CN109098952A - 一种轴流式离心分离器及油气分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两相分离设备领域，具体涉及一种轴流式离心分离器及油气分离方法，弧形的挡板顶部上凸并与内筒的下端连接；导油带沿挡板的周向均匀分布，导油带的上端与挡板的外边缘连接，下端延伸至外筒的下端；气体入口贯穿外筒的下端面，气体入口的上端延伸至挡板下部；旋流器设置于外筒与内筒之间形成的环形区域；滤芯设置于内筒的上端与外筒上端面之间，气体出口与滤芯连接；导流器设置于滤芯的外部，用于对旋流进行整流。本发明的入口粗分装置和离心分离区域有效的提高了油气分离器适应压缩机变工况运行的能力；导流器将离心分离段的旋转气流进行整流，有效降低了分离器的损失，间接增强了滤芯的分离效果，延长了滤芯的使用寿命。

Description

一种轴流式离心分离器及油气分离方法

技术领域

本发明涉及一种两相分离设备领域，具体涉及一种轴流式离心分离器及油气分离方法。

背景技术

在喷油压缩机工作时，向其中喷入润滑油对压缩机进行降温、润滑和密封。经转子压缩之后，压缩空气与润滑油的两相混合物再经油气分离器分离。为提高压缩空气的品质，保证压缩机的安全运行，需要尽最大可能分离出液相油滴，这对油气分离器的分离效率提出了严格要求。压缩机是在额定工况下设计的，但实际运行时，进排气压力会根据实际使用要求发生变化，导致排气量出现波动。因此，油气分离器的分离效率需要在压缩机宽广的流量范围和整个工况内都满足要求。

目前普遍使用旋风分离器和滤芯对压缩机排气进行油气分离，旋风分离器对油气混合物进行粗分离，对直径25～50μm颗粒的分离效率在98％以上，对于20μm以下的小颗粒，通常以8μm为主，需要采用滤芯进行吸附和凝聚。在工艺设备应用中，旋风分离器结构简单紧凑，制造和维护成本低，在工况点范围附近分离效率比其他分离设备高(如袋式过滤器、静电除尘器等)。由于旋风分离器采用惯性分离的机理，其对于变工况的适应能力较差，当压缩机运行工况点偏离设计工况较远时，旋风分离器的分离效率就会大幅降低。而在旋风分离器之后是用于精分的滤芯，为提高分离效率和延长滤芯使用寿命，必须保证进入滤芯的油气混合物含油量低于1000mg/m³。

因此，当压缩机运行工况变动较大，旋风分离器适应变工况运行的能力有限，会降低粗分效率，导致进入滤芯的油气混合物含油量太高，从而降低精分过程的分离效率，增加滤芯的阻力，缩短滤芯使用寿命，影响压缩机节能运行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有压缩机油气分离设备的不足，提供一种轴流式离心分离器及油气分离方法，本发明能够提高油气分离器适应压缩机变工况运行的能力，保证在压缩机运行工况变动较大时，对油气混合物仍具有较高的分离效率。同时解决分离出的油滴被高速气流重新携带进入油气混合物中产生二次夹带的问题，以及旋转的气流进入滤芯时产生不可避免的压损的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种轴流式离心油气分离器，包括外筒、内筒、弧面粗分装置、旋流器、导流器和滤芯，外筒的上下两端分别设有气体出口和气体入口，内筒设置于外筒内部并与外筒同轴；弧面粗分装置包括弧形的挡板和若干导油带，弧形的挡板顶部上凸并与内筒的下端连接；导油带沿挡板的周向均匀分布，导油带的上端与挡板的外边缘连接，下端延伸至外筒的下端；气体入口贯穿外筒的下端面，气体入口外壁、外筒下端面以及外筒内壁之间形成第一集油区，气体入口的上端延伸至挡板下部；挡板与内筒的内壁之间形成第二集油区；旋流器设置于外筒与内筒之间形成的环形区域，旋流器处于内筒的下端；滤芯设置于内筒的上端与外筒上端面之间，气体出口与滤芯连接；导流器设置于滤芯的外部，用于对旋流器生成的旋流进行整流。

优选的，导流器包括若干沿滤芯周向均匀分布的导流叶片，导流叶片的数量与旋流器的旋流叶片数量相同，导流叶片的旋转方向与旋流叶片的旋转方向相反。

优选的，导流叶片外端部型线与外筒内壁相切，导流叶片根部型线与滤芯外圆面垂直。

优选的，导流叶片的宽度从下部到顶部逐渐增大，顶部外边缘与外筒内壁贴合。

优选的，第二集油区与第一集油区通过导油管连通，外筒上设有用于排出第一集油区油液的排油管。

优选的，导油带上端与挡板连接的部位通过圆弧角过度连接。

优选的，气体出口与滤芯的中部连接。

一种油气分离方法，通过上述轴流式离心油气分离器进行，过程如下：

待进行油气分离的混合气体从气体入口进入后与挡板发生碰撞，进行碰撞分离，分离的油液沿导油带流至第一集油区处；

经碰撞分离后的混合气体沿外筒与内筒之间形成的环形区域向上运动，并进入旋流器进行离心分离；经离心分离分离出的油液附着在外筒内壁，并沿内壁面向下运动至第一集油区；

经离心分离后旋转的混合气体进入导流器，导流器将旋转的混合气体整流为沿径向流动的气流；

整流后的气流进入滤芯，经滤芯对混合气体钟剩余的少量油滴进行分离后，气流通过气体出口排出，分离后的油液通过滤芯底部以及内筒的内壁进入到第二集液区。

优选的，第二集液区中的油液通过导油管进入第一集油区，第一集油区中的油液经排油管排出整个轴流式离心油气分离器。

优选的，经挡板碰撞分离的油液沿挡板的内壁面流至挡板的外边缘，之后再通过圆弧角汇集到导油带，接着通过导油带流至第一集油区。

本发明具有如下有益效果：

本发明轴流式离心油气分离器采用弧面粗分装置能够对油气混合气体实现碰撞分离，通过旋流器能够对碰撞分离后的混合气体进行离心分离，因此能够有效提高油气分离器适应压缩机变工况运行的能力；其中，弧面粗分装置采用括弧形的挡板能够保证碰撞分离出的液体沿着挡板内壁流到挡板底部，弧形的挡板能够使竖直向上运动的气流碰撞到挡板之后先转变为向下运动，随后又向上运动，气流的运动方向连续两次发生变化有利于初步分离效率的提高；弧面粗分装置采用导油带能够将碰撞分离出的油引导至集油区，避免了上升气流二次携带的问题，提高了碰撞分离段的效率。经过旋流器离心分离后的旋转气流通过导流器进行整流后进入滤芯，能够减小分离器压力损失，能够延长滤芯的使用寿命；从而使本发明工作效率高、适用范围广且更容易操作和维护。综上，本发明能够提高油气分离器适应压缩机变工况运行的能力，保证在压缩机运行工况变动较大时，对油气混合物仍具有较高的分离效率。同时解决分离出的油滴被高速气流重新携带进入油气混合物中产生二次夹带的问题，以及旋转的气流进入滤芯时产生不可避免的压损的问题。

本发明的油气分离方法由于采用了本发明的轴流式离心油气分离器，在进行油气分离时，待进行油气分离的混合气体从气体入口进入后与挡板发生碰撞，进行碰撞分离，分离的油沿导油带流至第一集油区处；经碰撞分离后的混合气体沿外筒与内筒之间形成的环形区域向上运动，并进入旋流器进行离心分离；经离心分离分离出的油附着在外筒内壁，并沿内壁面向下运动至第一集油区；经离心分离后旋转的混合气体进入导流器，导流器将旋转的混合气体整流为沿径向流动的气流；整流后的气流进入滤芯，经滤芯对混合气体分离后，气流通过气体出口排出，分离后的油滴通过滤芯底部以及内筒的内壁进入到第二集液区，至此完成了油气分离；由本发明轴流式离心油气分离器的有益效果可知，本发明的分离方法对油气混合物具有较高的分离效率，能够避免分离出的油滴被高速气流重新携带进入油气混合物中产生二次夹带的问题，并且避免了旋转的气流进入滤芯时产生的压损的问题。

附图说明

图1为本发明轴流式离心油气分离器的主剖面视图；

图2为本发明弧面粗分装置三维视图；

图3为本发明导流器与滤芯连接后的俯视图；

图4为本发明导流器与滤芯连接后的正视图；

图5为导流器与滤芯连接后的三维视图。

图中：1-气体入口、2-挡板、3-导油带、4-第一集油区、5-旋流叶片、6-外筒内壁、7-导流叶片、8-滤芯、9-气体出口、10-第二集油区、11-导油管、12-排油管、13-外筒、14内筒、15-离心分离区域。

具体实施方式

下图结合附图对本发明做进一步说明。

现有的喷油压缩机用油气分离器通常采用旋风分离器和滤芯结合的方式进行分离，对工况范围变化较大的压缩机适应性较差，此外，还存在分离出的油滴被高速气流重新携带进入油气混合物中产生二次夹带的问题，以及旋转的气流进入滤芯时产生不可避免的压损的问题。为此，本发明提出了以下轴流式离心油气分离器。

参见图1，本发明的轴流式离心油气分离器包括外筒13、内筒14、弧面粗分装置、旋流器、导流器和滤芯8，外筒13和内筒14均为圆柱形筒体，外筒13的上下两端分别设有气体出口9和气体入口1，内筒14设置于外筒13内部并与外筒13同轴；如图1和图2所示，弧面粗分装置包括弧形的挡板2和若干导油带3，弧形的挡板2顶部上凸并与内筒14的下端连接；导油带3沿挡板2外圆的周向均匀分布，导油带3的上端与挡板2的外边缘连接，下端延伸至外筒13的下端，导油带3一般可设置十个；气体入口1贯穿外筒13的下端面，气体入口1外壁、外筒13下端面以及外筒13内壁之间形成第一集油区4，气体入口1的上端延伸至距挡板2上凸的顶部，气体入口1上端与挡板2上凸的顶部之间的距离为气体入口1直径的1～2倍，挡板2位于第一集油区4的上方；挡板2与内筒14的内壁之间形成第二集油区10；旋流器设置于外筒13与内筒14之间形成的环形区域，旋流器处于内筒14的下端并与外筒13和内筒14同轴；滤芯8用于精分，设置于内筒14的上端与外筒13上端面之间，滤芯8处于第二集油区10的上方，气体出口9与滤芯8的中央连接；滤芯8沿导流器中心布置于导流器内部，导流器用于对旋流器生成的旋流进行整流，导流器与外筒13和内筒14同轴；旋流器和导流器均位于外筒13与内筒14之间形成的环形区域内，旋流器和导流器之间间隔一定距离形成离心分离区域。本发明的旋流器能够对来流气体进行起旋，使来流产生离心运动，起旋后的混合气流沿外筒13与内筒14之间形成的环形区域(即离心分离区域15)向上运动，经离心运动分离出部分油后进入导流器。离心运动分离出的油滴附着在外筒体壁6后，受重力作用向下运动，流入到第一集油区4。

如图3～图5所示，作为本发明优选的实施方案，导流器包括若干沿滤芯8周向均匀分布的导流叶片7，导流叶片7的数量与旋流器的旋流叶片5数量相同，导流叶片7的旋转方向与旋流叶片5的旋转方向相反。

如图3所示，作为本发明优选的实施方案，导流叶片7的旋转角度为30°，导流叶片7外端部型线与外筒内壁6相切，导流叶片7根部型线与滤芯8外圆面垂直，该结构的导流器能够确保旋转的气体经过导流器整流后径向进入滤芯7。

如图4和图5所示，作为本发明优选的实施方案，导流叶片7的宽度从下部到顶部逐渐增大，参见图4，正视图呈倒圆台状，顶部外边缘与外筒内壁6贴合，确保环形空间中的气流均匀地从不同位置进入滤芯8。

如图1所示，作为本发明优选的实施方案，第二集油区10与第一集油区4通过导油管11连通，外筒13上设有用于排出第一集油区4油液的排油管12。第二集油区10内的液体(分离的油)能够通过导油管11汇集至第一集油区4，至第一集油区4中的液体再通过排油管12排出。

如图2所示，作为本发明优选的实施方案，导油带3上端与挡板2连接的部位通过圆弧角过度连接。

参见图2，本发明的弧面粗分装置中具有一定弧度的挡板2能够对来流气体进行碰撞分离。气体入口1外筒体13下部中心伸入一定距离，确保进入的混合气体能全部碰撞到挡板2的内壁。一定弧度的挡板2能够保证碰撞分离出的液体沿着挡板内壁流到挡板底部(即挡板的外边缘)，导油带3上部两条边线为四分之一圆弧，导油带3的上部近似呈倒三角状，并且相邻的两个导油带3的顶部相互连接，即相邻两个导油带3上部的圆弧角之间过度连接在一起，使得相邻两个导油带之间形成半圆的空间(见图2)，该结构能够确保流到挡板底部的液体都能沿着导油带3流入第一集油区4，不会从挡板2底部滴落，同时气体从各导油带3之间的空间通过时不会携带分离出的油滴。

本发明的轴流式离心分离器中，弧面粗分装置能够使来流气体产生第一步碰撞分离，导油带3保证碰撞分离出的油流入第一集油区4，不被气流二次携带，旋流器使来流气体产生离心分离，导流器确保旋转的气流经过整流后进入滤芯8，滤芯8保证了排出油气分离器的气体的洁净度。经本发明这种组合型油气分离器分离出的油从筒体底部的排油管12排出分离器，洁净气体从滤芯8中央经气体出口9排出油气分离器。

以下对上述轴流式离心分离器的油气分离原理进行具体描述。

参见图1，油气混合物从气体入口1进入油气分离器，在弧面粗分装置处进行初步碰撞分离(第一步分离，粗分)。弧面粗分装置的存在，使气流向外围圆环形的离心分离区域15均匀扩散，从而充分利用筒体内部的空间，保证后续分离过程有效进行，对于后续环节分离效率的提高具有重要作用。其次，弧面粗分装置的十个导油带3能够及时导走碰撞分离出的大量油滴，油滴沿着导油带3流入第一集油区4，避免了传统分离器入口只有单一挡板时，分离出的油滴被高速气流重新携带进入油气混合物中产生二次夹带的问题。同时，竖直向上运动的气流碰撞到弧形的挡板2之后先转变为向下运动、随后又向上运动，气流的运动方向连续两次发生变化，也有利于初步分离效率的提高。

经过初步碰撞分离的混合气流沿离心分离区域15向上运动进入旋流器，气流从轴向运动转变为沿轴向的离心运动。旋流器、外筒内壁6和内筒外表面形成离心分离区域，经过离心分离区域分离出的油滴附着在外筒内壁6，并沿外筒内壁6向下运动至第一集液区4，最后从排油口12排出油气分离器。

气流经旋流器起旋进行离心分离(第二步分离)后，经离心分离出的油滴附着至外筒内壁，然后沿外筒内壁向下运动至第一集油区4；旋转的气流进入导流器，导流器的导流叶片7将离心分离区域15中的旋转气流整流为均匀的径向流动气流。减小了由于气流旋转着进入滤芯而产生的不可避免的压力损失，同时，经过整流的气流进入滤芯可提高滤芯分离效率，增加滤芯使用寿命。

经过导流器整流后的气流通过滤芯8外侧进入滤芯，进行第三步分离(即精分)，分离出混合气体中残存的雾状油滴。分离出的油滴通过滤芯8底部以及内筒14的内壁进入到第二集液区10，第二集液区10中的油液通过导油管11导流至外筒3底部的第一集油区4处，第一集油区4中的油液通过排油管12排出油气分离器。经滤芯8分离后的洁净气体从滤芯8中央经气体出口9排出油气分离器，至此完成了油气分离。

Claims (10)

1.一种轴流式离心油气分离器，其特征在于，包括外筒(13)、内筒(14)、弧面粗分装置、旋流器、导流器和滤芯(8)，外筒(13)的上下两端分别设有气体出口(9)和气体入口(1)，内筒(14)设置于外筒(13)内部并与外筒(13)同轴；弧面粗分装置包括弧形的挡板(2)和若干导油带(3)，弧形的挡板(2)顶部上凸并与内筒(14)的下端连接；导油带(3)沿挡板(2)的周向均匀分布，导油带(3)的上端与挡板(2)的外边缘连接，下端延伸至外筒(13)的下端；气体入口(1)贯穿外筒(13)的下端面，气体入口(1)外壁、外筒(13)下端面以及外筒(13)内壁之间形成第一集油区(4)，气体入口(1)的上端延伸至挡板(2)下部；挡板(2)与内筒(14)的内壁之间形成第二集油区(10)；旋流器设置于外筒(13)与内筒(14)之间形成的环形区域，旋流器处于内筒(14)的下端；滤芯(8)设置于内筒(14)的上端与外筒(13)上端面之间，气体出口(9)与滤芯(8)连接；导流器设置于滤芯(8)的外部，用于对旋流器生成的旋流进行整流。

2.根据权利要求1所述的一种轴流式离心油气分离器，其特征在于，导流器包括若干沿滤芯(8)周向均匀分布的导流叶片(7)，导流叶片(7)的数量与旋流器的旋流叶片(5)数量相同，导流叶片(7)的旋转方向与旋流叶片(5)的旋转方向相反。

3.根据权利要求2所述的一种轴流式离心油气分离器，其特征在于，导流叶片(7)外端部型线与外筒内壁(6)相切，导流叶片(7)根部型线与滤芯(8)外圆面垂直。

4.根据权利要求2所述的一种轴流式离心油气分离器，其特征在于，导流叶片(7)的宽度从下部到顶部逐渐增大，顶部外边缘与外筒内壁(6)贴合。

5.根据权利要求1所述的一种轴流式离心油气分离器，其特征在于，第二集油区(10)与第一集油区(4)通过导油管(11)连通，外筒(13)上设有用于排出第一集油区(4)油液的排油管(12)。

6.根据权利要求1所述的一种轴流式离心油气分离器，其特征在于，导油带(3)上端与挡板(2)连接的部位通过圆弧角过度连接。

7.根据权利要求1所述的一种轴流式离心油气分离器，其特征在于，气体出口(9)与滤芯(8)的中部连接。

8.一种油气分离方法，其特征在于，通过权利要求1所述的上述轴流式离心油气分离器进行，过程如下：

待进行油气分离的混合气体从气体入口(1)进入后与挡板(2)发生碰撞，进行碰撞分离，分离的油液沿导油带(3)流至第一集油区(4)；

经碰撞分离后的混合气体沿外筒(13)与内筒(14)之间形成的环形区域向上运动，并进入旋流器(5)进行离心分离；经离心分离分离出的油液附着在外筒内壁(6)，并沿内壁面向下运动至第一集油区(4)；

经离心分离后旋转的混合气体进入导流器，导流器将旋转的混合气体整流为径向流动的气流；

整流后的气流进入滤芯(8)，经滤芯(8)对混合气体分离后，气流通过气体出口(9)排出，分离后的油液通过滤芯(8)底部以及内筒(14)的内壁进入到第二集液区(10)。

9.根据权利要求8所述的一种油气分离方法，其特征在于，轴流式离心油气分离器的第二集油区(10)与第一集油区(4)通过导油管(11)连通，外筒(13)上设有用于排出第一集油区(4)油液的排油管(12)；

第二集液区(10)中的油液通过导油管(11)进入第一集油区(4)，第一集油区(4)中的油液经排油管(12)排出整个轴流式离心油气分离器。

10.根据权利要求8所述的一种油气分离方法，其特征在于，导油带(3)上端与挡板(2)连接的部位通过圆弧角过度连接；

经挡板(2)碰撞分离的油液沿挡板(2)的内壁面流至挡板(2)的外边缘，之后再通过圆弧角汇集到导油带(3)，接着通过导油带(3)流至第一集油区(4)。