ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ СЕПАРАТОР
GAS-FLUID SEPARATOR

Изобретение относится к области машиностроения и касается устройства газожидкостного сепаратора, используемого в маслосистемах энергетических газотурбинных установок для очистки от масла суфлируемого воздуха.
Энергетические газотурбинные установки (ЭГТУ) широко используются на газоперекачивающих и электрических станциях.
Известен газожидкостный сепаратор, содержащий вертикальный корпус в виде внешнего цилиндра с установленным в нем внутренним цилиндром с отверстиями для отвода газа, размещенный между ними спиральный элемент с винтовой поверхностью, образующей спиральный канал и устройства для подвода газожидкостной смеси и отвода дегазированной жидкости (патент RU 2425709, МПК B01D 19/00, опубл. 10.08.2011 г.).
К недостаткам известного сепаратора следует отнести низкую эффективность очистки газовых включений от жидкости. Применительно к ЭГТУ, где в сепараторе происходит отделение воздуха от масла, низкая эффективность очистки приводит к уходу части масла, являющегося агрессивной жидкостью, в атмосферу, что ухудшает экологические характеристики ЭГТУ, кроме того, увеличивается непроизводительный расход масла.
Одной из причин указанного недостатка является то, что возникающее при криволинейном движении газожидкостной смеси в спиральном канале центробежное ускорение по мере перемещения ее в нижнюю часть протяженного внешнего цилиндра уменьшается, что снижает выталкивающую силу, действующую на газовые включения, в сторону оси внутреннего цилиндра. Чтобы обеспечить эффективную очистку газовых включений, по мере стекания газожидкостной смеси в нижнюю часть внешнего цилиндра необходимо интенсифицировать закрутку смеси, что можно осуществить, сокращая радиус закрутки, то есть уменьшая диаметр внешнего цилиндра, либо вместо внешнего цилиндра использовать внешний конус, обращенный вершиной вниз, но данное решение усложнит компоновку спиралевидного элемента с винтовой поверхностью.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение эффективности очистки в сепараторе газовых включений от жидкости.
Заявленный технический результат достигается тем, что в газожидкостном сепараторе, содержащем вертикальный корпус в виде внешнего цилиндра с установленным в нем внутренним цилиндром с отверстиями для отвода газа, размещенный между ними спиральный элемент с винтовой поверхностью, образующий спиральный канал, и устройства для подвода газожидкостной смеси в верхней части корпуса и отвода дегазированной жидкости в нижней части корпуса, согласно изобретению устройство для отвода жидкости выполнено в виде двух расположенных в нижней части внешнего цилиндра патрубков отвода жидкости, отделенных друг от друга перфорированной горизонтальной перегородкой, один из которых расположен в основании внешнего цилиндра и направлен вниз, а другой патрубок отвода жидкости расположен касательно к боковой стенке внешнего цилиндра и установлен по направлению навивки спирального элемента, причем выход из бокового патрубка подключен касательно в верхнюю часть боковой стенки дополнительного цилиндрического корпуса с диаметром меньшим, чем диаметр внешнего цилиндра. Кроме того, устройство для подвода газожидкостной смеси выполнено в виде разветвляющегося, как минимум, на два канала, патрубка, каждый из которых подключен к отдельному цилиндрическому корпусу.
Выполнение устройства для отвода жидкости в виде двух расположенных в нижней части внешнего цилиндра патрубков отвода жидкости, отделенных друг от друга перфорированной горизонтальной сеткой, а также установка бокового патрубка касательно боковой стенке внешнего цилиндра по направлению навивки спирального элемента и с выходом, подключенным касательно в верхнюю часть боковой стенки дополнительного цилиндрического корпуса, позволит организовать перепуск части газожидкостной смеси, сохранившей запас кинетической энергии, в дополнительный цилиндрический корпус, что позволит более полно использовать эффект поля центробежных сил инерции и, как следствие, повысить эффективность очистки газовых включений от жидкости.
Выполнение дополнительного цилиндрического корпуса с диаметром, меньшим чем диаметр внешнего цилиндра (основного цилиндра), позволит увеличить угловую скорость вращающегося в нем потока газожидкостной смеси, усиливая эффект поля центробежных сил, что повышает эффективность очистки газовых включений от жидкости.
Для увеличения пропускной способности сепаратора, а также для сокращения вертикального его габарита, лимитирующего размещение сепаратора в маслосистеме ЭГТУ (сепаратор устанавливается над маслобаком, который расположен, как правило, в верхней точке установки), целесообразно устройство для подвода газожидкостной смеси выполнить в виде разветвляющегося, как минимум, на два канала, патрубка, каждый из которых подключен к отдельному цилиндрическому корпусу.
На прилагаемых чертежах изображен заявляемый газожидкостный сепаратор:
На фиг.1 - вид сверху;
На фиг.2 - изображена развертка по А-Б-Г-Д-Е фигуры 1;
На фиг.3 - спиральный элемент с винтовой поверхностью,
закрепленный на внутреннем цилиндре.
Газожидкостный сепаратор содержит вертикальный корпус в виде внешних цилиндров 1 с установленными внутрь них внутренними цилиндрами 2 с отверстиями 3 для отвода воздуха и размещенных между ними спиральных элементов 4 с винтовой поверхностью, образующих спиральные каналы 5. Устройство для подвода воздушномасляной смеси включает в себя патрубок 6, разветвляющийся на два канала 7, каждый из которых подключен в верхнюю часть отдельного внешнего цилиндра 1 касательно к его боковой поверхности.
Устройство для отвода очищенного от воздушных включений масла включает в себя два маслоотводящих патрубка 8, расположенных в нижней части внешних цилиндров 1 и отделенных от боковых патрубков 9 перфорированными горизонтальными перегородками 10. Маслоотводящие патрубки 8 установлены в основаниях 11 внешних цилиндров 1 и смотрят вниз, где расположен маслобак ЭГТУ, а боковые патрубки 9 расположены касательно на боковых стенках внешних цилиндров 1 и установлены по направлению навивки спиральных элементов 4. Выходы из боковых патрубков 9 подключены касательно к боковым стенкам в верхнюю часть дополнительных цилиндров 12, имеющих диаметр оснований меньший, чем диаметр оснований внешних цилиндров 1 (основных). Внутренний цилиндр 2 с установленным на нем спиральным элементом 4 крепится к верхнему основанию 13 внешнего цилиндра 1.
Устройство работает следующим образом.
При работе ЭГТУ воздушномасляная смесь из системы суфлирования двигателя поступает в патрубок 6 газожидкостного сепаратора, где она разделяется благодаря каналам 7 на два автономных потока воздушномасляной смеси с большим запасом кинетической энергии и заполняет спиральные каналы 5, образованные внутри внешних цилиндров 1, в которых благодаря криволинейной (винтообразной) поверхности спиральных элементов 4 закручивается. Возникает поле центробежных сил инерции, в котором более тяжелые частицы масла будут отбрасываться к боковой стенке внешних цилиндров 1, а пузырьки воздуха, в свою очередь, будут выдавливаться в их центральную зону, где расположены внутренние цилиндры 2, через отверстия 3 в которых воздух будет отводиться в окружающую атмосферу.
По мере движения воздушномасляной смеси вниз по винтовым поверхностям спиральных каналов 5 угловая скорость вращения потока воздушномасляной смеси вокруг оси внешнего цилиндра 1 падает (закрутка потока), следовательно, снижается центробежное ускорение, воздействующее на смесь, и ослабляется выталкивающая сила, действующая на воздушные включения.
При большой длине внешнего цилиндра 1 процесс очистки воздушных включений от масла в нижней его части почти прекращается из-за резкого ослабления поля центробежных сил инерции при том, что прилегающий к боковой стенке цилиндра слой воздушномасляной смеси имеет еще достаточный запас кинетической энергии.
Чтобы интенсифицировать процесс очистки воздуха, необходимо осуществить принудительную раскрутку потока воздушномасляной смеси, что происходит, когда расположенный вблизи боковой стенки внешнего цилиндра 1 слой смеси переправляется через боковые патрубки 9 в дополнительные цилиндры 12 с существенно меньшим диаметром оснований по сравнению с диаметром оснований внешних цилиндров 1 (основных), что приведет к увеличению угловой скорости вращения потока воздушномасляной смеси вокруг оси дополнительных цилиндров 12 и, следовательно, к росту центробежного ускорения, воздействующего на поток смеси, и увеличению выталкивающей силы, действующей на воздушные включения. При этом поток воздушномасляной смеси, расположенный ближе к внутреннему цилиндру 2 и имеющий меньший запас кинетической энергии, постепенно замедляется и опускается в нижнюю часть внешнего цилиндра 1 и, пройдя перфорированную горизонтальную перегородку 10, которая задерживает проход воздушных пузырьков вследствие явления поверхностного натяжения, попадает в маслобак ЭГТУ.
Реализация изобретения позволит повысить качество очистки газовых включений от жидкости за счет перепуска части газожидкостной смеси, сохранившей запас кинетической энергии, в дополнительный цилиндрический корпус с диаметром, существенно меньшим, чем диаметр основного цилиндрического корпуса.