RU61584U1

RU61584U1 - GAS SEPARATOR

Info

Publication number: RU61584U1
Application number: RU2006139403/22U
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Когтев; Рувим Михайлович Лапшин; Сергей Михайлович Неелов; Наталья Геннадьевна Пименкова; Сергей Михайлович Дмитриев; Вячеслав Михайлович Ряхин
Original assignee: Николай Викторович Когтев
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2007-03-10

Abstract

Решение относится к оборудованию для непрерывного разделения газовых смесей в поле центробежных сил и предназначено для очистки воздушной среды предприятий, связанных с атомной энергетикой и смежными отраслями промышленности от носителей и источников радиоактивных излучений. Предложено в газовом сепараторе, включающем корпус с полостью очищаемого газового потока, отсекатель, кольцевую камеру для сбора обогащенной смеси, штуцер для ее вывода, отсекатель выполнить в виде встроенной в стенку корпуса втулки, с образованием разрывов в стенке втулки, сообщающих полость очищаемого газового потока с кольцевой камерой, которая образована между втулкой и внутренней стенкой корпуса. Предложение позволяет повысить эффективность сепарации за счет создания дополнительных ступеней сепарации. 1 с.п. ф-лы, 3 илл.The solution relates to equipment for the continuous separation of gas mixtures in the field of centrifugal forces and is designed to clean the air of enterprises associated with nuclear energy and related industries from carriers and sources of radioactive radiation. It is proposed in a gas separator that includes a housing with a cavity for the gas stream being cleaned, a cutter, an annular chamber for collecting the enriched mixture, a nozzle for its output, and a cutter made in the form of a sleeve integrated into the wall of the housing of the sleeve, with the formation of gaps in the wall of the sleeve communicating the cavity of the gas stream being cleaned with an annular chamber, which is formed between the sleeve and the inner wall of the housing. The proposal allows to increase the separation efficiency by creating additional separation stages. 1 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Изобретение относится к оборудованию для непрерывного разделения газовых смесей в поле центробежных сил, в частности, к конструкции сепаратора, и предназначено для очистки воздушной среды предприятий, так или иначе связанных с атомной энергетикой и смежными отраслями промышленности от носителей и источников радиоактивных излучений.The invention relates to equipment for the continuous separation of gas mixtures in the field of centrifugal forces, in particular, to the design of the separator, and is intended for cleaning the air environment of enterprises, one way or another connected with nuclear energy and related industries from carriers and sources of radioactive radiation.

Изобретение может быть использовано в химических производствах для повышения концентрации криптона, ксенона в воздухе, направляемом на последующую переработку для снижения расходов на получение этих газов, в области экологии с целью удаления радона из воздуха радонопатогенных территорий, для осушки газовых смесей от паров и аэрозолей.The invention can be used in chemical industries to increase the concentration of krypton, xenon in the air sent for further processing to reduce the cost of obtaining these gases, in the field of ecology in order to remove radon from the air of radonopathogenic territories, for drying gas mixtures from vapors and aerosols.

Известна конструкция газовой центрифуги для разделения газовой смеси по молекулярным массам, разработанная фирмой Мессершмидт Бельков Блом (С.Вилани. Обогащение урана. «Энергоатомиздат». М., 1983), где разделение газовой смеси по молекулярной массе производится посредством комбинации пазов переменного сечения, причем характерные размеры паза подачи питающей смеси отличаются от размеров пазов, отводящих легкую и тяжелую фракции после разделения.A known design of a gas centrifuge for separating a gas mixture by molecular masses, developed by Messerschmidt Belkov Blom (S. Vilani. Uranium enrichment. "Energoatomizdat". M., 1983), where the separation of the gas mixture by molecular weight is carried out by a combination of grooves of variable cross-section, and the characteristic dimensions of the feed supply slot differ from the size of the grooves that discharge the light and heavy fractions after separation.

Известно техническое решение по выделению тяжелого газа (пентана) из смеси газов (природный газ) с помощью «трехпоточной» вихревой трубы (И.Л.Лейтес, М.А.Жидков и др. Очистка природного газа от высших углеводородов с применением трехпоточной вихревой трубы. Сборник материалов: Вихревой эффект и его промышленное применение. Куйбышев, КуАИ, 1986). Вихревая труба промышленной установки очистки природного газа вблизи от соплового ввода имела отбор периферийного потока (третий поток, организуемый дополнительно к имеющимся двум: горячему и холодному). Отбор тяжелых газовых фракций из периферийного слоя производился без применения отсекателей, сепарационных решеток или иных устройств - напрямую в сборный коллектор.A technical solution is known for the separation of heavy gas (pentane) from a mixture of gases (natural gas) using a “three-stream” vortex tube (I. L. Leites, M. A. Zhidkov and others. Purification of natural gas from higher hydrocarbons using a three-stream vortex pipe Collection of materials: Vortex effect and its industrial application. Kuibyshev, KuAI, 1986). The vortex tube of an industrial installation for the purification of natural gas near the nozzle inlet had a selection of the peripheral stream (the third stream, organized in addition to the existing two: hot and cold). The selection of heavy gas fractions from the peripheral layer was carried out without the use of cutoffs, separation gratings or other devices - directly to the collection manifold.

Недостатком этого технического решения является то, что раскрытая полость входа в конденсатосборник оказывала турбулизирующее влияние на формирование вынужденного вихря. Происходило образование присоединенных вихрей разного масштаба, что нарушало Больцмановское распределение газовых фракций в пристенном слое и снижало коэффициент разделения.The disadvantage of this technical solution is that the open cavity of the entrance to the condensate collector exerted a turbulent effect on the formation of the forced vortex. The formation of attached vortices of various sizes occurred, which disrupted the Boltzmann distribution of gas fractions in the wall layer and reduced the separation coefficient.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является газовый дросселирующий сепаратор (патент РФ №2262377, В 01 Д 45/12, 2005.10.20). Сепаратор включает корпус с полостью очищаемого газового потока, отсекатель, кольцевую камеру для сбора обогащенной смеси, штуцер для ее отвода. Корпус выполнен из двух соосно установленных цилиндрических обечаек, верхняя из которых имеет меньший диаметр, причем ее нижняя кромка расположена внутри нижней обечайки, верхняя кромка отсекателя расположена с образованием кольцевой щели между ней и верхней обечайкой, при этом нижняя часть отсекателя выполнена с образованием кольцевой камеры для накопления шлама и отвода обогащенной смеси (более тяжелой фракции).Closest to the claimed technical solution is a gas throttling separator (RF patent No. 2262377, 01 D 45/12, 2005.10.20). The separator includes a housing with a cavity of the gas stream being cleaned, a cutter, an annular chamber for collecting the enriched mixture, a fitting for its removal. The housing is made of two coaxially mounted cylindrical shells, the upper of which has a smaller diameter, with its lower edge located inside the lower shell, the upper edge of the cutter is located with the formation of an annular gap between it and the upper shell, while the lower part of the cutter is made with the formation of an annular chamber for accumulation of sludge and removal of the enriched mixture (heavier fraction).

Это прогрессивное техническое решение по сравнению с предыдущим, т.к. с меньшими возмущениями срезает наиболее обогащенную влагой и тяжелыми газовыми фракциями часть вихревого потока.This is a progressive technical solution compared to the previous one, because with less disturbances, cuts off part of the vortex flow, which is most enriched in moisture and heavy gas fractions.

Наряду с очевидными достоинствами следует отметить следующие недостатки:Along with the obvious advantages, the following disadvantages should be noted:

- изменение размеров проходного сечения для вращающегося газового потока, в том числе и за счет введения кольцевого препятствия, равного толщине стенки меньшей трубы, приводит к нарушению больцмановского распределения газовых фракций в потоке и снижает в итоге коэффициент сепарации;- changing the size of the flow cross section for a rotating gas stream, including due to the introduction of an annular obstacle equal to the wall thickness of the smaller pipe, leads to a violation of the Boltzmann distribution of gas fractions in the stream and ultimately reduces the separation coefficient;

- отсекаемый вращающийся слой газового потока, обогащенный тяжелыми фракциями, не подвергается дальнейшей сепарации.- cut-off rotating layer of the gas stream, enriched in heavy fractions, is not subjected to further separation.

Эти недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.These disadvantages are eliminated by the proposed technical solution.

Решаемая задача - совершенствование конструкции газового сепаратора.The task at hand is the improvement of the design of the gas separator.

Технический результат - повышение эффективности сепарации за счет создания дополнительных ступеней сепарации.EFFECT: increased separation efficiency due to the creation of additional separation stages.

Этот технический результат достигается тем, что в газовом сепараторе, включающем корпус с полостью очищаемого газового потока, отсекатель, кольцевую камеру для сбора более обогащенной смеси, штуцер для ее вывода, отсекатель выполнен в виде установленной в стенке корпуса втулки с продольными пазами в ее стенке, диаметр пазов больше толщины стенки втулки, с образованием разрывов в стенке втулки, сообщающих полость очищаемого газового потока с кольцевой камерой, которая образована между втулкой и внутренней стенкой корпуса; расстояние между кромками разрывов в стенке втулки со стороны полости очищаемого газового потока больше, чем со стороны камеры сбора и постоянно по всей длине паза; по торцам втулки выполнены фиксирующие кольца.This technical result is achieved by the fact that in the gas separator, which includes a housing with a cavity of the gas stream being cleaned, a cutter, an annular chamber for collecting a more enriched mixture, a fitting for its output, the cutter is made in the form of a sleeve installed in the wall of the housing with longitudinal grooves in its wall, the diameter of the grooves is greater than the thickness of the wall of the sleeve, with the formation of gaps in the wall of the sleeve, communicating the cavity of the cleaned gas stream with an annular chamber, which is formed between the sleeve and the inner wall of the housing; the distance between the edges of the gaps in the wall of the sleeve from the side of the cavity of the cleaned gas stream is greater than from the side of the collection chamber and is constant along the entire length of the groove; on the ends of the sleeve are made of locking rings.

Предлагаемое выполнение отсекателя освобождает полость корпуса, где движется очищаемый газовый поток, от каких-либо конструктивных препятствий. В отличие от The proposed implementation of the shut-off frees the cavity of the housing, where the cleaned gas stream moves, from any structural obstacles. Unlike

прототипа, предлагаемый отбор утяжеленной смеси приводит к дополнительной ступени сепарации в продольных пазах отсекателя. Вторичные (шпилькообразные) вихри в продольных пазах, образующиеся при вращении газового потока в полости трубы или центрифуги, препятствуют также и обратному проникновению тяжелых газовых фракций в полость вихревой трубы или центрифуги за счет диффузии. Таким образом достигается повышение коэффициента разделения в радиальном направлении.prototype, the proposed selection of the weighted mixture leads to an additional stage of separation in the longitudinal grooves of the cutter. Secondary (hairpin-like) vortices in the longitudinal grooves formed during the rotation of the gas stream in the cavity of the tube or centrifuge also prevent the backward penetration of heavy gas fractions into the cavity of the vortex tube or centrifuge due to diffusion. Thus, an increase in the separation coefficient in the radial direction is achieved.

Известно, что во вращающемся внутри любой цилиндрической полости газе устанавливается равновесное распределение Больцмана:It is known that in a gas rotating inside any cylindrical cavity, the equilibrium Boltzmann distribution is established:

(Физический энциклопедический словарь. Т.4. - М.: Советская энциклопедия, 1967),(Physical Encyclopedic Dictionary. V.4. - M.: Soviet Encyclopedia, 1967),

где ###U974 - угловая скорость,where ### U974 is the angular velocity,

r - радиус вращения,r is the radius of rotation, R - универсальная газовая постоянная,R is the universal gas constant, n - плотность при r=0,n is the density at r = 0, T - абсолютная температура газа в °К.T is the absolute temperature of the gas in ° K.

Если внутри полого цилиндра вращается смесь двух газов с молекулярными весами M₁ и M₂ со скоростью v, то каждый из них подчиняется распределению Больцмана со своим молекулярным весом. Поэтому максимальный коэффициент разделения в радиальном направленииIf a mixture of two gases with molecular weights M ₁ and M ₂ rotates inside a hollow cylinder with a speed v, then each of them obeys the Boltzmann distribution with its own molecular weight. Therefore, the maximum separation coefficient in the radial direction

более всего достигается в предлагаемом решении.most achieved in the proposed solution.

Предлагаемый газовый сепаратор приведен на чертежах: на фиг.1 - поперечный разрез, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - схема течений газовых потоков через паз отсекателя. Газовый сепаратор включает корпус 1 с полостью 2, где проходит очищаемый поток газа (воздуха) - область высокого давления. Отсекатель 3 выполнен в виде установленной в стенке корпуса 1 втулки. В стенке втулки выполнены продольные пазы 4 (их может быть от 2-х до 50), диаметр пазов 4 больше толщины стенки втулки. Втулка образует с корпусом кольцевую камеру 5 в проточке по наружному диаметру втулки - для сбора обогащенной фракции (более тяжелой) - область низкого давления - со штуцером 6 для ее вывода. Полость 2 очищаемого газового потока (область высокого давления) сообщена с кольцевой камерой 5 (областью низкого давления) через разрывы в стенке втулки, образованные кромками 7, 8, расстояние между кромками 7 со стороны полости 2 (вход в паз 4) больше, чем со стороны кольцевой камеры 5 (выход из паза 4) и постоянно по всей длине паза. По торцам отсекателя 3 могут быть выполнены фиксирующие кольца 9.The proposed gas separator is shown in the drawings: in Fig. 1 is a transverse section, in Fig. 2 is a section aa in Fig. 1, in Fig. 3 is a diagram of the flow of gas flows through the slot of the cutter. The gas separator includes a housing 1 with a cavity 2, where the cleaned stream of gas (air) passes - the high-pressure region. The cutter 3 is made in the form of a sleeve installed in the wall of the housing 1. In the wall of the sleeve longitudinal grooves 4 are made (there may be from 2 to 50), the diameter of the grooves 4 is greater than the thickness of the wall of the sleeve. The sleeve forms an annular chamber 5 with a housing in a groove along the outer diameter of the sleeve — to collect the enriched fraction (heavier) —a low pressure region — with a nozzle 6 for its output. The cavity 2 of the cleaned gas stream (high-pressure region) is in communication with the annular chamber 5 (low-pressure region) through gaps in the wall of the sleeve formed by the edges 7, 8, the distance between the edges 7 from the side of the cavity 2 (entrance into the groove 4) is greater than side of the annular chamber 5 (exit from the groove 4) and constantly along the entire length of the groove. At the ends of the cutter 3 can be made of the locking ring 9.

Сепаратор может быть встроен в центрифугу, вихревую трубу.The separator can be integrated into a centrifuge, a vortex tube.

Газовый сепаратор работает следующим образом: предварительно закрученный поток газовой смеси, например, после энергоразделительной камеры вихревой трубы, вращающийся с окружной скоростью близкой к скорости звука, поступает во внутреннюю полость 2 сепаратора. Вращающийся в полости сепаратора газовый поток формирует вторичные (шпилькообразные) вихри в продольных пазах 4 втулки и они (пазы) начинают работать как разделительные сопла газовой центрифуги (см.: фиг.3). Исходя из условий формирования шпилькообразного вихря, ширина паза на входе в отсекатель между кромками 7 превышает ширину паза на выходе из отсекателя - между кромками, т.е. в полости сбора тяжелых фракций. Выделяя через штуцер 6 из состава вращающегося потока часть периферийного слоя воздушной массы, обогащенной тяжелыми газовыми аэрозольными и паровыми фракциями, можно существенно очистить основную воздушную массу от вредных примесей, в том числе и от носителей и источников радиоактивности.The gas separator operates as follows: a pre-swirled flow of the gas mixture, for example, after the energy separation chamber of the vortex tube, rotating at a peripheral speed close to the speed of sound, enters the inner cavity 2 of the separator. The gas stream rotating in the separator cavity forms secondary (hairpin-like) vortices in the longitudinal grooves of the 4 sleeves and they (grooves) begin to work as dividing nozzles of the gas centrifuge (see: Fig. 3). Based on the conditions for the formation of a hairpin-like vortex, the width of the groove at the entrance to the cutter between the edges 7 exceeds the width of the groove at the exit of the cutter - between the edges, i.e. in the cavity for collecting heavy fractions. Separating a part of the peripheral layer of the air mass enriched with heavy gas aerosol and vapor fractions through the nozzle 6 from the composition of the rotating stream, it is possible to substantially clean the main air mass of harmful impurities, including carriers and sources of radioactivity.

Claims

1. A gas separator comprising a housing with a cavity of the gas stream being cleaned, a cutter, an annular chamber for collecting the enriched mixture, a nozzle for its output, characterized in that the cutter is made in the form of a sleeve built into the wall of the housing with longitudinal grooves in its wall, the diameter of the grooves is larger the thickness of the wall of the sleeve, with the formation of gaps in the wall of the sleeve, communicating the cavity of the cleaned gas stream with an annular chamber, which is formed between the sleeve and the inner wall of the housing.

2. The gas separator according to claim 1, characterized in that the distance between the edges of the gaps in the wall of the sleeve from the side of the cavity of the cleaned gas stream is greater than from the side of the collection chamber of the enriched mixture and is constant along the entire length of the groove.

3. The gas separator according to claim 1, characterized in that the locking rings are made at the ends of the cutter.