CN111852859A - 带有三爪转子的气液混合输送装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有三爪转子的气液混合输送装置，包括容积泵、换热器和文丘里管，换热器的包括进气口、出气口和凝液出口，进气口为介质入口，出气口连接容积泵进口，容积泵出口连接文丘里管进口，凝液出口连接文丘里管喉管。容积泵包括若干级压缩级，每级压缩级包括隔板、第一转子、第二转子、泵盖、进气管和出气管，两个转子在泵盖内相互啮合，每级压缩级的进出气口通过进气管和出气管构成串联或并联关系；串联时：压缩级级间与首级进口均设置换热器，末级压缩级出气管连接文丘里管进口；并联时：若干压缩级前分别设置换热器或共用一个换热器，若干压缩级出气汇总后连接文丘里管进口。

Description

带有三爪转子的气液混合输送装置

技术领域

本发明涉及气液输送装置领域，具体是一种带有三爪转子的气液混合输送装置。

背景技术

在很多化工处理工艺中，常常遇见气液混合物进行输送或者虽然原始介质为气相，但压力略微升高即析出液相，绝大部分介质的气液两相状态与压力、温度相关，例如水，常压下的水蒸气降温到100度以下时变为液态，从气体中分离，同样的，将150度水蒸气等温压缩，仍然可以迫使其转变为液态，所以，如果让工艺介质直接进入到容积泵内进行压缩，其中的可凝物可能会从气相中析出，除去效率较低的隔膜式容积泵能够同时处理两相外，像螺杆泵、齿轮泵、爪式泵均不方便处理带液体的介质，不仅做功性能降低，而且会损坏机器，而隔膜泵用于气液输送，不仅流量较低，而且出口压力波动度大。

现有技术中，要不就是将气体在进入输送泵前进行强冷，分离出凝结物排走，要不就是在工艺介质进入输送泵前加入阻聚剂、阻凝剂，这两种方法都会改变工艺介质的组分，在很多工艺流程中需要再进行后续处理来改回原始组分：第一种方法在后续步骤中将凝结物直接加压注入到高压测气体时，存在混合不均匀的问题；第二种方法不仅常常找不到合适的阻聚剂、阻凝剂，后续重新进行分离也是一件麻烦的事。

此外，在气体加压输送时，由于单级的升压不够，常常会使用多级压缩，现有技术的多级气体增压泵，处于紧凑或其它方面的原因考虑，其级间流道均位于泵内，对外只有首级进气口和末级排气口，这样的设计对于纯干燥气体来说只存在散热性的问题，因为多级压缩的压缩热需要散发，所以泵体常常会设置一些复杂的内部冷却水流道，防止机器升温过高影响内部的一些配合间隙，这些间隙对于泵做功来说都是至关重要的；对于含有可凝物介质的工况，这么多级气体增压泵都选择“硬抗”，很容易发生损坏，需求经常维护。气体输送泵的散热均是从外部条件上入手，都是考虑如何增强散热性能，都没有从发热源本体-工艺气体的压缩比、周期气量上考虑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有三爪转子的气液混合输送装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种带有三爪转子的气液混合输送装置，包括容积泵、换热器和文丘里管，换热器的包括进气口、出气口和凝液出口，进气口为介质入口，出气口连接容积泵进口，容积泵出口连接文丘里管进口，凝液出口连接文丘里管喉管。

本发明通过降温的方法将工艺气体中的可凝物先行冷凝下来，通过凝液出口通往文丘里管喉部，而干燥气体则通往容积泵进行压缩升压，升压后的气体从文丘里管主进气口进入，在喉部抽吸换热器排过来的冷凝液，混合在一起后排往高压区域。换热器对工艺介质的降温的幅度与容积泵的升压比相关，只要经降温的工艺介质在升压过后不出现液态物质，那么降温幅度就达到了，根据装置处理的介质不同，通过查找介质的气液平衡曲线图，计算出降温需求后，选择合适的冷却水温度与流量。经换热器冷凝下来的冷凝液是原先工艺介质的一部分，在装置末端通过文丘里管与气相混合到一起对外输出，达到不该变工艺组分的目的，而且文丘里管内喉部的混合是在高速流动下进行的，混合非常均匀。

进一步的，容积泵包括若干级压缩级，每级压缩级包括隔板、第一转子、第二转子、泵盖、进气管和出气管，隔板和泵盖之间使用紧固件串起锁紧，泵盖内设置相互啮合的第一转子和第二转子，每级压缩级的进出气口均通过进气管和出气管连接至泵外，每级压缩级构成串联或并联关系；

串联时：气液混合输送装置具有与容积泵压缩级串联级数相同数量的换热器，每级压缩级进气管与前级压缩级出气管之间均设置换热器，末级压缩级出气管连接文丘里管进口；

并联时：若干压缩级前分别设置换热器或共用一个换热器，若干压缩级出气汇总后连接文丘里管进口。

隔板、第一转子、第二转子、泵盖、进气管和出气管构成的压缩级，可以很多个串联在一台泵上，只要主轴的强度足够即可。

串联使用时，可以达到多级增压目的，而且，级与级之间均加入换热器，可以有效带走每一级压缩所产生的热量，防止上一级的气体由于过热影响下一级转子部件的做功能力，而且，换热器很难在首级就将介质内的可凝物质全部冷凝出来，因为此时的压力较低，需要很低的温度才能冷凝出在末级压缩时才析出的凝结物，所以分级冷却，不仅有效带走每一级的热量，而且还分别冷凝出不同压力点下的凝结物，降低首级换热器的性能需求。

各个压缩级并联连接，能够增加装置气体处理量。

进一步的，第一转子和第二转子为爪型转子，压缩级还包括进气盘和出气盘，进气盘和出气盘设置在泵盖端面上，进气盘的圆心位于第一转子轴线上，出气盘的圆心位于第二转子的轴线上，进气盘和出气盘背离转子的端面沿径向分别设有安装耳，泵盖背离转子的端面上设有与安装耳相对应的安装孔，安装孔数量多于安装耳，进气盘、出气盘各自与泵盖的圆柱接触面上设有密封圈；进气盘盘面上设置进气孔，进气孔一端朝向第一转子，进气孔另一端连接进气管，出气盘盘面上设置出气孔，出气孔一端朝向第二转子、出气孔另一端连接出气管。

转子所在的压缩腔对外的连接口分别是进气孔和出气孔，爪式泵的进排气流程原理在现有技术中已有详尽说明，本发明不再赘述，本发明中将进排气口设置到了一个圆盘上，尤其是进气孔设置到一个可绕第一转子轴线旋转的进气盘上，进气盘通过安装耳固定到泵盖端面上，泵盖端面上的安装孔有多个，安装耳可以根据需要选择合适角度位置的安装孔进行安装，安装耳就安装在不同角度上，进气盘进行旋转角度设定，可以改变进气孔相对于第一转子的位置，进气孔在不同的位置导致一个周期中进气量是不同的，当第一转子的爪尖刚要与扫至腔壁时，如果第一转子刚要覆盖住进气孔，那么这一进气盘角度下是吸气量最大的。改变单周期吸气量是出于散热考虑，虽然装置的各个压缩级串联使用时会在级与级之间设置换热器进行热量带走，但单个压缩级内的压缩热只能通过泵体自身进行散热，热量与单级压缩的压缩比和气体量相关，而压缩比是不方便改变的一个量，因为这是由装置的进出口压力值决定的，属于本装置所服务的工艺部分，工艺部分的参数优先级是最高的，不能更改，而装置内的单周期进气量进行控制的话能够改变单级的发热量，进气量越少，发热量越少，适合在周围环境恶劣，例如通风不畅等场合使用，单级气量上的缩减通过其他方式弥补，例如增设压缩级进行并联。

作为优化，第一转子和第二转子为三爪转子。三爪转子相比于两爪转子具有更好的进出气均匀性，排气气量、压力波动小，后续在文丘里管内进行抽吸冷凝液并排放时的波动度也跟着减小。当然，四爪、五爪具有更小的排气波动，但是爪数的增多，进气盘的气量更改范围会缩小，所以折中取爪数为三。

作为优化，换热器为列管式换热器，换热器竖直设置，气液混合输送装置所输送的工艺介质走换热器管程，进气口在下、出气口在上，凝液出口位于进气口侧。

竖直放置的列管式换热器，并且凝液出口在下，让气体上升过程中冷凝下来的液体流到下方，从而保证从上方出口出去的气体为干燥的。

作为优化，凝液出口至文丘里管喉管的连接管路上设有气相截止阀，气相截止阀包括一段管体、阀球、阀垫和挡网，管体两端分别为气相截止阀的进口和出口，进口口径大于出口口径，管体管径变化段的内表面设置环状阀垫，管体内部在进口侧设置挡网，挡网和阀垫装有阀球，阀球外径大于出口口径、小于进口口径；出口连接文丘里管喉管，进口连接凝液出口，出口朝下、进口在上。

液体从上往下流进气相截止阀，阀球为空心的，密度大大小于液体，受到浮力上浮，打开往下的流动通道，凝液从而能够经过，当换热器中的凝液被抽吸干净了，气相往下到达阀球处，气体浮力不够托起阀球，阀球掉落下来与阀垫接触，从而对气相进行截止。

设置气相截止阀的目的在于让装置的总效率较高，因为气体输送时，爪式泵的做功效率相对于文丘里管（等同于一个射流泵）来说是较高的，如果在凝液出口到文丘里管喉部的路径上不设置截止阀，那么在换热器凝液被抽吸干净后会继续抽吸换热器 的气相进气，一部分工艺气体从文丘里管被鼓送走，文丘里管对这部分气体的增压能量是来自文丘里管主进口的，而主进口气体的能量是容积泵传递给它的，所以，装置的直接做功部件是容积泵，工艺介质的气相都从容积泵内被加压，这样的做功效率是要高于一部分气体从文丘里管被抽送的，可凝物的液相从文丘里管被抽送是出于保护容积泵的目的，尽管抽送的效率较低。

作为优化，第一转子和第二转子的基圆半径相异。转子除去爪尖、爪底啮合接触，其基圆也会在一定角度进行接触，而基圆半径相异使得在接触处两者的线速度不同，从而对基圆接触面上的一些粘附物具有一定的刮除作用。

作为优化，进气孔通过卡套转接头连接进气管，出气孔也通过卡套转接头连接出气管。卡套接头连接方便。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在容积泵上串联使用的若干个压缩级之间以及首级进口前设置换热器，让工艺气体先将组分中在本次压缩中可能凝聚的组分先行分离出来，容积泵只处理干燥气体，达到保护容积泵的目的，换热器中凝结的物质在后续被抽吸进文丘里管中，与高压气体有效混合，经过本装置输送的工艺介质组分完全不变；多级换热器分别在不同压力点下分离可凝物，制冷需求较低；分级的换热器还分别带走气体在容积泵中每级压缩的热量，配合容积泵内进气盘对单周期进气量的调整，有效控制压缩热，保持机器高效稳定运作；气相截止阀使得只有换热器内积聚下来的冷凝物才到达文丘里管的喉部，而气相都从容积泵路径前进，增加装置整体的做功效率；三爪式转子，出气的压力波动度小。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明串联使用时的工艺流程图；

图2为本发明容积泵的外形示意图；

图3为本发明单级压缩级的爆炸示意图；

图4为本发明泵盖、进气盘、出气盘的正视图；

图5为本发明第一转子、第二转子的吸气示意图一；

图6为本发明第一转子、第二转子的吸气示意图一；

图7为本发明换热器的结构示意图；

图8为本发明气相截止阀的结构图。

图中：1-隔板、21-第一转子、22-第二转子、3-泵盖、41-进气盘、411-进气孔、42-出气盘、421-出气孔、43-密封圈、44-安装耳、45-卡套转接头、51-进气管、52-出气管、6-换热器、61-进气口、62-出气口、63-凝液出口、7-气相截止阀、71-进口、72-出口、73-阀球、74-阀垫、75-挡网、8-文丘里管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、7所示，一种带有三爪转子的气液混合输送装置，包括容积泵、换热器6和文丘里管8，换热器6的包括进气口61、出气口62和凝液出口63，进气口61为介质入口，出气口62连接容积泵进口，容积泵出口连接文丘里管8进口，凝液出口63连接文丘里管8喉管。

本发明通过降温的方法将工艺气体中的可凝物先行冷凝下来，通过凝液出口63通往文丘里管8喉部，而干燥气体则通往容积泵进行压缩升压，升压后的气体从文丘里管8主进气口进入，在喉部抽吸换热器6排过来的冷凝液，混合在一起后排往高压区域。换热器6对工艺介质的降温的幅度与容积泵的升压比相关，只要经降温的工艺介质在升压过后不出现液态物质，那么降温幅度就达到了，根据装置处理的介质不同，通过查找介质的气液平衡曲线图，计算出降温需求后，选择合适的冷却水温度与流量。经换热器6冷凝下来的冷凝液是原先工艺介质的一部分，在装置末端通过文丘里管8与气相混合到一起对外输出，达到不该变工艺组分的目的，而且文丘里管8内喉部的混合是在高速流动下进行的，混合非常均匀。

如图2、3所示，容积泵包括若干级压缩级，每级压缩级包括隔板1、第一转子21、第二转子22、泵盖3、进气管51和出气管52，隔板1和泵盖3之间使用紧固件串起锁紧，泵盖3内设置相互啮合的第一转子21和第二转子22，每级压缩级的进出气口均通过进气管51和出气管52连接至泵外，每级压缩级构成串联或并联关系；图1为串联状态的流程图，

串联时：气液混合输送装置具有与容积泵压缩级串联级数相同数量的换热器6，每级压缩级进气管51与前级压缩级出气管52之间均设置换热器6，末级压缩级出气管52连接文丘里管8进口；

并联时：若干压缩级前分别设置换热器6或共用一个换热器6，若干压缩级出气汇总后连接文丘里管8进口。

隔板1、第一转子21、第二转子22、泵盖3、进气管51和出气管52构成的压缩级，可以很多个串联在一台泵上，只要主轴的强度足够即可。

串联使用时，可以达到多级增压目的，而且，级与级之间均加入换热器，可以有效带走每一级压缩所产生的热量，防止上一级的气体由于过热影响下一级转子部件的做功能力，而且，换热器6很难在首级就将介质内的可凝物质全部冷凝出来，因为此时的压力较低，需要很低的温度才能冷凝出在末级压缩时才析出的凝结物，所以分级冷却，不仅有效带走每一级的热量，而且还分别冷凝出不同压力点下的凝结物，降低首级换热器6的性能需求。

各个压缩级并联连接，能够增加装置气体处理量。

如图3~6所示，第一转子41和第二转子42为爪型转子，压缩级还包括进气盘41和出气盘42，进气盘41和出气盘42设置在泵盖3端面上，进气盘41的圆心位于第一转子41轴线上，出气盘42的圆心位于第二转子42的轴线上，进气盘41和出气盘42背离转子的端面沿径向分别设有安装耳44，泵盖3背离转子的端面上设有与安装耳44相对应的安装孔，安装孔数量多于安装耳44，进气盘41、出气盘42各自与泵盖3的圆柱接触面上设有密封圈43；进气盘41盘面上设置进气孔411，进气孔411一端朝向第一转子41，进气孔411另一端连接进气管51，出气盘42盘面上设置出气孔421，出气孔421一端朝向第二转子22、出气孔421另一端连接出气管52。

转子所在的压缩腔对外的连接口分别是进气孔411和出气孔421，爪式泵的进排气流程原理在现有技术中已有详尽说明，本发明不再赘述，本发明中将进排气口设置到了一个圆盘上，尤其是进气孔411设置到一个可绕第一转子21轴线旋转的进气盘41上，进气盘41通过安装耳44固定到泵盖3端面上，泵盖3端面上的安装孔有多个，安装耳44可以根据需要选择合适角度位置的安装孔进行安装，如图5、6所示，安装耳44就安装在不同角度上，进气盘41进行旋转角度设定，可以改变进气孔411相对于第一转子21的位置，如图5、6所示，进气孔411在不同的位置导致一个周期中进气量是不同的，当第一转子21的爪尖刚要与扫至腔壁时（图6中箭头所指），如果第一转子21刚要覆盖住进气孔411，那么这一进气盘41角度下是吸气量最大的，而像图5中进气盘41另一个角度下，吸气量是较小的。改变单周期吸气量是出于散热考虑，虽然装置的各个压缩级串联使用时会在级与级之间设置换热器6进行热量带走，但单个压缩级内的压缩热只能通过泵体自身进行散热，热量与单级压缩的压缩比和气体量相关，而压缩比是不方便改变的一个量，因为这是由装置的进出口压力值决定的，属于本装置所服务的工艺部分，工艺部分的参数优先级是最高的，不能更改，而装置内的单周期进气量进行控制的话能够改变单级的发热量，进气量越少，发热量越少，适合在周围环境恶劣，例如通风不畅等场合使用，单级气量上的缩减通过其他方式弥补，例如增设压缩级进行并联。

如图5、6所示，第一转子41和第二转子42为三爪转子。三爪转子相比于两爪转子具有更好的进出气均匀性，排气气量、压力波动小，后续在文丘里管8内进行抽吸冷凝液并排放时的波动度也跟着减小。当然，四爪、五爪具有更小的排气波动，但是爪数的增多，进气盘41的气量更改范围会缩小，所以折中取爪数为三。

如图1、7所示，换热器6为列管式换热器，换热器6竖直设置，气液混合输送装置所输送的工艺介质走换热器6管程，进气口61在下、出气口62在上，凝液出口63位于进气口61侧。

竖直放置的列管式换热器6，并且凝液出口63在下，让气体上升过程中冷凝下来的液体流到下方，从而保证从上方出口出去的气体为干燥的。

如图1、8所示，凝液出口63至文丘里管8喉管的连接管路上设有气相截止阀7，气相截止阀7包括一段管体、阀球73、阀垫74和挡网75，管体两端分别为气相截止阀7的进口71和出口72，进口71口径大于出口72口径，管体管径变化段的内表面设置环状阀垫74，管体内部在进口71侧设置挡网75，挡网75和阀垫74装有阀球73，阀球73外径大于出口72口径、小于进口71口径；出口72连接文丘里管8喉管，进口71连接凝液出口63，出口72朝下、进口71在上。

液体从上往下流进气相截止阀7，阀球73为空心的，密度大大小于液体，受到浮力上浮，打开往下的流动通道，凝液从而能够经过，当换热器6中的凝液被抽吸干净了，气相往下到达阀球73处，气体浮力不够托起阀球73，阀球73掉落下来与阀垫74接触，从而对气相进行截止。

设置气相截止阀7的目的在于让装置的总效率较高，因为气体输送时，爪式泵的做功效率相对于文丘里管8（等同于一个射流泵）来说是较高的，如果在凝液出口63到文丘里管8喉部的路径上不设置截止阀，那么在换热器6凝液被抽吸干净后会继续抽吸换热器6 的气相进气，一部分工艺气体从文丘里管8被鼓送走，文丘里管8对这部分气体的增压能量是来自文丘里管8主进口的，而主进口气体的能量是容积泵传递给它的，所以，装置的直接做功部件是容积泵，工艺介质的气相都从容积泵内被加压，这样的做功效率是要高于一部分气体从文丘里管8被抽送的，可凝物的液相从文丘里管8被抽送是出于保护容积泵的目的，尽管抽送的效率较低。

如图5、6所示，第一转子41和第二转子42的基圆半径相异。转子除去爪尖、爪底啮合接触，其基圆也会在一定角度进行接触，而基圆半径相异使得在接触处两者的线速度不同，从而对基圆接触面上的一些粘附物具有一定的刮除作用。

如图3所示，进气孔411通过卡套转接头45连接进气管51，出气孔421也通过卡套转接头45连接出气管52。卡套接头连接方便。

本装置的主要工作原理是：容积泵各个压缩级串联使用时：工艺介质从首级换热器6的进气口61进入装置，冷凝后的干燥气体进入首级压缩级，首级压缩级的出气管52接下一级的换热器6的进气口61，如此进行多级串联，末级的出气管52连接至文丘里管8，压力气体通过文丘里管8时，在喉部产生低压抽吸各个换热器6从凝液出口63排出的工艺介质的液相，混合成原始组分后输送给后续工艺点。容积泵各个压缩级并联使用增加装置气体处理量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (1)

1.一种带有三爪转子的气液混合输送装置，其特征在于：所述气液混合输送装置包括容积泵、换热器（6）和文丘里管（8），所述换热器（6）的包括进气口（61）、出气口（62）和凝液出口（63），所述进气口（61）为介质入口，出气口（62）连接容积泵进口，容积泵出口连接文丘里管（8）进口，所述凝液出口（63）连接文丘里管（8）喉管；

所述容积泵包括若干压缩级，每级压缩级包括隔板（1）、第一转子（21）、第二转子（22）、泵盖（3）、进气管（51）和出气管（52），所述隔板（1）和泵盖（3）之间使用紧固件串起锁紧，泵盖（3）内设置相互啮合的第一转子（21）和第二转子（22），每级压缩级的进出气口均通过进气管（51）和出气管（52）连接至泵外，每级压缩级构成串联或并联关系；

串联时：气液混合输送装置具有与容积泵压缩级串联级数相同数量的换热器（6），每级压缩级进气管（51）与前级压缩级出气管（52）之间均设置换热器（6），末级压缩级出气管（52）连接文丘里管（8）进口；

并联时：若干压缩级前分别设置换热器（6）或共用一个换热器（6），若干压缩级出气汇总后连接文丘里管（8）进口；

所述第一转子（41）和第二转子（42）为爪型转子，所述压缩级还包括进气盘（41）和出气盘（42），所述进气盘（41）和出气盘（42）设置在泵盖（3）端面上，进气盘（41）的圆心位于第一转子（41）轴线上，出气盘（42）的圆心位于第二转子（42）的轴线上，所述进气盘（41）和出气盘（42）背离转子的端面沿径向分别设有安装耳（44），所述泵盖（3）背离转子的端面上设有与安装耳（44）相对应的安装孔，安装孔数量多于安装耳（44），所述进气盘（41）、出气盘（42）各自与泵盖（3）的圆柱接触面上设有密封圈（43）；所述进气盘（41）盘面上设置进气孔（411），所述进气孔（411）一端朝向第一转子（41），进气孔（411）另一端连接进气管（51），所述出气盘（42）盘面上设置出气孔（421），所述出气孔（421）一端朝向第二转子（22）、出气孔（421）另一端连接出气管（52）；

所述换热器（6）为列管式换热器，换热器（6）竖直设置，气液混合输送装置所输送的工艺介质走换热器（6）管程，所述进气口（61）在下、出气口（62）在上，所述凝液出口（63）位于进气口（61）侧；

所述凝液出口（63）至文丘里管（8）喉管的连接管路上设有气相截止阀（7），所述气相截止阀（7）包括一段管体、阀球（73）、阀垫（74）和挡网（75），所述管体两端分别为气相截止阀（7）的进口（71）和出口（72），所述进口（71）口径大于出口（72）口径，管体管径变化段的内表面设置环状阀垫（74），管体内部在进口（71）侧设置挡网（75），所述挡网（75）和阀垫（74）装有阀球（73），所述阀球（73）外径大于出口（72）口径、小于进口（71）口径；所述出口（72）连接文丘里管（8）喉管，所述进口（71）连接凝液出口（63），所述出口（72）朝下、进口（71）在上。

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