CN105169814B - 气液分离装置 - Google Patents

Abstract

一种气液分离装置，该气液分离装置包括分离器，分离器中形成有中空腔室，分离器还包括分离器进口和分离器出口，分离器进口和分离器出口分别与中空腔室连通，其中，中空腔室中供气体流动的流通面积大于分离器进口中供气体流动的流通面积。该气液分离器结构简单，易于制造和安装，且分离效率高，可应用于气体流量小于10kg/h的场合。

Description

气液分离装置

技术领域

本发明涉及一种气液分离装置，该气液分离装置可用于飞行器，尤其是用于向飞行器的气动***中的气动调节阀门提供气体的管线中。

背景技术

在飞行器、特别是民用客机的气动***中，气动调节阀门通过电控(例如通过螺线管、电动力矩马达等)、气体驱动阀门调节机构的方式来实现对气体压力或流量的调节。为了对气动调节阀门的操作状态进行调节，需要设置引气管线，以向气动调节阀门的调节机构和作动机构提供操作气体，以用于阀门的调节和作动。

由于飞行器中的空间有限，引气管路的安装位置也受到限制。因此，飞行器中用于气动调节阀门的引气管路往往较长，需要穿过飞行器中多个不同区域。这些区域之间存在一定的温差，有时甚至温差较大，因此由引气管路提供的气体在经过不同区域的过程中会产生冷凝水。此外，引气管路各部分的水平高度也不同，因此会产生低点，冷凝水容易积聚在引气管路中的低点中。因此，流过引气管路的气体中会夹带有液态水。

若这些液态水进入气动调节阀门的调节和作动机构内，则阀门的工作可靠性将受到影响。因此，需要在对气动调节阀门供应气体的引气管路上设置气液分离装置，以将液态水从气体中分离出来，防止气体将液态水夹带到气动调节阀门的调节和作动机构中。

目前，工程上常用的气液分离装置有多种类型，它们的分离方法主要有以下几种：重力沉降、析流分离、离心力分离、丝网分离、超滤分离和填料分离。而从分离原理来看，以上所述类型的气液分离装置可分成两大类：

一种是利用组分质量的不同而对混合物进行分离。具体来说，气体和液体的密度不同，在流动过程中的运动惯性也不同。利用气体和液体的运动惯性的差异，可将气体和液体分离开。重力沉降、析流分离、离心力分离和填料分离方法就属于此类。

另一种是利用物质的分散系粒子大小的差异对混合物进行分离。一般来说，液体分子的聚积状态于气体分子的聚积状态不同，气体分子之间的间距较大，而液体分子之间的间距较小，因而气体粒子要比液体粒子小。因此，可以通过筛网之类的装置将气体和液体分离开。丝网分离和超滤分离方法就属于此类。

但是，目前在工程上应用的气液分离装置有其局限性。比如，重力沉降分离装置的分离效率低，同时其体积又比较庞大，占用空间大；析流分离装置的分离效率较高，体积也较小，但其分离负荷的范围较窄，若超出其分离负荷的范围，例如气液混合物的流速过大或过小，则其分离效率会急剧下降，并且析流分离装置的阻力也比较大。此外，目前所使用的大多数气液分离装置的工作负荷范围是气体流量为100kg/h以上。而在飞行器的活门作动***中，气流流量通常小于10kg/h，且气体流速较高。若将目前常见的工作负荷范围为100kg/h以上的气液分离装置用于飞行器，则其分离效率将下降。

因此，需要一种能够用于10kg/h以下的负荷条件下的具有较高分离效率的气液分离装置。

发明内容

本发明是针对以上所披露的现有技术中所存在的技术问题而作出的。本发明的目的是提供一种具有较高分离效率的气液分离器，其适用于10kg/h以下的负荷条件。

本发明的上述目的通过一种气液分离装置来实现，其中，该气液分离装置包括分离器，分离器中形成有中空腔室，该分离器还包括分离器进口和分离器出口，分别与中空腔室连通，其中，中空腔室中供气体流动的流通面积至少大于分离器进口中供气体流动的流通面积。

通过在分离器中设置具有较大气体流通面积的中空腔室，当气体从分离器的进口流入中空腔室时，气体会经历膨胀吸热的过程，从而使气体中所夹带的水汽冷凝聚集，并在气体从分离器进口流向分离器出口的过程中沉降下来。这样，可有效地将水分从气体中分离出来。并且，可以看到，具有以上结构的气液分离装置的结构简单，可由金属加工，且体积也可做得比较小，重量较轻，因此易安装。且该气液分离装置中没有运动部件，因此易于清洗维护，使用寿命长。该气液分离装置尤其适用于飞行器的引气管路之类的气体流量低(例如10kg/h以下)的应用场合。

较佳地，中空腔室包括主腔室和位于分离器的顶部附近的顶部腔室，顶部腔室与主腔室流体连通，且主腔室中供气体流动的流通面积大于顶部腔室中供气体流动的流通面积。这样，可延长气体在分离器中的流动路径，进一步提高气液分离效率。

较佳地，分离器进口与主腔室连通，分离器出口与顶部腔室连通。或者，更一般地来说，将分离器进口和分离器出口设置成使分离器出口所处的水平高度比分离器进口所处的水平高度要高。这样，气体在从分离器进口流到分离器出口的过程中，存在一个上升过程，该上升过程可进一步促进液体(如冷凝水)的重力沉降作用。

进一步地，气液分离装置还包括：进气组件，进气组件包括进气管道，进气管道的一端连接到分离器进口中；以及排气组件，排气组件包括排气管道，排气管道的一端连接到分离器出口中。

较佳地，在进气组件的进气管道与分离器进口之间的连接部处设置有第一密封件，和/或在排气组件的排气管道与分离器出口之间的连接部处设置有第二密封件。

此外，在分离器的顶部还可覆盖有封闭件。该封闭件通过至少一个紧固件安装在分离器上，和/或在封闭件和分离器之间设置有第三密封件。由此，将封闭件固定在分离器上，并保证分离器和封闭件之间的密封。

在一种较佳的实施方式中，在分离器出口中设置有马达，通过操作马达，能够调节分离器出口中供气体流动的流通面积。

进一步地，可以在进气组件的进气管道中设置进气湿度传感器，在排气组件的排气管道中设置排气湿度传感器，气液分离装置的控制器可接收来自进气湿度传感器和排气湿度传感器的气体含水量测量数据，并根据测量数据控制该马达的操作。

通过上述结构，可依据实际的气体含水量来调节分离器中的气体的流量或流速，从而调节分离器的气液分离效果。

在一种优选的结构中，进气管道被设置成，使进气管道的轴线与中空腔室的内壁在分离器进口处的切线方向呈小于90度的角度。这样，进入中空腔室的气体流动方向为切向或趋于切向，从而可在中空腔室中形成涡流，通过离心作用进一步提高气液分离效率。

在中空腔室的底部还设有排水孔，用于排出从气体中分离出来的液态水。

附图说明

图1是本发明的气液分离装置的立体图。

图2是本发明的气液分离装置的剖视图。

图3是图2所示的气液分离装置的顶部的局部放大图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行描述。应当理解，图中所示的只是本发明的优选实施方式，相关领域中的技术人员可以对其中的细节作各种等效变换，而这些等效变换同样在本发明所要求的保护范围之内。

图1示出了本发明的气液分离装置1的立体图。如图1所示，该气液分离装置1具有分离器10。气液分离装置1还包括进气组件20和排气组件30，分别连接在分离器10的分离器进口13和分离器出口14上(见图2)。

图2则示出了该气液分离装置1的剖视图，其中清楚地显示了气液分离装置1的内部结构。在气液分离装置1的分离器10中形成有中空腔室，分离器进口13和分离器出口14分别与该腔室流体连通。

如图1和2中所示的，气液分离装置1还包括覆盖在分离器10的顶部上的封闭件40。该封闭件40用于关闭分离器10中的中空腔室，以使该中空腔室与外界隔离开。示例性地，封闭件40可通过至少一个(图1中显示的是三个)紧固件41固定到分离器10上。

在图2所示的示例性结构中，分离器10的腔室包括大致呈圆柱形的主腔室11和位于分离器10顶部附近的顶部腔室12。图3所示的放大图中更清楚地示出了该顶部腔室12，其中该顶部腔室12与主腔室11连通。进一步地，如图2所示，分离器进口13通入主腔室11中，而分离器出口14则与顶部腔室12相连通。

由此，由引气管路向气动阀门提供的气体从进气组件20经分离器进口13流入主腔室11中，然后流入顶部腔室12中，再经分离器出口14从排气组件30流出。

当气体从进气组件20经分离器进口13流入分离器10的腔室中时，气体的流通面积会突然扩大，气体经历膨胀吸热过程，从而对进入腔室的气体产生制冷效应。此时，被气体所夹带的水汽会冷凝，并在气体从分离器进口13流入分离器10的腔室到从分离器出口14流出该腔室的过程因重力沉降现象而被分离出来。此外，在气体流入腔室时，气流会撞击腔室的壁面，进而会形成局部涡流。此类局部涡流有助于将气体中夹带的液体(例如水滴)从气体中分离出来。

为了进一步提高气液分离装置1的分离效率，还可将分离器出口14设置在比分离器进口13要高的水平高度处。这样，流经分离器10的气流需要经历上升过程。在此气流上升的过程中，一部分液态水将在析流效应的作用下从气体中分离出来，由此进一步提高气液分离装置1的分离效率。

为了延长气体在主腔室11中的驻留时间，以进一步加强提高气液分离效果，可将顶部腔室12的通流面积设置成小于主腔室11的通流面积。这样，在流经分离器10中的腔室的过程中，可有更多的液态水被分离出来。

在腔室的底部、具体来说是在主腔室11的底部设置有排水孔16。从气体中被分离出来的液态水通过该排水孔16排出。

下面将对进气组件20和排气组件30的较佳实施方式进行描述。

如图2中所示，进气组件20的主体为进气管道21，该进气管道21的一端连接在分离器10的分离器进口13中，例如通过螺纹连接、卡扣连接等常用的连接方式。较佳地，在分离器进口13和进气管道21之间的连接部处设置第一密封件23，以确保进气组件20和分离器10之间的密封连接。

在一个较佳的实施方式中，将进气管道21设置成，进气管道21的轴线与腔室的内壁在分离器进口13处的切线方向呈小于90度的角度，甚至可与该切线方向相一致。由此，气体可切向地或趋于切向地流入腔室中。该切向或趋于切向的气流会在分离器10的腔室中形成涡流，产生离心分离作用，从而进一步提高分离器的气液分离效率。

与进气组件20的结构相类似，排气组件30的主体为排气管道31，该排气管道31的一端连接在分离器10的分离器出口14中，例如通过螺纹连接、卡扣连接等常用的连接方式。较佳地，在分离器出口14和排气管道31之间的连接部处设置第二密封件33，以确保排气组件30和分离器10之间的密封连接。

类似地，在封闭件40和分离器10之间的连接部处也设置第三密封件42，以在封闭件40和分离器10之间形成密封。

本发明的气液分离装置1还包括马达15，用于控制流经气液分离装置1的气体流量。具体来说，马达15安装在分离器10的分离器出口14中，或者安装在排气组件30的排气管道31中。该马达15的操作可增大或减小气体流路的流通面积，从而调节气体的流量。

气液分离装置1还包括控制器50，用于控制马达15的动作，以调节分离器10中的气体流量。当然，对本领域技术人员显而易见的是，作为附加的或替代的方式，马达15也可手动操作，即，可通过手动的方式来调节气体流量。

在进气组件20的进气管道21中安装有进气湿度传感器22，在排气组件30的排气管道31中安装有排气湿度传感器32。进气湿度传感器22和排气湿度传感器32分别测量进入气液分离装置1的气体中的含水量和流出气液分离装置1的气体中的含水量，并将所测到的气体含水量数据传送给控制器50。控制器50中存储有预定的算法，在接收到来自进气和排气湿度传感器22、32的气体含水量测量数据之后，控制器50根据所测量到的进气组件20和排气组件30中的气体含水量，依据预先存储在控制器50中的预定算法进行逻辑运算，然后根据运算结果来向马达15发出指令，以操作马达15，从而调节气体流量。

以上对本发明的具体结构进行了描述。本领域技术人员了解，可以对以上所公开的具体结构进行各种显而易见的修改。

例如，封闭件40可通过其它本领域中已知的方法安装到分离器10上，例如焊接、螺纹连接等，甚至，封闭件40可与分离器10一体形成。

图2中显示分离器10中的中空腔室呈大致柱形，例如圆柱形等。除此之外，中空腔室可为其它任何合适的形状。此外，图2中所示的顶部腔室12也是可选的。

Claims (8)

1.一种用于飞行器的气液分离装置，其特征在于，所述气液分离装置包括分离器，所述分离器中形成有中空腔室，所述分离器还包括分离器进口和分离器出口，所述分离器进口和所述分离器出口分别与所述中空腔室连通，其中，所述中空腔室中供气体流动的流通面积大于所述分离器进口中供气体流动的流通面积；

其中，所述中空腔室包括主腔室和位于所述分离器的顶部附近的顶部腔室，所述顶部腔室与所述主腔室流体连通，且所述主腔室中供气体流动的流通面积大于所述顶部腔室中供气体流动的流通面积；

所述分离器进口与所述主腔室连通，所述分离器出口与所述顶部腔室连通，且所述顶部腔室所处的水平高度高于所述分离器出口的高度。

2.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述分离器出口所处的水平高度比所述分离器进口所处的水平高度要高。

3.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述气液分离装置还包括：

进气组件，所述进气组件包括进气管道，所述进气管道的一端连接到所述分离器进口中；以及

排气组件，所述排气组件包括排气管道，所述排气管道的一端连接到所述分离器出口中。

4.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，在所述分离器的顶部覆盖有封闭件。

5.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，在所述分离器出口中设置有马达，通过操作所述马达，能够调节分离器出口中供气体流动的流通面积。

6.如权利要求5所述的气液分离装置，其特征在于，所述气液分离装置还包括：

进气组件，所述进气组件包括进气管道，所述进气管道的一端连接到所述分离器进口中，且在所述进气管道中设置有进气湿度传感器；

排气组件，所述排气组件包括排气管道，所述排气管道的一端连接到所述分离器出口中，且在所述排气管道中设置有排气湿度传感器；以及

控制器，所述控制器被设置成，接收来自所述进气湿度传感器和所述排气湿度传感器的气体含水量测量数据，并根据所述测量数据控制所述马达的操作。

7.如权利要求3所述的气液分离装置，其特征在于，所述进气管道被设置成，使所述进气管道的轴线与所述中空腔室的内壁在所述分离器进口处的切线方向呈小于90度的角度。

8.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，在所述中空腔室的底部设置有排水孔，以用于排出被分离出的液体。