СЕПАРАТОР ГАЗОВЫЙ ВИХРЕВОГО ТИПА (ВАРИАНТЫ)
VORTEX TYPE GAS SEPARATOR (VERSIONS)

Изобретение предназначено для улавливания мелкодисперсных и аэрозольных жидких и твердых частиц из газового потока и применяется в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Из описаний изобретений к патентам РФ №2136350 (МПК 6 B01D 45/12, 1999 [1]) и №2188062 (МПК 7 B01D 45/12, 2002 [2]) известен сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, разделенный кольцевой перегородкой на нижнюю и верхнюю сепарационные камеры, входной и выходной патрубки, дефлектор, сепарационный элемент с вертикальными пластинами, составляющими щелевые каналы, отражатель. Сепаратор также снабжен ложным и плоским днищами, соединенными радиальными пластинами. Верхняя сепарационная камера в нижней части снабжена отверстием, соединенным сливной трубой с гидрозатвором, расположенным в нижней части корпуса.
Недостатком известного устройства является наружное размещение сливной трубы. Это при эксплуатации приводит к снижению эффективности сепаратора при понижении температуры окружающей среды. Температура сливной трубы равна температуре окружающей среды. В холодную погоду происходит обледенение внутреннего канала сливной трубы и замерзание гидравлического затвора, что приводит к скоплению жидкости в верхней сепарационной камере. Указанная жидкость уносится в выходной патрубок, что и обуславливает снижение эффективности сепарации. Кроме того, наличие гидравлического затвора приводит к наличию в верхней сепарационной камере жидкости, уровень которой равен уровню жидкости в гидравлическом затворе. При выходе из строя гидрозатвора, например при забивании механическими примесями или попадании вязкой жидкости, происходит его запирание и перекрытие. При остановке сепаратора в холодный период сливная труба перемерзает.
Из описания изобретений к патенту РФ №2304455 (МПК B01D 45/12, 2007 [3]) известна также группа газовых сепараторов вихревого типа, каждый из которых содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, 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. При этом сепаратор разделен горизонтальной перегородкой на нижнюю и верхнюю сепарационные камеры, а верхняя камера содержит емкость для сбора уловленной жидкости. Указанная емкость гидравлически связана с нижней частью сепаратора с помощью дренажной трубки, снабженной внизу гидрозатвором.
Недостатком указанного сепаратора является наличие гидравлического затвора на нижнем конце дренажной трубки. Это приводит к наличию жидкости в емкости для сбора уловленной жидкости верхней сепарационной камеры. Уровень этой жидкости равен уровню жидкости в гидравлическом затворе. При накоплении механических примесей или вязкой жидкости в гидрозатворе происходит его запирание и перекрытие. При этом жидкость перестает отводиться из емкости для сбора уловленной жидкости верхней сепарационной камеры. Это приводит к практической неработоспособности верхней сепарационной камеры до очистки гидрозатвора. Кроме того, при остановке сепаратора в холодное время года сливная труба перемерзает, что также приводит к накоплению жидкости в емкости для сбора уловленной жидкости верхней сепарационной камеры и неработоспособности этой камеры в начальный период эксплуатации сепаратора.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является уменьшение количества уловленной жидкости, находящейся в камере дополнительной сепарации, более полное и надежное ее выведение из этой камеры.
Сущность изобретения по варианту 1 состоит в том, что сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, разделенный горизонтальной кольцевой перегородкой на вихревую и дополнительную камеры. При этом вихревая камера снабжена входным и сливным патрубками, дефлектором с отражательной пластиной, сепарационным пакетом с карманом-ловушкой, а дополнительная камера снабжена выходным патрубком, средством улавливания жидкости и гидравлическим карманом. При этом горизонтальная перегородка содержит переходное и дренажное отверстия, последнее из которых гидравлически связано с гидравлическим карманом. При этом вихревая камера снабжена изогнутой дренажной трубкой. Одним концом дренажная трубка прикреплена снизу к горизонтальной перегородке и перекрывает упомянутое дренажное отверстие, а вторым свободным концом размещена по ходу вихревого движения потока.
Второй свободный конец дренажной трубки предпочтительно размещать в направляющем канале. Дренажную трубку желательно размещать в дефлекторе или в области выхода дефлектора.
Сепаратор допустимо выполнять с вертикально расположенным выходным патрубком. Средство улавливания жидкости предпочтительно выполнять при этом в виде конусообразных направляющих конфузоров, расположенных между переходным отверстием и выходным патрубком и соосно с ними. При этом направляющие конфузоры следует располагать один над другим с частичным перекрытием, с образованием в зоне перекрытия кольцевых зазоров. Нижний направляющий конфузор целесообразно размещать в переходном отверстии так, чтобы его нижний край располагался ниже горизонтальной перегородки.
Сепаратор возможно выполнять с горизонтально расположенным выходным патрубком. Средство улавливания жидкости желательно выполнять при этом в виде тонкослойного отбойника, содержащего соосно расположенные над горизонтальной перегородкой конусообразные пластины разного размера и кольцевой гидравлический карман. При этом сепаратор также должен содержать перепускную трубку, расположенную в улавливающем кармане и гидравлически соединяющую гидравлический карман с дренажным отверстием горизонтальной перегородки. Перепускная трубка и изогнутая дренажная трубка конструктивно могут быть выполнены в виде одной трубки.
Предпочтительно выполнять сепарационный пакет цилиндрической формы и располагать его в корпусе сепаратора со смещением в направлении от дефлектора на расстояние, равное половине среднего расстояния от дефлектора до корпуса сепаратора.
Сущность изобретения по варианту 2 состоит в том, что сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, разделенный горизонтальной кольцевой перегородкой на вихревую и дополнительную камеры. При этом вихревая камера снабжена входным и сливным патрубками, дефлектором с отражательной пластиной, сепарационным пакетом с карманом-ловушкой, а дополнительная камера снабжена выходным патрубком, средством улавливания жидкости и гидравлическим карманом. При этом горизонтальная перегородка содержит переходное и дренажное отверстия, последнее из которых гидравлически связано с гидравлическим карманом. При этом вихревая камера снабжена каплевидным обтекателем, прикрепленным снизу к горизонтальной перегородке, перекрывающим дренажное отверстие и снабженным отверстием у нижней точки, гидравлически связанным с дренажным отверстием.
Каплевидный обтекатель желательно размещать в дефлекторе или в области выхода дефлектора.
Сепаратор допустимо выполнять с вертикально расположенным выходным патрубком. Средство улавливания жидкости предпочтительно выполнять при этом в виде конусообразных направляющих конфузоров, расположенных между переходным отверстием и выходным патрубком и соосно с ними. При этом направляющие конфузоры следует располагать один над другим с частичным перекрытием, с образованием в зоне перекрытия кольцевых зазоров. Нижний направляющий конфузор целесообразно размещать в переходном отверстии так, чтобы его нижний край располагался ниже горизонтальной перегородки.
Сепаратор возможно выполнять с горизонтально расположенным выходным патрубком. Средство улавливания жидкости желательно выполнять при этом в виде тонкослойного отбойника, содержащего соосно расположенные над горизонтальной перегородкой конусообразные пластины разного размера и кольцевой гидравлический карман. При этом сепаратор также должен содержать перепускную трубку, расположенную в улавливающем кармане и гидравлически соединяющую гидравлический карман с дренажным отверстием горизонтальной перегородки.
Предпочтительно выполнять сепарационный пакет цилиндрической формы и располагать его в корпусе сепаратора со смещением в направлении от дефлектора на расстояние, равное половине среднего расстояния от дефлектора до корпуса сепаратора.
На фиг.1 показана схема сепаратора, пример 1 по обоим вариантам, продольный разрез (сечение Б-Б фиг.2, фиг.7); на фиг.2 - схема сепаратора по варианту 1, поперечный разрез (сечение А-А фиг.1); на фиг.3 - схема размещения дренажной трубки по варианту 1, пример 1 (сечение В-В фиг.2); на фиг.4 - схема размещения дренажной трубки по варианту 1, пример 2; на фиг.5 - схема сепаратора, продольный разрез, пример 3 по обоим вариантам (сечение Б-Б фиг.2); на фиг.6 - схема размещения дренажной трубки по варианту 2, пример 3; на фиг.7 - схема сепаратора по варианту 2, поперечный разрез (сечение А-А фиг.1, фиг.5); на фиг.8 - схема каплеобразного обтекателя по варианту 2 (сечение В-В фиг.7).
Сепаратор газовый вихревого типа по варианту 1 (фиг.1, 2) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 днищами. Горизонтальной кольцевой перегородкой 4 корпус 1 разделен на нижнюю вихревую 5 и верхнюю дополнительную 6 камеры. Сепаратор также содержит (фиг.1, 2) размещенные в области вихревой камеры 5 входной 7 и сливной 8 патрубки, дефлектор 9 с отражательной пластиной 10, сепарационный пакет 11 с карманом-ловушкой 12, ложное днище 13. В области дополнительной камеры 6 сепаратор содержит выходной 14 патрубок, средство улавливания жидкости (не обозначено) и гидравлический карман 15.
Входной патрубок 7 жестко закреплен в цилиндрическом корпусе 1 сепаратора ниже горизонтальной перегородки 4 и расположен в нем со смещением так, что его ось лежит в плоскости поперечного сечения корпуса 1 и не пересекает ось корпуса 1.
Дефлектор 9 расположен у входного патрубка 7 и предназначен для формирования вращательного (вихревого) движения газового потока внутри сепаратора. Дефлектор 9 также препятствует поступлению газового потока в осевую зону сепаратора без его предварительного разделения. Дефлектор 9 образован изогнутой пластиной 16, внутренней стенкой корпуса 1 и отражательной пластиной 10 и при этом ограничен сверху горизонтальной кольцевой перегородкой 4, а снизу - нижней крышкой 17. При этом дефлектор 9 выполнен с постепенно увеличивающейся высотой.
Внутренняя стенка корпуса 1, нижняя крышка 17 дефлектора 9 и отражательная пластина 10 образуют открытый снизу улавливающий карман 18 (фиг.2). Карман 18 предназначен для отвода из вихревого потока движущихся жидкости и механических примесей, прижатых центробежной силой к внутренней стенке корпуса 1 сепаратора, и их транспортировки в нижнюю накопительную часть сепаратора.
Сливной патрубок 8 расположен в нижнем днище 3 сепаратора.
Сепарационный пакет 11 выполнен цилиндрической формы и содержит плоские изогнутые сепарационные пластины 19, расположенные в его образующей поверхности, и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы 20. Плоские изогнутые пластины 19 жестко закреплены в верхней части к горизонтальной перегородке 4. В нижней части эти пластины 19 жестко закреплены к нижнему осевому диску 21. Диск 21 жестко закреплен к пальцу 22, конец которого расположен без зазора в отверстии ложного днища 13, расположенного с кольцевым зазором к вертикальному корпусу 1 и жестко закрепленного к корпусу 1 с помощью Г-образных пластин 23. При этом сепарационный пакет 11 расположен в осевой зоне сепаратора так, что ось сепарационного пакета 11 параллельна оси цилиндрического корпуса 1 сепаратора и смещена относительно нее.
Над нижним осевым диском 21 расположен верхний осевой диск 24, соединенный с ним посредством радиальных пластин 25. Пластины 25 также предназначены для исключения вращения газового потока ниже зоны их расположения.
В перепускном отверстии горизонтальной перегородки 4, расположенном соосно с сепарационным пакетом 11, размещена труба 26, жестко соединенная с горизонтальной перегородкой 4. В верхней части сепарационного пакета 11 между наружной поверхностью трубы 26 и внутренней поверхностью верхней части плоских изогнутых пластин 19 образован кольцевой зазор, который совместно с нижней поверхностью горизонтальной пластины 4 сформировал карман-ловушку 12.
1
1
1
2
2
2
Горизонтальная кольцевая перегородка 4 содержит дренажное отверстие 27 для сброса жидкости из дополнительной камеры 6 в вихревую камеру 5 (фиг.2, 3). Указанное отверстие 27 гидравлически связано с гидравлическим карманом 15, находящимся в дополнительной камере 6. Снизу в этом отверстии 27 закреплена изогнутая дренажная трубка 28. Свободный конец дренажной трубки 28 ориентирован по ходу движения вихревого потока в вихревой камере 5 и размещен вблизи внутренней поверхности корпуса 1 сепаратора. Такая ориентация дренажной трубки 28 при использовании сепаратора создает разряжение на ее свободном конце, что способствует полному и скорейшему выводу уловленной жидкости из дополнительной камеры. Дренажная трубка 28 размещена внутри дефлектора 9 или в области выхода из дефлектора 9. Такое размещение дренажной трубки 28 обусловлено желанием обеспечить наибольшее разряжение на ее конце. Это разряжение тем больше, чем выше скорость вихревого потока, охватывающего дренажную трубку 28. В соответствии с уравнением неразрывности среды (ρSv=ρSv), где ρ - плотность среды, S - площадь поперечного сечения канала, v - скорость потока среды, указанный поток имеет наибольшую скорость внутри дефлектора 9, имеющего меньшую площадь поперечного сечения, чем вихревой канал вокруг сепарационного пакета 11, или вблизи выхода из дефлектора 9. Горизонтальная часть дренажной трубки 28 может быть прямой или изогнутой по линии тока вихревого движения газожидкостного потока.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1.
Средство улавливания жидкости в дополнительной камере (фиг.1) выполнено в виде расположенного в верхней части этой камеры 6 тонкослойного отбойника (не обозначено), содержащего соосно расположенные конусообразные пластины 29 разного размера, и гидравлический карман 15. Пластины 29 расположены соосно с сепарационным пакетом 11 и образуют кольцевые зазоры 30.
Выходной патрубок 14 расположен горизонтально и жестко закреплен в цилиндрическом корпусе 1 сепаратора между горизонтальной перегородкой 4 и гидравлическим карманом 15.
Сепаратор содержит также перепускную трубку 31 (фиг.1, 3), один конец которой расположен в отверстии для сброса жидкости гидравлического кармана 15, а другой конец - в дренажном отверстии 27 горизонтальной перегородки 4.
Пример 2.
Сепаратор по примеру 1, в котором перепускная 31 и дренажная 28 трубки конструктивно выполнены как одна трубка.
Пример 3.
Средство улавливания жидкости в дополнительной камере 6 (фиг.5, 6) выполнено в виде конусообразных направляющих конфузоров 32, расположенных преимущественно над горизонтальной перегородкой 4. Конфузоры 32 расположены соосно с сепарационным пакетом 11 и вертикальным выходным патрубком 14. Конфузоры 32 расположены один над другим с частичным перекрытием. Нижний конфузор расположен в переходном отверстии горизонтальной перегородки 4. Верхний конфузор расположен под выходным патрубком 14 и частично перекрывает его. В зоне взаимного перекрытия и перекрытия с выходным патрубком 14 конфузоры 32 образуют кольцевые зазоры 33, расположенные навстречу движения газового потока и предназначенные для отвода пленочной жидкости с поверхности конфузоров 32 в гидравлический карман 15. Указанный карман 15 образован корпусом 1, верхней поверхностью горизонтальной перегородки 4 и внешней поверхностью нижнего конфузора 32.
Труба 26, установленная в горизонтальной перегородке 4 и формирующая карман-ловушку, конструктивно выполнена в виде нижней части нижнего конфузора 32.
Пример 4.
Для целей уменьшения разбрызгивания жидкости, высасываемой из дренажной трубки 28, ее свободный конец размещен в цилиндрическом направляющем канале 34 (фиг.4). Наличие указанного канала 34 приводит к повышению однородности потока, охватывающего дренажную трубку 28, что уменьшает разбрызгивание исходящей из нее жидкости. Направляющий канал 34 и горизонтальная часть дренажной трубки 28 выполнены прямыми.
Пример 5.
Ось сепарационного пакета 11 смещена относительно оси корпуса 1 сепаратора так, чтобы сепарационный пакет 11 находился в центре внутреннего пространства между изогнутой пластиной 16 дефлектора 9 и корпусом 1 сепаратора (фиг.8).
Концы плоских изогнутых пластин 19 направлены в разные стороны по касательной к окружностям, расположенным в поперечном сечении сепаратора, одна из которых описана вокруг сепарационного пакета 11, а другая вписана в сепарационный пакет 11.
Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенными выше примерами.
Заявляемый газовый сепаратор вихревого типа по варианту 1 работает следующим образом.
Газ, подлежащий очистке (сырой газ), подводят в аппарат через входной патрубок 7. Установка входного патрубка 7, смещенного по горизонтали относительно осевой линии корпуса 1, позволяет создать скользящий удар об изогнутую пластину 16 дефлектора 9.
Дефлектор 9 плавно изменяет направление движения газа и формирует вихревое движение газа вокруг сепарационного пакета 11. В дефлекторе 9 из газового потока выделяется основная масса жидкости и механические примеси. Капли жидкости и механическая примесь отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием гравитационных сил движутся вдоль этой стенки по нисходящей спирали по ходу вращения газового потока. Основная часть жидкости и механических примесей попадает при этом в улавливающий карман 18 и стекает по его стенкам вниз, к ложному днищу 13.
Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на стенке корпуса 1, попадает на наружную поверхность плоских изогнутых пластин 19 и транспортируется газовым потоком через щелевые каналы 20 на их внутреннюю поверхность. Опускаясь по внутренней поверхности пластин 19, частицы жидкости, приблизившись к нижним кромкам этих пластин 19, соскальзывают с них и попадают на поверхность ложного днища 13.
Через кольцевой зазор 35 между корпусом 1 и ложным днищем 13 жидкость и механические примеси транспортируются к сливному патрубку 8.
Вращаясь в направлении газового потока, неотсепарированная пленочная часть жидкости захватывается карманом-ловушкой 12 (ее наружный диаметр больше внутреннего диаметра сепарационного пакета 11) и, продолжая свое вращательное движение в направлении газового потока, и будучи прижатой к горизонтальной перегородке 4, под действием центробежной силы прижимается к верхней внутренней части пластин 19. После накопления в кармане-ловушке 12 достаточного количества жидкости она под действием силы тяжести стекает вниз по пластинам 19 и далее транспортируется на ложное днище 13, а затем - к сливному патрубку 8.
Оставшаяся более легкая пленочная часть жидкости, не задержанная карманом-ловушкой 12, поступает через перепускное отверстие вместе с выходным газовым потоком в дополнительную камеру 6 сепарации. Двигаясь в направлении газового потока, пленочная жидкость задерживается средством улавливания жидкости и попадает в гидравлический карман 15, гидравлически связанный с дренажной трубкой 28. В плоскости свободного конца дренажной трубки 28 создается разрежение благодаря его расположению по ходу вращения потока в вихревой камере 5. Это приводит к постоянному принудительному оттоку жидкости из гидравлического кармана 15 в вихревую камеру 5. Попав в вихревую камеру 5, жидкость прижимается центробежными силами к стенке корпуса 1, по которой стекает в нижнюю часть сепаратора, а оттуда - к сливному патрубку 8.
Очищенный газовый поток направляется в выходной патрубок 14.
В заявляемом изобретении заявляемый технический результат: "уменьшение количества уловленной жидкости, находящейся в камере дополнительной сепарации, более быстрое и надежное ее выведение из этой камеры" достигается за счет того, что сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, разделенный горизонтальной кольцевой перегородкой на вихревую и дополнительную камеры. При этом вихревая камера снабжена входным и сливным патрубками, дефлектором с отражательной пластиной, сепарационным пакетом с карманом-ловушкой, а дополнительная камера снабжена выходным патрубком, средством улавливания жидкости и гидравлическим карманом. При этом горизонтальная перегородка содержит переходное и дренажное отверстия, последнее из которых гидравлически связано с гидравлическим карманом. При этом вихревая камера снабжена изогнутой дренажной трубкой. Одним концом дренажная трубка прикреплена снизу к горизонтальной перегородке и перекрывает упомянутое дренажное отверстие, а вторым свободным концом размещена по ходу вихревого движения потока. В дренажной трубке создается разрежение (эжекция), которое возникает при наличии движения газожидкостной смеси за счет того, что трубка ориентирована по ходу этого движения. Величина разрежения зависит от скорости потока и его плотности.
Сепаратор газовый вихревого типа по варианту 2 (фиг.1, 7) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 днищами. Горизонтальной кольцевой перегородкой 4 корпус разделен на нижнюю вихревую 5 и верхнюю дополнительную 6 камеры. Сепаратор также содержит размещенные в области вихревой камеры 5 входной 7 и сливной 8 патрубки, дефлектор 9 с отражательной пластиной 10, сепарационный пакет 11 с карманом-ловушкой 12, ложное днище 13. В области дополнительной камеры 6 сепаратор содержит выходной 14 патрубок, средство улавливания жидкости (не обозначено) и гидравлический карман 15.
Входной патрубок 7 жестко закреплен в цилиндрическом корпусе 1 сепаратора ниже горизонтальной перегородки 4 и расположен в нем со смещением так, что его ось лежит в плоскости поперечного сечения корпуса 1 и не пересекает ось корпуса 1.
Дефлектор 9 расположен у входного патрубка 7 и предназначен для формирования вращательного (вихревого) движения газового потока внутри сепаратора. Дефлектор 9 также препятствует поступлению газового потока в осевую зону сепаратора без его предварительного разделения. Дефлектор 9 образован изогнутой пластиной 16, внутренней стенкой корпуса 1 и отражательной пластиной 10 и при этом ограничен сверху горизонтальной кольцевой перегородкой 4, а снизу - нижней крышкой 17. При этом дефлектор 9 выполнен с постепенно увеличивающейся высотой.
Внутренняя стенка корпуса 1, нижняя крышка 17 дефлектора 9 и отражательная пластина 10 образуют открытый снизу улавливающий карман 18. Карман 18 предназначен для отвода из вихревого потока движущихся жидкости и механических примесей, прижатых центробежной силой к внутренней стенке корпуса 1 сепаратора, и их транспортировки в нижнюю накопительную часть сепаратора.
Сливной патрубок 8 расположен в нижнем днище 3 сепаратора.
Сепарационный пакет 11 выполнен цилиндрической формы и содержит плоские изогнутые сепарационные пластины 19, расположенные в его образующей поверхности и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы 20. Плоские изогнутые пластины 19 жестко закреплены в верхней части к горизонтальной перегородке 4. В нижней части эти пластины 19 жестко закреплены к нижнему осевому диску 21. Диск 21 жестко закреплен к пальцу 22, конец которого расположен без зазора в отверстии ложного днища 13, расположенного с кольцевым зазором к вертикальному корпусу 1 и жестко закрепленного к корпусу 1 с помощью Г-образных пластин 23. При этом сепарационный пакет 11 расположен в осевой зоне сепаратора так, что ось сепарационного пакета 11 параллельна оси цилиндрического корпуса 1 сепаратора и смещена относительно нее.
Над нижним осевым диском 21 расположен верхний осевой диск 24, соединенный с ним посредством радиальных пластин 25. Пластины 25 также предназначены для исключения вращения газового потока ниже зоны их расположения.
В перепускном отверстии горизонтальной перегородки 4, расположенном соосно с сепарационным пакетом 11, размещена труба 26, жестко соединенная с горизонтальной перегородкой 4. В верхней части сепарационного пакета 11 между наружной поверхностью трубы 26 и внутренней поверхностью верхней части плоских изогнутых пластин 19 образован кольцевой зазор, который совместно с нижней поверхностью горизонтальной пластины 4 сформировал карман-ловушку 12.
Горизонтальная кольцевая перегородка 4 содержит дренажное отверстие 27 для сброса жидкости из дополнительной камеры 6 в вихревую камеру 5 (фиг.7, 8). Указанное отверстие 27 гидравлически связано с гидравлическим карманом 15, находящимся в дополнительной камере 6. Снизу это отверстие 27 закрыто каплевидным обтекателем 36, имеющим выходное отверстие 37 в его нижней точке, гидравлически связанное с дренажным отверстием 27 горизонтальной перегородки 4. При использовании сепаратора набегающий на каплевидный обтекатель 36 поток создает разрежение, имеющее наибольшее значение в его нижней точке, где расположено выходное отверстие 37, что способствует полному и скорейшему выводу уловленной жидкости из дополнительной камеры 6. При обходе обтекателя 36 частицы потока, обтекающие его криволинейную поверхность, проходят за тот же промежуток времени больший путь, чем частицы, проходящие ниже обтекателя и, следовательно, имеют большую скорость. Согласно уравнению Бернулли там, где скорость частиц больше, давление среды меньше, и наоборот.
1
1
1
2
2
2
Каплевидный обтекатель 36 размещен внутри дефлектора 9 или в области выхода из дефлектора. Такое размещение каплевидного обтекателя 36 обусловлено желанием обеспечить наибольшее разряжение на его выходном отверстии 37. Это разрежение тем больше, чем выше скорость вихревого потока, набегающего на обтекатель 36. В соответствии с уравнением неразрывности среды (ρSv=ρSv), где ρ - плотность среды, S - площадь поперечного сечения канала, v - скорость потока среды, указанный поток имеет наибольшую скорость внутри дефлектора 9, имеющего меньшую площадь поперечного сечения, чем вихревой канал вокруг сепарационного пакета 11, или вблизи выхода из дефлектора 9.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1.
Средство улавливания жидкости в дополнительной камере (фиг.1) выполнено в виде расположенного в верхней части этой камеры тонкослойного отбойника (не обозначено), содержащего соосно расположенные конусообразные пластины 29 разного размера и гидравлический карман 15. Пластины 29 расположены соосно с сепарационным пакетом 11 и образуют кольцевые зазоры 30.
Выходной патрубок 14 расположен горизонтально и жестко закреплен в цилиндрическом корпусе 1 сепаратора между горизонтальной перегородкой 4 и гидравлическим карманом 15.
Сепаратор содержит также перепускную трубку 31 (фиг.8), один конец которой расположен в отверстии для сброса жидкости гидравлического кармана 15, а другой конец - в дренажном отверстии 27 горизонтальной перегородки 4.
Пример 2.
Ось сепарационного пакета 11 смещена относительно оси корпуса 1 сепаратора так, чтобы сепарационный пакет 11 находился в центре внутреннего пространства между изогнутой пластиной 16 дефлектора 9 и корпусом 1 сепаратора.
Концы плоских изогнутых пластин 19 направлены в разные стороны по касательной к окружностям, расположенным в поперечном сечении сепаратора, одна из которых описана вокруг сепарационного пакета 11, а другая вписана в сепарационный пакет 11.
Пример 3.
Средство улавливания жидкости в дополнительной камере (фиг.5) выполнено в виде конусообразных направляющих конфузоров 32, расположенных преимущественно над горизонтальной перегородкой 4. Конфузоры 32 расположены соосно с сепарационным пакетом 11 и вертикальным выходным патрубком 14. Конфузоры 32 расположены один над другим с частичным перекрытием. Нижний конфузор расположен в переходном отверстии горизонтальной пластины 4. Верхний конфузор расположен под выходным патрубком 14 и частично перекрывает его. В зоне взаимного перекрытия и перекрытия с выходным патрубком конфузоры 32 образуют кольцевые зазоры 33, расположенные навстречу движению газового потока и предназначенные для отвода пленочной жидкости с поверхности конфузоров 32 в гидравлический карман 15. Указанный карман 15 образован корпусом 1, верхней поверхностью горизонтальной перегородки 4 и внешней поверхностью нижнего конфузора 32.
Труба 26, установленная в горизонтальной перегородке 4 и формирующая карман-ловушку 12, конструктивно выполнена в виде нижней части нижнего конфузора 32.
Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенными выше примерами.
Заявляемый газовый сепаратор вихревого типа по варианту 2 работает следующим образом.
Газ, подлежащий очистке (сырой газ), подводят в аппарат через входной патрубок 7. Установка входного патрубка 7, смещенного по горизонтали относительно осевой линии корпуса 1, позволяет создать скользящий удар об изогнутую пластину 16 дефлектора 9.
Дефлектор 9 плавно изменяет направление движения газа и формирует вихревое движение газа вокруг сепарационного пакета 11. В дефлекторе 9 из газового потока выделяется основная масса жидкости и механические примеси. Капли жидкости и механическая примесь отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием гравитационных сил движутся вдоль этой стенки по нисходящей спирали по ходу вращения газового потока. Основная часть жидкости и механических примесей попадает при этом в улавливающий карман 18 и стекает по его стенкам вниз, к ложному днищу 13.
Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на стенке корпуса 1, попадает на наружную поверхность плоских изогнутых пластин 19 и транспортируется газовым потоком через щелевые каналы 20 на их внутреннюю поверхность. Опускаясь по внутренней поверхности пластин 19, частицы жидкости, приблизившись к нижним кромкам этих пластин 19, соскальзывают с них и попадают на поверхность ложного днища 13.
Через кольцевой зазор 35 между корпусом 1 и ложным днищем 13 жидкость и механические примеси транспортируются к сливному патрубку 8.
Вращаясь в направлении газового потока, неотсепарированная пленочная часть жидкости захватывается карманом-ловушкой 12 (ее наружный диаметр больше внутреннего диаметра сепарационного пакета 11), и, продолжая свое вращательное движение в направлении газового потока, и будучи прижатой к горизонтальной перегородке 4, под действием центробежной силы прижимается к верхней внутренней части пластин 19. После накопления в кармане-ловушке 12 достаточного количества жидкости она под действием силы тяжести стекает вниз по пластинам 19 и далее транспортируется на ложное днище 13, а затем - к сливному патрубку 8.
Оставшаяся более легкая пленочная часть жидкости, не задержанная карманом-ловушкой 12, поступает через перепускное отверстие вместе с выходным газовым потоком в дополнительную камеру 6 сепарации. Двигаясь в направлении газового потока, пленочная жидкость задерживается средством улавливания жидкости и попадает в гидравлический карман 15, гидравлически связанный с каплевидным обтекателем 36. В выходном отверстии 37 каплевидного обтекателя 36 создается разрежение благодаря его форме и расположению в движущемся потоке вихревой камеры 5. Это приводит к постоянному принудительному оттоку жидкости из гидравлического кармана 15 в вихревую камеру 5. Попав в вихревую камеру 5, жидкость прижимается центробежными силами в стенке корпуса 1, по которой стекает в нижнюю часть сепаратора, а оттуда - к сливному патрубку 8.
Очищенный газовый поток направляется в выходной патрубок 14.
В заявляемом изобретении заявляемый технический результат - уменьшение количества уловленной жидкости, находящейся в камере дополнительной сепарации, более полное и надежное ее выведение из этой камеры - достигается за счет того, что сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, разделенный горизонтальной кольцевой перегородкой на вихревую и дополнительную камеры. При этом вихревая камера снабжена входным и сливным патрубками, дефлектором с отражательной пластиной, сепарационным пакетом с карманом-ловушкой, а дополнительная камера снабжена выходным патрубком, средством улавливания жидкости и гидравлическим карманом. При этом горизонтальная перегородка содержит переходное и дренажное отверстия, последнее из которых гидравлически связано с гидравлическим карманом. При этом вихревая камера снабжена каплевидным обтекателем, прикрепленным снизу к горизонтальной перегородке, перекрывающим дренажное отверстие и снабженным отверстием у нижней точки, гидравлически связанным с дренажным отверстием. Каплевидный обтекатель расположен в области поля высоких скоростей, что позволяет за счет высокой скорости движения газожидкостного потока в низшей точке каплевидного обтекателя снизить давление в этой точке до минимального, что в свою очередь позволяет удаляться жидкости, находящейся в камере дополнительной сепарации, через дренажное отверстие и выходное отверстие обтекателя.
Авторами изготовлены опытные образцы заявляемого сепаратора, лабораторные исследования которого подтвердили достижение заявленного технического результата.
Заявляемый газовый сепаратор вихревого типа может быть изготовлен на машиностроительном предприятии.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Описание изобретения к патенту РФ №2136350, МПК 6 B01D 45/12, 1999.
2. Описание изобретения к патенту РФ №2188062, МПК 7 B01D 45/12, 2002.
3. Описание изобретения к патенту РФ №2304455, МПК B01D 45/12, 2007.