CN116459562A - 用于将气体从液态流体中分离的装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种用于将气体从液态流体中分离的装置。分离装置包括：分离容器，限定有分离腔；分离管，设置于分离腔内，分离管的底部形成用于接收液态流体的入口段，分离管的顶部形成用于供液态流体流入分离腔的出口段；以及螺旋叶片，设置于分离管内，螺旋叶片与分离管的内壁共同限定形成螺旋通道，螺旋叶片的径向内距大于0，以在螺旋通道的径向内侧形成与螺旋通道连通的中心孔道，其中，进入分离管的液态流体在流经螺旋叶片时，能够在离心力的作用下沿螺旋通道向上流动至出口段，液态流体中的气体能够沿中心孔道进入出口段并向上运动至分离腔的上部，从而与液态流体分离。本申请实施例通过在分离管内设置螺旋叶片，加快了气液分离。

Description

用于将气体从液态流体中分离的装置

技术领域

本发明涉及气液分离技术领域，特别涉及一种用于将气体从液态流体中分离的装置。

背景技术

在工程应用中，一些设备内部运行高速液流。高速液流内部通常会弥散夹带着大量微米级的气泡，设备在经过短时或长时间运行后容易造成性能降低甚至损坏。

相关技术中，已存在气液分离装置。目前这些气液分离装置在分离气相中的液相时效果较为显著。而对于高速液流中的气泡，由于受到重力、浮升力、粘性力的影响，气泡(特别是微米级气泡)很容易就被高速流动的粘性流体直接带走，而无法有效分离。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供了一种用于将气体从液态流体中分离的装置，能够用于将气体从液态流体中有效分离出来。

本申请实施例提供的用于将气体从液态流体中分离的装置，包括：分离容器，限定有分离腔；分离管，设置于分离腔内，分离管的底部形成用于接收液态流体的入口段，分离管的顶部形成用于供液态流体流入分离腔的出口段；以及螺旋叶片，设置于分离管内，螺旋叶片与分离管的内壁共同限定形成螺旋通道，螺旋叶片的径向内距大于0，以在螺旋通道的径向内侧形成与螺旋通道连通的中心孔道，其中，进入分离管的液态流体在流经螺旋叶片时，能够在离心力的作用下沿螺旋通道向上流动至出口段，液态流体中的气体能够沿中心孔道进入出口段并向上运动至分离腔的上部，从而与液态流体分离。

在本申请实施例中，通过在分离管内设置径向内距大于0的螺旋叶片，流体在分离管内流动时产生的离心力能够使液态成分向螺旋通道的径向外侧分布，并通过出口段流入分离腔的下部；而流体中的微小气泡能够迅速在螺旋叶片的中心孔道聚集形成大气泡和气柱，进入分离腔的上部，加快了气液分离。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明一个实施例的用于将气体从液态流体中分离的装置的示意性透视图；

图2是图1所示的装置在省略分离容器后的放大示意图；

图3是根据本申请一个实施例的螺旋叶片的局部放大图；

图4是螺旋叶片和分离管形成螺旋通道和中心孔道的示意性图；

图5是螺旋叶片与连接杆的连接示意图；

图6是图5所示螺旋叶片与连接杆的局部放大图；

图7是根据本申请一个实施例的溢流段的示意性剖面图；

图8是根据本申请一个实施例的出口段的示意性剖面图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明：

10、分离容器；101、分离腔；11、检修人孔；12、出液通道；13、观察窗；

20、分离管；201、连接法兰；21、主体段；22、入口段；23、溢流段；231、溢流孔；24、出口段；241、连接段；242、扩散段；243、环形端面；2431、斜面；

30、进液管；301、连接法兰；

41、螺旋叶片；411、缺口；42、连接杆；

51、螺旋通道；52、中心孔道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

在本发明实施例的描述中“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在相关技术中，通常利用旋转轴带动流体转动，从而利用液体和气体之间受到的离心力的差异，将液体和气体分离。但在这样的相关技术中，一方面存在旋转轴容易损坏的问题；另一方面，旋转轴在转动时会产生震动，容易将液体中的小气泡搅动形成更微小的气泡，而微小气泡受到液体的粘性力的影响更大，更难以与液体有效分离。

针对相关技术中的上述技术问题，本申请实施例提供了一种用于将气体从液态流体中分离的装置(以下简称为分离装置)。

参见图1至图4，本发明实施例的分离装置包括：分离容器10，分离管20以及螺旋叶片41。分离容器10限定有分离腔101。分离管20设置于分离腔101内。分离管20的底部形成用于接收液态流体的入口段22，分离管20的顶部形成用于供液态流体流入分离腔101的出口段24。

螺旋叶片41设置于分离管20内，螺旋叶片41与分离管20的内壁共同限定形成螺旋通道51，螺旋叶片41的径向内距(即图3中的D2)大于0，以在螺旋通道51的径向内侧形成与螺旋通道51连通的中心孔道52。本申请实施例中，中心孔道52由螺旋叶片41的内周缘限定形成，而不是由除螺旋叶片41以外的其他结构限定形成。

其中，进入分离管20的液态流体在流经螺旋叶片41时，能够在离心力的作用下沿螺旋通道51向上流动至出口段24，液态流体中的气体能够沿中心孔道52进入出口段24并向上运动至分离腔101的上部，从而与液态流体分离。

本申请实施例无需设置旋转轴，分离装置成本低，不易损坏。

在本申请实施例中，通过在分离管20内设置径向内距大于0的螺旋叶片41，流体在分离管20内流动时产生的离心力能够使液态成分向螺旋通道51的径向外侧分布，并通过出口段24流入分离腔101的下部；而流体中的微小气泡能够迅速在螺旋叶片41的中心孔道52聚集形成大气泡和气柱，进入分离腔101的上部，加快了气液分离。

容易理解，高速流体和微小气泡这两个因素并存时对应分离难度最大的情况。当液态流体为高速流体(例如流体的流速大于3m/s)时，且气泡为微米级尺寸的微小气泡时，由于受到重力、浮升力以及粘性力的影响，微米级的气泡很容易就被高速流动的粘性流体直接带走，而无法有效分离。本申请实施例的分离装置由于在螺旋叶片41的中心形成中心孔道52，有利于微米级的小气泡在螺旋叶片41的中心孔道52聚集形成大气泡和气柱，从而使微米级小气泡能够与高速流体有效分离。由此可见，本申请实施例的分离装置能够解决高流速循环系统中夹带的微米级小气泡无法去除的问题。

在相关技术中，螺旋叶片41设置在环形空间内，螺旋叶片41的径向内周缘和径向外周缘分别与环形空间的内壁和外壁焊接形成螺旋通道51，在这样的螺旋通道51中，由于不存在由螺旋叶片41的径向内周缘限定形成的中心孔道52，不利于气体在轴向上聚集并沿轴向向上运动，从而气液分离效果有限。本申请实施例中，由于螺旋叶片41径向内距大于0，不但在螺旋通道51径向内侧形成中心孔道52，而且相当于螺旋通道51和中心孔道52处处连通，从而便于气体在中心孔道52处汇聚并上升，进而与液体相分离。

在一些实施例中，螺旋叶片41的径向内距D2可以为其径向外距D1的1/6至1/4，以有利于液态流体与气体分离。

在本申请实施例中，液态流体与气体在分离腔101内完成分离。分离腔101的顶部内壁与分离管20的出口段24之间存在用于存储气体的空间。经螺旋叶片41分离后，微小气泡已聚集成较大尺寸气团，在出口段24进入分离腔101内的气团能够进入分离腔101中而不会再次与流体混合。气体进入分离腔101中后，可以先暂存于分离腔101内，或者也可以通过分离容器10顶部设置的排气口排出分离腔101。由此可见，本申请实施例中的分离容器10能够用来储存分离的气体，并用来防止出口高速流体引起的夹带效应。

分离容器10可以设置观察窗13，用于观察液气分离效果。观察窗13可以面对出口段24设置。观察窗13采用可视化设计，用于观察经过螺旋叶片41分离聚集的气泡团排出液面。

分离容器10还可以设置检修人孔11，检修人孔11用来检查维修分离容器10内的内部结构，特别是螺旋叶片41，也可用于分离容器10内部结构的更换和清洁。

分离容器10的底部形成与分离腔101连通的出液通道12，以使分离后的液态流体流出分离腔101。

螺旋叶片41可以直接焊接在分离管20中。例如，螺旋叶片41的轴向两端的径向外周缘与分离管20焊接。

在螺旋叶片41圈数较少长度较短时可采用上述焊接方式固定在分离管20内。当螺旋叶片41圈数较多且长度较长时，分离装置还包括：至少一个连接杆42，沿平行于螺旋叶片41的轴线方向延伸。螺旋叶片41的径向外周缘与每个连接杆42连接，螺旋叶片41通过各连接杆42与分离管20的内壁连接。

例如，在图5所示的实施例中，螺旋叶片41先与两个连接杆42连接，两个连接杆42再连接到分离管20的内壁。两个连接杆42可以与螺旋叶片41呈180°对称焊接固定使螺旋叶片41保持较好的结构稳定性，再将两个连接杆42与分离管20内壁焊接。

参见图6，螺旋叶片41的径向外周缘形成至少一组沿螺旋叶片41的轴线方向重合的多个缺口411，每个连接杆42嵌入一组多个缺口411。也就是说，每圈螺旋叶片41形成至少一个缺口411，每个缺口411用于供一个连接杆42嵌入。每个连接杆42嵌入各圈对应的一组缺口411。

容易理解，当螺旋叶片41通过连接杆42与分离管20内壁焊接时，螺旋叶片41径向外周缘与分离管20内壁之间有间隙，由于连接杆42嵌入缺口411中，整个螺旋叶片41与分离管20安装后对分离效果基本不会有影响。

在一些实施例中，分离管20还包括：主体段21和溢流段23。主体段21内设置螺旋叶片41，入口段22形成在主体段21的下方。溢流段23形成在主体段21和出口段24之间。溢流段23的管壁上形成有至少一个溢流孔231，以使沿螺旋通道51流动的液态流体至少部分经由至少一个溢流孔231流入分离腔101。

在本申请实施例中，通过设置溢流孔231能够提前疏散经过离心分离的纯液体，以减少对来自中心孔道52聚集气体的干扰。由于液体有一部分预先从溢流孔231流出，有利于气泡更好地在中心聚集。

参见图7，溢流段23沿周向分布多组溢流孔231，每组溢流孔231包括多个沿轴向分布的多个溢流孔231。换言之，这些溢流孔231均匀地分布在溢流段23上。入口段22、主体段21和溢流段23可以为一体成型件。

出口段24还可包括：具有顶部开口的扩散段242。扩散段242位于溢流段23的上方，扩散段242的内径自下向上渐扩，沿溢流段23向上流动的液态流体经由扩散段242的顶部开口流入分离腔101。在本申请实施例中，扩散段242主要用来稳定分离后的液体和气体。具体地，扩散段242用来导流排出的聚集气体和剩余液体，起到稳定出口流场并阻止聚集气体下落的作用。

参见图8，出口段24还可包括：环形端面243，自扩散段242的顶部开口的周缘沿径向向外水平延伸。环形端面243用来进一步稳定流出的液体和气体，尽可能减小液面搅动，防止气泡再次进入液面随流体往下走。

环形端面243的环宽可以大于溢流段23的半径。

环形端面243的径向外周缘为向下倾斜的斜面2431，以利于液态流体稳定平缓向下流动。

出口段24还可包括：连接段241，与扩散段242的顶部开口相接，出口段24通过连接段241与溢流段23连接。具体地，连接段241设有连接法兰，溢流段23设有连接法兰，两个连接法兰之间通过紧固件可拆卸地连接。出口段24可以为一体形成件。

分离装置还包括：进液管30，自分离容器10的外部延伸进入分离腔101，进液管30与入口段22可拆卸地连接。具体地，进液管30设有连接法兰301，入口段22设有连接法兰201，两个连接法兰之间通过紧固件可拆卸地连接。

分离管20与进液管30之间、出口段24与溢流段23之间采取法兰连接方式，能够实现核心部件模块化设计，便于后期对螺旋叶片41和扩散段242进行拆检、维护和清洁。法兰式结构还可用于更换不同参数的分离管20和出口段24以满足不同使用工况需求。

本申请实施例通过设置具有螺旋叶片41的主体段21、溢流段23以及扩散段242，有利于使分离装置结构紧凑。

进液管30可通过支撑件支撑在分离容器10内。支撑件例如可以为多个沿径向延伸的支腿，支腿与分离容器10的内壁焊接，以保证分离管20的稳定。

本申请实施例的螺旋叶片41无主动旋转部件，螺旋分离过程中的离心作用受到流体流速、螺旋管结构尺寸、螺旋分离片的螺距H2、圈数、片宽以及溢流孔231结构尺寸等综合影响。可以依据液态流体流动工况相应调整螺旋叶片41尺寸和溢流孔231尺寸以达到预期效果。

如图3所示，除了最基本的螺旋叶片41设计，针对不同流速的流体，还可进一步通过设计螺旋叶片41的宽度、厚度H3、螺距、螺旋长度H1、溢流孔231大小和数量等，以达到更好地分离微小气泡的目的。

螺旋叶片41结构尺寸会直接影响螺旋分离过程中的液体和气体的运动速度和形态，进而影响液气分离以及气体聚集成团的效果。以7m/s流速、DN160管路主循环系统为例，螺旋叶片41中的参数选用螺距H2为100mm、圈数为20、径向外距D1为160mm，径向内距D2为40mm，总长度为H1，螺旋叶片41的宽度为60mm、溢流孔231的直径为20mm、溢流孔231的纵向间距为40mm、溢流孔231周向均布8个。在这样的实施例中，分离装置能够将液态流体中的微小气泡进行较好的分离。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于将气体从液态流体中分离的装置，包括：

分离容器，限定有分离腔；

分离管，设置于所述分离腔内，所述分离管的底部形成用于接收液态流体的入口段，所述分离管的顶部形成用于供所述液态流体流入所述分离腔的出口段；以及

螺旋叶片，设置于所述分离管内，所述螺旋叶片与所述分离管的内壁共同限定形成螺旋通道，所述螺旋叶片的径向内距大于0，以在所述螺旋通道的径向内侧形成与所述螺旋通道连通的中心孔道，

其中，进入所述分离管的液态流体在流经所述螺旋叶片时，能够在离心力的作用下沿所述螺旋通道向上流动至所述出口段，所述液态流体中的气体能够沿所述中心孔道进入所述出口段并向上运动至所述分离腔的上部，从而与所述液态流体分离。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：

至少一个连接杆，沿平行于所述螺旋叶片的轴线方向延伸，

所述螺旋叶片的径向外周缘与所述至少一个连接杆连接，所述螺旋叶片通过所述至少一个连接杆与所述分离管的内壁连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述螺旋叶片的径向外周缘形成至少一组沿所述螺旋叶片的轴线方向重合的多个缺口，每个所述连接杆嵌入一组所述多个缺口。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分离管还包括：主体段，所述主体段内设置所述螺旋叶片，所述入口段形成在所述主体段的下方；和

溢流段，所述溢流段形成在所述主体段和所述出口段之间；所述溢流段的管壁上形成有至少一个溢流孔，以使沿所述螺旋通道流动的液态流体至少部分经由所述至少一个溢流孔流入所述分离腔。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述至少一个溢流孔包括：沿周向分布的多组溢流孔，每组溢流孔包括多个沿轴向分布的多个溢流孔。

6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述出口段还包括：

具有顶部开口的扩散段，所述扩散段位于所述溢流段的上方，所述扩散段的内径自下向上渐扩，沿所述溢流段向上流动的液态流体经由所述扩散段的顶部开口流入所述分离腔。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述出口段还包括：

环形端面，自所述扩散段的顶部开口的周缘沿径向向外水平延伸。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述环形端面的径向外缘为向下倾斜的斜面。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括：

进液管，自所述分离容器的外部延伸进入所述分离腔，所述进液管与所述入口段可拆卸地连接。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分离容器的底部形成与所述分离腔连通的出液通道。