CN103245147A - 用于螺杆压缩热泵的套管旋风式油气分离器 - Google Patents

Abstract

本发明系用于螺杆压缩热泵的套管旋风式油气分离器，包括储油筒、多孔板，其特征在于还包括分离筒和套管旋风式油气分离器，所述分离筒位于储油筒上部，储油筒的一端内部装有多孔板，分离筒内装有几组相同的套管旋风式油气分离器。内外管同轴垂直安装，内管较短，是一中心通路，外管与内管形成一环形空间，环形面上端封闭，气流从环形空间上部切向进入，在环形空间内旋转并向下运动，离心力使气流中的油滴粘附于外壁内侧在重力作用向下流入储油筒，而气流出环形空间之后沿中心管向上在分离筒顶部汇集完成油气分离。利用了高效的套管式旋风分离管，使得分离器的体积和重量都大大减少。是现有油气分离器的换代产品。

Description

用于螺杆压缩热泵的套管旋风式油气分离器

技术领域

本发明涉及一种用于螺杆压缩式热泵设备，特别是此种设备中都必有的油气分离器，本发明不使用一般常规的填料及挡板，而使用套管旋风分离管。属于空调领域。

背景技术

现有的螺杆压缩式热泵为了保证压缩机的润滑、密封、及对被压缩气体的冷却，都向压缩机内喷入一定量的冷冻油。而冷冻油与被压缩气体的混合物在出压缩机后必须先进入油气分离器，使其中油气尽可能分离，气则进入冷凝器变为饱和液态放出潜热加热循环水以供暖，而油通过冷油器降低至40度左右再次喷入压缩机完成后续的润滑、密封、及冷却作用。油气分离器在系统中所连接的气液管线参见图1中之(3)。

目前油气分离多设计为一个卧式大圆筒，下半部为储油空间，上半部为分离装置，分离装置为多层多孔挡板和其上安放有一定厚度的细密的丝网状填料所组成。在含有油滴的气流通过多孔挡板和丝网状填料时油滴便粘附于这些材料上，而较清洁不含油的气流得以通过。油滴积存到一定厚度时，在重力作用下流入下半部的储油空间。目前常规卧式圆筒油气分离器的内部大致结构可参见图2。

在设计这种油气分离器时，气流穿过多孔板及填料的速度必然不能取得过高，因为过高的流速带来两个问题，其一是气流有可能撕下已粘附在填料上的油而将其带走降低分离效果，其二是流动的阻力与速度的平方成正比，会导致功耗增加。以市场上某一型号主机功率100kw的螺杆压缩机组为例，其油气分离器的圆筒直径达500mm，长达3000mm，其内部总空间达600升，其额定的储油量达300升。而这个圆筒又是全系统压力最高的部位，必须有一定的厚度，故而其壳体加上其中的油之总重超过500kg，是机组最大最重的部件。而问题是此类型号的油气分离器体形极大，制造材料、工时成本、运输成本均高昂，而且必须充装的油量也太多，占地面积也很大。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有的油气分离器体积过大、过重以及充装的油量太多的问题，同时为了节约制造、运输、使用的成本，本发明在外形上采用卧式圆筒结构，但尺寸大大缩小，体积、重量、及储油量大致都仅为原有的20％，缩小了油气分离器的体积，不仅降低了制造工时、材料成本、运输成本，而且又减少了必须的储油量。

本发明除了储油筒、多孔板，还包括分离筒和套管旋风式油气分离器，分离筒位于储油筒上部，储油筒的一端内部装有多孔板，分离筒内装有几组相同的套管旋风式油气分离器。

储油筒的外形为卧式筒状，储油筒用来储存分离下来的油，位于储油筒的上部有一凸出的分离筒。

分离筒的上部有一水平隔板，将分离筒分为上、下二空间，套管旋风油气分离器的旋风分离套管的内管穿过水平隔板，连通分离筒的上下空间，旋风分离套管的内外二管形成的环形空间上端被水平隔板封闭。

分离筒内水平隔板上部的空间作为储存清洁的气之用，而水平隔板下部的空间为未分离之油气混合物以及若干个套管旋风式油气分离器的安装位置。

本发明的油气的分离是依靠安放于储油筒内的数组结构相同的套管旋风式油气分离器而完成的。一组套管旋风式油气分离器包括两根直径不同，同轴垂直安装的同心旋风分离套管，外管长，内管短，内管上下贯通，内管下端口在油面之上，外管的下端插入油面之下。

旋风分离套管为薄壁同心双层(一组含外长内短，各一根旋风分离管)，内管下端较外管短300--400mm，套管为垂直同轴安放，二套管中形成一环形空间，和一个中心圆通道；套管环形夹层的顶部被水平隔板封闭，油气混合物自紧贴水平隔板的外管顶部的切向进口以切线方向进入环形空间，如夹套的内外径为40mm及70mm，切向进入的气液混合物的流速为5m/s，如此则气流被迫进行环行运动时其向心加速度可达90G，由于气体与油的密度相差达10倍左右，油滴必被甩到外壁面内侧，油的粘度又较大，在5m/s流速条件下不可能被撕开而进入气流，油膜只可能沿环形外壁向下流入储油空间，内管的下端口在油面之上150mm左右，螺旋运动的气流流出环形夹层之后四周仍被外管封闭，而外管的下端又插入油面之下，气流只有再反向而上沿内管向上进入分离筒内水平隔板的上空间完成气液的完全分离。此一气液分离可以保证气体中的含油量小于5--10ppm/kg。这在一般的制冷螺杆压缩机中是完全符合运行要求了。

套管式旋风油气分离器的大致结构可参见图3中的(12)。一组套管式旋风油气分离器包括两根直径不同，同轴垂直安装的同心旋风分离套管，外管较长，内管上下贯通，二管形成的环形空间上端被水平隔板封闭。

套管旋风油气分离器的旋风分离套管的外套管的上端紧贴着水平隔板开有油气混合物切向进口。

旋风分离套管的内管下端口在油面之上，外管的下端插入油面之下。油气混合物以一定流速进入切线开口，在环形通道内作高速螺旋运动同时向下行进，依靠离心力的作用将油滴甩到外管内侧，此油在重力作用下流入储油空间，而无油的气流出环形空间后，转而向上沿直通的内管进入水平隔板之上的分离筒上部，从凸出圆筒的最上端可引出清洁的被压缩气体。

套管旋风式油气分离器可由供暖机组所需功率的高低而按比例增减相应的套管旋风式油气分离器的安装组数。

这样的一组套管旋风式油气分离器(包括二根旋风分离管，外管直径70mm，内管直径40mm，外长内短)可满足25kw供暖机组(制冷工质为R134a，冷凝温度65摄氏度)的冷凝器所需的流量，若供暖热功率增加，则可按比例增加同样的旋风分离套管。

每组旋风分离套管之间相互平行、垂直于储油筒内油面的方向，安装在分离筒内。

附图说明：

附图1是螺杆压缩机热泵系统机构示意图。

图中的1是驱动机械，2是螺杆压缩机，3是油气分离器，4是冷凝器，5是节流阀，6是空气冷油器，7是蒸发器。

附图2是目前油气分离器系统结构示意图。

图中的8是丝网填料，9是多孔板。

附图3是本发明的具体实施例中的结构示意图。

图中的9是多孔板，10是储油筒，11是分离筒，12是旋风分离套管，13是油气混合物切向进口，14是水平隔板。

具体实施方式

附图3是本发明配合一台主机功率100kw(供热功率300-400kw)的具体实施例中的结构示意图，图3中的10是储油筒，直径约300mm、长600mm，其一端上部有一分离筒11，分离筒11的直径为250mm高400mm，分离筒11内部安装了4组旋风分离套管12。压缩机2送过来的高压气、油混合物从储油筒10的卧式圆筒另一端的入口向下喷入卧式圆筒，经多孔挡板9的作用已使其失去动能对油面的冲击能量，气、油混合物在水平移动过程中大团的油已落入储油筒10内油平面，余下的气流及较小的油滴移动到分离筒11下部要向上转90度弯然后要垂直上升500mm，经计算其平均上升速度已降到0.6m/s，在重力作用之下只有直径远小于1mm油滴才能随气流上升到水平隔板14之下，而分别从各油气混合物切向进口13进入各旋风分离套管12。然后在离心力作用下油只可能贴旋风分离套管12外壁的内侧向下流动进入油平面，旋风分离套管12外管的下端插入油平面之下，而内管的下端口须高于油平面150mm左右，使得分离干净的气体从内管下部向上运动在分离筒11内的水平隔板14之上汇集，然后沿高压管道送去冷凝器4。

由于气流进入套管分离器必须有一定速度，必须消耗一定的压力以建立此一速度，故而旋风分离管内的油面会比储油空间的油面高100mm左右。与相同供气能力的卧式圆筒的油气分离器相比，本发明由于采用了很简单而高效的旋风分离套管结构，故其体积、重量储油量及造价都大幅下降。

Claims (5)

1.一种用于螺杆压缩热泵的套管旋风式油气分离器，包括储油筒、多孔板，其特征在于还包括分离筒和套管旋风式油气分离器，所述分离筒位于储油筒上部，储油筒的一端内部装有多孔板，分离筒内装有几组相同的套管旋风式油气分离器。

2.如权利要求1所述的用于螺杆压缩热泵的套管旋风式油气分离器，其特征在于所述的一组套管旋风式油气分离器包括两根直径不同，同轴垂直安装的同心旋风分离套管，外管长，内管短，内管上下贯通，内管下端口在油面之上，外管的下端插入油面之下。

3.如权利要求1所述的用于螺杆压缩热泵的套管旋风式油气分离器，其特征在于所述分离筒的上部有一水平隔板，将分离筒分为上、下二空间，套管旋风油气分离器的旋风分离套管的内管穿过水平隔板，连通分离筒的上下空间，旋风分离套管的内外二管形成的环形空间上端被水平隔板封闭。

4.如权利要求1所述的用于螺杆压缩热泵的套管旋风式油气分离器，其特征在于所述的套管旋风油气分离器的旋风分离套管的外套管的上端紧贴着水平隔板开有油气混合物切向进口。

5.如权利要求1所述的用于螺杆压缩热泵的套管旋风式油气分离器，其特征在于所述的套管旋风式油气分离器可由供暖机组所需功率的高低而按比例增减相应的套管旋风式油气分离器的安装组数。

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