RU2477646C1

RU2477646C1 - Centrifugal separator

Info

Publication number: RU2477646C1
Application number: RU2011141557/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Демихов
Original assignee: Сергей Викторович Демихов
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2013-03-20

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to centrifugal separator for cleaning gas flows of liquid and solid dispersed particles. Separator comprises cylindrical housing with axial gas flow feed and discharge tubes separate impurity discharge assembly, gas flow swirler and coaxial central perforated tube. Note here that, at least, one separation-coagulation element made from expanded steel sheet strip is coiled along perforated tube outer surface. Gas flow swirler is arranged in gas flow feed tube. Separated impurity discharge assembly is arranged on side surface of cylindrical housing while central perforated tube is made from expanded steel sheet.

EFFECT: higher efficiency, simplified design, reduced drag.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам очистки газовых потоков от капельной жидкости.The invention relates to a device for cleaning gas streams from a droplet liquid.

В настоящее время известно множество устройств для очистки потоков в поле центробежных сил.Currently, there are many devices for cleaning flows in the field of centrifugal forces.

Так, из описания к авторскому свидетельству СССР №1042778 (опубликовано 23.09.1983) известен сепаратор для отделения жидких частиц от потока газа, который содержит цилиндрический корпус с осевыми отверстиями для входа и выхода газа, завихритель, размещенный во входном отверстии, распорный перфорированный цилиндр, закрепленный по оси корпуса, коаксиально установленную внутри распорного перфорированного цилиндра на подшипниках перфорированную трубу с силовой турбиной, при этом с целью интенсификации процесса сепарации из-за более полного использования динамического давления потока газа и понижения его статического давления в зоне сепарации, он снабжен отсасывающей турбиной, установленной в выходном конце перфорированной трубы, а силовая турбина установлена во входном конце. Выход отсепарированной жидкости осуществляется через отверстия в боковой стенке корпуса.So, from the description of the USSR author's certificate No. 1042778 (published on 09/23/1983), a separator is known for separating liquid particles from a gas stream, which contains a cylindrical body with axial holes for gas inlet and outlet, a swirl placed in the inlet, an expansion perforated cylinder, fixed along the axis of the casing, coaxially mounted inside the expansion perforated cylinder on bearings, a perforated pipe with a power turbine, while in order to intensify the separation process due to a more complete use zovaniya dynamic pressure gas stream and lowering its static pressure in the separation zone, is provided with a suction turbine mounted in the outlet end of the perforated pipe, and the power turbine is mounted in the inlet end. Separated liquid is released through openings in the side wall of the housing.

Кроме этого известен сепаратор, который содержит корпус с укрепленной внутри него с возможностью вращения перфорированной трубой, при этом внутри концевого участка перфорированной трубы установлено отбойной устройство. Узел слива выполнен в боковой поверхности корпуса в виде патрубка (а.с. СССР №427740, опубликовано 15.05.1974).In addition, a separator is known, which comprises a housing with a perforated pipe that is mounted inside it and can be rotated, while a breaker device is installed inside the end section of the perforated pipe. The drainage unit is made in the side surface of the housing in the form of a nozzle (AS USSR No. 427740, published 05/15/1974).

Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является центробежный сепаратор, выполненный в виде цилиндрического корпуса, в котором коаксиально расположена перфорированная труба с завихрителем потока, установленным на ее входе. Корпус с обоих концов закрыт крышками и содержит узел вывода отделенной жидкости. При этом в центральной перфорированной трубе установлен конусный вытеснитель, между центральной трубой и конусным вытеснителем по всей его длине расположены лопатки ступени сепарации, а между центральной трубой и корпусом на том же уровне расположены лопатки гидрозатвора (патент РФ №2363520, опубликован 10.08.2009).The closest analogue to the patented solution is a centrifugal separator made in the form of a cylindrical body, in which a perforated pipe with a flow swirl installed at its inlet is coaxially located. The housing at both ends is closed by covers and contains a unit for outputting the separated liquid. At the same time, a conical displacer is installed in the central perforated pipe, between the central pipe and the conical displacer along the entire length there are blades of the separation stage, and between the central pipe and the casing there are hydraulic shutter blades at the same level (RF patent No. 2363520, published on 08/10/2009).

Недостатками аналога являются сложность конструкции, высокая металлоемкость за счет наличия выпрямителя потока газа, лопаток гидрозатвора, лопаток ступени сепарации, повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное тем, что конусный вытеснитель зауживает проходное сечение. Кроме этого, при горизонтальном расположении сепаратора лопатки ступени сепарации (расположенные выше горизонтальной осевой линии) играют отрицательную роль, т.к. капли жидкости, осевшие на их поверхности, укрупняются и стекают вниз, обратно в поток газа. Также существенным недостатком данной конструкции является невозможность работы с загрязненными газами и жидкостями, т.к. их наличие в потоке приведет к забиванию каналов сепарационной ступени, а сложность устройства сепаратора не позволяет произвести его очистку.The disadvantages of the analogue are the design complexity, high metal consumption due to the presence of a gas flow rectifier, hydraulic lock blades, separation stage blades, increased hydraulic resistance, due to the fact that the cone displacer narrows the passage section. In addition, with the horizontal position of the separator, the blades of the separation stage (located above the horizontal center line) play a negative role, because the liquid droplets deposited on their surface become larger and flow down, back into the gas stream. Another significant drawback of this design is the inability to work with contaminated gases and liquids, as their presence in the stream will lead to clogging of the channels of the separation stage, and the complexity of the separator device does not allow it to be cleaned.

Техническим результатом патентуемого решения является обеспечение эффективной работы в широком диапазоне производительностей (по газу), упрощение конструкции, снижение материалоемкости, снижение гидравлического сопротивления, возможность работы с загрязненными жидкостями, возможность промывки сепаратора (с помощью форсунок) от загрязнений и отложений частиц без остановки рабочего процесса и разборки корпуса, возможность различного расположения корпуса в пространстве (горизонтальное, вертикальное, под углом к горизонту), небольшие габаритные размеры, возможность монтажа непосредственно на трубопроводе (с помощью сварки или фланцевого соединения).The technical result of the patented solution is to ensure efficient operation in a wide range of capacities (gas), simplifying the design, reducing material consumption, reducing hydraulic resistance, the ability to work with contaminated liquids, the ability to wash the separator (using nozzles) from contaminants and deposits of particles without stopping the work process and disassembly of the housing, the possibility of a different arrangement of the housing in space (horizontal, vertical, at an angle to the horizon), small overall dimensions, the possibility of mounting directly on the pipeline (by welding or flange connection).

Заявленный результат достигается за счет использования для очистки газового потока от капельной жидкости центробежного сепаратора, содержащего цилиндрический корпус с осевыми патрубками для ввода и вывода газового потока, узел вывода отделенных примесей, завихритель газового потока и соосно расположенную относительно корпуса центральную перфорированную трубу, при этом с внешней поверхности центральной трубы спирально размещен, по меньшей мере, один сепарационно-коагулирующий элемент, выполненный из полосы мелкоячеистого просечно-вытяжного листа, завихритель потока газа расположен в патрубке для ввода газового потока, узел вывода отделенных примесей расположен на боковой поверхности цилиндрического корпуса, непосредственно у торца со стороны выхода газа, а центральная труба выполнена из мелкоячеистого просечно-вытяжного листа. Узел вывода представляет собой патрубок, расположенный на боковой поверхности корпуса непосредственно у торца со стороны выхода газового потока, что позволит беспрепятственно отводить жидкость из устройства как при горизонтальной, так и при вертикальной его установке.The claimed result is achieved through the use of a centrifugal separator for cleaning the gas stream from a dropping liquid, containing a cylindrical body with axial nozzles for introducing and discharging the gas stream, a unit for removing separated impurities, a gas flow swirl, and a central perforated pipe coaxially located relative to the body, with an external at least one separation-coagulating element made of a strip of fine-mesh expanded metal is spirally placed on the surface of the central pipe the exhaust sheet, the gas flow swirl is located in the nozzle for introducing the gas flow, the output unit of the separated impurities is located on the side surface of the cylindrical body, directly at the end from the gas outlet side, and the central pipe is made of a fine-mesh expanded metal. The output node is a nozzle located on the side surface of the housing directly at the end from the outlet side of the gas stream, which will allow unhindered discharge of fluid from the device both when it is installed horizontally and vertically.

Кроме этого, на торцевой поверхности корпуса со стороны патрубка для ввода газового потока может быть размещена, по меньшей мере, одна форсунка для промывки центральной перфорированной трубы и сепарационно-коагулирующего элемента от загрязнений или впрыска жидкости для увлажнения газа, содержащего сухие твердые примеси.In addition, at least one nozzle for flushing the central perforated pipe and separation-coagulating element from contaminants or injecting a liquid to moisten a gas containing dry solid impurities can be placed on the end surface of the housing from the side of the nozzle for introducing a gas stream.

Форсунку желательно располагать под углом наклона 5÷30° относительно оси сепаратора. Также возможно расположение форсунок по окружности с равным шагом между их осями, что позволит осуществить охват факелом распыла всех внутренних элементов.It is advisable to position the nozzle at an inclination angle of 5–30 ° relative to the axis of the separator. It is also possible to arrange the nozzles around the circumference with an equal pitch between their axes, which will allow for spray coverage of all internal elements.

Далее изобретение поясняется ссылками на фигуры.The invention is further explained with reference to the figures.

На фигуре 1 приведен общий вид сепаратора (разрез).The figure 1 shows a General view of the separator (section).

На фигуре 2 - вид с торца со стороны входа газа.Figure 2 is an end view from the gas inlet side.

На фигуре 3 - вид 3D сепаратора (сепарационно-коагулирующий элемент условно показан сплошным, корпус - прозрачным).Figure 3 is a view of a 3D separator (the separation-coagulating element is conventionally shown as solid, the body is transparent).

На фигуре 4 - вид 3D сепаратора с форсунками для промывки устройства от загрязнений (условно показано расположение сепарационно-коагулирующего элемента, корпус прозрачный).Figure 4 is a view of a 3D separator with nozzles for flushing the device from contamination (the location of the separation-coagulating element is conventionally shown, the case is transparent).

Сепаратор (фигура 1) содержит цилиндрический корпус (обечайку) 8 с осевыми патрубками ввода 1 и вывода 2 газового потока, узел вывода отделенных примесей 3, завихритель газового потока 4, расположенный в патрубке 1 ввода газового потока, расположенную соосно корпусу центральную трубу 5, выполненную из просечно-вытяжного листа. Вдоль внешней поверхности центральной трубы спирально размещен сепарационно-коагулирующий элемент 6, выполненный так же как и центральная труба, из просечно-вытяжного листа.The separator (figure 1) contains a cylindrical body (shell) 8 with axial nozzles of the input 1 and output 2 of the gas stream, the output unit of the separated impurities 3, the swirl of the gas stream 4, located in the pipe 1 of the input of the gas stream located centrally to the body of the central pipe 5, made from expanded metal sheet. A separation-coagulating element 6, made in the same way as the central pipe, from an expanded metal sheet is spirally placed along the outer surface of the central pipe.

Также, как показано на фигуре 4, сепаратор может дополнительно содержать форсунки 7, а вместо одного сепарационно-коагулирующего элемента 6 может быть выполнено несколько (от 2-х и более), расположенных относительно оси устройства с равным шагом. Необходимое количество элементов определяется диаметром трубы и корпуса устройства, а также шагом спирали.Also, as shown in figure 4, the separator may additionally contain nozzles 7, and instead of one separation-coagulating element 6 can be performed several (from 2 or more) located relative to the axis of the device with equal pitch. The required number of elements is determined by the diameter of the pipe and the housing of the device, as well as by the pitch of the spiral.

Направление витков спирали сепарационно-коагулирующего элемента должно совпадать с направлением вращения газового потока.The direction of the spiral turns of the separation-coagulating element should coincide with the direction of rotation of the gas stream.

Сепарационно-коагулирующий элемент 6 представляет собой полосу из мелкоячеистого просечно-вытяжного листа (или сильно перфорированного листа, либо металлической сетки с мелкой ячейкой), скрученную в спираль, длиной, равной длине цилиндрического корпуса сепаратора, и высотой, равной расстоянию между внутренней боковой поверхностью корпуса и наружной поверхностью центральной трубы. Сепарация газа, содержащего жидкие или твердые примеси, происходит следующим образом.The separation and coagulating element 6 is a strip of a fine-mesh expanded metal sheet (or a strongly perforated sheet or a metal mesh with a small mesh), twisted into a spiral, with a length equal to the length of the cylindrical separator body and a height equal to the distance between the inner side surface of the housing and the outer surface of the central pipe. The separation of a gas containing liquid or solid impurities occurs as follows.

Патрубок вывода газового потока (поз.2, фиг.3) входит в корпус сепаратора на глубину L, равную 1÷1,5 диаметра центральной трубы, что позволит при вертикальном расположении устройства (вход газа осуществляется сверху) предотвратить стекание жидкости обратно в центральную трубу.The gas flow outlet pipe (pos. 2, Fig. 3) enters the separator body to a depth L equal to 1 ÷ 1.5 of the diameter of the central pipe, which will allow for a vertical arrangement of the device (gas inlet from above) to prevent liquid from flowing back into the central pipe .

Поток газа в патрубке ввода 1 закручивается завихрителем 4 и приобретает вращательное движение. Далее закрученный поток поступает в центральную трубу 5, в которой частицы под действием центробежных сил отбрасываются к стенке корпуса сепаратора и образуют пленку жидкости, стекающую вниз. Двигаясь в осевом направлении между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью центральной трубы, газ последовательно проходит через витки спирали сепарационно-коагулирующего элемента 6, на котором происходит укрупнение мелких частиц и отделение их от потока, которые также стекают вниз и выводятся через узел вывода отделенных примесей 3.The gas flow in the inlet pipe 1 is twisted by a swirl 4 and acquires a rotational motion. Next, the swirling flow enters the Central tube 5, in which particles under the action of centrifugal forces are discarded to the wall of the separator housing and form a liquid film flowing down. Moving in the axial direction between the inner surface of the casing and the outer surface of the central pipe, the gas sequentially passes through the coils of the separation-coagulating element 6, on which coarsening of small particles and their separation from the flow, which also flow down and are discharged through the output unit of the separated impurities 3 .

Наличие в конструкции спирального сепарационно-коагулирующего элемента 6 позволяет расширить диапазон работы устройства по производительности, т.к. он создает дополнительную (причем весьма значительную) поверхность массообмена. Также, он препятствует вторичному уносу отсепарированной жидкости.The presence in the design of a spiral separation-coagulating element 6 allows you to expand the range of the device in terms of productivity, because it creates an additional (and very significant) mass transfer surface. Also, it prevents the secondary entrainment of the separated liquid.

При относительно малых скоростях движения потока (~ от 0,1 м/с до 0,5 м/с) сепарация, главным образом, происходит именно на сепарационно-коагулирующем элементе 6. При росте скорости увеличивается закрутка потока, соответственно, возрастает центробежная сила и основной процесс сепарации происходит на внутренней стенке корпуса. С ростом скорости эффективность сепарации увеличивается и по предварительным результатам проведенных испытаний (для капельной жидкости) составляет 95÷99% в зависимости от размера капель.At relatively low flow velocities (~ from 0.1 m / s to 0.5 m / s), separation mainly occurs on the separation-coagulating element 6. With increasing speed, the flow swirl increases, and accordingly, the centrifugal force increases and The main separation process takes place on the inner wall of the housing. With increasing speed, the separation efficiency increases and according to preliminary results of the tests (for a droplet liquid) is 95 ÷ 99% depending on the size of the droplets.

Применение в конструкции элементов сепаратора мелкоячеистого просечно-вытяжного листа специального профиля обусловлено тем, что такой лист имеет высокоразвитую поверхность наряду с низким сопротивлением движению газа сквозь него.The use in the design of separator elements of a fine-mesh expanded metal sheet of a special profile is due to the fact that such a sheet has a highly developed surface along with low resistance to gas movement through it.

Предлагаемое устройство может работать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, что в сочетании с небольшими габаритами позволяет размещать его на любом доступном участке технологической схемы.The proposed device can operate both in horizontal and vertical position, which, in combination with small dimensions, allows you to place it on any accessible section of the technological scheme.

Claims

1. A centrifugal separator comprising a cylindrical body with axial nozzles for introducing and discharging a gas stream, a unit for removing separated impurities, a gas flow swirler and a central pipe coaxially located relative to the body, characterized in that at least one separation is helically arranged along the outer surface of the central pipe - a coagulating element made of a strip of a fine-mesh expanded metal sheet, a gas flow swirl is located in a pipe for introducing a gas flow, the output unit is from ELENITE impurities located on the lateral surface of the cylindrical body directly at the end face on the outlet side of the gas flow, while the central pipe is made of fine-mesh expanded metal.

2. The centrifugal separator according to claim 1, characterized in that at least one nozzle is placed on the end surface of the housing from the side of the nozzle for introducing a gas stream.

3. The centrifugal separator according to claim 1, characterized in that the pipe for outputting the gas stream enters the separator body to a depth L equal to 1 ÷ 1.5 of the diameter of the central pipe.