RU2465947C1 - Cyclone separator with scroll outlet - Google Patents
Cyclone separator with scroll outlet Download PDFInfo
- Publication number
- RU2465947C1 RU2465947C1 RU2011107942/04A RU2011107942A RU2465947C1 RU 2465947 C1 RU2465947 C1 RU 2465947C1 RU 2011107942/04 A RU2011107942/04 A RU 2011107942/04A RU 2011107942 A RU2011107942 A RU 2011107942A RU 2465947 C1 RU2465947 C1 RU 2465947C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spiral
- cyclone separator
- flow
- channel
- axis
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cyclones (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к циклонному сепаратору, который включает в себя горловинный участок, расположенный между областью входа сходящегося потока и областью выхода расходящегося потока, при этом циклонный сепаратор позволяет генерировать вихревой поток вокруг центральной оси циклонного сепаратора, перемещающийся поступательно через область входа сходящегося потока и горловинный участок к области выхода расходящегося потока, причем область выхода расходящегося потока включает в себя выходные каналы, среди которых внутренний первый выходной канал для компонентов потока, обедненного конденсатами, и наружный второй выходной канал для компонентов потока, обогащенного конденсатами.The present invention relates to a cyclone separator, which includes a neck section located between the inlet region of the converging stream and the outlet region of the diverging stream, while the cyclone separator allows you to generate a vortex stream around the Central axis of the cyclone separator, moving translationally through the inlet region of the converging stream and the neck section to the exit region of the divergent stream, and the exit region of the divergent stream includes output channels, among which Nij first output flow path components depleted condensates, and an outer second outlet channel for a flow component enriched condensates.
Уровень техникиState of the art
WO 03/029739A2 раскрывает циклонный сепаратор, включающий в себя цилиндрический горловинный участок, в котором поток ускоряется по возможности до сверхзвуковой скорости и быстро охлаждается за счет адиабатического расширения. При быстром охлаждении потока содержащиеся в нем конденсируемые пары конденсируются и/или кристаллизируются с образованием мелких капель или частиц. Если поток представляет собой поток природного газа, выходящий из газовой скважины, то конденсируемые пары могут включать в себя воду, углеводороды, диоксид углерода, сероводород и ртуть. Такие сепараторы включают в себя и ряд завихряющих пластин, расположенных во входном участке перед горловинным участком в направлении поступательного перемещения потока, причем такая пластина или пластины наклонены или образуют геликоид относительно центральной оси горловинного участка для обеспечения вихревого движения потока в сепараторе. Благодаря вихревому движению смеси текучих сред ей сообщаются центробежные силы, которые вызывают перемещение вихревого потока конденсированных и/или кристаллизованных компонентов с относительно большой плотностью к внешней границе внутреннего пространства горловинного участка и расходящейся области выхода и сосредоточение газообразных компонентов с относительно малой плотностью около центральной оси сепаратора.WO 03 / 029739A2 discloses a cyclone separator comprising a cylindrical throat portion in which the flow is accelerated to a supersonic speed if possible and is rapidly cooled due to adiabatic expansion. With rapid cooling of the stream, the condensable vapors contained therein condense and / or crystallize to form small droplets or particles. If the stream is a natural gas stream exiting a gas well, the condensable vapors may include water, hydrocarbons, carbon dioxide, hydrogen sulfide and mercury. Such separators include a number of swirl plates located in the inlet section in front of the neck section in the direction of translational movement of the stream, and such a plate or plates are inclined or form a helicoid relative to the central axis of the neck section to provide vortex flow in the separator. Due to the vortex motion of the fluid mixture, centrifugal forces are imparted to it, which cause the vortex flow of the condensed and / or crystallized components to move relatively high density to the outer boundary of the inner space of the neck section and the diverging exit region and the concentration of gaseous components with a relatively low density near the central axis of the separator.
Затем газообразные компоненты выходят из сепаратора через первый центральный выходной канал, а поток, обогащенный конденсатами, - через второй выходной канал, который расположен на внешней периферии области расходящихся выходных каналов. Циклонный сепаратор подробно описан ниже со ссылкой на фиг.1.Then, the gaseous components exit the separator through the first central output channel, and the condensate-rich stream passes through the second output channel, which is located on the outer periphery of the diverging output channel region. A cyclone separator is described in detail below with reference to FIG.
Выходные каналы предусмотрены для выхода потоков из циклонного сепаратора. Выходные каналы могут быть предназначены для замедления потока и преобразования таким образом кинетической энергии потока в его потенциальную энергию, то есть увеличения его статического давления. Циклонный сепаратор может быть также снабжен средством для выпрямления потока, к примеру узлом из пластин 19 для выпрямления потока, для использования вращательной энергии вихревого потока. Эта вращательная энергия преобразуется в осевую кинетическую энергию.Outlet channels are provided for exiting streams from the cyclone separator. The output channels can be designed to slow the flow and thus convert the kinetic energy of the stream into its potential energy, that is, increase its static pressure. The cyclone separator may also be provided with means for straightening the flow, for example, a unit of
В общем случае предпочтительно, чтобы перепад давления в циклонном сепараторе был минимален. Это может быть достигнуто за счет максимально возможного преобразования кинетической энергии потока (как осевого, так и тангенциального) в давление для облегчения дальнейшей обработки сепарированных потоков.In general, it is preferred that the pressure drop across the cyclone separator is minimized. This can be achieved by maximally converting the kinetic energy of the flow (both axial and tangential) into pressure to facilitate further processing of the separated flows.
WO 2008/020155 раскрывает циклонный сепаратор для сепарации потоков, который включает в себя входную камеру, снабженную средствами для завихрения потоков, текущих через камеру, вокруг некоторой оси, циклонную сепарационную камеру, соединенную с входной камерой так, чтобы поток поступал из нее в циклонную сепарационную камеру, и выходную камеру, соединенную с циклонной сепарационной камерой так, чтобы поток поступал из нее в выходную камеру. Выходная камера имеет тангенциальный выход для относительно плотных потоков и осевой выход для менее плотных потоков.WO 2008/020155 discloses a cyclone separator for separating streams, which includes an inlet chamber provided with means for swirling the flows flowing through the chamber around a certain axis, a cyclone separation chamber connected to the inlet chamber so that the stream flows from it into the cyclone separation the chamber, and the outlet chamber connected to the cyclone separation chamber so that the stream flows from it into the outlet chamber. The output chamber has a tangential exit for relatively dense flows and an axial exit for less dense flows.
Выходная камера может быть выполнена в виде спиральной камеры, которая включает в себя выходной канал, ограниченный криволинейной стенкой, которая совершает оборот на 360 градусов вокруг оси, и переходящий в тангенциальный выходной канал для тяжелых фаз сепарируемых потоков. Радиус стенки выходного канала возрастает в направлении перемещения потока, при этом возрастает и площадь поперечного сечения канала.The output chamber can be made in the form of a spiral chamber, which includes an output channel bounded by a curved wall that rotates 360 degrees around the axis and passes into a tangential output channel for heavy phases of the separated flows. The radius of the wall of the outlet channel increases in the direction of flow movement, while the cross-sectional area of the channel also increases.
Циклонный сепаратор, раскрытый в WO 2008/020155, рассчитан на работу при малых скоростях потока, то есть порядка 50 м/с, и несжимаемые среды. Следовательно, суммарная кинетическая энергия на выходе, доступная для использования, относительно мала. Таким образом, циклонный сепаратор и выходная камера, соответствующие WO 2008/020155, не рассчитаны на обработку потоков с большим давлением, к примеру входным давлением, равным 100 бар, и выходным давлением, равным 70 бар, и потоков, имеющих скорость, близкую к звуковой, к примеру околозвуковые скорости (0,8-1,2 маха) или сверхзвуковые скорости (>1 маха).The cyclone separator disclosed in WO 2008/020155 is designed to operate at low flow velocities, i.e., of the order of 50 m / s, and incompressible media. Therefore, the total kinetic energy at the output available for use is relatively small. Thus, the cyclone separator and the outlet chamber, corresponding to WO 2008/020155, are not designed to handle flows with high pressure, for example, an inlet pressure of 100 bar and an outlet pressure of 70 bar, and flows having a speed close to sonic , for example, transonic speeds (0.8-1.2 Mach) or supersonic speeds (> 1 Mach).
К тому же если использовать выходную камеру, раскрытую в WO 2008/020155, в циклонном сепараторе, в котором потоки ускоряются, по меньшей мере, до околозвуковых скоростей, то данная выходная камера не сможет обрабатывать «влажные» компоненты потока, обогащенные конденсатами. Поток будет задерживаться в выходной камере, что уменьшит пропускную способность и эффективность циклонного сепаратора.Moreover, if you use the output chamber, disclosed in WO 2008/020155, in a cyclone separator in which flows are accelerated at least to transonic speeds, then this exit chamber will not be able to process the "wet" components of the stream enriched in condensates. The flow will be delayed in the outlet chamber, which will reduce the throughput and efficiency of the cyclone separator.
В выходных каналах, соответствующих известному уровню техники, потоки могут отклоняться настолько резко, что если данные каналы используются в устройствах, работающих при больших скоростях потоков, потеря давления может оказаться слишком большой - до 20% от давления на входе и выше. Кстати, отклонение потока может приводить к возникновению профиля противоположного радиального давления, в результате чего вблизи поверхности выходного канала могут возникать области обратного потока (= потока в противоположном осевом направлении). Такая точка называется точкой отрыва, то есть точкой, в которой линии потока отделяются от стенки выходного канала. Если угол отклонения потока в указанных выходных каналах, соответствующих известному уровню техники, приближается к 90°, то возникает точка нулевой скорости потока, называемая «точкой застоя».In the output channels corresponding to the prior art, the flows can deviate so sharply that if these channels are used in devices operating at high flow rates, the pressure loss may be too large - up to 20% of the inlet pressure and above. By the way, flow deviation can lead to the formation of a profile of opposite radial pressure, as a result of which near the output channel surface regions of the return flow (= flow in the opposite axial direction) can occur. This point is called the separation point, that is, the point at which the flow lines are separated from the wall of the outlet channel. If the angle of deviation of the flow in these output channels corresponding to the prior art approaches 90 °, then a point of zero flow velocity occurs, called the "stagnation point".
И вблизи точек отрыва и вблизи точек застоя трение потока о стенку относительно мало, что приводит к скоплению конденсированных или кристаллизованных компонентов. Такие застои увеличивают вероятность образования гидратов и/или для таких твердых компонентов как гидраты их скопления на поверхности. Такое прилипание гидратов к внутренней поверхности циклонных сепараторов уменьшает эффективное проходное сечение канала, что может уменьшить пропускную способность сепаратора вплоть до его полной закупорки и привести к увеличению потери давления, а значит, снижению общей производительности циклонного сепаратора.Both near the separation points and near the stagnation points, the friction of the flow against the wall is relatively small, which leads to the accumulation of condensed or crystallized components. Such stagnation increases the likelihood of hydrates and / or for solid components such as hydrates of their accumulation on the surface. Such adhesion of hydrates to the inner surface of the cyclone separators reduces the effective passage section of the channel, which can reduce the throughput of the separator up to its complete blockage and lead to an increase in pressure loss, and therefore, a decrease in the overall performance of the cyclone separator.
Таким образом, задача настоящего изобретения - предусмотреть циклонный сепаратор, который работал бы эффективнее.Thus, it is an object of the present invention to provide a cyclone separator that would work more efficiently.
Существо изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В соответствии с аспектом настоящего изобретения предусмотрен циклонный сепаратор, который включает в себя горловинный участок, расположенный между областью входа сходящегося потока и областью выхода расходящегося потока, при этом циклонный сепаратор позволяет генерировать поток, который завихряется вокруг центральной оси циклонного сепаратора, перемещаясь поступательно через область входа сходящегося потока и горловинный участок к области выхода расходящегося потока, причем область выхода расходящегося потока включает в себя выходные каналы, среди которых - внутренний первый выходной канал для компонентов потока, обедненного конденсатами, и наружный второй выходной канал для компонентов потока, обогащенного конденсатами; кроме того, циклонный сепаратор включает в себя, по меньшей мере, один спиральный диффузор, соединенный с одним из выходных каналов, при этом, по меньшей мере, один из указанных диффузоров включает в себя спиральный выходной канал со спиральной осью, которая образует по существу спираль вокруг центральной оси, причем выходной канал включает в себя камеру завихрения, которая преобразует осевой импульс вихревого потока относительно центральной оси в его тангенциальный импульс относительно спиральной оси.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a cyclone separator that includes a neck section located between the inlet region of the converging stream and the outlet region of the diverging stream, the cyclone separator allowing the generation of a stream that swirls around the central axis of the cyclone separator, moving progressively through the inlet region a converging stream and a throat section to the exit region of the divergent stream, and the exit region of the diverging stream includes odnye channels, including - an inner first output flow path components depleted condensates, and an outer second outlet channel for a flow components-enriched condensate; in addition, the cyclone separator includes at least one spiral diffuser connected to one of the output channels, while at least one of these diffusers includes a spiral output channel with a spiral axis, which forms essentially a spiral around the central axis, and the output channel includes a swirl chamber, which converts the axial momentum of the vortex flow relative to the central axis into its tangential momentum relative to the spiral axis.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Далее описаны варианты выполнения настоящего изобретения, приведенные лишь в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи, на которых аналогичные части обозначены соответственными ссылочными позициями, на которых изображено следующее:The following describes embodiments of the present invention, given only as an example, with reference to the accompanying schematic drawings, in which similar parts are indicated by the corresponding reference positions, which depict the following:
фиг.1 - схематичный продольный разрез циклонного сепаратора,figure 1 is a schematic longitudinal section of a cyclone separator,
фиг.2 - схематичный продольный разрез циклонного сепаратора, соответствующего одному варианту выполнения настоящего изобретения,figure 2 is a schematic longitudinal section of a cyclone separator corresponding to one embodiment of the present invention,
фиг.3 - схематичный поперечный разрез циклонного сепаратора по фиг.2,figure 3 - schematic cross section of a cyclone separator in figure 2,
фиг.4а-4b - схема увеличенного фрагмента по фиг.2,figa-4b is a diagram of an enlarged fragment of figure 2,
фиг.5 - схема линий потока, соответствующих одному варианту выполнения настоящего изобретения,5 is a diagram of flow lines corresponding to one embodiment of the present invention,
фиг.6 - схема распределения значений трения в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения,6 is a diagram of the distribution of friction values in accordance with one embodiment of the present invention,
фиг.7 - схематичный продольный разрез циклонного сепаратора, соответствующего другому варианту выполнения настоящего изобретения,7 is a schematic longitudinal section of a cyclone separator in accordance with another embodiment of the present invention,
фиг.8 - схематичный поперечный разрез циклонного сепаратора по фиг.7,Fig.8 is a schematic cross-sectional view of the cyclone separator of Fig.7,
фиг.9 - схематичный продольный разрез циклонного сепаратора, соответствующего другому варианту выполнения настоящего изобретения,Fig.9 is a schematic longitudinal section of a cyclone separator in accordance with another embodiment of the present invention,
фиг.10 - схематичный продольный разрез циклонного сепаратора, соответствующего другому варианту выполнения настоящего изобретения,10 is a schematic longitudinal section of a cyclone separator according to another embodiment of the present invention,
фиг.11 - схематичный поперечный разрез циклонного сепаратора по фиг.10.11 is a schematic cross section of a cyclone separator in figure 10.
Подробное описаниеDetailed description
На фиг.1 изображен примерный продольный разрез сепаратора потоков, который может быть упомянут и как циклонный сепаратор и как циклонный инерционный сепаратор.Figure 1 shows an exemplary longitudinal section of a flow separator, which can be mentioned as a cyclone separator and a cyclone inertial separator.
Циклонный инерционный сепаратор, изображенный на фиг.1, включает в себя входное завихряющее устройство, выполненное в виде грушевидного центрального тела 1, в котором установлен ряд завихряющих пластин 2, при этом ось тела совпадает с центральной осью I циклонного сепаратора, так что между центральным телом 1 и корпусом 20 сепаратора образован кольцевой проток 3.The cyclone inertial separator shown in Fig. 1 includes an inlet swirl device made in the form of a pear-shaped
Ширина кольца 3 рассчитана таким образом, что площадь поперечного сечения кольца плавно убывает за завихряющими пластинами 2 в направлении поступательного перемещения потока, благодаря чему скорость потока в кольце плавно возрастает, достигая сверхзвуковых значений в позиции за завихряющими пластинами в направлении поступательного перемещения потока.The width of the ring 3 is designed in such a way that the cross-sectional area of the ring gradually decreases behind the
Кроме того, циклонный сепаратор включает в себя цилиндрический горловинный участок 4, из которого вихревой поток поступает в расходящуюся сепарационную камеру 5, снабженную центральным первым выходным каналом 7 для газообразных компонентов и наружным вторым выходным каналом 6 для компонентов потока, обогащенного конденсатами. Центральное тело 1 включает в себя по существу цилиндрическую продолговатую концевую область 8, в которой установлен ряд пластин 19 для выпрямления потока. Центральное тело 1 имеет наибольшую наружную толщину или наибольший наружный диаметр 2Romax, который больше наименьшей внутренней толщины или наименьшего внутреннего диаметра 2Rnmin цилиндрического горловинного участка 4.In addition, the cyclone separator includes a
Далее описаны различные компоненты циклонного сепаратора, изображенного на фиг.1.The various components of the cyclone separator of FIG. 1 are described below.
Завихряющие пластины 2, расположенные под углом (α) к центральной оси I, обеспечивают круговое движение потока. Угол α может составлять от 20° до 60°. Затем поток подается в кольцевую область 3. Площадь поперечного сечения этой области равна:
Акольца=π(Rвнешн 2-Rвнутр 2). Ring A = π (R outer 2 -R 2 ext).
Последние две величины - это внешний и внутренний радиусы кольца в заданной позиции. Средний радиус кольца в данной позиции равен:The last two values are the outer and inner radii of the ring at a given position. The average radius of the ring in this position is:
Rcp=√[?(Rвнешн 2+Rвнутр 2)].R cp = √ [? (R outer 2 + R ext 2)].
В позиции, соответствующей максимальному среднему радиуса Rcp max кольца, поток проходит между завихряющими пластинами 2 со скоростью (U), при этом пластины отклоняют поток пропорционально углу (α) отклонения, в результате чего возникают тангенциальная составляющая скорости, равная Uφ=U·sin(α), и осевая составляющая скорости, равная Ux=U·cos(α).In the position corresponding to the maximum average radius R cp max of the ring, the flow passes between the
В кольцевой области 3 за завихряющими пластинами 2 в направлении поступательного перемещения потока вихревой поток ускоряется до высоких скоростей, при этом средний радиус кольца плавно уменьшается с Rcp max до Rcp min.In the annular region 3 behind the
Считается, что во время такого ускорения по кольцевой траектории протекают два процесса:It is believed that during such acceleration, two processes proceed along the annular path:
(1) Теплота или энтальпия (h) потока уменьшается по закону Δh=-1/2U2, что приводит к конденсации тех компонентов потока, которые первыми достигают фазового равновесия. В результате образуется вихревой поток тумана, включающего в себя маленькие частицы жидкости или твердых тел.(1) The heat or enthalpy (h) of the flow decreases according to the law Δh = -1 / 2U 2 , which leads to the condensation of those components of the flow that first reach phase equilibrium. As a result, a vortex stream of fog is formed, which includes small particles of liquid or solids.
(2) Тангенциальная составляющая Uφ скорости обратно пропорциональна среднему радиусу кольца и описывается по существу следующим уравнением:(2) The tangential component U φ of the velocity is inversely proportional to the average radius of the ring and is described essentially by the following equation:
Uφконеч=Uφнaч·(Rcp max/Rcp min).U φend = U φnach · (R cp max / R cp min ).
Это приводит к значительному увеличению центростремительного ускорения ас частиц потока, которое в конечном итоге будет достигать следующего порядка:This leads to a significant increase in centripetal acceleration a from the particles of the flow, which ultimately will reach the following order:
ac=(Uφконеч 2/Rcp min).a c = (U φ end 2 / R cp min ).
В цилиндрическом горловинном участке 4 скорость потока может дополнительно увеличиваться или поддерживаться по существу на постоянном уровне. В первом случае конденсация продолжается, и частицы приобретают дополнительную массу. Во втором случае конденсация прекратится после определенного времени релаксации. В обоих случаях центробежные силы вызывает смещение частиц к внешнему периметру проходного сечения, то есть к внутренней стенке корпуса 20, которая называется областью сепарации. Период смещения частиц к этому внешнему периметру проходного сечения определяет длину цилиндрического горловинного участка 4. Подразумевается, что частицы могут включать в себя твердые или затвердевшие частицы.In the
За цилиндрическим горловинным участком 4 в направлении поступательного перемещения потока «влажные» компоненты потока, обогащенные конденсатами, стремятся сконцентрироваться вблизи внутренней поверхности расходящейся сепарационной камеры 5, а «сухие» газообразные компоненты потока концентрируются на центральной оси I или вблизи нее, в результате чего «влажные» компоненты потока, обогащенные конденсатами, проникают в наружный второй выходной канал 6 через одно или несколько отверстий, представляющих собой (микро)пористые участки, а «сухие» газообразные компоненты проникают в центральный первый выходной канал 7.Behind the
В расходящемся первом выходном канале 7 поток дополнительно замедляется, в результате чего его оставшаяся кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию.In the diverging first output channel 7, the flow is additionally slowed down, as a result of which its remaining kinetic energy is converted into potential energy.
Расходящийся первый выходной канал может быть снабжен узлом из средств для выпрямления потока, к примеру пластин 19 для выпрямления потока, для использования вращательной энергии потока.The diverging first output channel may be provided with a unit of means for straightening the flow, for example,
Используемый в данном документе термин «поток» относится к жидкой или газообразной фазам, а также комбинации жидкой и газообразной фаз. Потоки, определенные в данном документе, могут также содержать твердые частицы.As used herein, the term “stream” refers to a liquid or gaseous phase, as well as a combination of a liquid and gaseous phase. The streams defined herein may also contain particulate matter.
Завихряющие пластины 2 могут быть заменены другими подходящими средствами завихрения.
Подразумевается, что циклонный сепаратор является по существу телом вращения вокруг центральной оси I симметрии.It is understood that the cyclone separator is essentially a body of revolution about a central axis I of symmetry.
Следует подчеркнуть, что вышеописанный циклонный сепаратор является всего лишь примером и варианты выполнения данного сепаратора, описанные ниже, могут быть отнесены и к циклонным сепараторам другого типа, к примеру описанным со ссылкой на WO 2008/020155.It should be emphasized that the cyclone separator described above is just an example and the embodiments of this separator described below can be attributed to cyclone separators of another type, for example described with reference to WO 2008/020155.
Варианты выполнения настоящего изобретенияEmbodiments of the Present Invention
Вариант 1
На фиг.2 изображен циклонный сепаратор, соответствующий первому варианту выполнения настоящего изобретения. На фиг.3 изображен схематичный разрез циклонного сепаратора по пунктирной линии (фиг.2), при этом направление обзора противоположно направлению поступательного перемещения потока. И на фиг.2 и на фиг.3 изображена схема циклонного сепаратора, который соответствует сепаратору, изображенному на фиг.1, но при этом дополнительно включает в себя кольцевой диффузор 60 и спиральный диффузор 9.Figure 2 shows a cyclone separator in accordance with a first embodiment of the present invention. Figure 3 shows a schematic section of a cyclone separator along the dashed line (figure 2), while the direction of view is opposite to the direction of translational movement of the stream. And in figure 2 and figure 3 shows a diagram of a cyclone separator, which corresponds to the separator shown in figure 1, but further includes an
Спиральный диффузорSpiral diffuser
Спиральный диффузор 9 включает в себя спиральный выходной канал 90, который расположен вокруг центральной оси I циклонного сепаратора, к примеру вокруг первого выходного канала 7, и переходит в выходной канал 93, который может быть прямым каналом, расположенным тангенциально спиральному выходному каналу 90. Спиральный выходной канал 90 может иметь форму тора с переменной площадью поперечного сечения, как будет подробно описано ниже. Поперечное сечение может иметь форму круга или другую подходящую криволинейную форму, как будет сказано ниже.The
Спиральный выходной канал 90 может быть образован стенкой 91.Соединение спирального диффузора 9 с одним из выходных каналов, к примеру наружным вторым выходным каналом 6 или центральным первым выходным каналом 7, может включать в себя кольцевой диффузор 60, как будет сказано ниже. Спиральный выходной канал 90 соединен с наружным вторым выходным каналом 6 для дальнейшей транспортировки вторичного потока, обогащенного конденсатами.The
В соответствии с данным вариантом выполнения настоящего изобретения предусмотрен циклонный сепаратор, включающий в себя горловинный участок 4, который расположен между областью входа сходящегося потока и областью выхода расходящегося потока, при этом циклонный сепаратор может генерировать поток, который завихряется вокруг центральной оси I циклонного сепаратора, перемещаясь поступательно через область входа сходящегося потока и горловинный участок к области выхода расходящегося потока, причем область выхода расходящегося потока включает в себя выходные каналы 6, 7, среди которых внутренний первый выходной канал 7 для компонентов потока, обедненного конденсатами, и наружный второй выходной канал 6 для компонентов потока, обогащенного конденсатами. Циклонный сепаратор включает в себя, по меньшей мере, один спиральный диффузор 9, соединенный, по меньшей мере, с одним из выходных каналов 6, 7, при этом каждый из указанных спиральных диффузоров 9 включает в себя спиральный выходной канал 90 со спиральной осью I1, которая имеет по существу форму спирали с центральной осью I, причем спиральный выходной канал 90 включает в себя камеру 95 завихрения для преобразования осевого импульса вихревого потока относительно центральной оси I в тангенциальный импульс относительно спиральной оси I1. Радиальный импульс, который может присутствовать в вихревом потоке относительно центральной оси I, также может быть преобразован в тангенциальный импульс относительно спиральной оси I1.According to this embodiment of the present invention, there is provided a cyclone separator including a
В примере осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированном на фиг.2 и 3, спиральный диффузор 9 соединен с наружным вторым выходным каналом 6. В другом примере осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированном ниже, спиральный диффузор может быть также соединен с центральным первым выходным каналом 7.In the embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 2 and 3, the
В одном примере осуществления настоящего изобретения выходной канал 6 образован стенками 61, 62, образующими кольцевую область, а выходной канал 90 образован стенкой 91, имеющей кривизну вокруг спиральной оси I1, при этом камера 95 завихрения образована плавным переходом между, по меньшей мере, одной из стенок 61, 62 выходного канала 6 и криволинейной стенкой 91.In one embodiment of the present invention, the outlet channel 6 is formed by
Радиус кривизны стенки 91, то есть расстояние от спиральной оси I1 до стенки 91 может быть постоянным, то есть образовывать круг, или меняться, образуя спиральную кривую. Используемые радиусы кривизны обычно составляют от 0,05DD2 до 0,5DD2. На фиг.4а радиус стенки 91 относительно спиральной оси I1 обозначен как R91.The radius of curvature of the
В примере, проиллюстрированном фигурами, криволинейная стенка 91 образует по существу круговой канал, то есть имеет по существу круговое поперечное сечение, если последнее по существу перпендикулярно спиральной оси I1. Пример тому проиллюстрирован фиг.4а. В общем случае поперечное сечение может иметь любую подходящую криволинейную форму, к примеру, форму эллипса или спирали. Пример спиральной формы сечения проиллюстрирован фиг.4b.In the example illustrated by the figures, the
Поперечное сечение спирального выходного канала 90, перпендикулярное спиральной оси II, может иметь и форму, которая по существу соответствует, по меньшей мере, части окружности, овала, спирали.The cross section of the
Во время работы сепаратора вихревой поток обладает тангенциальным импульсом относительно центральной оси I, и спиральная ось I1 направлена по существу так, чтобы соответствовать тангенциальному импульсу относительно центральной оси I.During operation of the separator, the vortex flow has a tangential momentum relative to the central axis I, and the spiral axis I1 is directed essentially so as to correspond to a tangential momentum relative to the central axis I.
Другими словами, спиральная ось I1 может быть направлена так, чтобы тангенциальный импульс относительно центральной оси I преобразовывался в «осевой импульс относительно спиральной оси I1» и в конечном счете осевой импульс относительно оси 12 тангенциального выходного канала. Понятие «осевой импульс относительно спиральной оси I1» означает, что поток, перемещающийся через спиральный выходной канал 90, завихряется вокруг спиральной оси I1 спирального выходного канала 90.In other words, the spiral axis I1 can be directed so that the tangential pulse relative to the central axis I is converted into an "axial pulse relative to the spiral axis I1" and ultimately the axial pulse relative to the
Спиральная ось I1 может быть расположена в плоскости, которая перпендикулярна центральной оси I. Однако в качестве альтернативы спиральная ось I1 может быть наклонена к центральной оси I для учета фактического направления потока (комбинации его осевых, тангенциальных и, возможно, радиальных составляющих). Спиральная ось I1 может быть наклонена к центральной оси I под углом до 45 градусов.The spiral axis I1 can be located in a plane that is perpendicular to the central axis I. However, as an alternative, the spiral axis I1 can be tilted to the central axis I to take into account the actual direction of the flow (a combination of its axial, tangential, and possibly radial components). The spiral axis I1 can be tilted to the central axis I at an angle of up to 45 degrees.
Площадь поперечного сечения спирального выходного канала 90, которое перпендикулярно спиральной оси I1, возрастает вдоль спиральной оси I1 в направлении потока, то есть в направлении тангенциального выходного канала 93.The cross-sectional area of the
Площадь поперечного сечения спирального выходного канала 90 возрастает от минимальной площади поперечного сечения до максимальной площади поперечного сечения, причем отношение минимальной площади поперечного сечения к максимальной площади поперечного сечения составляет, по меньшей мере, 1:2.The cross-sectional area of the
В примере, проиллюстрированном фиг.3, площадь поперечного сечения характеризуется внутренним диаметром DD спирального выходного канала 90. Внутренний диаметр DD может возрастать (к примеру, линейно) в направлении тангенциального выходного канала 93, от первого внутреннего диаметра DD1, который относительно мал, до второго внутреннего диаметра DD2, который меньше или равен диаметру DD3 выходного канала 93. Отношение DD1:DD2 обычного равно 1:4, при этом предпочтительно, чтобы оно составляло от 1:2 до 1:20.In the example illustrated in FIG. 3, the cross-sectional area is characterized by the inner diameter DD of the
В первом примере осуществления настоящего изобретения выходной канал 93 может быть расширяющимся, то есть иметь диаметр DD3, который возрастает в направлении поступательного перемещения потока.In the first embodiment of the present invention, the
Конец спирального выходного канала 90 соединен с выходным каналом 93. Это соединение также по существу совпадает с началом спирального выходного канала 90, то есть с частью спирального выходного канала 90, имеющей наименьшую площадь поперечного сечения (к примеру, в позиции, соответствующей внутреннему диаметру DD1). В позиции, в которой внешний периметр спирального выходного канала 90 сходится с выходным каналом 93, может быть предусмотрен переход к минимальной площади поперечного сечения спирального выходного канала 90.The end of the
Таким образом, в первом примере осуществления настоящего изобретения максимальная площадь поперечного сечения спирального канала 90 включает в себя переход к минимальной площади поперечного сечения спирального канала 90.Thus, in the first embodiment, the maximum cross-sectional area of the
Указанный переход может быть образован кромкой 94. Кромка 94 может быть острой во избежание торможения потока. Эта конструкция позволяет исключить образование области разрежения в начале спирального выходного канала 90, а значит, минимизировать или исключить рециркуляцию потока в улитке.The transition may be formed by the
В первом примере осуществления настоящего изобретения спиральный выходной канал 90 имеет внутренний радиус Rвнут относительно центральной оси I циклонного сепаратора, который по существу постоянен, и внешний радиус Rвнеш относительно центральной оси I циклонного сепаратора, возрастающий в направлении тангенциального выходного канала 93.In a first embodiment of the present invention, the
Спиральный выходной канал 90 содержит отверстие для прохождения потока из выходного канала 6 или кольцевого диффузора 60 в спиральный выходной канал 90, который транспортирует вторичный поток, обогащенный конденсатами.The
В первом примере осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один спиральный диффузор 9 содержит отверстие 68 на внутреннем периметре спирального канала 90, соединяемого с выходными каналами 6 или 7 или с кольцевым диффузором 60, 70. Это детально изображено на фиг.4а в виде увеличенного фрагмента фиг.2.In the first embodiment of the present invention, at least one
Следует признать, что в соответствии с альтернативным вариантом выполнения настоящего изобретения отверстие может быть расположено на внешней стороне спирального выходного канала 90, то есть на его внешнем периметре (не показано).It should be recognized that in accordance with an alternative embodiment of the present invention, the hole may be located on the outside of the
Отверстие и соединение между выходным каналом 6 или кольцевым диффузором 60 (как описано ниже) и спиральным диффузором 9 выполнено так, чтобы поток поступал в спиральный выходной канал 90 по существу параллельно криволинейной стенке 91 спирального выходного канала 90. Выходной канал 6 или кольцевой диффузор могут быть тангенциальны стенке спирального выходного канала 90. За счет формы спирального выходного канала 90 и тангенциального соединения выходного канала или кольцевого диффузора 60 со спиральным выходным каналом 90 образована камера 95 завихрения, которая во время работы сепаратора преобразует осевой импульс вихревого потока относительно центральной оси I в тангенциальный импульс относительно спиральной оси I1. Остаточный осевой импульс (относительно центральной оси I), присутствующий в потоке на входе в спиральный выходной канал 90, плавно отклоняется камерой 95 завихрения, чтобы в спиральном выходном канале 90 сформировался кольцевой вихрь (относительно спиральной оси I1), что позволяет избежать образования точек застоя в указанном спиральном выходном канале 90.The hole and connection between the output channel 6 or the ring diffuser 60 (as described below) and the
Значительная часть импульса на входе в спиральный выходной канал 90 направлена тангенциально относительно центральной оси I и преобразуется в «осевой импульс относительно спиральной оси I1» и в конечном счете в осевой импульс относительно оси 12 тангенциально расположенного выходного канала 93.A significant part of the pulse at the entrance to the
Криволинейная форма спирального выходного канала 90 позволяет плавно и эффективно преобразовывать осевую кинетическую энергию относительно центральной оси I циклонного сепаратора в тангенциальный импульс относительно спиральной оси I1. Криволинейная форма камеры 95 завихрения спирального выходного канала 90 позволяет исключить застаивание потока и обеспечивает его отклонение до образования кольцевого вихря.The curved shape of the
Таким образом, спиральная форма спирального выходного канала 90 обеспечивает восстановление вращательной кинетической энергии потока. Тангенциальное соединение выходного канала 6 или кольцевого диффузора со спиральным выходным каналом 90 гарантирует, что осевая кинетическая энергия потока по существу преобразуется в камере завихрения во вращательную энергию. Таким образом, исключается задержка потока, что уменьшает чрезмерный перепад давления в циклонном сепараторе потоков.Thus, the spiral shape of the
Спиральный выходной канал 90 совершает оборот по существу на 360° вокруг центральной оси I циклонного сепаратора, благодаря чему поток может проникать в спиральный выходной канал 90 вдоль всего кольцевого диффузора 60.The
Кольцевой диффузорRing diffuser
В первом примере осуществления настоящего изобретения выходной канал 6 выполнен в виде кольцевого диффузора 60 так, что основная часть осевого компонента кинетической энергии потока восстанавливается до его поступления в спиральный выходной канал. Кольцевой диффузор может быть выполнен в виде продолжения наружного второго выходного канала 6. Кольцевой диффузор 60 может включать в себя внутреннюю стенку 61 и внешнюю стенку 62, как показано на фиг.4а. И внутренняя стенка 61 и внешняя стенка 62 могут быть выполнены в виде части (усеченного) конуса, ось которого по существу совпадает с центральной осью I.In the first embodiment of the present invention, the output channel 6 is made in the form of an
Внутренняя стенка 61 имеет первый радиус R1 относительно центральной оси I циклонного сепаратора, а внешняя стенка 62 - второй радиус R2 относительно центральной оси I циклонного сепаратора, при этом для каждой позиции вдоль центральной оси I первый радиус R1 меньше второго радиуса R2. Второй радиус R2 и, по возможности, первый радиус R1 возрастают в направлении поступательного перемещения потока, то есть в направлении спирального выходного диффузора 9.The
Таким образом, между внутренней стенкой 61 и внешней стенкой 62 образована кольцевая область 63. Площадь поперечного сечения этой кольцевой области 63 возрастает в направлении поступательного перемещения потока, то есть в направлении спирального диффузора 9.Thus, an
В первом примере осуществления настоящего изобретения внутренняя стенка 61 образует с центральной осью I первый угол β1 в направлении поступательного перемещения потока, а внешняя стенка - второй угол β2 в указанном направлении, при этом первый угол β1 меньше или равен второму углу β2. В результате расстояние между внутренней стенкой 61 и внешней стенкой 62 возрастает в направлении поступательного перемещения потока, поэтому площадь кольцевого сечения 63 возрастает в указанном направлении в еще большей степени.In the first embodiment of the present invention, the
Благодаря расширению кольцевой области 63 в направлении поступательного перемещения потока последний будет замедляться и его кинетическая энергия в осевом направлении уменьшится.Due to the expansion of the
Благодаря увеличению второго радиуса R2 и, возможно, первого радиуса R1 кольцевой области 63 в направлении поступательного перемещения потока эффективный радиус кольцевого диффузора возрастает, поэтому вращательная энергия потока уменьшается.Due to the increase in the second radius R2 and, possibly, the first radius R1 of the
Таким образом, кольцевой диффузор 60 позволяет уменьшить осевую и вращательную кинетическую энергию потока, эффективно восстановив тем самым его давление.Thus, the
Итак, опираясь на вышесказанное, предусмотрен вариант выполнения настоящего изобретения, в соответствии с которым соединение, по меньшей мере, одного спирального диффузора 9, по меньшей мере, с одним выходным каналом 6 выполнено в виде кольцевого диффузора 60, включающего в себя внутреннюю стенку 61 и внешнюю стенку 62, которые образуют кольцевую область между внутренней стенкой 61 и внешней стенкой 62, при этом кольцевая область расширяется в направлении поступательного перемещения потока. Благодаря расширению кольцевой области в направлении поступательного перемещения потока последний теряет осевой импульс относительно центральной оси, в результате чего давление потока эффективно восстанавливается.So, based on the foregoing, an embodiment of the present invention is provided, according to which the connection of at least one
Кроме того, эффективный радиус кольцевой области может возрастать в направлении поступательного перемещения потока. Благодаря увеличению эффективного радиуса кольцевой области в направлении поступательного перемещения потока последний теряет тангенциальный импульс относительно центральной оси, в результате чего давление потока эффективно восстанавливается.In addition, the effective radius of the annular region can increase in the direction of translational movement of the stream. Due to the increase in the effective radius of the annular region in the direction of translational movement of the flow, the latter loses the tangential momentum relative to the central axis, as a result of which the flow pressure is effectively restored.
Комбинация кольцевого диффузора 60 и спирального диффузора 9 обеспечивает предпочтительную комбинацию диффузоров, которые позволяют эффективно восстановить давление потока за счет его импульса. Кроме того, соединение кольцевого диффузора со спиральным диффузором 9 предусмотрено таким образом, чтобы обеспечить еще более эффективное восстановление давления.The combination of an
В соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения выходной канал 93 содержит средства для выпрямления потока (не показаны), к примеру пластины или лопасти для выпрямления потока, как описано выше. Средства для выпрямления потока могут быть предусмотрены для восстановления его вращательной энергии вокруг спиральной оси I1, частично характеризующей перемещение потока.According to a first embodiment of the present invention, the
Линии потока/трение потокаFlow Lines / Flow Friction
На фиг.5 изображена схема линий потока, текущего через кольцевой диффузор 60 и спиральный диффузор 9. Как видно из данной фигуры, линии потока обтекают стенки, то есть внутреннюю стенку 61, внешнюю стенки 62 и стенку спирального выходного канала 90.Figure 5 shows a diagram of the flow lines flowing through the
Спиральный выходной канал 90 снабжен криволинейной стенкой и отверстием, расположенным так, что поток поступает в спиральный выходной канал 90 по существу параллельно указанной криволинейной стенке, поэтому могут быть образованы по существу плавные линии потока. В результате исключено образование точек отрыва или застоя и стенкам кольцевого диффузора 60 и спирального диффузора 9 сообщается значительная сила трения.The
На фиг.6 схематично изображено трение потока о стенки, то есть внутреннюю стенку 61, внешнюю стенку 62 и стенку спирального выходного канала 90 при суммарном давлении потока около 90 бар. На фиг.6 изображены различные области, отличающиеся друг от друга значением трения, которое уменьшается с 2000 Па до 400 Па в направлении потока. Важно отметить, что области с трением ниже 400 Па отсутствуют. В результате вероятность адгезии гидратов уменьшается. Как было сказано, адгезия гидратов отрицательно сказывается на эффективности циклонного сепаратора.6 schematically shows the friction of the flow against the walls, that is, the
Опираясь на вышесказанное, подразумевается, что спиральный диффузор 9, который может быть объединен с кольцевым диффузором 60, повышает эффективность циклонного сепаратора за счет обеспечения пониженного перепада давления в циклонном сепараторе. По сравнению с выходным каналом по известному уровню техники перепад давления в настоящем сепараторе может быть уменьшен примерно на 3 бар.Based on the foregoing, it is understood that the
Из фиг.5 следует, что поток на входе в выходной канал 93 все еще обладает некоторым тангенциальным импульсом. Следовательно, выходной канал 93 может содержать средство для выпрямления потока, к примеру ряд пластин для выпрямления потока, аналогичных пластинам 19 для выпрямления потока, изображенным на фиг.1.From figure 5 it follows that the flow at the entrance to the
Таким образом, поток поступает из кольцевого диффузора 60, в котором он обладает:Thus, the flow comes from the
- осевой скоростью по существу в направлении центральной оси I циклонного сепаратора и- axial speed essentially in the direction of the Central axis I of the cyclone separator and
- тангенциальной скоростью по существу относительно центральной оси циклонного сепаратора,- tangential speed essentially relative to the Central axis of the cyclone separator,
в спиральный выходной канал 90, в котором он обладаетinto the
- осевой скоростью по существу в направлении спиральной оси I1 спирального выходного канала 90 и- axial speed essentially in the direction of the spiral axis I1 of the
- тангенциальной скоростью по существу вдоль криволинейной поверхности, охватывающей спиральную ось I1 спирального выходного канала 90. Спиральная ось I1 совершает оборот по существу на 360° вокруг центральной оси I циклонного сепаратора. Этот переход достигается плавно, без изломов, скачкообразных изменений скорости и т.д.- tangential speed essentially along a curved surface, covering the spiral axis I1 of the
Отношение между площадью входного сечения кольцевого диффузора 60 и площадью сечения тангенциально расположенного выходного канала 93 (DD3) может составлять 1:10. Это делается для существенного уменьшения осевого импульса потока в кольцевом диффузоре 60 и спиральном диффузоре 9.The ratio between the inlet cross-sectional area of the
Вариант 2
На фиг.7 изображен циклонный сепаратор, соответствующий другому варианту выполнения настоящего изобретения. На фиг.8 изображен схематичный разрез циклонного сепаратора по курсивной линии (фиг.7), при этом направление обзора противоположно направлению поступательного перемещения потока. И на фиг.7 и на фиг.8 изображена схема циклонного сепаратора, который аналогичен сепаратору, изображенному на фиг.1, но при этом дополнительно включает в себя кольцевой диффузор 70 и спиральный диффузор 9' и не включает в себя пластины 19.7 shows a cyclone separator according to another embodiment of the present invention. On Fig shows a schematic section of a cyclone separator in italics (Fig.7), while the direction of view is opposite to the direction of translational movement of the stream. In FIG. 7 and FIG. 8, a diagram of a cyclone separator is shown, which is similar to the separator shown in FIG. 1, but further includes an
Спиральный диффузорSpiral diffuser
Спиральный диффузор 9' образован спиральным выходным каналом 90', который расположен вокруг центральной оси I циклонного сепаратора и переходит в выходной канал 93'; канал 93' может быть прямым каналом, который расположен тангенциально спиральному выходному каналу 90'.The spiral diffuser 9 'is formed by a spiral output channel 90', which is located around the central axis I of the cyclone separator and passes into the output channel 93 '; channel 93 'may be a direct channel, which is located tangentially to the spiral output channel 90'.
Выходной канал 7 или кольцевой диффузор 70 соединен со спиральным выходным каналом 90' для дальнейшей транспортировки первичного потока, обедненного конденсатами. Кольцевой диффузор 70 подробно описан ниже.An output channel 7 or an
Спиральный выходной канал 90' может быть выполнен по аналогии со спиральным выходным каналом 90, описанным выше со ссылкой на фиг.2, 3, и 4а или 4b, то есть может включать в себя камеру 95 завихрения, которая во время работы сепаратора преобразует осевой импульс вихревого потока относительно центральной оси I в тангенциальный импульс относительно спиральной оси I1'.The spiral output channel 90 'can be made by analogy with the
На этот раз выходной канал 7 (и кольцевой диффузор 70) и спиральный диффузор 9' используются для проведения первичного потока, обедненного конденсатами, который локализуется непосредственно вокруг продолговатого концевого участка 8, поэтому внутренний радиус Rвнyтр' может быть относительно меньше внутреннего радиуса, который соответствует варианту выполнения настоящего изобретения, описанному со ссылкой на фиг.2, 3 и 4а. Однако внешний радиус Rвнеш' может быть относительно больше внешнего радиуса, который соответствует варианту выполнения настоящего изобретения, описанному со ссылкой на фиг.2, 3 и 4, поскольку поток, обедненный конденсатами, обычно объемнее потока, обогащенного конденсатами.This time, the output channel 7 (and the ring diffuser 70) and the spiral diffuser 9 'are used to conduct the primary condensate depleted stream, which is localized directly around the
Кроме того, конструкция спирального диффузора 9', изображенного на фиг.6 и 7, может быть аналогична конструкции спирального диффузора 9, описанного выше со ссылкой на фиг.2, 3, 4а или 4b, то есть диффузор 9' может включать в себя камеру 95 завихрения.In addition, the design of the
Кольцевой диффузорRing diffuser
В соответствии с данным вариантом выполнения настоящего изобретения кольцевой диффузор 70 выполнен в виде продолжения центрального первого выходного канала 7 или вместо центрального первого выходного канала 7.In accordance with this embodiment of the present invention, the
Кольцевой диффузор 70 предусмотрен для уменьшения кинетической энергии потока перед его поступлением в спиральный выходной канал 90'. Кольцевой диффузор 70 и на этот раз может включать в себя внутреннюю стенку 71 и внешнюю стенку 72, как показано на фиг.6. И внутренняя стенка 71 и внешняя стенка 72 могут быть выполнены в виде части (усеченного) конуса, ось которого по существу совпадает с центральной осью I. Внутренняя стенка 71 может быть образована продолговатым концевым участком 8. Стенки 71, 72 могут образовывать кольцевую область, а выходной канал 90' может быть образован криволинейной стенкой 91', имеющей кривизну вокруг спиральной оси I1', при этом камера 95 завихрения образована плавным переходом между, по меньшей мере, одной из стенок 71, 72 выходного канала 7 и криволинейной стенкой 91'.An
Кольцевой диффузор 70 позволяет и в этом случае уменьшать как осевую, так и тангенциальную скорости потока за счет расширения кольцевой области 73 в направлении поступательного перемещения потока и увеличения эффективного радиуса кольцевого диффузора 70.The
Вариант 3Option 3
На фиг.9 схематично изображена комбинация вышеописанных вариантов выполнения. В соответствии с данным вариантом выполнения настоящего изобретения предусмотрен циклонный сепаратор, включающий в себя спиральные диффузоры, один из которых соединен с внутренним первым выходным каналом 7 для компонентов потока, обедненного конденсатами, а другой - с наружным вторым выходным каналом 6 для компонентов потока, обогащенного конденсатами.Figure 9 schematically shows a combination of the above embodiments. In accordance with this embodiment of the present invention, there is provided a cyclone separator including spiral diffusers, one of which is connected to an internal first output channel 7 for condensate depleted flow components, and the other to an external second output channel 6 for condensate-rich flow components .
Вариант 4
На фиг.10 изображен циклонный сепаратор, соответствующий другому варианту выполнения настоящего изобретения. На фиг.11 изображен схематичный разрез циклонного сепаратора по пунктирной линии (фиг.10), при этом направление обзора противоположно направлению поступательного перемещения потока. И на фиг.10 и на фиг.11 изображена схема циклонного сепаратора, который соответствует сепаратору, изображенному на фиг.1, но при этом дополнительно включает в себя спиральный вход 100.Figure 10 shows a cyclone separator in accordance with another embodiment of the present invention. Figure 11 shows a schematic section of a cyclone separator along a dashed line (figure 10), while the direction of view is opposite to the direction of translational movement of the stream. In both FIG. 10 and FIG. 11, a diagram of a cyclone separator is shown, which corresponds to the separator shown in FIG. 1, but further includes a
Спиральный входSpiral entry
Спиральный вход 100 включает в себя спиральный входной канал 190, который расположен вокруг центральной оси I циклонного сепаратора. Поток поступает в спиральный входной канал 190 из входного канала 193, который может быть прямым каналом, расположенным тангенциально спиральному входному каналу 190. Спиральный входной канал 190 может иметь форму тора с переменной площадью поперечного сечения, как будет подробно описано ниже. Поперечное сечение может иметь форму круга или другую подходящую форму, как будет описано ниже.The
Спиральный входной канал 190 соединен с кольцевым протоком 3, который образован между центральным телом 1 и корпусом 20 сепаратора. Поток, поступивший в спиральный входной канал 190, выходит из него в направлении, тангенциальном периметру центрального тела 1, поступая в сходящуюся входную область циклонного сепаратора, в результате чего генерируется вихревой поток вокруг центральной оси I.The
В примере, проиллюстрированном фигурами, спиральный входной канал является по существу круговым каналом, то есть его поперечное сечение имеет по существу форму круга, если оно выбрано по существу перпендикулярно спиральной оси I1'' спирального входного канала 190. В общем случае поперечное сечение может иметь любую подходящую форму, к примеру форму прямоугольника или криволинейную форму, к примеру форму овала или спирали.In the example illustrated by the figures, the spiral inlet channel is essentially a circular channel, that is, its cross section is substantially circular in shape if it is selected substantially perpendicular to the spiral axis I1 ″ of the
Поперечное сечение уменьшается вдоль спиральной оси I1'' спирального входного канала 190 в направлении, отсчитываемом от входного канала 193. В примере, проиллюстрированном фиг.11, поперечное сечение характеризуется внутренним диаметром DD спирального входного канала 190. Внутренний диаметр DD может возрастать (к примеру, линейно) в направлении входного канала 193 (то есть в направлении, противоположном направлению потока), начиная от первого внутреннего диаметра DD1, который относительно мал, и кончая вторым внутренним диаметром DD2, который может соответствовать диаметру внутреннего канала 193.The cross section decreases along the spiral axis I1 ″ of the
Начало спирального входного канала 190 соединено с входным каналом 193. Это соединение также по существу совпадает с концом спирального входного канала 190. В позиции, в которой внешний периметр стенки 191 спирального входного канала пересекает входной канал 193, образована кромка 194. Такая конструкция препятствует сосредоточению потока на конце спирального входного канала 190 и обеспечивает повторное протекание части потока через спиральный входной канал 190.The beginning of the
Как видно из фиг.11, спиральный входной канал 190 может иметь внутренний радиус Rвнутр относительно центральной оси I циклонного сепаратора, который по существу постоянен и соответствует радиусу кольцевого протока 3, и внешний радиус Rвнешн относительно центральной оси I циклонного сепаратора, который уменьшается в направлении, отсчитываемом от внутреннего канала 193.As seen from Figure 11, a
Спиральный входной канал 190 содержит отверстие для поступления потока в кольцевой проток 3, который образован между центральным телом 1 и корпусом 20 сепаратора и предназначен для проведения сепарируемого потока. Отверстие может быть расположено с внутренней стороны спирального входного канала 190, то есть на его внутреннем периметре.The
Благодаря спиральной форме спирального входного канала 190 потоку сообщается вращательная кинетическая энергия, что делает ненужным использование завихряющих пластин 2. Таким образом, данный вариант выполнения настоящего изобретения обеспечивает эффективный способ сообщения потоку вращательного импульса относительно центральной оси I. Осевой импульс относительно центральной оси генерируется за счет давления потока на входе.Due to the spiral shape of the
Спиральный входной канал 190 совершает оборот по существу на 360° вокруг центральной оси I циклонного сепаратора, что обеспечивает поступление потока в кольцевой проток 3 по всей его окружности.The
Таким образом, в соответствии с данным вариантом выполнения настоящего изобретения предусмотрен циклонный сепаратор, который включает в себя горловинный участок 4, расположенный между областью входа сходящегося потока и областью выхода расходящегося потока, при этом циклонный сепаратор позволяет генерировать вихревой поток вокруг центральной оси I циклонного сепаратора, перемещающийся поступательно через область входа сходящегося потока и горловинный участок к области выхода расходящегося потока, причем область выхода расходящегося потока включает в себя выходные каналы 6, 7, среди которых внутренний первый выходной канал 7 для компонентов потока, обедненного конденсатами, и наружный второй выходной канал 6 для компонентов потока, обогащенного конденсатами, при этом циклонный сепаратор включает в себя и спиральный вход 100, соединенный с областью входа сходящегося потока, причем спиральный вход включает в себя спиральный входной канал 190, форма которого задается спиральной осью I1'', образующей по существу спираль вокруг центральной оси I, для генерации вихревого потока. Входной поток содержит большое количество твердых частиц.Thus, in accordance with this embodiment of the present invention, there is provided a cyclone separator, which includes a
Спиральный вход 100 может быть использован в комбинации с одним или несколькими спиральными выходами, как описано выше.
Другие замечанияOther comments
Предусмотренные варианты выполнения настоящего изобретения имеют несколько преимуществ по сравнению с известным уровнем техники. К примеру, данные варианты выполнения обеспечивают эффективный способ преобразования кинетической энергии в давление и наоборот.The envisioned embodiments of the present invention have several advantages over the prior art. For example, these embodiments provide an efficient way of converting kinetic energy into pressure and vice versa.
Благодаря спиральному диффузору длина циклонного сепаратора в направлении центральной оси I может быть уменьшена. При сравнении фиг.1 и фиг.10 видно, что благодаря спиральному входу общая длина циклонного сепаратора уменьшается. Соответственно на стороне выхода длина циклонного сепаратора может быть уменьшена, поскольку для уменьшения импульса потока больше не нужны длинные выходные конструкции и решением служит компактный спиральный выход.Thanks to the spiral diffuser, the length of the cyclone separator in the direction of the central axis I can be reduced. When comparing FIG. 1 and FIG. 10, it is seen that due to the spiral inlet, the total length of the cyclone separator is reduced. Accordingly, on the output side, the length of the cyclone separator can be reduced since long output structures are no longer needed to reduce the flow momentum and the compact spiral output is the solution.
Кроме того, на выходе циклонного сепаратора можно получить повышенное давление, поскольку вращательная кинетическая энергия и осевая кинетическая энергия эффективно восстанавливаются. Уменьшаются и возможные задержки потока.In addition, an increased pressure can be obtained at the outlet of the cyclone separator, since rotational kinetic energy and axial kinetic energy are effectively restored. Possible flow delays are also reduced.
В качестве альтернативы вариантам выполнения, описанным выше, спиральный диффузор 9 может включать в себя не один спиральный выходной канал или спиральный входной канал в определенной позиции вдоль центральной оси I, а два спиральных выходных канала или два спиральных входных канала в данной позиции вдоль центральной оси I. Два спиральных выходных канала могут начинаться в противоположных позициях, то есть двух позициях, которые отстоят друг от друга на 180° относительно центральной оси I. Оба спиральных выходных канала закручены в одинаковом направлении.As an alternative to the embodiments described above, the
Так, вместо одного спирального выходного канала, воспринимающего поток по всей окружности, к примеру первого или второго выходного канала 6, 7, оба спиральных выходных канала воспринимают поток по существу по половине окружности, к примеру первого или второго выходного канала 6, 7. Аналогичная комбинация может быть предусмотрена с соответствующими поправками и для входа.So, instead of one spiral output channel that receives the flow around the entire circumference, for example, the first or second output channel 6, 7, both spiral output channels receive the flow in essentially half the circumference, for example, the first or second output channel 6, 7. A similar combination may be provided, as amended, for entry.
Все варианты выполнения настоящего изобретения основаны на циклонном сепараторе, изображенном на фиг.1. Однако следует понимать, что аналогичные варианты выполнения могут быть предусмотрены и для других типов циклонных сепараторов, к примеру циклонного сепаратора, работающего с относительно низким давлением или дозвуковыми скоростями.All embodiments of the present invention are based on the cyclone separator shown in FIG. However, it should be understood that similar embodiments may be provided for other types of cyclone separators, for example a cyclone separator operating at relatively low pressure or subsonic speeds.
Варианты выполнения и входа и выхода имеют преимущество, согласно которому могут быть уменьшены суммарные габариты циклонного сепаратора потока, к примеру длина циклонного сепаратора в направлении центральной оси I, по сравнению с вариантом выполнения, показанным на фиг.1.Embodiments of both inlet and outlet have the advantage that the overall dimensions of the cyclone flow separator, for example, the length of the cyclone separator in the direction of the central axis I, can be reduced, compared with the embodiment shown in FIG.
Следует признать, что уменьшение длины имеет некоторые преимущества. К примеру, легче предотвращаются или гасятся вибрации, которые могут возникать в работающем циклонном сепараторе. Нежелательным вибрациям во время работы сепаратора особенно подвержены центральное тело 1 и продолговатая концевая область 8. Повышается жесткость на изгиб такой конструкции с уменьшенной длиной. Кроме того, циклонный сепаратор с уменьшенными габаритами позволяет сэкономить пространство, если такой сепаратор входит в состав более крупногабаритной системы, что дает конструктивные преимущества.Admittedly, shortening the length has some advantages. For example, vibrations that may occur in a working cyclone separator are more easily prevented or suppressed. Undesirable vibrations during operation of the separator are particularly susceptible to the
Вышеприведенные описания носят иллюстративный характер и не являются ограничительными. Таким образом, специалисту в данной области техники будет очевидно, что вышеописанное изобретение может быть подвергнуто модификациям без отступления от объема притязаний формулы изобретения, приведенной ниже.The above descriptions are illustrative and not restrictive. Thus, it will be apparent to those skilled in the art that the invention described above can be modified without departing from the scope of the claims presented below.
Claims (14)
при этом горловинный участок (4) расположен между областью входа сходящегося потока и областью выхода расходящегося потока,
область выхода расходящегося потока включает в себя выходные каналы (6, 7), из которых внутренний первый выходной канал (7) предназначен для компонентов потока, обедненного конденсатами, и наружный второй выходной канал (6) предназначен для компонентов потока, обогащенного конденсатами,
циклонный сепаратор включает в себя, по меньшей мере, один спиральный диффузор (9, 9'), соединенный с одним из выходных каналов (6, 7), причем, по меньшей мере, один спиральный диффузор (9, 9') включает в себя спиральный выходной канал (90, 90') со спиральной осью (I1), образующей, по существу, спираль вокруг центральной оси (I),
выходной канал (90, 90') включает в себя камеру 95 завихрения для преобразования осевого импульса вихревого потока относительно центральной оси (I) в тангенциальный импульс относительно спиральной оси (I1), отличающийся тем, что поперечное сечение спирального выходного канала (90, 90') возрастает от минимального поперечного сечения до максимального поперечного сечения, при этом максимальное поперечное сечение спирального канала (90, 90') содержит переход к минимальному поперечному сечению спирального канала (90, 90').1. A cyclone separator designed to generate a vortex flow swirling around the central axis (I) of the cyclone separator and simultaneously moving translationally through the inlet region of the converging stream and the neck section to the outlet region of the diverging stream,
while the neck section (4) is located between the inlet region of the converging stream and the outlet region of the diverging stream,
the divergent stream exit area includes output channels (6, 7), of which the internal first output channel (7) is intended for the condensate depleted stream components, and the external second output channel (6) is intended for the condensate enriched stream components,
the cyclone separator includes at least one spiral diffuser (9, 9 ') connected to one of the output channels (6, 7), and at least one spiral diffuser (9, 9') includes a spiral outlet channel (90, 90 ′) with a spiral axis (I1) forming essentially a spiral around a central axis (I),
the output channel (90, 90 ') includes a swirl chamber 95 for converting the axial momentum of the vortex flow relative to the central axis (I) into a tangential pulse relative to the spiral axis (I1), characterized in that the cross section of the spiral output channel (90, 90' ) increases from the minimum cross section to the maximum cross section, while the maximum cross section of the spiral channel (90, 90 ') contains a transition to the minimum cross section of the spiral channel (90, 90').
при этом камера 95 завихрения выполнена в виде плавного перехода между, по меньшей мере, одной из стенок (61, 62; 71, 72) выходных каналов (6, 7) и криволинейной стенкой (91, 91').2. The cyclone separator according to claim 1, the output channels (6, 7) of which are formed by walls (61, 62; 71, 72) forming an annular region, and the output channel (90, 90 ') is formed by a curved wall (91, 91' ) having a curvature around the spiral axis (I1),
wherein the swirl chamber 95 is made in the form of a smooth transition between at least one of the walls (61, 62; 71, 72) of the output channels (6, 7) and the curved wall (91, 91 ').
центральное тело 1 имеет наибольшую внешнюю толщину или диаметр 2Romax, который больше наименьшей внутренней толщины или диаметра 2Rnmin цилиндрического горловинного участка (4).7. The cyclone separator according to claims 1 and 2, which includes an input swirl device, which is made in the form of a pear-shaped central body (1), on which a number of swirl plates (2) are mounted and whose axis coincides with the central axis I of the cyclone separator, that an annular duct (3) is formed between the central body (1) and the casing (20) of the separator,
the central body 1 has the largest external thickness or diameter 2R omax , which is greater than the smallest internal thickness or diameter 2R nmin of the cylindrical neck portion (4).
внутренняя стенка (61, 71) расположена под первым углом (β1) к центральной оси I, а внешняя стенка (62, 72) расположена под вторым углом (β2) к центральной оси I, при этом первый угол (β1) меньше или равен второму углу (β2).11. The cyclone separator according to claim 9, the inner wall (61, 71) of which is made in the form of a part of the cone, the axis of which essentially coincides with the central axis I,
the inner wall (61, 71) is located at a first angle (β1) to the central axis I, and the outer wall (62, 72) is located at a second angle (β2) to the central axis I, while the first angle (β1) is less than or equal to the second corner (β2).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011107942/04A RU2465947C1 (en) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Cyclone separator with scroll outlet |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011107942/04A RU2465947C1 (en) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Cyclone separator with scroll outlet |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011107942A RU2011107942A (en) | 2012-09-10 |
| RU2465947C1 true RU2465947C1 (en) | 2012-11-10 |
Family
ID=46938506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011107942/04A RU2465947C1 (en) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Cyclone separator with scroll outlet |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2465947C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU735156A3 (en) * | 1976-03-10 | 1980-05-15 | Мессершмитт-Белков-Блом Гмбх (Фирма) | Apparatus for separating substances by centrifugal force |
| GB2177951A (en) * | 1985-07-16 | 1987-02-04 | Banyaszati Fejlesztesi Intezet | Process and equipment for separating the single phases of polyphase streaming media |
| US5062955A (en) * | 1990-05-30 | 1991-11-05 | Chevron Research And Technology Company | Rotating sleeve hydrocyclone |
| WO2003029739A2 (en) * | 2001-09-28 | 2003-04-10 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Cyclonic fluid separator with vortex generator in inlet section |
| UA73730C2 (en) * | 1998-12-31 | 2005-09-15 | Shell Int Research | Method for separation of condensable materials from the natural gas flow in the mouth of a well near the mouth fitting, appliance for separation of condensable materials fro natural gas and set of equipment for the mouth of the well |
| US6958107B1 (en) * | 1998-09-30 | 2005-10-25 | Alcos Technologies Pty Ltd | Cyclonic evaporator |
-
2008
- 2008-08-01 RU RU2011107942/04A patent/RU2465947C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU735156A3 (en) * | 1976-03-10 | 1980-05-15 | Мессершмитт-Белков-Блом Гмбх (Фирма) | Apparatus for separating substances by centrifugal force |
| GB2177951A (en) * | 1985-07-16 | 1987-02-04 | Banyaszati Fejlesztesi Intezet | Process and equipment for separating the single phases of polyphase streaming media |
| US5062955A (en) * | 1990-05-30 | 1991-11-05 | Chevron Research And Technology Company | Rotating sleeve hydrocyclone |
| US6958107B1 (en) * | 1998-09-30 | 2005-10-25 | Alcos Technologies Pty Ltd | Cyclonic evaporator |
| UA73730C2 (en) * | 1998-12-31 | 2005-09-15 | Shell Int Research | Method for separation of condensable materials from the natural gas flow in the mouth of a well near the mouth fitting, appliance for separation of condensable materials fro natural gas and set of equipment for the mouth of the well |
| WO2003029739A2 (en) * | 2001-09-28 | 2003-04-10 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Cyclonic fluid separator with vortex generator in inlet section |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011107942A (en) | 2012-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8398734B2 (en) | Cyclonic separator with a volute outlet duct | |
| US7357825B2 (en) | Cyclonic fluid separator with vortex generator in inlet section | |
| US6540917B1 (en) | Cyclonic inertial fluid cleaning apparatus | |
| US4390426A (en) | Centrifugal separators of the cyclone type | |
| EA018952B1 (en) | Fluid separator comprising a central body | |
| EP1542783B1 (en) | Cyclonic fluid separator | |
| US20020194988A1 (en) | Supersonic separator apparatus and method | |
| AU2002338824A1 (en) | Cyclonic fluid separator with vortex generator in inlet section | |
| CN106166414B (en) | A kind of supersonic condensing cyclone separator | |
| CN105689161A (en) | Rectification-type supersonic cyclone separator | |
| RU2465947C1 (en) | Cyclone separator with scroll outlet | |
| JP2018516167A (en) | Multistage axial cyclone separator | |
| RU2538992C1 (en) | Device for separation of multicomponent medium and nozzle channel for it | |
| CN111763547A (en) | Full-rotational-flow supersonic separation device | |
| JPH09220421A (en) | Slewing gas-liquid separator | |
| EA006172B1 (en) | A device for a cyclone scrubber | |
| RU2747403C1 (en) | In-line separator |