ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР
CENTRIFUGAL SEPARATOR

Уровень техники
Настоящее изобретение относится, в целом, к центробежному сепаратору для очистки газов от жидких примесей, таких как частицы масла и масляный туман. Более конкретно, настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору, соответствующему преамбуле пункта 1 формулы изобретения.
В документе SE-С-523690 описывается такой центробежный сепаратор, который предназначен для очистки газа, содержащего жидкие примеси в форме частиц масла и/или масляного тумана. В этом центробежном сепараторе, соответствующем известному уровню техники, выпускной патрубок для очищенного газа идет от нижней части пространства сепарации. Непосредственно над выпускным патрубком для газа расположен экранирующий элемент, вдающийся в пространство сепарации. Над экранирующим элементом, на некотором расстоянии от него находится несколько выпускных отверстий, предназначенных для отвода отделенного масла из пространства сепарации. Отделенное масло улавливается внутренней стенкой пространства сепарации и стекает вниз к выпускным отверстиям. Способ, описанный в SE-С-523690, основан на явлении, заключающемся в том, что экранирующий элемент создает непосредственно над собой кольцевую газовую подушку и что эта газовая подушка останавливает текущее вниз масло на уровне своего верхнего края и на уровне выпускных отверстий, так что масло может быть отведено через эти выпускные отверстия.
Заявителем обнаружено, что часть текущего вниз масла минует газовую подушку и экранирующий элемент, что означает, что эта часть масла вместе с очищенным газом выходит из центробежного сепаратора через выпускной патрубок для газа.
Выпускные отверстия центробежного сепаратора, соответствующего известному уровню техники, расположены на одинаковом расстоянии по периметру корпуса. Это означает, что масло, которое отводится через эти отверстия, необходимо собирать снаружи корпуса, а затем направлять в общий выпускной патрубок.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является обеспечение центробежного сепаратора, пригодного для эффективного отделения от газа жидких примесей. Кроме того, изобретение направлено на центробежный сепаратор, имеющий простую конструкцию, в котором предотвращается повторное смешивание жидких примесей с газом до выхода газа из центробежного сепаратора.
Эта цель достигается в первоначально определенном сепараторе, который отличается тем, что в нем имеется круговая кольцевая канавка, проходящая снаружи внутренней поверхности стенки стационарного корпуса и имеющая круговую поверхность основания, а выпускное отверстие простирается наружу от поверхности основания.
Благодаря такой круговой канавке, которая проходит снаружи от поверхности стенки, то есть в стенке стационарного корпуса, жидкие примеси, стекающие вдоль внутренней поверхности стенки, улавливаются. Жидкие примеси перемещаются с относительно высокой скоростью по вращающейся траектории вдоль направления вращения. Жидкие примеси собираются в кольцевой канавке и текут по ней в направлении вращения.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, в первом выпускном патрубке для жидкости также имеется кольцевой коллекторный канал, проходящий вокруг пространства сепарации снаружи кольцевой канавки в радиальном направлении. Таким образом, отделенные жидкие примеси собираются простым и удобным образом и затем отводятся из центробежного сепаратора посредством одного трубопровода. Является преимуществом, что выпускное отверстие может проходить между кольцевой канавкой и коллекторным каналом так, что жидкие примеси, текущие в направлении вращения по кольцевой канавке, легко выводятся в кольцевой коллекторный канал.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, кольцевая канавка имеет первую ограничительную стенку, продолжающуюся по ходу потока ниже поверхности основания между поверхностью основания и внутренней поверхностью стенки, а верхняя точка выпускного отверстия лежит, по существу, на уровне первой ограничительной стенки. Следовательно, это гарантирует, что все жидкие примеси, текущие по круговой канавке, будут отводиться через выпускное отверстие в кольцевой коллекторный канал. Преимущественно, если первая ограничительная стенка располагается, по существу, параллельно радиальной плоскости.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, кольцевая канавка имеет вторую ограничительную стенку, идущую по ходу потока выше поверхности основания между поверхностью основания и внутренней поверхностью стенки. Преимущественно, вторая ограничительная стенка наклонена относительно радиальной плоскости.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, в центробежном сепараторе имеется, по меньшей мере, одна направляющая лопатка, предназначенная для направления потока отделенных жидких примесей через выпускное отверстие. Преимущественно направляющая лопатка может проходить через выпускное отверстие, а жидкие примеси эффективным образом перемещаются через это выпускное отверстие и попадают в кольцевой коллекторный канал. Направляющая лопатка, преимущественно, может простираться в выпускном отверстии, по меньшей мере, в одном направлении, которое наклонено наружу и вперед относительно касательной к направлению вращения.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, выпускное отверстие имеет по отношению к направлению вращения переднюю ограничительную поверхность и заднюю ограничительную поверхность, где, по меньшей мере, одна из этих ограничительных поверхностей простирается в направлении, которое наклонено наружу и вперед относительно касательной к направлению вращения.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, в центробежном сепараторе имеется второй выпускной патрубок для жидкости, расположенный по ходу потока выше первого выпускного патрубка для жидкости. Преимущественно, второй выпускной патрубок может представлять собой основной выпускной патрубок для жидкости, а первый выпускной патрубок - выпускной патрубок для остаточной жидкости. Такая конструкция гарантирует очень высокий уровень отделения от очищаемого газа, по существу, всех жидких примесей и отведение через выпускной патрубок для газа центробежного сепаратора, по существу, чистого газа.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, во втором выпускном патрубке для жидкости имеется кольцевой коллекторный канал, который проходит вокруг пространства сепарации снаружи внутренней поверхности стенки в радиальном направлении. Кроме того, во втором выпускном патрубке для жидкости может быть предусмотрено, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, проходящее между пространством сепарации и кольцевым коллекторным каналом.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, центробежный сепаратор сконструирован так, что ось вращения расположена, по существу, вертикально, стационарный корпус имеет верхний конец и нижний конец, выпускной патрубок для газа расположен в его верхнем конце. Тогда второй выпускной патрубок для жидкости может быть расположен в нижнем конце, а основная часть жидких примесей будет стекать вдоль внутренней поверхности стенки вниз ко второму выпускному патрубку для жидкости. Возможно, имеющаяся меньшая часть жидких примесей будет, под действием восходящего потока газа, перемещаться вверх вдоль внутренней поверхности стенки к кольцевой канавке и первому выпускному патрубку для жидкости.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, в пространстве сепарации находится нижняя кольцевая торцевая поверхность, расположенная между вращающимся элементом и внутренней поверхностью стенки, каковая нижняя торцевая поверхность имеет конфигурацию, обеспечивающую перенос жидких примесей радиально вовне по направлению ко второму выпускному патрубку для жидкости. Кроме того, в центробежном сепараторе может быть предусмотрено несколько направляющих элементов, расположенных на нижней торцевой поверхности и предназначенных для ускорения указанного переноса. Указанные направляющие элементы при взгляде радиально наружу, преимущественно, направлены вперед в направлении вращения. Благодаря таким наклонным или, относительно радиального направления, покатым направляющим элементам жидкие примеси под действием потока газа в пространстве сепарации будут перемещать наружу в сторону большего диаметра и, таким образом, к внутренней поверхности стенки и второму выпускному патрубку для жидкости. Указанные направляющие элементы могут иметь ребра, направленные вверх от нижней торцевой поверхности, или канавки, направленные вниз от нижней торцевой поверхности.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, нижняя торцевая поверхность является конической и имеет наклон наружу или вниз.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, вращающийся элемент снабжен несколькими разделительными дисками.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение более детально поясняется путем описания различных вариантов его осуществления, раскрываемых в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На Фиг.1 показано вертикальное сечение центробежного сепаратора, соответствующего настоящему изобретению.
На Фиг.2 показано поперечное сечение по II-II на Фиг.1.
На Фиг.3 показано поперечное сечение по III-III на Фиг.1.
На Фиг.4 показан вид изнутри центробежного сепаратора по направлению к выпускному отверстию выпускного патрубка для жидкости центробежного сепаратора, изображенного на Фиг.1.
На Фиг.5 показано сечение через выпускное отверстие, показанное на Фиг.4, вид сверху.
На Фиг.6 показано осевое сечение через выпускной патрубок для жидкости центробежного сепаратора, показанного на Фиг.1.
На Фиг.7 показано сечение через направляющий элемент в форме ребра поверхности, имеющийся в центробежном сепараторе, показанном на Фиг.1.
На Фиг.8 показано такое же сечение через направляющий элемент, имеющий форму канавки.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 показан центробежный сепаратор, предназначенный для очистки газа, содержащего жидкие примеси, например масло в виде масляного тумана или частиц масла, и, возможно, твердые частицы. В центробежный сепаратор входит неподвижный корпус 1, заключающий в себе, по существу, замкнутое разделительное пространство 2. Внутренняя поверхность 3 стенки корпуса 1 обращена к разделительному пространству 2. Разделительное пространство 2 расположено так, чтобы через него мог проходить газ.
В центробежный сепаратор также входит вращающийся элемент 4, расположенный в разделительном пространстве 2 и выполненный с возможностью вращения в направлении r вокруг оси х вращения, которая также составляет центральную ось корпуса 1. Центробежный сепаратор сконструирован так, что ось х вращения проходит, по существу, вертикально, а стационарный корпус 1 имеет верхний конец 1' и нижний конец 1''.
Вращающийся элемент 4 включает в себя вал 5, опирающийся на корпус 1 в верхнем конце 1' через подшипник 6, и несколько разделительных дисков 7. В описываемом варианте осуществления изобретения, разделительные диски 7 являются коническими и идут наискосок вниз и наружу от вала 5. Настоящее изобретение также предусматривает случай, когда вращающийся элемент снабжен разделительными дисками, расположенными радиально, или разделительными дисками, продолжающимися от вала 5 в осевых плоскостях. Вращающийся элемент 4 приводится в движение при помощи привода 8, например, электромотора и приспособлен для придания газу вращательного движения в направлении r с целью отделения от газа под действием центробежных сил жидких примесей.
В описываемом варианте осуществления изобретения центробежный сепаратор также снабжен впускным патрубком 9 для подлежащего очистке газа, выпускным патрубком 10 для очищенного газа, первым выпускным патрубком 11 для жидкости для отделенных жидких примесей и вторым выпускным патрубком 12 для жидкости для отделенных жидких примесей.
Впускной патрубок 9 для газа имеет центральное положение и проходит через нижний конец 1'' корпуса 1. Через впускной патрубок 9 для газа газ подается в центральное пространство 15 вращающегося элемента 4. Из этого центрального пространства 15 газ проходит радиально наружу в зазоры, образующиеся между разделительными дисками 7. Выпускной патрубок 10 для газа расположен в верхнем конце 1' корпуса 1 далее вращающегося элемента 4 по ходу потока. Газ, выходящий из зазоров между разделительными дисками 7, вращается с высокой скоростью в направлении r и, продолжая такое вращение, поднимается вверх к выпускному патрубку 10 для газа, через который очищенный газ покидает пространство сепарации 2.
Первый выпускной патрубок 11 для жидкости расположен относительно направления потока газа ниже выпускного патрубка 10 для газа и далее вращающегося элемента 4. Второй выпускной патрубок 12 для жидкости предусмотрен в нижнем конце 1'' корпуса 1 ранее первого выпускного патрубка 11 для жидкости относительно потока газа. В описываемом варианте осуществления изобретения второй выпускной патрубок 12 для жидкости является основным выпускным патрубком, предназначенным для отвода основной части жидких примесей, а первый выпускной патрубок 11 для жидкости предназначен для отвода, по существу, всех оставшихся жидких примесей. Следует отметить, что отделенные жидкие примеси могут содержать твердые частицы, которые выводятся через выпускные патрубки 11 и 12 для жидкости.
В центробежном сепараторе имеется круговая кольцевая канавка 19, проходящая снаружи внутренней поверхности 3 стенки и внутри стенки стационарного корпуса 1. Кольцевая канавка 19 (см. Фиг.6) имеет круговую поверхность 20 основания. Поверхность 20 основания проходит, по существу, параллельно оси вращения х. Кольцевая канавка 19 также имеет первую, верхнюю ограничительную стенку 21, идущую по ходу потока вниз от поверхности 20 основания между поверхностью 20 основания и внутренней поверхностью 3 стенки. Первая ограничительная стенка 21, по существу, параллельна плоскости, радиальной по отношению к оси вращения х. Кольцевая канавка 19 также имеет вторую, нижнюю ограничительную стенку 22, которая идет по ходу потока выше поверхности 20 основания между поверхностью 20 основания и внутренней поверхностью 3 стенки. Вторая ограничительная стенка 22 наклонена относительно радиальной плоскости наружу и вверх относительно внутренней поверхности 3 стенки. В описываемом варианте осуществления кольцевая канавка 19 находится непосредственно под выпускным патрубком 10 для газа на уровне верхней части вращающегося элемента 4. Более точно, кольцевая канавка 19 расположена на уровне самого верхнего разделительного диска 7 и немного над выходом из зазора, образованного двумя самыми верхними разделительными дисками 7.
Кроме того, в центробежном сепараторе имеется кольцевой коллекторный канал 25, проходящий вокруг разделительного пространства 2 радиально снаружи кольцевой канавки 19 по периметру. В описываемом варианте осуществления коллекторный канал 25 расположен в стенке стационарного корпуса 1 на уровне кольцевой канавки 19.
В первом выпускном патрубке для жидкости 11 имеется, по меньшей мере, одно выпускное отверстие 26, простирающееся наружу от поверхности 20 основания и образующее проход между кольцевой канавкой 19 и коллекторным каналом 25. В описываемом варианте осуществления между кольцевой канавкой 19 и коллекторным каналом 25 предусмотрено три таких выпускных отверстия 26. Следует отметить, что в описываемом центробежном сепараторе может быть иное, нежели три, количество выпускных отверстий 26, например 1, 2, 4, 5, 6 или более выпускных отверстий 26. Кроме того, в описываемом варианте осуществления изобретения верхняя точка таких выпускных отверстий 26 расположена ниже первой ограничительной стенки 21, см. Фиг.4.
Каждое из выпускных отверстий 26 имеет, по отношению к направлению r вращения, переднюю ограничительную поверхность 27 и заднюю ограничительную поверхность 28, см. Фиг.5. По меньшей мере, одна из этих ограничительных поверхностей 27, 28 проходит в направлении, отклоненном наружу и вперед по отношению к касательной к направлению r вращения y выпускного отверстия 26. В описываемом варианте осуществления изобретения и передняя ограничительная поверхность 27, и задняя ограничительная поверхность 28 отклонены в этом направлении.
В каждом из выпускных отверстий 26 также имеется направляющая лопатка 29, предназначенная для направления потока отделенных жидких примесей через выпускное отверстие 26. Такая направляющая лопатка 29, более подробно изображенная на Фиг.4, проходит сквозь выпускное отверстие 26, более точно, от внутреннего его конца, находящегося на уровне внутренней поверхности 3 стенки, к наружному концу, расположенному в коллекторном канале 25. Каждая из направляющих лопаток 29 продолжается, по меньшей мере, в одном направлении, которое отклонено наружу и вперед по отношению к касательной к направлению r вращения y выпускного отверстия 26. Кроме того, каждая из направляющих лопаток 29 в описываемом варианте осуществления изобретения имеет первую, внутреннюю часть 29' с большим отклонением наружу в радиальном направлении, чем вторая, наружная часть 29'' направляющей лопатки 29. Следует отметить, что центробежный сепаратор также может иметь направляющие лопатки другой конфигурации и с другим расположением, предназначенные для направления потока жидких примесей к и через выпускные отверстия 26. Особенно, центробежный сепаратор может иметь одну или несколько направляющих лопаток 30, расположенных ранее выпускного отверстия 26 относительно направления r вращения. Направляющие лопатки 30 располагают на второй, отклоненной ограничительной стенке 22, они наклонены относительно направления r вращения назад. Кроме того, может иметься направляющий элемент 31, который также расположен ранее выпускного отверстия 26, однако находится на поверхности 20 основания. Направляющий элемент 31 идет вдоль всей высоты поверхности основания 20 и отклонен относительно направления вращения вперед и вниз. Направляющий элемент 31 может иметь конфигурацию канавки или выступающего направляющего элемента. Направляющий элемент 31 также может иметь такую конфигурацию, которая образуется лишь одной ограничительной поверхностью, идущей внутрь от поверхности 20 основания, после чего поверхность 20 основания очень плавно снова выходит на уровень своей внешней окружности.
Во втором выпускном патрубке для жидкости 12 также имеется кольцевой коллекторный канал 40, проходящий вокруг разделительного пространства 2 радиально снаружи от внутренней поверхности 3 стенки. Кроме того, имеется, по меньшей мере, одно выпускное отверстие 41, расположенное между разделительным пространством 2 и коллекторным каналом 40. В описываемом варианте осуществления изобретения таких выпускных отверстий 41 два, см. Фиг.2. Следует отметить, что центробежный сепаратор может иметь иное, нежели два, как в описываемом варианте, число выпускных отверстия 41, например 1, 3, 4, 5, 6 или более выпускных отверстий 41. Второй выпускной патрубок 12 для жидкости, то есть выпускные отверстия 41, располагаются в нижнем конце 1''.
На Фиг.1 показано, что кольцевой коллекторный канал 25 первого выпускного патрубка 11 для жидкости соединен с кольцевым коллекторным каналом 40 второго выпускного патрубка 12 для жидкости посредством, по меньшей мере, одного соединительного канала 42, который в описываемом варианте осуществления изобретения идет, по существу, параллельно оси х вращения. Конечно, возможно предусмотреть более одного такого соединительного канала 42. От кольцевого коллекторного канала 40 идет также, по меньшей мере, один отводящий трубопровод 43, по которому отделенные жидкие примеси выводят из центробежного сепаратора.
Центробежный сепаратор также имеет нижнюю кольцевую торцевую поверхность 50, находящуюся между вращающимся элементом 4 и внутренней поверхностью 3 стенки. Нижняя торцевая поверхность 50 предназначена для транспорта жидких примесей в радиальном направлении наружу, ко второму выпускному патрубку для жидкости 12. В описываемом варианте осуществления изобретения нижняя торцевая поверхность 50 немного коническая и наклонена наружу и вниз, см. Фиг.1. Следует отметить, однако, что нижняя торцевая поверхность 50 также может быть, по существу, плоской или даже отклоняющейся кнаружи немного вверх.
Кроме того, в центробежном сепараторе имеется несколько направляющих элементов 51, которые расположены на нижней торцевой поверхности 50 и предназначены для ускорения транспорта жидких примесей наружу к внутренней поверхности 3 стенки и выпускным отверстиям 41. Направляющие элементы 51, если смотреть наружу в радиальном направлении, направлены вперед по отношению к направлению r вращения. Направляющие элементы 51 могут быть прямыми или, как в описываемом варианте осуществления изобретения, криволинейными. В описываемом варианте осуществления центробежного сепаратора имеется шесть направляющих элементов 51. Однако, следует отметить, что на нижней торцевой поверхности 50 может быть предусмотрено больше или меньше таких направляющих элементов 51. Выпускные отверстия 41 примыкают к нижней торцевой поверхности 50, то есть нижняя часть выпускных отверстий 41 расположена на уровне нижней торцевой поверхности у ее внешнего периметра.
В описываемом варианте осуществления изобретения направляющие элементы 51 имеют конфигурацию ребер, которые выступают из нижней торцевой поверхности 50, см. Фиг.7. В этом случае направляющие элементы 51 могут иметь высоту от нижней торцевой поверхности 50 приблизительно 1 мм. Направляющие элементы 51 также могут иметь конфигурацию канавок, вдающихся в нижнюю торцевую поверхность 50, см. Фиг.8. В этом случае также высота, или глубина, направляющих элементов 51 может составлять, по меньшей мере, приблизительно 1 мм от нижней торцевой поверхности 50. В описываемом варианте осуществления изобретения имеется небольшой зазор, по меньшей мере, между внешним в радиальном направлении концом направляющих элементов 51 и внутренней поверхностью 3 стенки, предусмотренный для того, чтобы жидкие примеси могли свободно течь по нижней торцевой поверхности 50 вдоль внутренней поверхности 3 стенки к одному из выпускных отверстий 41. Каждый направляющий элемент 51 имеет первый, внутренний в радиальном направлении, конец 51' и второй, внешний в радиальном направлении, конец 51''. Внешний конец 51'' расположен вблизи, но на некотором расстоянии от внутренней поверхности 3 стенки так, что между внутренней поверхностью 3 стенки и внешним концом 51'' образуется внешний в радиальном направлении канал, см. Фиг.2. Внутренний конец 51' расположен вблизи, но на некотором расстоянии от кольцевого внутреннего конца кольцевой поверхности 50 так, что между кольцевым внутренним концом поверхности 50 и внутренним концом 51' каждого направляющего элемента образуется внутренний в радиальном направлении канал, см. Фиг.2.
Описываемый центробежный сепаратор может быть использован, например, для очистки газа, содержащего масло в форме масляных частиц и/или масляного тумана. Подлежащий очистке газ может быть подан через впускной патрубок 9 для газа в пространство 15. Благодаря вращению вращающегося элемента 4 газ также всасывается в зазоры между разделительными дисками 7, где масло прилипает к дискам 7 и под действием центробежных сил переносится к наружной части дисков 7. Затем масло покидает диски 7 и сбрасывается на внутреннюю поверхность 3 стенки. Затем масло стекает по внутренней поверхности 3 стенки вниз к нижней торцевой поверхности 50 и второму выпускному патрубку 12 для жидкости, где масло протекает сквозь выпускные отверстия 41 и попадает в коллекторный канал 40. Часть масла, которая ударяется о внутреннюю поверхность 3 стенки, под действием восходящего потока газа, идущего от вращающегося элемента к выпускному патрубку 10 для газа, транспортируется вверх вдоль внутренней поверхности 3 стенки. Это масло затем попадает в кольцевую канавку 19 и через выпускные отверстия 26 попадает в коллекторный канал 25. Из коллекторного канала 25 отделенное масло транспортируется вниз в коллекторный канал 40. Все отделенное масло, таким образом, попадает в коллекторный канал 40 и выводится из центробежного сепаратора по отводящему трубопроводу 43.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами его осуществления, в него могут быть внесены изменения и модификации, не выходящие за объем нижеследующей формулы изобретения.