Газожидкостный сепаратор (варианты)
GAS-LIQUID SEPARATOR (OPTIONS)

Изобретение относится к устройствам для разделения газожидкостных смесей.
Известен центробежный сепаратор, содержащий ротор, внутри которого образована камера разделения, причем в камере разделения имеется набор разделительных дисков, образующих разделительные каналы между соседними разделительными дисками, вход, функционально соединенный с ротором для непрерывной подачи смеси текучей среды, подлежащей разделению, в камеру разделения, первый выход для отделенного более легкого первого компонента смеси текучей среды, проходящий от радиально внутренней части (см. патент РФ №2566144, кл. МПК В04В 5/08, 2015 г.).
Также известна центрифуга, содержащая ротор с полостью разделения газожидкостной смеси, которая с одной стороны сообщается с магистральным трубопроводом через входное отверстие для подачи газожидкостной смеси и полостью для сбора осадка, а с другой стороны сообщается с выходным отверстием для отвода газа. Ротор со стороны входного отверстия снабжен лопастями, образующими радиально-осевые каналы, сообщающиеся с направляющим аппаратом, сообщенным с входным отверстием и выполненным с возможностью закрутки потока газожидкостной смеси (патент РФ №2301114, кл. В04В 5/08, 2007 г., прототип).
Известные устройства для разделения газожидкостных смесей эффективно осуществляют разделение, однако имеют сложную конструкцию за счет наличия ротора с вспомогательными элементами.
Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение эффективности очищения газа.
Технический результат достигается тем, что в первом варианте в газожидкостном сепараторе, содержащем полость для разделения газожидкостной смеси с входным отверстием для газожидкостной смеси, сообщенным с магистральным трубопроводом, лопасти, полость для сбора жидкости, выходное отверстие для выхода очищенного газа, согласно изобретению над полостью для сбора жидкости, выполненной в виде закрытой емкости с патрубком для слива жидкости, расположена полость для разделения газожидкостной смеси, выполненная в виде логарифмического спиралеобразного канала с основанием и с вертикальной стенкой по внутренней стороне, в которой по всему периметру спирали вертикально установлены лопасти с уклоном их внешних граней под углом 100-110° к вертикальной плоскости и расположены на расстоянии друг от друга с возможностью образования турбулентного завихрения, при этом под внутренними гранями лопастей в основании полости расположены отверстия для слива жидкости в полость для сбора жидкости, а полость для разделения газожидкостной смеси имеет крышку, в которой расположено выходное отверстие для выхода очищенного газа, при этом поперечное сечение входного отверстия для газожидкостной смеси, образованное основаниями полостей и внешней стенкой полости для разделения газожидкостной смеси, соизмеримо с поперечным сечением магистрального трубопровода.
По второму варианту в газожидкостном сепараторе, содержащем полость для разделения газожидкостной смеси с входным отверстием для газожидкостной смеси, сообщенным с магистральным трубопроводом, лопасти, полость для сбора жидкости, выходное отверстие для выхода очищенного газа, согласно изобретению, полость для сбора жидкости расположена под полостью для разделения газожидкостной смеси, основания которых выполнены в виде полуколец с расположенными по их дугам внешними и внутренними вертикальными стенками, при этом полость для сбора жидкости выполнена в виде закрытой емкости с патрубком для слива жидкости, а полость для разделения газожидкостной смеси имеет крышку, в которой расположено выходное отверстие для выхода очищенного газа, а также в полости для разделения газожидкостной смеси по всему периметру дуги внешней стенки с ее внутренней стороны вертикально установлены лопасти с уклоном их внешних граней под углом 100-110° к вертикальной плоскости и расположенные на расстоянии друг от друга с возможностью образования турбулентного завихрения, причем под внутренними гранями лопастей в основании полости расположены отверстия для слива жидкости в полость для сбора жидкости, при этом поперечное сечение входного отверстия для газожидкостной смеси образованное основаниями полостей и внешней и внутренней стенками полости для разделения газожидкостной смеси соизмеримо с поперечным сечением магистрального трубопровода.
Новизна заявляемого предложения заключается в упрощении конструкции, а именно - отсутствие вращательных элементов и повышение эффективности очищения газа при малых энергозатрат, используя внутреннюю энергию потока газожидкостной смеси и явление переноса импульса движения внутри потока.
По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена аналогичная заявляемой совокупность признаков, позволяющая получить технический результат, который ранее не достигался известными средствами, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого предложения.
Предлагаемый газожидкостный сепаратор работоспособен и может быть использован для технологических процессов с целью очищения газа, что соответствует критерию «промышленная применимость».
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 - изображен общий вид газожидкостного сепаратора, вид сбоку (1-й вариант); на фиг. 2 - то же, сечение А-А; на фиг. 3 - изображен фрагмент прямолинейного участка полости для разделения газожидкостной смеси с распределением слоев по скоростям; на фиг. 4 - изображено распределение скоростей слоев потока газожидкостной смеси вдоль сечения полости для разделения газожидкостной смеси; на фиг. 5 - изображен общий вид газожидкостного сепаратора, вид сбоку (2-й вариант); на фиг. 6 - то же, сечение В-В.
Газожидкостный сепаратор по первому варианту содержит полость 1 для разделения газожидкостной смеси с входным отверстием 2 для газожидкостной смеси, сообщенным с магистральным трубопроводом (на фиг. не показано), и лопастями 3. Полость 4 для сбора жидкости выполнена в виде закрытой емкости с патрубком 5 для слива жидкости. Полость 1 для разделения газожидкостной смеси выполнена в виде логарифмического спиралеобразного канала с основанием 6 и вертикальной стенкой 7, по внутренней стороне которой по всему периметру спирали вертикально установлены лопасти 3, расположенные друг от друга на расстоянии с возможностью образования турбулентного завихрения и с уклоном внешних граней 8 лопастей 3 под углом 100-110° к вертикальной плоскости, относительно поступающей газожидкостной смеси. Такой угол уклона внешних граней 8 лопастей 3 обеспечивает образование турбулентного завихрения потока в области внутренних граней 9 лопастей 3. Расстояние между лопастями друг от друга обеспечивает возможность образования турбулентного завихрения и примерно равно двойной ширине лопастей 3, т.к. половина расстояния, приходящаяся на внутреннюю грань, необходима для образования турбулентного завихрения потока, а другая половина расстояния, приходящаяся на внешнюю грань лопастей, необходима для воздействия поступающей газожидкостной смеси. Ширина лопастей 3 равна не более 1/5 ширины потока газожидкостной смеси, проходящего через полость 1. Под внутренними гранями 9 лопастей 3 в основании 6 полости 1 расположены отверстия 10 для слива жидкости в емкость 4 для сбора жидкости. Полость 1 для разделения газожидкостной смеси имеет крышку 11, в которой расположено выходное отверстие 12 для выхода очищенного газа. Поперечное сечение входного отверстия 2 для газожидкостной смеси образованное основанием 6 полости 1 и внешней стенкой 7 полости 4 для разделения газожидкостной смеси, должно быть соизмеримо с поперечным сечением магистрального трубопровода, из которого газожидкостная смесь поступает во входное отверстие 2. Если поперечное сечение входного отверстия 2 будет меньше поперечного сечения магистрального трубопровода, то напор потока газожидкостной смеси увеличится, а если меньше, то наоборот напор уменьшится. То есть, в том и другом случае эффективность очистки газожидкостной смеси будет низкая.
Во втором варианте в газожидкостном сепараторе полость 4 для сбора жидкости расположена под полостью 1 для разделения газожидкостной смеси и их основания 6 и 13 выполнены в виде полуколец с расположенными по их дугам внешними 14 и внутренними 15 вертикальными стенками, при этом полость 4 для сбора жидкости выполнена в виде закрытой емкости с патрубком 5 для слива жидкости, а полость 1 для разделения газожидкостной смеси имеет крышку 11, в которой расположено выходное отверстие 12 для выхода очищенного газа, а также по всему периметру дуги внешней стенки 14 полости 1 с ее внутренней стороны вертикально установлены лопасти 3 с уклоном их внешних граней 8 под углом 100-110° к вертикальной плоскости и расположенные на расстоянии друг от друга с возможностью образования турбулентного завихрения. Ширина лопастей 3 равна не более 1/5 ширины потока газожидкостной смеси, проходящего через полость 1. Под внутренними гранями 9 лопастей 3 в основании полости 1 расположены отверстия 10 для слива жидкости в емкость для сбора жидкости, при этом поперечное сечение входного отверстия 2 для газожидкостной смеси образованное основаниями полостей и внешней и внутренней стенками полости для разделения газожидкостной смеси, соизмеримо с поперечным сечением магистрального трубопровода.
Газожидкостный сепаратор работает следующим образом.
0
2
3
0
1
2
Поток газожидкостной смеси (на фиг. 2 показано прямой стрелкой) через входное отверстие 2 поступает в полость 1 в спиралеобразный канал, где он закручивается. Газожидкостная смесь является вязкой и обладает внутренним трением, которое препятствует относительному перемещению слоев жидкости или газа относительно друг друга, т.е. имеет разную скорость. Тот слой, а именно первый слой потока газожидкостной смеси, который взаимодействует с лопастями, имеет меньшую скорость за счет внутреннего трения об лопасти 3, следующий слой потока за счет явления переноса импульса движения имеет большую скорость, и так до центра потока скорости слоев потока увеличиваются V<V<V, а затем скорости слоев потока начинают уменьшаться (фиг. 3). Если линейно аппроксимировать на прямолинейные участки периметр спиралеобразного канала, по которому проходит поток, то первый слой потока со скоростью V взаимодействует с первым прямолинейным участком канала (фиг. 4) и ударяется о внешние грани 8 лопастей 3, образуя турбулентное завихрение потока (на фиг. 2 показано круговой стрелкой) в области внутренних граней 9 лопастей 3. В образованном вращающемся потоке жидкая фаза смеси под действием центробежных сил приобретает радиальное движение от центра вращающегося потока к его периферии, скапливается в виде осадка на поверхности внутренней грани 9, стекает по ее поверхности и выводится через отверстие 10 в полость 4 для сбора жидкости. Далее следующий слой потока со скоростью V взаимодействует со следующим прямолинейным участком канала (фиг. 4) и ударяется о внешние грани лопастей с последующим разделением газожидкостной смеси, затем слой потока со скоростью V взаимодействует с соответствующим прямолинейным участком канала (фиг. 4) и процесс повторяется до конца спиралеобразного канала. Таким образом, все слои потока газожидкостной смеси, за счет закручивания потока, последовательно взаимодействуют с лопастями и, пройдя, через спиралеобразный канал, газожидкостная смесь полностью очищается от жидкой фазы и очищенный газ покидает полость 1 через отверстие 10.
Что касается работы газожидкостного сепаратора по 2-му варианту, то он предназначен для газожидкостной смеси, содержащей малый объем жидкой фазы, и работает по такому же принципу, как и газожидкостный сепаратор по 1-му варианту.