ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР
CENTRIFUGAL SEPARATOR

Уровень техники
Настоящее изобретение относится, в общем, 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-523 690 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 разделительного пространства. Непосредственно над выпускным патрубком расположен экранирующий элемент, вдающийся в разделительное пространство. Над экранирующим элементом, т.е. выше по потоку, и на некотором расстоянии от него находится несколько выпускных отверстий, предназначенных для отвода отделенного масла из разделительного пространства. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, осевой экранирующий элемент идет вверх от радиального экранирующего элемента, но расположен в осевом направлении ниже, то есть ниже по потоку в осевом направлении, чем выпускные отверстия. Отделенное масло улавливается внутренней стенкой разделительного пространства и стекает вниз к выпускным отверстиям. Способ, описанный в SE-С-523 690, 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.
Жидкие примеси, например масло, которые оседают на или располагаются в слое вблизи кольцевой поверхности радиального экранирующего элемента, находящегося в разделительном пространстве, перемещаются радиально внутрь к центру разделительного пространства вдоль этой поверхности, поскольку вращение потока газа в этом слое замедляется из-за трения о не вращающийся экранирующий элемент.
Заявителем обнаружено, что часть текущего вниз масла минует газовую подушку и указанный 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 первом выпускном патрубке для жидкости имеется кольцевой экранирующий элемент, идущий от кольцевой поверхности на некотором расстоянии от выпускного отверстия и расположенный внутри, в радиальном направлении, от этого выпускного отверстия, где кольцевой экранирующий элемент и кольцевая поверхность вместе образуют канавку, расположенную внутри, в радиальном направлении, от выпускного отверстия.
Благодаря такой канавке 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 канавке и текут по ней в направлении вращения. Из-за того, что в разделительном пространстве вращается газ, жидкие примеси, достигающие кольцевой поверхности, перемещаются по кольцевой поверхности внутрь. Благодаря наличию экранирующего элемента, соответствующего настоящему изобретению, такое направленное внутрь движение можно предотвратить. Вместо этого жидкие примеси будут собираться в канавке и, когда их уровень достигнет уровня выпускного отверстия, будут отводиться из разделительного пространства. Следовательно, канавка образует для жидких примесей род тупика. Благодаря тому, что экранирующий элемент и канавка по отношению к оси вращения расположены, в радиальном направлении, внутри от выпускного отверстия, то есть простираются, проходя выпускное отверстие в осевом направлении, жидкие примеси не могут миновать экранирующий элемент и попасть в выпускной патрубок.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, канавка имеет открытый кольцевой конец, расположенный ближе по потоку, и закрытый кольцевой конец, расположенный дальше по потоку. Ближний по потоку конец может быть расположен в осевом направлении ближе по потоку, чем дальний по потоку конец выпускного отверстия и, предпочтительно, также ближе по потоку в осевом направлении, чем ближний по потоку конец выпускного отверстия.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, кольцевая поверхность идет от кольцевого экранирующего элемента внутрь.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, в первом выпускном патрубке для жидкости имеется первый кольцевой коллекторный канал, проходящий вокруг разделительного пространства снаружи кольцевой канавки в радиальном направлении и, предпочтительно, снаружи внутренней поверхности стенки. Таким образом, отделенные жидкие примеси собираются простым и удобным образом в канавке и затем отводятся из центробежного сепаратора посредством одного трубопровода. Является преимуществом, что выпускное отверстие может проходить между канавкой и первым коллекторным каналом так, что жидкие примеси, текущие в направлении вращения по канавке, легко выводятся в первый кольцевой коллекторный канал.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, на кольцевой поверхности имеется, по меньшей мере, одно отверстие, расположенное внутри кольцевого экранирующего элемента и образующее часть выпускного патрубка для газа. Указанное, по меньшей мере, одно отверстие может состоять из центрального сквозного отверстия и/или нескольких промежуточных сквозных отверстий, которые могут быть расположены, по существу, на одинаковом или на различных в радиальном направлении расстояниях от оси вращения.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, в каждом таком промежуточном сквозном отверстии имеется выступ, выдающийся из края сквозного отверстия. При помощи такого выступа достигается эффективное преобразование движения газа по касательной в, по существу, осевое движение газа ниже по потоку относительно диска, таким образом, эффективно увеличивается поток газа, проходящего через центробежный сепаратор. Следовательно, эффективность центробежного сепаратора может быть еще увеличена. Преимущественно, выступ выдается из края так, что является расположенным выше по потоку, чем кольцевая поверхность, что приводит к увеличению потока газа по сравнению с вариантом, в котором выступ был бы расположен ниже по потоку относительно кольцевой поверхности. Кроме того, выступ может выдаваться из соответствующего края в направлении вращения и из кольцевой поверхности в направлении вращающегося элемента. Следовательно, выступы выполняют функцию направляющих лопаток, направляющих поток газа, движущийся по касательной, в сквозные отверстия. Сквозные отверстия и выступы могут быть, по существу, вытянуты подобно арке в направлении вращения, что оказывает благоприятное влияние на поток газа.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, кольцевая поверхность является, по существу, плоской и параллельной плоскости поперечного сечения центробежного сепаратора. Кольцевая поверхность также может быть немного конической или куполообразной.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, в центробежном сепараторе имеется второй выпускной патрубок для жидкости, расположенный по потоку 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 второй кольцевой коллекторный канал, который проходит вокруг разделительного пространства 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 разделительным пространством и вторым кольцевым коллекторным каналом.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, центробежный сепаратор выполнен так, что ось вращения расположена, по существу, вертикально, стационарный корпус имеет верхний конец и нижний конец, выпускной патрубок 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 канавке и первому выпускному патрубку для жидкости.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, вращающийся элемент снабжен несколькими разделительными дисками, которые, например, могут быть коническими, радиальными или осевыми.
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 первому варианту осуществления настоящего изобретения.
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 показано вертикальное сечение центробежного сепаратора, соответствующего второму варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 показано поперечное сечение по V-V на фиг. 1.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 и 2 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 приспособленный для 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 неподвижный корпус 1 имеет верхний конец 1' и нижний конец 1''.
Вращающийся элемент 4 содержит вал 5, который установлен на подшипнике 6 в корпусе 1 вблизи верхнего конца 1', 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, идущими 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 первом варианте осуществления изобретения привод 8 смонтирован в разделительном пространстве 2 при помощи опорного устройства 14, в котором может иметься, например, три или четыре штанги, идущих в радиальном направлении от привода 8 к внутренней поверхности 3 стенки, где они соответствующим образом прикреплены.
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 имеет центральное положение и проходит через нижний конец 1'' корпуса 1. Через впускной патрубок 9 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 потоку. 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 разделительное пространство 2.
Первый выпускной патрубок 11 для жидкости расположен относительно направления потока газа ближе выпускного патрубка 10. 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.
Центробежный сепаратор также содержит кольцевую поверхность 20, продолжающуюся от внутренней поверхности 3 стенки внутрь. В первом варианте осуществления изобретения кольцевая поверхность 20 образована верхней торцевой стенкой разделительного пространства 2. В первом варианте осуществления изобретения кольцевая поверхность 20 является, по существу, плоской и перпендикулярной оси х вращения, то есть кольцевая поверхность 20 параллельна плоскости поперечного сечения центробежного сепаратора. Кольцевая поверхность также может быть немного конической или куполообразной.
Первый выпускной патрубок 11 для жидкости содержит, по меньшей мере, одно выпускное отверстие 21, простирающееся наружу от внутренней поверхности 3 стенки. В первом варианте осуществления первый выпускной патрубок 11 для жидкости содержит три таких выпускных отверстия 21, см. фиг. 2, однако это количество может быть изменено и составлять, например, 2, 4, 5 или более выпускных отверстий 21.
Первый выпускной патрубок для жидкости 11 также содержит кольцевой экранирующий элемент 22, продолжающийся от кольцевой поверхности 20 на некотором расстоянии от внутренней поверхности 3 стенки и выпускных отверстий 21. Как видно на фиг. 1, кольцевой экранирующий элемент 22 расположен в радиальном направлении внутри от выпускного отверстия 21, то есть экранирующий элемент 22 закрывает выпускные отверстия полностью или, по существу, полностью, если смотреть в радиальном направлении от оси х вращения. В первом варианте осуществления изобретения экранирующий элемент располагается, по существу, параллельно оси х вращения, однако он также может быть отклонен, по меньше мере, немного относительно оси х вращения.
Кольцевой экранирующий элемент 22 и кольцевая поверхность 20 вместе с внутренней поверхностью 3 стенки образуют кольцевую канавку 23, расположенную в радиальном направлении внутри от выпускных отверстий 21. Канавка 23 имеет открытый кольцевой конец выше по потоку и закрытый кольцевой конец ниже по потоку. В первом варианте осуществления настоящего изобретения кольцевая поверхность 20 простирается внутрь от кольцевого экранирующего элемента 22, то есть пересекает экранирующий элемент 22.
Кроме того, первый выпускной патрубок 11 для жидкости содержит первый кольцевой коллекторный канал 25, проходящий по периметру вокруг разделительного пространства 2 радиально снаружи от него и на уровне канавки 23. Первый кольцевой коллекторный канал 25 расположен в стенке неподвижного корпуса 1. Канавка 23 соединена с первым кольцевым коллекторным каналом 25 посредством выпускных отверстий 21, которые, таким образом, находятся между канавкой 23 и первым кольцевым коллекторным каналом 25 и соединяют их.
На кольцевой поверхности 20 имеется, по меньшей мере, одно отверстие 26, расположенное внутри кольцевого экранирующего элемента 22. В первом варианте осуществления настоящего изобретения отверстие 26 имеет конфигурацию центрального сквозного отверстия и образует часть выпускного патрубка 10 для газа.
Второй выпускной патрубок 12 для жидкости также содержит второй кольцевой коллекторный канал 30, проходящий по периметру вокруг разделительного пространства 2 радиально снаружи от внутренней поверхности 3 стенки. Кроме того, по меньшей мере, одно выпускное отверстие 31 расположено так, что оно находится между разделительным пространством 2 и вторым кольцевым коллекторным каналом 30. Второй выпускной патрубок 12 для жидкости может содержать, например, 1, 2, 3, 4, 5, 6 или более таких выпускных отверстий 31. Второй выпускной патрубок для жидкости 12, то есть выпускные отверстия 31, находятся в нижнем конце 1''.
Как видно на фиг. 1, первый коллекторный канал 25 первого выпускного патрубка 11 для жидкости соединен со вторым кольцевым коллекторным каналом 30 второго выпускного патрубка 12 для жидкости посредством, по меньшей мере, одного соединительного канала 32, который в описываемом варианте осуществления идет, по существу, параллельно оси х вращения. Конечно, можно предусмотреть более одного такого соединительного канала 32. От второго кольцевого коллекторного канала 30 также отходит, по меньшей мере, один отводящий трубопровод 33, предназначенный для вывода из центробежного сепаратора отделенных жидких примесей.
Центробежный сепаратор также содержит нижнюю кольцевую торцевую поверхность 50, расположенную между вращающимся элементом 4 и внутренней поверхностью 3 стенки. Нижняя торцевая поверхность 50 имеет форму, позволяющую транспортировать жидкие примеси радиально наружу ко второму выпускному патрубку 12 для жидкости. В описываемом варианте осуществления 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 и даже немного отклоненной наружу и вверх. Кроме того, в центробежном сепараторе имеется несколько направляющих элементов 51, находящихся на нижней торцевой поверхности 50 и предназначенных для ускорения транспорта жидких примесей наружу к внутренней поверхности 3 стенки и выпускным отверстиям 31 см. фиг. 3. Направляющие элементы 51, если смотреть наружу в радиальном направлении, направлены вперед по отношению к направлению r вращения. Направляющие элементы 51 могут быть прямыми или криволинейными. 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 внешний концом 51'' образуется внешний в радиальном направлении канал, см. фиг. 3. 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. 3.
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 и под действием центробежных сил транспортируется 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 31 и попадает во второй кольцевой коллекторный канал 30. Часть масла, которая ударяется о внутреннюю поверхность стенки 3, под действием восходящего потока газа, идущего от вращающегося элемента к выпускному патрубку 10 для газа, транспортируется вверх вдоль внутренней поверхности стенки 3. Это масло затем попадает в канавку 23 и через выпускные отверстия 21 попадает в первый коллекторный канал 25. Из первого коллекторного канала 25 отделенное масло транспортируется вниз во второй кольцевой коллекторный канал 30. Все отделенное масло, таким образом, попадает в коллекторный канал 30 и выводится из центробежного сепаратора по отводящему трубопроводу 33.
На фиг. 4 изображен второй вариант осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что элементы, выполняющие, по существу, одну и ту же функцию, имеют на фигурах, соответствующих двум вариантам осуществления изобретения, одинаковый номер позиции. Второй вариант осуществления изобретения отличается от первого тем, что в центробежном сепараторе имеется диск 40, расположенный между вращающимся элементом 4 и выпускным патрубком 10 для газа. Диск 40 снабжен несколькими сквозными отверстиями 41, во втором варианте осуществления изобретения таких сквозных отверстий 41 четыре, см. фиг. 5. Однако следует отметить, что на диске может быть больше или меньше таких сквозных отверстий 41, например, 2, 3, 5, 6, 7 или более сквозных отверстий 41. Каждое из сквозных отверстий имеет передний край 41' и задний край 41'' по отношению к направлению r вращения, см. фиг. 5. Каждое из сквозных отверстий 41 также имеет выступ 42, выдающийся из заднего края 41'' сквозного отверстия 41. Как видно на фиг. 4, каждый выступ 42 выдается из края 41'' так, что выступ 42 является расположенным по потоку ближе диска 40, то есть, каждый выступ 42 имеет наружный конец 43, расположенный между диском 40 и вращающимся элементом 4. Каждый выступ 42 также имеет внутренний конец 44, совпадающий с задним краем 41''. Каждый выступ 42, таким образом, выдается из соответствующего заднего края 41'' в направлении r вращения. Кроме того, как видно на фиг. 5, каждое сквозное отверстие 41 вытянуто, по существу, наподобие арки в направлении r вращения. Каждый выступ 42 также, по существу, вытянут наподобие арки в направлении r вращения. В описываемом варианте осуществления изобретения диск 40 является, по существу, плоским и параллельным плоскости поперечного сечения центробежного сепаратора. Ось х вращения образует перпендикуляр к этой плоскости поперечного сечения. Каждый выступ 40 наклонен по отношению к плоскости поперечного сечения на угол α. Угол отклонения α может варьироваться в диапазоне от 1° до 40°.
Во втором варианте осуществления изобретения диск 40 образует кольцевую поверхность 20, а кольцевой экранирующий элемент 22 вытянут вверх, то есть, во втором варианте осуществления, вниз от диска 40 и кольцевой поверхности 20. Таким образом, экранирующий элемент 22, внутренняя поверхность стенки 3 и кольцевая поверхность 20 диска 40 образуют канавку 23.
Газ, направляемый зазорами между разделительными дисками 7, вращается в направлении r вращения с очень высокой скоростью. Это вращательное движение будет продолжаться до тех пор, пока газ не достигнет диска 40. Тогда выступы 42 будут функционировать как направляющие лопатки и направлять газ через сквозные отверстия 41. Когда газ проходит через сквозные отверстия 41, скорость его вращения снижается и преобразуется в скорость осевого потока. Таким образом, в осевом направлении вверх к выпускному патрубку 10 для газа может переместиться большое количество газа. Следует отметить, что весь газ, движущийся от впускного патрубка 9 для газа к выпускному патрубку 10 для газа, пройдет через сквозные отверстия 31 диска 40 и ударится о внутреннюю поверхность 3 стенки. Жидкие примеси после этого будут стекать вниз по внутренней поверхности 3 стенки к нижнему концу разделительного пространства 2 и второму выпускному патрубку 12 для жидкости, где жидкие примеси вытекают во второй кольцевой коллекторный канал 30. Часть жидких примесей, которая ударяется о внутреннюю поверхность 3 стенки, под действием восходящего потока газа, идущего от вращающегося элемента 4 вверх к диску 40, транспортируется вверх вдоль внутренней поверхности 3 стенки. Эти жидкие примеси затем движутся вниз вдоль внутренней поверхности стенки 3 и попадают в канавку 30 и оттуда через выпускные отверстия 21 - в первый кольцевой коллекторный канал 25.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами его осуществления, в него могут быть внесены изменения и модификации, не выходящие за объем нижеследующей формулы изобретения.