или приклеивания трубы 11 к крышке, а также запрессовки или защелкивания верхней части указанной трубы 11 и т.п.
В данном случае верхняя часть тонкого фильтра 5 также снабжена фланцем 14, который проходит радиально и входит в вышеуказанный паз 13, причем фланец 14 прилегает к фланцу 12 трубы 11.
Снизу тонкий фильтр 5 герметично закрыт крышкой 15 фильтра.
Предпочтительным является то, что уплотнительные кольца 16 и 18 имеют форму торов и зажаты между крышкой 7 и боковой стенкой 3 и между крышкой 7 и фланцем 14 тонкого фильтра 5 соответственно.
Особо предпочтительно, что между крышкой 7 и утолщенной частью боковой стенки корпуса 2 расположено первое уплотнительное кольцо 16 в форме тора, установленное в кольцевой канавке 17, которая выполнена в крышке 7 на стороне ее контакта со стенкой 3. Предпочтительно, чтобы между крышкой 7 и фланцем 14 тонкого фильтра 5 было установлено второе уплотнительное кольцо, которое также имело бы форму тора.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения сепаратора 1 согласно настоящему изобретению, не показаны на фигурах, указанная утолщенная часть боковой стенки может быть заменена обращенным внутрь верхним выступом, или же утолщенная часть может отсутствовать.
Крышка 7 снабжена каналом 19, который непосредственно сообщается с пространством, ограниченным тонким фильтром 5 и трубой 11, через соответствующее отверстие 20 во фланце 14 тонкого фильтра 5.
В данном варианте выполнения указанный канал 19 снабжен винтовой резьбой, на которую может быть навинчен резьбовой ниппель предохранительного клапана 21, что позволяет вмонтировать указанный клапан в крышку.
Следует учесть, что указанный предохранительный клапан 21 может быть вмонтирован в канал 19 множеством других способов или соединен с указанным каналом без фиксации, то есть настоящее изобретение не ограничено использованием такого резьбового соединения.
Предпочтительно, чтобы отверстие 20 во фланце 14 тонкого фильтра 5 было расположено между первым уплотнительным кольцом 16 и вторым уплотнительным кольцом 18, при этом отверстие 20 должно быть расположено на уровне канала 19, выполненного в крышке 7.
Особенностью настоящего изобретения является то, что предохранительный клапан 21 сообщается с вышеуказанной областью выпуска через канал 19 в крышке, а не через отверстие в трубе 11.
Принцип действия сепаратора 1 жидкости, соответствующего настоящему изобретению, очень прост и заключается в следующем.
Газожидкостная смесь, которая на практике может представлять собой воздушно-масляную смесь, поступает от масляного компрессора в область впуска сепаратора через тангенциальный вход 4, расположенный в верхней части корпуса 2 сепаратора, причем указанная область впуска расположена между боковой стенкой корпуса 2 и трубой 11.
Если сепаратор 1 жидкости расположен так, как показано на фигурах, то газожидкостная смесь проходит через область впуска сверху вниз, при этом если смесь поступает в сепаратор тангенциально его корпусу (что предпочтительно), то она перемещается вдоль цилиндрической боковой стенки корпуса 2. Перемещаясь от верха к низу, вышеуказанная смесь преодолевает расстояние, которое в несколько раз больше периметра корпуса 2.
Благодаря центробежным силам частицы жидкости, имеющие больший вес, попадают на боковую стенку корпуса 2, после чего стекают вниз по указанной боковой стенке.
Как только смесь оказывается в нижней части области впуска, заканчивается первая стадия сепарации. Жидкость, отсепарированная на первой стадии, скапливается на дне корпуса.
В конце первой стадии сепарации смесь, оказавшаяся в нижней части области впуска, огибает свободный конец трубы 11, устремляясь вверх.
Таким образом, газожидкостная смесь оказывается в пространстве между трубой 11 и рубашкой 6 тонкого фильтра 5, то есть в области выпуска.
После того как смесь изменила направление своего перемещения на 180 градусов, частицы жидкости, имеющие больший вес, продолжают перемещаться вниз по инерции. Таким образом, происходит вторая стадия сепарации. Отсепарированная жидкость скапливается на дне корпуса 2.
Третья и конечная стадия сепарации происходит при прохождении смеси через рубашку 6 тонкого фильтра 5 по мере того, как смесь, находящаяся в области выпуска, перемещается вверх. Тонкий фильтр 5 поглощает оставшуюся влагу из смеси, в результате чего она будет содержать в итоге примерно на 99,99% меньше влаги, чем неочищенная смесь.
После прохождения через тонкий фильтр 5 смесь оказывается в конечной области, после чего очищенный газ выходит из сепаратора 1 жидкости через выход 8, расположенный в крышке 7. Из сепаратора газ может поступать, к примеру, в компрессионные устройства.
Давление внутри корпуса может резко возрасти, к примеру, при закупорке одной из систем, расположенных за корпусом по ходу перемещения потока.
Поэтому корпус 2 снабжен предохранительным клапаном 21, который открывается при чрезмерном увеличении давления внутри корпуса, что позволяет снизить данное давление до допустимого уровня.
Таким образом, важно, чтобы предохранительный клапан 21 выпускал газожидкостную смесь, поступающую из области впуска, в окружающую среду в случае повышения давления до избыточного уровня по причинам, которые упомянуты в вводной части данного описания.
В соответствии с настоящим изобретением предохранительный клапан 21 сообщается с областью выпуска через канал 19, выполненный в крышке 7. Это является преимуществом, поскольку больше не нужно выполнять отверстия в трубе 11 для связывания предохранительного клапана 21 с областью выпуска.
Предпочтительно, чтобы предохранительный клапан 21 был вмонтирован в крышку 7, что важно с точки зрения компактности сепаратора 1 жидкости.
Фланец 14 тонкого фильтра снабжен отверстием 20, которое расположено на уровне канала 19, выполненного в крышке 7 (фиг.3 и 4). Таким образом, при избыточном давлении в сепараторе 1 жидкости смесь может быть выпущена из области выпуска через предохранительный клапан 21, который сообщается с данной областью через вышеуказанное отверстие 20 и канал 19, выполненный в крышке 7.
На фиг.3 и 4 также видно, что отверстие 20 во фланце 14 тонкого фильтра 5 расположено между первым и вторым уплотнительными кольцами 16 и 18.
Главным преимуществом размещения первого и второго уплотнительных колец 16 и 18 соответственно является то, что при этом исключаются внутренние утечки смеси и ее утечка через промежуток между крышкой 7 и корпусом 2.
Фланец 12 трубы 11 и фланец 14 тонкого фильтра 5 прилегают к поверхности паза 13, выполненного в боковой стенке корпуса 2, при этом фланец 14 опирается на фланец 12.
Крышка 7 собранного сепаратора 1 жидкости оказывает давление на фланец 14 тонкого фильтра 5 через второе уплотнительное кольцо 18, в результате чего фланец 12 трубы 11 зажат между вышеуказанным фланцем 14 и стенкой корпуса.
Таким образом, обеспечивается уплотнение между металлическими корпусом 2 и трубой 11, что исключает утечку смеси из области впуска в область выпуска.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения сепаратор 1 жидкости снабжен средствами фиксации для размещения тонкого фильтра 5 в корпусе 2 в единственно возможной позиции, чтобы отверстие 20 во фланце 14 тонкого фильтра 5 было расположено против канала, выполненного в крышке 7.
На фиг.2 показан предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения, в котором паз 13 снабжен тремя стыковочными элементами 22, взаимодействующими с тремя выемками 23 во фланце 14 тонкого фильтра 5.
Использование вышеуказанных средств фиксации гарантирует, что после установки тонкого фильтра 5 отверстие 20 в его фланце 14 будет расположено на уровне канала 19, выполненного в крышке 7, для максимально эффективной продувки.
Предохранительный клапан, зафиксированный на крышке 7, может быть вмонтирован в нее вертикально. Это исключает скопление конденсированной влаги в предохранительном клапане 21, а значит, минимизирует риск его коррозии.
Настоящее изобретение ни в коей мере не ограничено предпочтительными вариантами его выполнения, описанными в качестве примеров, которые проиллюстрированы прилагаемыми чертежами; напротив, сепаратор жидкости, соответствующий настоящему изобретению, может быть выполнен в соответствии с другими вариантами, при этом данному сепаратору может быть придано множество других форм и размеров без отступления от объема настоящего изобретения.