СЕПАРАТОР

Полезная модель относится к устройствам очистки газовых потоков от капельной жидкости.
В настоящее время известно множество устройств для очистки потоков в поле центробежных сил.
Так, из описания к патенту на полезную модель РФ №71560, МПК: В01D 45/02 (2006.01), опубликован 20.03.2008 известен газожидкоствной сепаратор вихревого типа, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю крышку с расположенным на ней выходным патрубком, нижнюю крышку, в которой расположен сливной патрубок, входной патрубок, соединенный с корпусом в верхней его части, дефлектор, сепарационное устройство и, по меньшей мере, одну вертикальную пластину.
Кроме этого, известен каплеуловитель, содержащий цилиндрический корпус со штуцерами для ввода и вывода газа, расположенными на противоположных концах корпуса, штуцер для вывода отделенной жидкости, спиральный сепарирующий элемент с окнами для отвода жидкости, расположенными у поперечных перегорок с чередующимися центральными и периферийными отверстиями, при этом сепарирующий элемент выполнен в виде отдельных расположенных между перегородками секций, корпус установлен с наклоном к штуцеру (авторское свидетельство СССР №1526766, МПК 4: B01D 45/12, опубликован 07.12.1989).
Наиболее близким аналогом по конструктивному исполнению к патентуемому решению является сепаратор, раскрытый в описании к патенту РФ №2386470 (опубликован 20.04.2010). Известный сепаратор содержит корпус с тангенциальным каналом подвода потока, крышку с патрубком отвода очищенного потока, коническое днище с патрубком для вывода отделенной фазы, сепарирующий элемент. Корпус, тангенциальный канал подвода потока и сепарирующий элемент выполнены за одно целое из свернутого в многовитковую спираль листа, между витками которого образован зазор. Развертка листа имеет сложную форму, состоящую из прямоугольной части, переходящей в трапециевидную, причем развертка листа свернута в спираль таким образом, что количество витков спирали книзу уменьшается до одного. Для увеличения поверхности контакта поверхность листа может быть выполнена гофрированной или с прорезями и отогнутыми вверх вырезанными частями. Сепарирующий элемент расположен по всей длине корпуса, при этом его нижняя часть расположена в днище, входное сечение тангенциального канала расположено по всей длине корпуса.
Недостатком известного решения является сложность изготовления рабочей части сепаратора, а также недостаточно развитая поверхность массообмена.
Проведенные исследования работы известного сепаратора выявили, что значительная часть потока движется вдоль наружной поверхности внутреннего витка спирали, что приводит к неэффективной работе остальных поверхностей сепарирующего элемента.
Технический результат патентуемого решения заключается в повышении эффективности очистки газового потока от капельной жидкости вне зависимости от скорости его ввода во входной канал, обеспечении снижения скорости ввода потока от 1 м/с, а также повышении эффективности очистки потока от мелкодисперсных частиц (от 1 мкм), снижении потерь напора и энергозатрат, снижении металлоемкости устройства. Кроме этого, обеспечивается чувствительность устройства к отделению аэрозольной и парообразной фазы из газожидкостного потока.
Заявленный технический результат достигается за счет использования сепаратора, который содержит корпус с тангенциальным каналом подвода газового потока, крышку с патрубком отвода очищенного газового потока, коническое днище с патрубком для вывода отделенной фазы и сепарирующий элемент, при этом корпус, тангенциальный канал подвода газового потока и сепарирующий элемент выполнены за одно целое из свернутого в многовитковую спираль листа, между витками которого образован зазор, развертка листа имеет сложную форму, состоящую из прямоугольной части, переходящей в трапециевидную, и свернута в спираль таким образом, что количество витков спирали книзу уменьшается до одного, сепарирующий элемент расположен по всей длине корпуса, причем нижняя часть сепарирующего элемента расположена в днище, а входное сечение тангенциального канала расположено по всей длине корпуса. Отличием патентуемого сепаратора от наиболее близкого аналога является то, что внутренние поверхности корпуса и тангенциального канала подвода газового потока, а также сепарирующего элемента выполнены из просечно-вытяжного листа.
Просечно-вытяжной лист жестко крепится с обеих сторон листа, например, с помощью сварки.
Совокупность отраженных признаков позволяет обеспечить заявленный результат.
Так, выполнение за одно целое тангенциального канала, переходящего в корпус, который, в свою очередь, переходит в сепарирующий элемент с образованием многовитковой спирали с образованием между витками спиральных каналов, позволяет увеличить скорость потока при его движении по межвитковым каналам сепарирующего элемента, причем скорость потока будет увеличиваться по мере движения потока к центральной части спирали и приведет к отделению из потока более тонкой фракции в этом направлении. Таким образом, чем больше количество витков, тем больше скорость потока и тем более мелкая фракция будет отделяться. При этом ориентация входного сечения тангенциального канала вдоль длины корпуса позволяет равномерно распределить загрязненный поток вне зависимости от начальной скорости подачи потока.
Выполнение развертки листа из прямоугольной и трапецеидальной частей позволит в свернутом виде получить спиральный элемент с уменьшающимся к низу количеством витков до одного, то есть самый последний, центральный, виток будет служить также выходным каналом для очищенного потока, который затем переходит в патрубок отвода этого потока.
Данное устройство может использоваться как для очистки газового потока от твердых либо аэрозольных частиц, так и для очистки жидкостного потока от твердых включений, поскольку при отделении твердых частиц из газового или жидкостного потока твердые частицы будут концентрироваться за счет прохождения потока в межвитковых каналах, вблизи стенок этих каналов, соударяться со стенками этих каналов, отбиваться от них и под действием гравитационных сил попадать в коническое днище устройства.
При отделении аэрозольной составляющей из газового потока скорость потока также увеличивается по мере прохождения по межвитковым каналам, частицы жидкости концентрируются вдоль стенок спирали, коалесцируют и в виде пленки стекают в коническое днище.
Между витками свернутого листа образован зазор. Размер этого зазора между витками сепарирующего элемента и между витками и внутренней поверхностью конического днища может составлять не менее 5 мм. Это позволит обеспечить скорость потока 98 м/с, что позволит избежать уноса механических примесей и капельной жидкости. Для увеличения поверхности контакта и для обеспечения отделения частиц с размером менее 2 мкм поверхность листа выполнена с отбойными элементами, которые могут быть выполнены, например, в виде вертикальных ребер, поперечное сечение которых представляет собой трапецию, параллелограмм, треугольник либо любую другую геометрическую фигуру.
Количество витков свернутого листа может быть выбрано равным 1,5-2.
Далее конструкция и работа сепаратора поясняется с помощью чертежей, на которых изображено следующее:
На фиг.1 изображен общий вид сепаратора;
на фиг.2 - разрез А-А;
на фиг.3 - развертка сепарирующего элемента.
Сепаратор содержит корпус 1, тангенциальный канал подвода 2, сепарирующий элемент 3, крышку 4 с патрубком 5 отвода очищенного потока, коническое днище 6 с патрубком 7 вывода отделенной фазы. Патрубок 5 отвода очищенного потока соединен с центральным витком 8 спирали. Сепарирующий элемент 3 выполнен в виде спирально согнутого листа, состоящего условно из двух частей - прямоугольной и трапециевидной. К внутренней и наружной сторонам спирально согнутого листа крепится с помощью контактной сварки просечно-вытяжной лист (Фиг.4).
Сепаратор работает следующим образом. Загрязненный газовый поток содержащий аэрозоль с размером частиц от 1,0 мкм, подводится через тангенциальный канал 2 к сепарирующему элементу 3. Проходя по межвитковым каналам поток газа, повторяя профиль спирали корпуса, движется к выходному патрубку. Частицы жидкости, под влиянием сил инерции стремясь сохранить прямолинейное движение, взаимодействуют с поверхностью просечно-вытяжного листа, коалесцируют и в виде пленки стекают по поверхности корпуса в коническое днище и через патрубок выводятся из устройства. При этом чем ближе к центральной части оказываетсяся поток, тем более мелкие частицы от него отделяются, т.к. уменьшается радиус спирали и силы инерции возрастают. Ввиду большой площади массообмена и развитой поверхности, особенностью работы просечно-вытяжного листа является повышенная способность коалесценции мелкодисперсной жидкости, что значительно повышает эффективность работы сепаратора.
Как показали проведенные испытания, при начальной скорости потока 1 м/с, осуществление способа с использованием патентуемого сепаратора позволило отделить аэрозоль с начальным размером частиц -1,0-3,0 мкм.
Таким образом, работа предлагаемого сепаратора отличается от работы известных устройств для отделения примесей. Это отличие заключается в том, что отделение частиц в известных сепараторах происходит за счет центробежных сил, в то время как в патентуемом устройстве - за счет сил инерции. То есть все известные сепараторы могут работать при начальных скоростях потока от 10 м/с, в то время как для эффективной работы патентуемого устройства достаточно обеспечить начальную скорость 1 м/с.