CN101229462B - 液滴分离器 - Google Patents

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Abstract

一种液滴分离器(10)，包括流道(5)，通过该流道可以引导携带液滴的气体、且通过该流道携带液滴的气体可以沿主流向(6)流动，其中可装设涡流发生装置部件(1)，通过该涡流发生装置部件(1)可以将携带液滴的气体引导进分离器元件(8)的方向内。分离器元件(8)绕流道(5)被布置成大致环形，它的大体上具有该流道(5)直径的内部套筒表面包括若干开口(15，19)用于带液滴气体进入该分离器元件。该分离器元件(8)至少伸展超过该流道长度的一部分、并包括多个栅格状结构(9)。涡流发生装置部件(1)被设置在流道(5)里面、并包括引导表面(2)，借助于该引导表面，至少某些气体可以从主流向(6)偏转入各开口(15，19)的方向中。

Description

液滴分离器
技术领域
本发明涉及一种液滴分离器及一种在液滴分离器处的涡流发生装置部件，尤其是用于快速流动的气流。它还涉及一种具有涡流发生装置部件的液滴分离器。
背景技术
从EP-A-0 048 508得知一液滴分离器，其包括一用于快速流动气流的涡流发生装置部件、以及各自均具有此种类型的一装置部件的多个组件。这些组件或其中某几件是并行操作的。它们各自通过隔壁与相邻的组件分隔开。将一个具有涡流发生装置部件的内部套筒表面安置到各个这种组件的壁内侧。该内部套筒表面具有一水平入口表面。在流经内部套筒表面的气流中引起气流绕中心轴线旋转的引导表面沿下游下行。该中心轴线是垂直指向的。通过离心地作用到内部套筒表面的内表面上的惯性力，使得由气流以液滴形式携带的液体与旋转的气流分开。在该内部套筒表面中设置若干狭槽，通过这些狭槽，将分离出的液体从它们的进一步向下贯穿的排液管道，传输到位于组件壁与该内部套筒表面之间的收集空间中。该气流的大部分作为主流通过内部套筒表面，然而一小部分作为次级流与分离出的液体一起进入收集空间、并在与液体分离之后再次与主流结合。该引导表面是由若干单个的扳金构件组成，以形成一相当复杂且因此昂贵的焊接构造。
从WO2004/073836得知另一液滴分离器，其由类似于根据EP-A-0 048 508的分离器的组件所构成。液滴分离器包括装设在其入流挡板处而诱发漩涡流的一管件。输入气流借助于导流板而进入强烈旋转，并通过离心力，向外即在管件壁的方向内将液滴离心分离，且在该处分离为液膜。该管流的主要部分经由相对于入口截面减小直径的出口截面向上排出。将在管件壁处的液体与一气流分流一起，经由设置在管件套筒表面上的狭槽排入绕该管件布置的一环形通道内，并借助重力经由排液管道而聚集到将液体从该处转移的柱管底座上。极大程度上脱掉液体的该分流气流，经由盖板内的若干小开口而与主气流再次结合。这些开口的截面决定该分流的气体流量。
发明内容
本发明的目的是提供一种液滴分离器，通过它可以实现改进的液滴分离、尤其是小液滴的分离。
该液滴分离器包括一流道、具有大体上有该流道直径的一内部套筒表面、且包括若干开口用于带液滴气体进入分离器元件；通过该流道可以引导携带液滴的气体、且通过该流道该携带液滴的气体可以沿一主流向流动；且带有绕该流道大致设置为环状的一分离器元件，以及该分离器元件至少伸展超过该流道长度的一部分，以及该分离器元件包括多个栅格状结构。一涡流发生装置部件被设置在形成流道的该元件内部、并包括一引导表面，借助于该引导表面，该携带液滴气体开始旋转运动、且可以用离心力将液滴引入分离器元件方向内。至少某些带液滴气体可以被该引导表面从主流向偏转入各开口方向。因此该旋转运动在相对于主流向的径向及切向内产生一速度分量，由此发生至少某些携带液滴气体的偏转。
在一个流向中的一壁的方向内，携带液滴的气体可以从内部套筒表面流经该分离器元件，该流向包括一相对于主流向大于(＞)0°小于(＜)180°的角度。
该分离器元件包括若干段和/或由分离器元件的多个组件所组成，这些组件在主流向内顺序连接，且至少某些偏转气体能被引导经过一截面、和/或邻近该涡流发生装置部件装设的该分离器元件的组件，以及另一些偏转气体能被引导经过一截面、和/或远离该涡流发生装置部件的该分离器元件的组件。
该栅格状结构在该内部套筒表面与一外壁之间被装设成环形，大致平行于该内部套筒表面和/或平行于该外壁。
根据另一实施例的若干栅格状结构被装设在该内部套筒表面与一外壁之间、与该内部套筒表面和/或该外壁成一角度，该角度优选地处于30°和70°之间，尤其是在45°和60°之间。该内部套筒表面和/或该外壁同样可以包括若干栅格状结构。属于一分离器元件的每个栅格状结构均由大致垂直于主流向的一底座板所支持。相邻的若干分离器元件可以被该底座板分隔开。通过这些底座板可以将液体分别从每个分离器元件抽取出来，从而避免了已处于分离态的液体可能再次被气流所带走。每个底座板可以包括收集装置。一方面，该底座板自身可以被制成一收集空间从而使得该底座板具有一收集装置的功能；另一方面，这些收集装置可以被设定为若干液体输送结构，诸如通往一排液管道的通道，由此，形成于所有分离器元件内的液体被若干收集装置引入至少一排液管道内、并经由安装在该排液管道一端处的一排液管接头而被抽取出来。
至少一个用于凝聚液滴的垫子可以被装设在涡流发生装置部件之前的气流上游处，以及非常小的液滴能够在所述垫子内的可润湿表面上被分离、且能够由于该气流产生的若干剪切力而再次在较粗糙廓形中被释放到该气流中。
该涡流发生装置部件的各引导表面，被装设在围绕定向于主流向内的一中心轴线的内部套筒表面的一管件上游内，以及各引导表面形成一入口表面，以及一环形出口表面被装设在相对于入口表面下游处用于被各引导表面所偏转的气流。
所有的引导表面包括一关于入口表面的倾斜角，其大于20°且小于70°并优选地处于45°与65°之间。该倾斜角沿着从该管件到该中心轴线的边缘变化。
一涡流发生装置部件被装设在一液滴分离器内用于一快速流动气流。该液滴分离器包括围绕着定向于主流向内的一中心轴线的一内部套筒表面。该内部套筒表面被设定为该液滴分离器上游的一管件。该涡流发生装置部件的各引导表面被装设在该管件的竖井壁(winner wall)处，所述竖井壁围绕着定向于主流向内的一中心轴线，以及各引导表面形成一入口表面，以及一环形出口表面被装设在相对于入口表面下游处用于被各引导表面所偏转的气流。
一偏转体可以被装设在该中心轴线上，从而使得该环形出口表面围绕着装设在该中心轴线上的该偏转体以及该内部套筒表面的内壁而伸展。
各引导表面优选地装设在围绕该中心轴线的一内部圆环与一外部圆环之间，以及出口表面比位于这两个圆环之间的圆环表面更小从而使得：由于该偏转体与各引导表面的联合作用而在气流中引发绕中心轴线的旋流。各引导表面每个均从一平面向着下游围绕着两扭转点而弯曲。
各扭转点的一半被装设在第一第一正多边形上的外部圆环上，各扭转点的另一半被装设在第二正多边形的内部圆环上。各引导表面通过隙状开口由一平面金属片制成。例如该隙状开口是通过一激光切割工艺、线切割(wire erosion)或者冲压而制成的。这些扭转点每个均具有一个三维环绕物隔离了相邻各引导表面的隙状开口。
外部圆环的直径具有介于50与300毫米之间的一数值，优选为介于150与250毫米之间。
该偏转体被设定为圆锥形或碟形且由该偏转体确定的出口表面至少比入口表面小20％，优选为小30％至40％。
引导表面数大于3且小于13，优选地等于6、8或10。
所有的引导表面包括一关于入口表面的倾斜角，其大于20°且小于70°并优选地处于45°与65°之间。
根据另一实施例，每个引导表面是弯曲的或具有至少两个彼此相对倾斜的平坦局部表面。用这样一种形状可以比采用若干平坦引导表面更加有利地影响气流的运动，尤其是对于所指定的若干入口与出口开口间的漩涡流发生与压力液滴之间的关系而言。
该偏转体优选地被设定为圆锥形且具有一个匹配各引导表面的各个上边缘的圆锥角，这些上边缘是由若干隙状开口的若干径向片所形成，从而在该偏转体与被出口表面所围绕的中央区域内的各边缘之间形成一相应的接触线。
在这个构造中的各液滴分离器尤其是被用于在其中分离液体/气体混合物的分离柱、或用于在其中发生一液相和一气体间的接触、并由此可发生一种物质交换的吸收柱。
不像根据EP-A-0 048 508的涡流发生装置部件，各引导表面是短小的；在轴线方向内的平视图中，若干引导表面不交叠。以前曾认为采用短的引导表面的情况下，有效分离流是不可能的。与这个设想相反，已发现：如果在涡流发生装置部件下游处的流迹中出现气体速度的局部降低，则短的引导表面也引起所必须的效应，发生的所述局部降低是由于对所流经的气体横截面相对于入口横截面的放大。因此，可以成功使用根据本发明的分离元件的相对简易构造之一。
附图说明
将在下面参考附图解释本发明。此处示出：
图1是具有一涡流发生装置部件的一液滴分离器；
图2是根据本发明的第二实施例的一个具有一涡流发生装置部件的一液滴分离器；
图3是根据图2中所示实施例之一的一分离器元件的细节；
图4是根据另一实施例的一液滴分离器；
图5是根据本发明的、具有若干引导表面的一导流结构和形成一涡流发生装置部件的一圆锥形偏转体。
图6是装设在一平面内的、具有若干引导表面的一预处理扳金构件，所述扳金构件能通过进一步的工作步骤被成型为一导流结构用于根据本发明的装置部件；
图7是图6的部分成型扳金构件；和
图8是同样的扳金构件，具有圆锥形偏转体、及一用箭头的气流标示；
图9是在正视图中根据另一实施例的一导流结构；
图10是图9的导流结构；
图11是依赖于液滴分离器高度的气体速度/平均气体速度的关系的示意图；
图12是依赖于液滴分离器高度的注液量/平均注液量的关系的示意图；
图13是依赖于各引导表面安装角度的压力损耗阻力系数的示意图。
具体实施方式
图1示出了包括一流道5的一液滴分离器10，通过该流道沿一主流向6引导携带液滴的气体流过。如下面将示出的，气体分子的流向、和所携带液体的流向可以与所陈述的主流向6差异很大。主流向标示充当一参考标示，用于在液滴分离器中即将遇到的气流不同特性的解释。该术语气流也是意在涵盖由气体所携带的液滴流，该液滴流实际上在高气体速度时不能通过重力效应与气体分离，因为相对于在主流向内由气体运动而作用于液滴上的力而言，液滴上的重力效应不足以使液滴能实现逆主流向6的下落运动、即不足以由此可使液滴分离发生。这种负载液滴的气体流经该流道5，以及装设一涡流发生装置部件1、通过它在一分离器元件8的方向内导引该负载液滴的气体。通过涡流发生装置部件将方向变化强加于该气流上，由此给予气体粒子及液体粒子的速度一径向分量。通过此径向分量，在内部套筒表面方向中偏转该气流。气流59随后在大致径向方向内从分离器元件排出。某些液滴已可以投射到内部套筒表面上、并被作用于该液滴上的力的额外径向分量所分离。开口(15，19)被设置在内部套筒表面上，负载液滴的气流可以通过它们从流道排出。一分离器元件8被装设为大致成环状围绕该流道5，其带有大体上有流道5直径的内部套筒表面，包括开口(15，19)用于带液滴气体进入分离器元件。该分离器元件8至少伸展超过流道5长度的一部分。在图1中，例如，四个分离器元件8被装设在彼此之上。一分离器元件8包括多个栅格状结构9。这些栅格状结构可以由例如一金属丝网形成。此方案的替代方案是，可以使用针织物或者机织物。此方案的替代方案是，栅格状结构9由相互成随机排列的若干元件构成，例如以毡状结构出现。这样一个透气结构可用与若干圆筒状栅格元件的结构相结合从而使得，一方面，在相邻的圆筒状结构46之间得到一间隙和，另一方面，液滴的凝聚可以在各圆筒状结构间进行，凝聚液滴随后投射到各圆筒状结构上、并于该处沿那些圆筒状结构被指引到收集空间16方向内。当气流流经栅格状结构9时，液滴被储存到该栅格状结构9的表面上、并凝聚以形成足够尺寸的液滴，其沿着栅格状结构9、在形成为一收集空间16的分离器元件8的底座方向内滴流。许多实施例已切身验证了分离器元件8中的栅格状结构9的排列。在图1中，例如，若干圆筒状结构46和波浪形结构47以交错方式示出。在最底部处示出的分离器元件中，若干圆筒状结构被装设在主流6的方向内，即在图1中的垂直方向内所绘出的。一相应的波浪形结构47被装设在两个圆筒状结构46、即被配置为圆筒状元件的结构之间。以下被称作波浪形结构的结构是用来意指一圆筒状元件，在成形中其表面不平坦，但具备波浪形状的、锯齿形的或其它形状的凸起和凹痕。在图1中装设在最底部处的分离器元件的横截面内，可以见到波浪形结构47的截面，相同的波浪形结构的相邻各波峰大致呈位于彼此下方。之后，该波浪状结构的波浪尤其是在主流向内、即图1中的垂直方向内，以关于水平方向的一角度扩展。相反，波浪的水平分布已证明是不利的，因为在这种情况下，位于波浪形结构47与圆筒状结构46之间的接触线处的液体不能排出。然而，这种拦蓄的(damming)液体随后被气流带走，从而在这种情况下，因为已分离液体被气流所携带，较少液体被分离。
出于这个原因，如此安排波浪形结构47是有利的，即可以形成一斜面，从而使得汇聚在栅格状结构处的液体可以流出。在上面所示的该分离器元件内，示出一栅格状结构具有交错的圆筒状结构46和交错的波浪形结构47其中相邻的波峰基本上是彼此紧靠。由此，在波浪形结构47及圆筒状结构46之间的接触线大致位于水平方向内。这两个所示的波浪形结构的备择方案是，分段波浪形结构的角度取向是可能的，只要它确保凝聚的液体可以流出。另外，通过交替使用波浪形结构及圆筒状结构，实现将各圆筒状结构以相隔一间距安装。因此择分离器元件中产生若干没有任何结构的区域。如果自由体积部分尺寸减小，带有相同液体部分的较少气体可以流过；然而，同时，可以分离较多小液滴。
使用圆筒状结构46的主要优点在此事实，即，液体不仅凝聚在各栅格元件处，但是也在收集空间的方向内流出。各圆筒状栅格元件的另一优点是，它们的相对简单的生产、以及它的稳定性。波浪形结构47接替了一分隔件对圆筒状结构的功能。另一优点是由于圆筒状界都的加强功能而增加的分离器元件的形状稳定性，从而使得如图1中所示的、多个相同或不同构造的分离器元件能以标准组件形式相互堆叠。分离器元件的堆垛的高度取决于多少气体被引导通过液滴分离器10，但也取决于在入口处进入液滴分离器内的气体中液滴的粒径分布如何形成。当极其广阔的液滴粒径分布各粒径彼此差异很大时，较大的结构高度、或者彼此重叠安装的多个分离器元件8的堆垛是必需的。在这种情况下，较大的液滴基本上被安装在非常接近涡流发生装置部件处的分离器元件8带走，而轻的液滴与气流一起走过另一路径从而使得它们只在另一个移出的分离器元件8中排出。为此目的，分离器元件8也可以与不同类型的栅格状结构9结合。例如，所述各栅格状结构的通道开口尺寸不同从而使得，近似于一筛网机构或一过滤器结构、不同渗透性的若干结构可以在一液滴分离器中结合。为此目的，例如可以使用不同细度的织物。尽管有这些措施，采用这种类型的一液滴分离器，不能防止基本上在主流向6内流经流道5的气体主要通过安装在最顶部的分离器元件8排放。在下列对图11和图12的讨论中，这将更详细可见。因此将一涡流发生装置部件1装设在分离器元件上游。通过该涡流发生装置部件产生高于分离器元件8的堆垛总高度的一流量剖面，所述流量剖面与没有这一涡流发生装置部件1的流量剖面差异相当大，因为较大部分的气流被携载入与气体入口截面相邻的一个或若干分离器元件，因为所施加的旋转运动，分离器元件被布置在附图中的最底部，如下面将在图11或图12中所示。在这种情况下，用于说明根据各附图的结构的术语“在最底部”不是意在用于说明附图中的分离器元件的空间位置。然而，该术语不应这样理解，即：其内部的中心轴线实质上不具备一垂直指向的结构是无论如何应被排除的。特别地，气流被引入设置在最底部的这些分离器元件，这增多地包括了液滴谱的大液滴，而液滴谱的小液滴被增多地排入最远离该涡流发生装置部件的分离器元件内、或是排入最远离处的分离器元件部件中-只要装设单个分离器元件。该涡流发生装置部件1被安装在流道5内部并包括一引导表面2，由此可以将至少某些气体从主流向6偏转入开口(15，19)的方向。涡流发生装置部件1的引导表面2被安置在一管件36内、内部套筒表面12上游处、围绕取向于主流向6内的一中心轴线26。该引导表面2形成一入口表面13，带有一个装设成平行于入口表面13、且在下游处的环形出口表面14，用于被引导表面2所偏转的气流。根据图1中所示的实施例，各引导表面被直接地紧固到沿中心轴线26安装的杆88。该入口表面13被引导表面2的边缘71横跨生成。该入口表面13可以是圆锥形表面，圆锥末梢位于中心轴线26内。出口表面14由引导表面2的边缘82所形成。引导表面2包括一倾斜角83以及法向对准主流向6的一平面，所述倾斜角大于20°且小于70°，优选为在45°和65°之间。当该引导表面2具有弯折时，该倾斜角可以沿从管件36向上到中心轴线26的边缘81变化。如果在管件36内部空间中的不同位置处流场偏转具有不同强度，这种类型的弯折可以是有利的。例如，在接近中心轴线的管件区域内倾斜角83可以较小，即引导表面2在该处可以比在接近壁的管件36的区域内安装得更为平坦。
除了涡流发生装置部件以外，在流道5中可以装设另一偏转元件7。特别是可以围绕液滴分离器10的中心轴线26安装碟形偏转元件7。这种类型的碟形偏转元件用作改进导流，并允许实现关于分离器元件8表面的利用程度的进一步的改进。如果多个这种类型的碟形偏转元件7彼此相叠安装，可以不同地配置它们的直径及设计。碟形偏转元件7的示意图决不应被认为是一种约束；取决于流道5的直径及气体速度，装设引导元件作为偏转元件可以是有利的，例如，偏转元件可以用类似方式被配置到引导表面2、或可以具有螺纹似的、螺旋形或其它分流形状和/或偏转流场的形状。
在图2中示出了根据第二实施例的一液滴分离器。不像图1中所示的实施例，根据此实施例，沿中心轴线26伸展的一杆88不是必需的。在没有安装在分离器元件8的区域内的情况下，示出了本示意图中的流道5。应进入液滴分离器10的负载液体的气体的主流向6位于所示的箭头方向内。该液滴分离器10包括一管件尤其是圆筒状配置的管件、具有一内部套筒表面12。该管件安装到分离器元件8的上游。在图5中更精确示出的一涡流发生装置部件1被安装到图1中所示的该管件的下端。该涡流发生装置部件包括由圆圈21所制成的外环27.该外环27是柱座(column base)28的一构件。根据一优选实施例的涡流发生装置部件1被模压出柱座28、或是通过切削工艺从该柱座28切割而成。在图6到8的描述中，进行对制造涡流发生装置部件1的优选工艺的更详细说明。具有内部套筒表面12的管件随后从带有集成的涡流发生装置部件1的柱座28被拉出，从而使得该涡流发生装置部件被精确地安置到进入该管件的入口处。由柱座28处展开的引导表面2可以被用作定位辅助手段，通过它可以执行管件36的对中(centration)和定位。代替通往具有流动通路的柱座28的所示连接件，也可以装设两个指定构件的凸缘连接件，尤其是在使用小直径的柱、且液滴分离器被安置于该柱头部处时。该外环27在这种情况下位于两个凸缘部件之间。形成流道的两元件(5，28)的这样一个凸缘连接件对于本领域的熟练技术人员是已知的，因此在附图中未示出。
外环27围绕多个引导表面2，所述引导表面2至少部分包括相对于主流向6的一角度。负载液滴的气体在主流向6内入射到引导表面2上，沿着各引导表面的表面以强制方式指引该气体，从而将一径向及切向速度分量施加到该气流上。各引导表面2经由一旋转地对称的偏转体3而相互连接，该偏转体优选地安装到中心。根据图2，偏转体3被制成一圆形碟片。该碟片具有一内圈，其同时示意出该引导表面2的内部边界线。在最简单的情况下，该引导表面2是平面的、且由若干扇形元件组成，所述扇形元件外半径对应于圆圈21的半径且其内半径对应于圆圈22的半径。如果沿着扇形元件的扇形边缘、以及沿着属于该扇形的内圈22的一部份、和沿着外圈21的一部分而分离各扇形元件，并使它们倾斜伸出该平面表面，则最简单构造的一涡流发生装置部件1产生。在图5中，示出了一改进的涡流发生装置部件的例子，其引导表面位于一圆锥形偏转体3上，并因此可以实现更高的形状稳定性。各引导表面尤其是可由碟形原料通过切削工艺或模压工艺制成。随后分离材料来获取扇形元件，后者伸出碟形表面从而使得用于气体的通道开口产生。
被涡流发生装置部件所偏转的气流在内部套筒表面12的方向内运动，该气流这种情况下通过入口开口形成到第二构造类型的至少一个分离器元件中。在当前情况下，彼此相叠安装的三个分离器元件8的堆垛被示作一例子。内部套筒表面由分离器元件的内部周缘所形成，从而使得带有图1中所需开口19的内部套筒表面12可以被省去。
根据图3用于液滴分离器10的分离器元件8包括多个透气结构9的圆锥排布层31，该结构尤其可以被制成栅格状结构。这样一圆锥的末梢可位于中心轴线26上、带有一环状圆筒横截面。位于内部套筒表面12或其影像延拓部(imaginedcontinuation)、与壁11之间的栅格状结构被安装成与内部套筒表面12和/或壁11成角度30，该角度30优选地处于30°与70°之间，尤其是介于45°与60°之间。可以在图2的剖面视图中看到该角度30。层32具有一简单的圆锥表面，且层31具有一圆锥表面，以叠加的波浪式结构或类似结构而形成一通道。可以将层32及层31以交替次序安装；如图3中所示，其备择方案是，层32后面紧随两个层31，该两层31具有相反指向的波浪形结构的排列。在这种情况下，图3中的左手部分内未示出一部分层，从而可以更好地看到层31的层次走向(course)。因此层31包括一波浪形结构，该波浪形结构例如可以通过折叠放大表面的一层31而得到。所示出的波浪形状仅仅是用于该类型的层31的一个可能的实施例；任何表面放大结构可以适合于以特定间距保持两个相邻层32，只要在负载液滴的气体可流经的各层间形成中间间隔。通过这一手段，气流被一层栅格状结构所分开，并再次在中间间隔33内合并，以便随后再次被下一层所分开。由于栅格状结构的分流功能、及由于中间间隔33的集流功能，液滴被引导到栅格状结构，在该处它们附着到该结构并沿着栅格状结构滴流进入收集空间16.
根据图2中的示意图，图3的类型的三个分离器元件8彼此相互堆叠。气体可以经由对应于内部套筒表面12的表面进入分离器元件、并也可以相继穿过超过一个分离器元件。在图2中，围绕分离器元件的壁11因而具有相当少的气体出口开口，或其备择方案为，出口开口可以被完全省略。气体经过布置在最顶部、并装设有开口35的分离器元件8的顶部区域34排出。在这个实施例中的气流59因此大致平行于中心轴线26发生。在图2中示出开口35的不同结构排列和尺寸。设置于流道之上的顶部区域34的中心区域不包括任何开口，从而指引总气流流过分离器元件8之上。
代替图2中所绘的分离器元件8的堆垛形状，类似于图1中的图像，属于分离器元件的栅格状结构可以被板44支撑成大致垂直于主流向而安置。相邻的分离器元件可以被此类型的板44所分隔。液体可以分别从每个分离器元件被这样的板所抽取出，从而避免已分离的液体能被气流再次携带走。每个板可以被制成收集空间16。彼此相叠设置的板44的收集空间16可以由排液管互联。每个排液管17具有一下端，该下端可以被设定为一排液管接头45，通过该排液管接头液体脱离收集空间16或者液滴分离器。
例如，装设根据本发明的涡流发生装置部件1，用于根据图4的、可以由按标准组件形式制成的分离器元件8所组成的液滴分离器10。气流被上游第一分离器元件8通过涡流发生装置部件1而引导，并通过槽状开口15进入一个或多个分离器元件8。该处发生分离，且有流动延迟发生在开口15之后的下游处。相邻的分离器元件8每个均由若干板44相互分隔，且各板的最底部对应于图1的底座板18。分离器元件的外部边界不是由壁11所形成，如图2中所示，而是由圆柱形结构46所形成，且已结合图1加以说明。分离器元件包含如上所述的、可包括圆筒状结构46以及波浪形结构的栅格状结构。在图4中，示出波浪形结构的另一实施例。这种波浪形结构的波浪具有S形弯折。在该分离器元件的上端及下端附近，波浪大致在主流向6中扩展，而他们在分离器元件的中心区域内关于主流向倾斜成一角度。相邻的栅格状机构可以具有不同的倾斜角，尤其是波浪形结构可以形成交叉流道状结构。相邻的交叉流道状结构可以被圆筒状结构46所相互分隔；其备择方案是，也有可能具有此类型的S形结构彼此相互直接紧靠。液滴被捕集在这些栅格状结构处，在被制成收集空间16的板44、或是连接到圆筒状或波浪形结构(46，47)的底座板18的方向内凝聚并流出。分离器元件的内部边界，即围绕流道5的分离器元件的边界，是由内部套筒表面12所形成。该内部套筒表面12包括上面已经说明的开口15。在本实施例中示出，每个分离器元件具有它自己的内部套筒表面12.这意味着分离器元件也包括除栅格状结构(46，47)、以及板或底座板(18，44)之外的内部套筒表面12。在此实施例中，每个分离器元件因此是独立组件，其可以被结合以形成分离器元件堆垛。具有涡流发生装置部件1的内部套筒表面12被设置到图4中最底部所示出的分离器元件8的上游处。
内部套筒表面12具有一水平入口表面13。引导表面2紧跟在入口表面13之后的下游处，即在图1到图4的示意图中的该入口表面13之上。在流经围绕着中心轴线的内部套筒表面12的气流中引发一旋转流，该中心轴线设置于主流向6的方向内，从而使得液滴沿着内部套筒表面112以流动液膜的形式被分离开。例如，诸如槽15的开口被设置在内部套筒表面12内，分离出的液体经过该开口流入位于壁11与内部套筒表面12之间的收集空间16。液体从收集空间16经由排液管17向上输送进入液滴分离器的未示出的液体收集器。液滴谱的变化和/或预分离，可以通过例如由垫子86所制成的一聚结剂，而在涡流发生装置部件上游处发生。液体可以被捕集在这样的一垫子内-即通过图10中的例子所示出的垫子-因为液滴可以被分离到可润湿表面上，该可润湿表面例如形成为细丝线或纤维的网。例如，这样的垫子86被安装到柱座28以下、或在包括涡流发生装置部件的管段之内。脱离的液滴再次被气流所携带走，因为凝聚及附着的组合效应，其平均液滴直径相对于垫子上游处的平均液滴直径增大。下列效果可以在垫子86中观察到。入射到垫子的可润湿表面上、并被凝聚力保持在该处的小液滴的分离，发生在制成垫子的栅格状结构处。因为小液滴的持续分离，这些液滴在垫子的栅格状结构上结合以形成更大的液滴。当这些液滴从栅格状结构的表面脱离时，它们依次被气流捕获并带走。由于存在于涡流发生装置部件区域内、有着气体速度的液滴的直径仍然太小而不能被逆主流向6的重力所分离，它们被气流在分离器元件8的方向内输送。
图5示出了具有引导表面2及偏转体3的涡流发生装置部件1的导流结构。用于引导表面2所偏转气体的环形出口表面14，在入口表面13下游处保持开通、并与入口表面13平行。出口表面14处于安装在中心轴线上的偏转体3、与管件36或内部套筒表面12的内壁43之间，且内壁43也是意在被下文中的术语“内部套筒表面”所涵盖。偏转体3是圆锥形的，且具有一配合引导表面2的上边缘的圆锥角。该偏转体3沿着被出口表面14所包围的中心区域内的接触线89而触及上边缘40。由于偏转体3及引导表面2的组合效应，绕中心轴线26引发一旋转流。
将参考图6到图8更详细地解释导流结构。图6示出了带有置于一平面内的引导表面2的预处理钣金构件，所述扳金构件能通过进一步的工作步骤被成型为一导流结构用于根据本发明的装置部件1。引导表面2因此在每种情况下弯曲伸出绕着两扭转点23或24(即用点划线绘出的圆圈23′、24′的中心)的钣金构件的平面。位于内圈22和外圈21之间的引导表面2形成一围绕该钣金构件的中心20(即圆圈20′的中心)的圆环，该圆环处于管件36的、或内部套筒表面12的中心轴线上的液滴分离器内。将外部扭转点23安装到外圈21上，形成第一正多边形。内部扭转点24-即第二半扭转点-在内圈22上形成第二正多边形。这两个多边形在所示实施例中是正十二边形。因此出现12个引导表面2。在图2中的实施例中，它们是八边形。内角数为6、10，或别的自然数例如介于3到12之间、而最佳数字处于该区间中位处的多边形自然也是可能的。
引导表面2是用平面钣金构件通过槽状开口4制成的，通过该槽状开口形成引导表面边缘，即圆圈21和22上的径向边缘40以及周缘41或42。这两个指定的多边形不必彼此相关地安装从而使得边缘40为径向的：边缘40可以包括小于180°的一角度，且带有将中心20连接到边缘40的扭转点24的内圈22半径r2。扭转点23、24每个均具有一周边，且每个周边隔离相邻引导表面2的沟状开口4，因为这些周边在介于相邻边缘41或42间的圆圈21和22上形成径向材料桥。例如，该沟状开口4可以通过激光切割工艺、冲压或线切割而用多个金属片制成，所述多个金属片安装成堆垛而能够在线切割情况下被同时加工。
与图6中所示不同的内圈22的半径r2可以选取为小于外圈21的半径r1，从而使得两圆圈的表面相差至少一百倍。相对于液滴分离器的处理能力而言这是有利的，因为很大程度上内部套筒表面12的整个可用横截面表面可以与入口表面13一起用于气流的处理。出于强度原因，图6中所示的实施例(其2＜r1∶r2＜4)可以是更加有利的。
图7示出图6的钣金构件，其中两个相邻的引导表面2从围绕扭转点23和24的钣金构件的平面弯曲。(出于简化的原因，周缘41和42被绘作角点23、23a、或24、24a的直线连接。)所有引导表面2包括与成形后的入口表面13的一倾斜角，其大于25°而小于65°。选定该倾斜角从而形成一引导结构，其对于气流中的涡旋产生、以及介于入口开口13与出口开口14间的压力液滴是理想的。对于为待弯折的引导表面2的最优化而言，这是有利的。出于同样的原因，也可以设置引导表面2从而使其具有至少两个彼此相互倾斜的平面部件表面。通过部分设于弯折边缘上的若干附加沟状开口，可以使绕边缘的弯折更容易。
图8示出了图7的具有圆锥形偏转体3的成形钣金构件。流经入口表面13与出口表面14间的引导结构的气流由箭头5所示出。绘制成点划线的线12指示内部套筒表面12在其入口端处的外边缘。可以是圆锥形或板状的偏转体3决定了出口表面14的尺寸。它应该至少比内表面13小20％，且优选为小30％-40％。偏转体的直径大约等于、或略大于外圈21的半径r1是有利的。
根据本发明的液滴分离器与另一装置部件一起使用是有利的。因此为了液滴的凝聚，可以将至少一个垫子86安装在涡流发生装置部件1之前的气流中的上游处，以及细小液滴形态的液体能在其中的可润湿表面上分离为若干小液滴。液体再次被释放到气流内，并因为在垫子86里产生气流的剪切力(预先假设在这方面气流速度足够高)克服具有较大的平均液滴横截面的液滴的重力，而随着气流被带走。较大的液滴可以在液滴分离器中被分离，其分离效率比细小液滴的要高。如上面已说明的，可以集成相同或类似的液滴分离垫86用于从一个或若干液滴分离器排出的气流。这种类型的垫子86的一部分如图10中所示。
在上述结构的上游处，该结构根据本发明包括至少一个液滴分离器，用横截面表面上极其一致的一分配器来分配气流，该横截面表面例如圆柱的横截面表面-其被液滴分离器所覆盖。气流所携带的第一部分液体有利地已在这样一个分配器中被分离。这种类型的一种布局在EP-A-0 195 464中被公开。
外圈21的直径(＝2r1)具有介于50到300毫米间的值，优选为介于150与250毫米之间。内部套筒表面12的高度大于2r1的2.7到3.7倍(优选为3.1到3.4倍)。
图9示出了根据正视图中的另一实施例的一导流结构。根据图9的涡流发生装置部件1被安装到管件36中，管件36根据前述实施例之一未示出地被安装到液滴分离器上游。在示意图中，管件36的前面部分未示出，从而使得引导表面2变得可见。引导表面因而在本视图中看起来似乎是在空中自由盘旋。然而，引导表面被附接到管件36的内壁84，且要么是通过焊接确实不可释放的、要么是通过插接而确实可释放的。为此，例如将一槽状开口37设置到其中容纳有引导表面2一端的管件36的壁中。每个引导表面被设定为板状元件87，它被安装为与主流向6成一角度。位于引导表面、与垂直于主流向6布置的一平面之间的角度85是介于20°与70°之间的，尤其是介于45°到65°，尤其优选为60°。在该角度85处，所有分离器元件的内部套筒表面上的理想流场分布是有可能的，且能保持低的压力损失。在图9中，还沿中心轴线26布置了杆88，根据图1或图4，通过该杆将一顶盖元件25定位到最顶部处的液滴分离器10的分离器元件8之上。由此将多级液滴分离器的若干单个分离器元件结合到一起。此外，可以将涡流发生装置部件的引导表面安装到根据图1的杆88上，和/或安装到图1或图4中所示的、诸如偏转元件7的另一导流元件，或安装到引导流动并包括例如螺纹状引导表面的其它元件上。为此，将根据图9的杆88用螺纹件装设到其下端48，该螺纹件容纳在不可释放地连接到支撑元件50的一螺帽49中。支撑元件50优选地制成板，其安装到管件36内，从而使得它本身具有尽可能低的流阻。
在图10中，图9的导流结构以不同的仰角示出。在该例中已经省略了杆88。在本视图中，八个引导表面彼此间以相等的间距排布。如果到该引导表面的流动是来自主流向6的方向内的底部，则在引导表面处发生流场偏转。如图9下面所说明的，引导表面38的端部通过可释放的或不可释放的连接而连至管件36。在图10的右手侧上示出了取自槽状开口37的一部分。
图11示出了依赖于液滴分离器10高度的气体速度/平均气体速度的关系图。通过使用涡流发生装置部件，控制通往一分离器元件的入口表面的气体量和液体量，从而使得较少液体载入垂直安装的分离器元件的上部区域，而分离器元件的入口表面上方的气体量很大程度上是协调的和修匀的。
在分离器元件中，液体以液滴形态入射到栅格状结构上，由此依据它们的惯性将液滴分离。由于附着，相邻的液滴形成较大的液滴，它们能依次结合来形成液膜或滴流。所分离出的液体必须依据重力而向下流经分离器元件，而气体继续在当前方向内流经分离器元件。分离出的液体在分离器元件中引起阻力(液体滞留)，为了不从已分离的液体排出任何液滴，因此必须减小气体速度。
由于离心力，液滴得到径向指向的速度分量，从而使得它们能以类似于在离心机内的方式根据速度矢量的方向而向外送出。在涡流发生装置部件之后的外部边缘处，较大的液滴将已暂时凝聚为液体，且较少液体被引导到分离器元件8的上部区域，从而使得这些分离器元件中的液体滞留较低。这些液滴中的某些已经在涡流发生装置部件之后被径向速度矢量所分离，并经由形成为收集空间的底座板而排出。从而可以通过使用涡流发生装置部件1而减小分离器元件的、或若干分离器元件的堆垛的结构高度。
在这一点上，气体速度/平均气体速度的比率在曲线图的x轴上示出，气体速度能处于大约为平均气体速度两倍高的最大量位置。分离器元件的堆垛高度被录入到y轴上。如果管件36具有例如为200毫米的直径，则在0.4到1米范围内的堆垛高度是理想的。对于没有涡流发生装置部件的液滴分离器，根据曲线51确定气体速度与平均气体速度的比率用于这样一个模型系统。该曲线的展开图解清楚了液滴分离器下部区域仅有微弱的气流流过，并根据本领域现有技术提出一种解决方案。通过图1中所示的偏转元件7，已经有可能将上部的气流引导进入液滴分离器的下部区域。在曲线52中示出这种偏转元件的效果，从而使得大部分液体在液滴分离器的下部区域内被分离。曲线53、54、55、56涉及若干实施例，在这些实施例中，根据图9和图10所示实施例的、具有若干引导表面的涡流发生装置部件被安装到液滴分离器的上游处。为引导表面选择与主流向成60°的角度，用于决定曲线53；选取50°的角度用于决定曲线54；选取40°的角度用于决定曲线55；和选取20°的角度用于决定曲线56。
图12示出了依赖于液滴分离器10的高度的液体排放量/平均液体排放量的关系图。在这一点上，液体排放量/平均液体排放量的比率被录入到曲线图的x轴上，以及液体排放量能处于大约为平均液体排放量五倍高的最大量位置。堆垛高度被录入到y轴上。如果管件36具有例如200毫米的直径，则在0.4到1米范围内的堆垛高度是理想的。对于没有涡流发生装置部件的液滴分离器，根据曲线61确定液体排放量与平均液体排放量的比率用于这样一个模型系统。该曲线的展开图解清楚了液滴分离器下部区域仅有微小的液体排放量，并根据本领域现有技术提出一种解决方案。通过图1中所示的偏转元件7，已经有可能在液滴分离器的下部和中部区域内分离上部的液体排放量。此改进可以从曲线62与曲线61的对比中看出。尽管所有的这些，很大部分的液体排放量仍产生于堆垛的上部内。曲线63、64、65、66涉及若干实施例，在这些实施例中，根据图9和图10所示实施例的、具有若干引导表面的涡流发生装置部件被安装到液滴分离器的上游处。选择与主流向成60°的角度，用于决定曲线63；选取50°的角度用于决定曲线64；选取40°的角度用于决定曲线65；和选取20°的角度用于决定曲线66。因此进一步改进液滴分离器的利用程度。据此有可能减小液滴分离器的总结构高度，这展现了若分离器柱内空间不足情况下的一极有价值的优点。
图13根据图9和图10中的实施例示出了依赖于涡流发生装置部件的各引导表面安装角度的压力损耗阻力系数的示意图。理论上处于0到90°之间的安装角度被录入到x轴上。在从0到20°的范围内，引导表面很平坦以致每种情形下压力损耗阻力系数高于技术上可感知的范围。仅从对应曲线左手端70的约20°的一角度开始，压力损耗阻力系数处于一范围，在该范围允许在分离器柱体内连续操作液滴分离器。压力损耗阻力系数以近似于线性的方式(71)下降直至约40°；从大约60°(72)开始，压力损耗阻力系数几乎不发生任何减少。引导表面2包括与入口表面13所成的一倾斜角，其大于20°且小于70°，并优选地介于45°和65°之间。该倾斜角的最优值是在60°，即与图12(曲线63)的结论有关的结果。在几乎最小压力损耗的情况下，已经在直接处于涡流发生装置下游处的液滴分离器区域内获得所期望的高的分离度。

Claims (30)

1.液滴分离器(10)，包括流道(5)，通过该流道能够引导携带液滴的气体且通过该流道携带液滴的气体能够沿主流向(6)流动，带一分离器元件(8)，围绕该流道(5)设置成大体环形，具有大体上有该流道(5)直径的内部套筒表面(12)且包括若干开口(15，19)用于携带液滴的气体进入分离器元件(8)；以及该分离器元件(8)至少伸展超过该流道(5)长度的一部分并包括多个栅格状结构(9)，其特征在于具有引导表面(2)的涡流发生装置部件(1)被设置在流道(5)中，借助于该引导表面(2)，该携带液滴气体开始旋转运动、且能够用离心力将液滴引入分离器元件(8)方向内，且至少某些带液滴气体能够被该引导表面(2)从主流向(6)偏转入各开口(15，19)的方向中。
2.如权利要求1所述的液滴发生器，其特征在于，在包括与主流向(6)成＞0°且＜180°的角度的流向内的、外壁(11)的方向中，携带液滴的气体能够从内部套筒表面(12)流经该分离器元件(8)。
3.如权利要求1或2所述的液滴发生器，其特征在于，该分离器元件(8)包括若干段和/或由在主流向(6)内顺序连接的多个分离器元件(8)所组成，且至少某些偏转气体能被引导经过位于涡流发生装置部件(1)邻近的分离器元件的截面、和/或通过邻近装设的分离器元件(8)被引导，以及另一些偏转气体能被远离涡流发生装置部件(1)的截面引导和/或通过远距的分离器元件(8)被引导。
4.如权利要求1或2所述的液滴发生器，其特征在于，该栅格状结构(9)被安装在位于内部套筒表面(12)与外壁(11)之间成大致环形表面，该环形表面平行于内部套筒表面(12)和/或平行于该外壁(11)伸展。
5.如权利要求1或2所述的液滴发生器，其特征在于，若干栅格状结构被装设在内部套筒表面(12)与外壁(11)之间、与该内部套筒表面(12)和/或该外壁(11)成一角度。
6.如权利要求1或2所述的液滴发生器，其特征在于，该内部套筒表面(12)和/或该外壁(11)包括栅格状结构。
7.如权利要求1或2所述的液滴发生器，其特征在于，属于一分离器元件(8)的每个栅格状结构(9)均由垂直于主流向(6)的底座板(18)保持。
8.如权利要求7所述的液滴发生器，其特征在于，相邻的分离器元件(8)能够被该底座板(18)相互分隔开，在栅格状结构中分离出的液体的收集装置(16，17，45)被装设到每个底座板(18)上。
9.如权利要求1或2所述的液滴发生器，其特征在于，至少一个用于凝聚液滴的垫子(86)被装设在涡流发生装置部件(1)之前的气流中的上游处。
10.如权利要求1或2所述的液滴发生器，其特征在于，该涡流发生装置部件(1)的各引导表面(2)在内部套筒表面(12)上游围绕定向于主流向(6)内的中心轴线(26)被装设在的管件(36)内，以及各引导表面(2)形成一入口表面(13)，以及一环形出口表面(14)被装设在相对于入口表面(13)下游处用于被各引导表面(2)所偏转的气流。
11.如权利要求10所述的液滴发生器，其特征在于，所有的引导表面(2)包括一相对于入口表面(13)的倾斜角(83)，其大于20°且小于70°。
12.如权利要求10所述的液滴发生器，其特征在于，该倾斜角(83)沿着从该管件到该中心轴线(26)的边缘(82)变化。
13.如权利要求10所述的液滴发生器，其特征在于，偏转体(3)被安装到中心轴线(26)上。
14.如权利要求10所述的液滴发生器，其特征在于，各引导表面围绕该中心轴线装设在内部圆环(22)与外部圆环(21)之间，以及出口表面(14)比位于所述内部圆环和所述外部圆环之间的圆环表面更小从而由于通过该偏转体(3)与各引导表面(2)的联合作用而在绕中心轴线(26)的气流中引发旋流。
15.如权利要求14所述的液滴发生器，其特征在于，
各引导表面(2)每个均从下游围绕着第一扭转点(23)和第二扭转点(24)的平面弯出，其中第一扭转点(23)的一半被装设在第一正多边形上的外部圆环(21)上，第二扭转点(24)的另一半被装设在第二正多边形的内部圆环(22)上。
16.如权利要求10所述的液滴发生器，其特征在于，各引导表面(2)通过隙状开口(4)由一平面金属片精确地制成。
17.如权利要求16所述的液滴发生器，其特征在于，该隙状开口(4)是通过激光切割工艺、线切割或者冲压而制成的。
18.如权利要求10所述的液滴发生器，其特征在于，外部圆环的直径具有介于50与300毫米之间的数值。
19.如权利要求13到18中任一条所述的液滴发生器，其特征在于，该偏转体(3)为圆锥形或盘形，且由该偏转体确定的出口表面(14)至少比入口表面(13)小20％。
20.如权利要求10所述的液滴发生器，其特征在于，引导表面(2)的数量大于3且小于13。
21.如权利要求10所述的液滴发生器，其特征在于，所有的引导表面(2)包括关于入口表面(13)的倾斜角(85)，其大于20°且小于70°。
22.如权利要求13到18中任一条所述的液滴发生器，其特征在于，每个引导表面(2)是弯曲的或具有至少两个被此相对倾斜的平坦局部表面。
23.如权利要求13到18中任一条所述的液滴发生器，其特征在于，该偏转体(3)为圆锥形且具有一个匹配引导表面(2)的上边缘(40)的圆锥角，这些上边缘是由隙状开口(4)的径向部分所形成，从而在被出口表面所围绕的中央区域内于该偏转体(3)与边缘之间形成相应的接触线(89)。
24.如权利要求5所述的液滴发生器，其中所述角度处于30°和70°之间。
25.如权利要求24所述的液滴发生器，其中所述角度处于45°和60°之间。
26.如权利要求11所述的液滴发生器，其中所述倾斜角处于45°和65°之间。
27.如权利要求18所述的液滴发生器，其中所述直径介于150与250毫米之间。
28.如权利要求19所述的液滴发生器，其中由该偏转体确定的出口表面(14)至少比入口表面(13)小30％至40％。
29.如权利要求20所述的液滴发生器，其中所述数量等于6、8或10。
30.如权利要求21所述的液滴发生器，其中所述倾斜角处于45°和65°之间。
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