RU2737657C1 - Separation element - Google Patents

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to a separation element intended for separation of fluid drops from gas and can be used in power engineering, ore-dressing, oil refining, petrochemical and chemical industry. Separation element comprises vertically oriented housing in the form of shell and flow swirler arranged inside it. Swirler of flow is made of radial inclined blades arranged around central axis. Each blade of the swirler contains deflecting elements.

EFFECT: the design of the separation element is simplified while maintaining its efficiency in trapping moisture droplets, high reliability due to reduced tendency to overgrowing with deposits and easy cleaning.

15 cl, 6 dwg

Description

[0001] Предлагаемое устройство предназначено для отделения капель жидкости от газа и может быть использовано в энергетике, горно-обогатительной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности.[0001] The proposed device is designed to separate liquid droplets from gas and can be used in power engineering, mining and processing, oil refining, petrochemical and chemical industries.

Уровень техникиState of the art

[0002] Известны центробежные сепараторы представляющие собой цилиндрический корпус в нижней части которого расположен осевой завихритель. В этих устройствах поток газа с каплями жидкости поступает в нижнюю часть корпуса, осевой завихритель придает вращательное движение потоку, благодаря силам инерции капли из вращающегося потока осаждаются на внутренней стенке корпуса. Эти устройства содержат дополнительные узлы для отвода осажденной жидкости с внутренних стенок корпуса.[0002] Known centrifugal separators are a cylindrical body in the lower part of which is an axial swirler. In these devices, a gas flow with liquid droplets enters the lower part of the housing, an axial swirler gives a rotational motion to the flow, due to the inertial forces, droplets from the rotating flow are deposited on the inner wall of the housing. These devices contain additional units for draining the deposited liquid from the inner walls of the housing.

[0003] Так, например, известен патент EP0195464A1 (дата приоритета 1985-03-05) в котором отделение капель происходит в устройстве, представляющем собой вертикальную колону перегороженную внутри двумя горизонтальными тарелками, между которыми установлены сепарационные элементы. Каждый сепарационный элемент представляет собой вихревую трубу, открытую с обоих концов и установленную в отверстие нижней тарелке. В нижней части вихревой трубы расположен завихритель в форме наклонных лопаток для придания вращательного движения газу, в верхней части вихревой трубы расположены вертикальные прорези. Открытый верхний конец вихревых труб расположен на небольшом расстоянии ниже верхнего тарелки. В верхней тарелке имеются два вида отверстий, а именно отверстий коаксиальных с вихревыми трубами, в которых расположены вертикальные трубки с меньшим диаметром чем вихревые трубы и проходящих вниз и входящих в соответствующие вихревые трубы, и отверстий относительно небольшого диаметра расположенных дальше от оси ближайшей вихревой трубы, чем радиус этой вихревой трубы.[0003] For example, patent EP0195464A1 (priority date 1985-03-05) is known in which the separation of drops occurs in a device representing a vertical column baffled inside by two horizontal trays, between which separation elements are installed. Each separation element is a vortex tube, open at both ends and installed in the opening of the lower plate. In the lower part of the vortex tube there is a swirler in the form of inclined blades for imparting rotational motion to the gas, in the upper part of the vortex tube there are vertical slots. The open top end of the vortex tubes is located a short distance below the top plate. There are two types of holes in the upper plate, namely, coaxial holes with vortex tubes, in which vertical tubes with a smaller diameter than the vortex tubes and passing downward and entering the corresponding vortex tubes are located, and holes of relatively small diameter located further from the axis of the nearest vortex tube, than the radius of this vortex tube.

[0004] Посредством завихрителя входящий газовый поток приводится во вращение, капли жидкости за счет центробежной силы отбрасываются на внутреннюю стенку вихревой трубы, и оседают на нее в виде жидкостной пленки. Основная часть потока выходит из вихревой трубы через коаксиальное отверстие, имеющее по сравнению с входным сечением меньший диаметр. Жидкостная пленка выходит из вихревой трубы вместе с частью потока газа через прорези, выполненные в боковой поверхности отрезка трубы, и через верхний край вихревых труб пространство между двумя тарелками и собирается за счет гравитации на нижней тарелке колонны, откуда отводится по сливным трубам. Далее эта часть газового потока, освобожденная от жидкости, снова объединяется через мелкие отверстия в верхней тарелке с основным газовым потоком.[0004] By means of the swirler, the incoming gas flow is set in rotation, the liquid droplets are thrown by centrifugal force onto the inner wall of the vortex tube, and settle on it in the form of a liquid film. The main part of the flow leaves the vortex tube through a coaxial opening, which has a smaller diameter compared to the inlet section. The liquid film leaves the vortex tube together with a part of the gas flow through the slots made in the lateral surface of the pipe segment, and through the upper edge of the vortex tubes, the space between the two trays and is collected by gravity on the bottom plate of the column, from where it is discharged through the drain pipes. Further, this part of the gas stream, freed from the liquid, is again combined through small holes in the upper tray with the main gas stream.

[0005] Данный патент стал развитием патента ЕР 0048508 (дата приоритета 1980-09-18) в котором есть аналогичная вихревая труба с прорезями и завихрителем, трубка введенной сверху внутрь вихревой трубы, но для каждой такой вихревой трубы сделан отдельный внешний корпус, в который отводится осажденная жидкость. Работает такой сепарационный элемент аналогично EP0195464A1. Такие модули могут закрепляться на одну тарелку и работать параллельно.[0005] This patent was a development of the patent EP 0048508 (priority date 1980-09-18) in which there is a similar vortex tube with slots and a swirler, a tube inserted from the top inside the vortex tube, but for each such vortex tube a separate outer casing is made, in which the precipitated liquid is removed. Such a separation element works similarly to EP0195464A1. Such modules can be fixed on one plate and work in parallel.

[0006] Также известен патент RU 2 447 925 C2 (дата приоритета 1980-09-18) в котором конструкция вихревой трубы аналогична по патенту ЕР 0048508, а отличие состоит в том, что за прорезями в вихревой трубе расположен осадительный элемент с развитой поверхностью.[0006] Patent RU 2 447 925 C2 (priority date 1980-09-18) is also known, in which the design of the vortex tube is similar to that of patent EP 0048508, and the difference is that a settling element with a developed surface is located behind the slots in the vortex tube.

[0007] Во всех этих конструкциях решается задача по интенсификации отвода осажденной жидкостной пленки с внутренней поверхности вихревой трубы, представляющей собой цилиндрический корпус. Действительно, жидкостная пленка, имеющая толщину больше некоторой критической, зависящей от ее вязкости, плотности и пристеночной скорости газового потока, имеет тенденцию к формированию волн на ее поверхности. Эти волны имеют увеличенный коэффициент трения с восходящим газовым потоком и в результате скорость ее стекания вниз под действием сил тяжести замедляется, что приводит к дальнейшему утолщению этой пленки и, соответственно, увеличению высоты этих волн. В результате с гребней этих волн начинают срываться капли, развивается вторичный вынос капельной жидкости и происходит «захлебывание», т.е. резкое снижение эффективности работы сепарационного элемента. Технические решения, предлагаемые в указанных аналогах имеют внутренние полости, которые конструктивно сложны и имеют тенденцию к зарастанию отложениями, при этом очистка этих отложений проблематична в силу труднодоступности этих внутренних полостей, тем самым ограничивается область применения таких сепарационных элементов.[0007] All of these designs solve the problem of intensifying the removal of the deposited liquid film from the inner surface of the vortex tube, which is a cylindrical body. Indeed, a liquid film having a thickness greater than a certain critical thickness, depending on its viscosity, density, and wall velocity of the gas flow, tends to form waves on its surface. These waves have an increased coefficient of friction with the ascending gas flow, and as a result, the speed of its downward flow under the influence of gravity slows down, which leads to further thickening of this film and, accordingly, an increase in the height of these waves. As a result, droplets begin to break off from the crests of these waves, a secondary removal of the droplet liquid develops and "flooding" occurs, i.e. a sharp decrease in the efficiency of the separation element. The technical solutions proposed in these analogs have internal cavities that are structurally complex and tend to overgrow with deposits, while cleaning these deposits is problematic due to the inaccessibility of these internal cavities, thereby limiting the scope of such separation elements.

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

[0008] Техническая задача заявленного изобретения заключается в устранении недостатков известных решений.[0008] The technical problem of the claimed invention is to eliminate the disadvantages of the known solutions.

[0009] Технический результат, достигаемый в результате использования данного изобретения, заключается в том, что существенно упрощается конструкция сепарационных элементов при сохранении их эффективности в улавливании капельной влаги и повышении надежности за счет уменьшения склонности к зарастанию отложениями, а в случае появления этих отложений упрощается процедура их очистки за счет открытости конструкции.[0009] The technical result achieved as a result of the use of this invention is that the design of the separation elements is significantly simplified while maintaining their efficiency in capturing droplet moisture and increasing reliability by reducing the tendency to overgrowing with deposits, and in the event of the appearance of these deposits, the procedure is simplified cleaning them due to the openness of the structure.

[0010] В предлагаемом устройстве первичное и основное осаждение капель жидкости из газового потока происходит на нижней поверхности лопаток завихрителя. Конструкция этих лопаток завихрителя позволяет отводить осевшую на них жидкость, в отличие от указанных выше прототипов, где происходит вторичный распыл этой осажденной жидкости с выходных кромок лопаток завихрителей в закрученный поток с последующим осаждением за счет центробежных сил на внутренней поверхности вихревой трубы.[0010] In the proposed device, the primary and main deposition of liquid droplets from the gas stream occurs on the lower surface of the swirler blades. The design of these swirler blades allows the liquid deposited on them to be diverted, in contrast to the above prototypes, where a secondary spray of this precipitated liquid from the outlet edges of the swirler blades into a swirling flow occurs, followed by deposition due to centrifugal forces on the inner surface of the vortex tube.

[0011] Технический результат достигается за счет того, что сепарационный элемент представляет собой вертикально расположенный корпус в виде обечайки, содержит завихритель в форме радиальных наклонных лопаток для придания вращательного движения газу, при этом каждая лопатка завихрителя содержит отклоняющий элемент. Для достижения технического результата отклоняющий элемент может быть выполнен со стороны выходного по газу участка лопатки, преимущественно непосредственно со стороны выходной по газу кромки. При этом, отклоняющие элементы выступают преимущественно на наветренную сторону лопатки, на которой размещены.[0011] The technical result is achieved due to the fact that the separating element is a vertically disposed shell-like body, contains a swirler in the form of radial oblique blades for imparting rotational motion to the gas, and each swirler blade contains a deflecting element. To achieve the technical result, the deflecting element can be made from the side of the gas outlet section of the blade, mainly directly from the side of the gas outlet edge. In this case, the deflecting elements protrude mainly on the windward side of the blades on which they are located.

[0012] Отклоняющие элементы могут быть выполнены путем формования лопаток, либо путем отгиба лопатки. Сами лопатки завихрителя могут быть выполнены как плоскими, так и криволинейными. Также отклоняющий элемент каждой лопатки может быть выполнен как плоским, так и криволинейным.[0012] The deflectors can be formed by molding the blades, or by bending the blade. The swirler blades themselves can be made both flat and curved. Also, the deflecting element of each blade can be made both flat and curved.

[0013] Завихритель потока преимущественно выполняется в нижней части корпуса.[0013] The flow swirler is preferably provided in the lower part of the housing.

[0014] Завихритель потока может дополнительно содержать осевой стержень и/или центральный отклоняющий элемент.[0014] The flow swirler may further comprise an axial rod and / or a central deflector.

[0015] В корпусе под лопатками завихрителя могут быть выполнены вырезы по форме близкой к контуру примыкания лопаток завихрителя к корпусу.[0015] In the housing under the swirler blades, cutouts can be made in a shape close to the contour of the swirler blades abutting the housing.

[0016] Кроме того, в верхней части корпуса может содержаться отбойный козырек.[0016] In addition, a baffle plate may be included in the upper part of the housing.

Перечень чертежейList of drawings

[0017] Заявленное изобретение пояснено фигурами 1, 2а, 2б, 2в, 3, 4, 5а, 5б, 5в, 5г и 6:[0017] The claimed invention is illustrated by Figures 1, 2a, 2b, 2c, 3, 4, 5a, 5b, 5c, 5d and 6:

[0018] Фиг. 1 - Сепарационный элемент с вырезанным фрагментом;[0018] FIG. 1 - Separation element with a cut out fragment;

[0019] Фиг. 2а - Вариант лопаток с закрепленным отклоняющим элементом;[0019] FIG. 2a - Variant of blades with a fixed deflecting element;

[0020] Фиг. 2б - Вариант выполнения отклоняющего элемента отгибом части лопатки;[0020] FIG. 2b - An embodiment of the deflecting element by bending a part of the blade;

[0021] Фиг. 2в - Вариант выполнения лопатки и отклоняющего элемента формованием одной общей заготовки;[0021] FIG. 2c - An embodiment of a blade and a deflecting element by molding one common blank;

[0022] Фиг. 3- Сепарационный элемент с вырезанным фрагментом;[0022] FIG. 3- Separating element with cut out fragment;

[0023] Фиг. 4 - Линии тока газа через завихритель;[0023] FIG. 4 - Gas flow lines through the swirler;

[0024] Фиг. 5а - Кольцевой отбойный козырек в виде фланца;[0024] FIG. 5а - Annular baffle flange;

[0025] Фиг. 5б - Кольцевой отбойный козырек в виде фланца с соосной цилиндрической обечайкой;[0025] FIG. 5b - Annular baffle plate in the form of a flange with a coaxial cylindrical shell;

[0026] Фиг. 5в - Кольцевой отбойный козырек в виде фланца с конусом;[0026] FIG. 5c - Annular baffle plate in the form of a flange with a cone;

[0027] Фиг. 5г - Кольцевой отбойный козырек в виде криволинейной поверхности;[0027] FIG. 5d - Annular bumper visor in the form of a curved surface;

[0028] Фиг. 6 - Пример параллельного объединения сепарационных элементов на трубной доске; где:[0028] FIG. 6 - An example of a parallel combination of separation elements on a tube sheet; Where:

[0029] 1 - сепарационный элемент;[0029] 1 - separation element;

[0030] 10 - корпус;[0030] 10 - housing;

[0031] 11 - центральное тело завихрителя;[0031] 11 - the central body of the swirler;

[0032] 12 - лопатка завихрителя;[0032] 12 - swirler blade;

[0033] 12х - аэродинамическая хорда лопатки завихрителя;[0033] 12x — aerodynamic chord of a swirler blade;

[0034] 13 - отклоняющий элемент лопатки завихрителя;[0034] 13 - the deflecting element of the swirler blade;

[0035] 13х - аэродинамическая хорда отклоняющего элемента лопатки завихрителя;[0035] 13x is an aerodynamic chord of a swirler blade deflector;

[0036] 14 - кольцевой отбойный козырек;[0036] 14 - annular baffle;

[0037] 15 - осевой стержень;[0037] 15 - axial rod;

[0038] 16 - центральный отклоняющий элемент;[0038] 16 - central deflecting element;

[0039] 17 - вырезы в корпусе;[0039] 17 - cutouts in the body;

[0040] 20 - трубная доска;[0040] 20 - tube sheet;

[0041] 21 - прижимная планка;[0041] 21 - clamping bar;

[0042] 31 - поступающий в сепарационный элемент газ с каплями жидкости;[0042] 31 - gas entering the separation element with liquid droplets;

[0043] 32 - газ, освобожденный от капель жидкости;[0043] 32 — gas freed from liquid droplets;

[0044] 33 - линия тока газа;[0044] 33 - gas streamline;

[0045] 34 - вихревая зона на входной кромке лопатки завихрителя;[0045] 34 - the vortex zone at the leading edge of the swirler blade;

[0046] 35 - вихревая зона перед отклоняющим элементом лопатки завихрителя;[0046] 35 - the vortex zone in front of the deflecting element of the swirler blade;

[0047] 36 - вихревая зона после отклоняющего элемента лопатки завихрителя;[0047] 36 - the vortex zone after the deflector of the swirler blade;

[0048] 37 - вихревая зона перед кольцевым отбойным козырьком;[0048] 37 - a vortex zone in front of an annular baffle;

[0049] 38 -жидкость.[0049] 38 is a liquid.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

[0050] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.[0050] In the following detailed description of an implementation of the invention, numerous implementation details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it is obvious to those skilled in the art how the present invention can be used, both with and without these implementation details. In other instances, well-known techniques, procedures, and components have not been described in detail so as not to obscure the details of the present invention.

[0051] Сущность изобретения, изображенная на фиг.1 заключается в следующем: сепарационный элемент состоит из корпуса (10) в виде обечайки, содержащего завихритель состоящий из радиальных наклонных лопаток (12) для придания вращательного движения газу, при этом лопатки (12) завихрителя содержат отклоняющие элементы (13). Отклоняющие элементы выполнены со стороны выходных по газу кромок.[0051] The essence of the invention shown in figure 1 is as follows: the separating element consists of a housing (10) in the form of a shell, containing a swirler consisting of radial oblique blades (12) for imparting rotational motion to the gas, while the swirler blades (12) contain deflecting elements (13). The deflecting elements are made from the side of the gas outlet edges.

[0052] Корпус в виде обечайки может быть цилиндрическим, конусообразным, либо бочкообразным, также может содержать кольцевые ребра жесткости, в том числе зиги.[0052] The shell-like body can be cylindrical, tapered, or barrel-shaped, and can also contain annular stiffeners, including ridges.

[0053] Для выполнения функции устройства предпочтительно чтобы отклоняющие элементы (13) преимущественно выступали (фиг.2а, 2б и 2в) на наветренную сторону лопаток (12), то есть в сторону входящего в сепарационный элемент газа (31). [0053] To perform the function of the device, it is preferable that the deflecting elements (13) protrude (Figs. 2a, 2b and 2c) on the windward side of the blades (12), that is, towards the gas entering the separation element (31).

[0054] Термин «преимущественно» означает, что отклонение на наветренную сторону составляет более, чем в другую сторону.[0054] The term "predominantly" means that the deviation to the windward side is more than to the other side.

[0055] На фигуре 2а показан вариант исполнения отклоняющего элемента (13) как отдельно выполненной конструкции, закрепленной на выходном по газу участке лопатки (12). Крепление отклоняющего элемента (13) к лопатке (12) может быть выполнено совершенно различными способами: склейка, сварка, клепка, соединение винтами или саморезами и т.д.[0055] Figure 2a shows an embodiment of the diverting element (13) as a separately made structure, fixed on the gas outlet section of the blade (12). The fixing of the deflecting element (13) to the blade (12) can be done in completely different ways: gluing, welding, riveting, screwing or self-tapping, etc.

Отклоняющий элемент (13) также может быть выполнен заодно с лопаткой (12) путем их формования из одной заготовки как простым сгибом на гибочном станке (фиг.2б), так и с получением более сложных профилей при применении пресс-форм или прокаточных вальцов (фиг.2в).The deflecting element (13) can also be made integrally with the blade (12) by molding them from one workpiece both by simple bending on a bending machine (Fig.2b), and with obtaining more complex profiles when using molds or rolling rollers (Fig. .2c).

[0056] Таким образом, отклоняющий элемент (13) может выполняться различной формы и кривизны и может быть прикреплен к лопатке (12) различным образом или они могут быть отформованными из одной общей заготовки.[0056] Thus, the deflecting element (13) can be made of various shapes and curvatures and can be attached to the blade (12) in different ways, or they can be formed from one common blank.

[0057] Соответственно, лопатки (12) завихрителя могут быть также выполненными как плоскими (фиг.2б), т.е. когда профиль лопатки совпадает с ее аэродинамической хордой, так и криволинейными (фиг.2а и 2в), когда профиль лопатки отклоняется от ее аэродинамической хорды. Криволинейные лопатки (12) (фиг.2а и 2в) с линией профиля сформированного выше их аэродинамической хорды (12х) более выгодные, так как имеют меньшее сопротивление входящему в завихритель газовому потоку (31), при этом условия для слива жидкостной пленки у них лучше, однако использование плоских лопаток также может приводить к достижению технического результата.[0057] Accordingly, the swirler blades (12) can also be designed as flat (Fig. 2b), i.e. when the profile of the blade coincides with its aerodynamic chord, and curved (Figs. 2a and 2c), when the profile of the blade deviates from its aerodynamic chord. Curved blades (12) (Figs. 2a and 2c) with the profile line formed above their aerodynamic chord (12x) are more advantageous, since they have less resistance to the gas flow entering the swirler (31), while the conditions for draining the liquid film are better. , however, the use of flat blades can also lead to the achievement of a technical result.

[0058] Угол α установки лопаток (12) составляет 30° - 60°, и может иметь геометрическую крутку увеличиваясь от центра к периферии. Угол β установки отклоняющего элемента составляет 30° - 90°. Отклоняющий элемент (13) может иметь либо одинаковый размер по всей длине лопатки (12), либо немного уменьшаться ближе к центральной оси устройства. Для крепления лопаток (12) может применяться центральное тело (11). [0058] The setting angle α of the blades (12) is 30 ° to 60 °, and may have a geometric twist increasing from the center to the periphery. The angle β of the deflection element is 30 ° - 90 °. The deflecting element (13) can be either the same size along the entire length of the blade (12), or slightly decrease closer to the central axis of the device. A central body (11) can be used to attach the blades (12).

[0059] На фиг. 3 показан сепарационный элемент, содержащий осевой стержень (15) и центральный отклоняющий элемент (16). Осевой стержень (15) может служить как для размещения на нем центрального отклоняющего элемента (16), так и для фиксации всего сепарационного элемента на какой-либо внешней конструкции. Также осевой стержень (15) может выполнять функцию центрального тела завихрителя (11). Центральный отклоняющий элемент (16) может быть закреплен непосредственно на лопатках (12) завихрителя, без использования осевого стержня (15). Изображение на фигуре 2 центрального отклоняющего элемента (16) в виде диска ни в коем случае не следует рассматривать как ограничение, он также может быть выполнен в виде конуса, полусферы и т.д.[0059] FIG. 3 shows a separation element containing an axial rod (15) and a central deflecting element (16). The axial rod (15) can serve both to place the central deflecting element (16) on it, and to fix the entire separation element on some external structure. Also, the axial rod (15) can act as the central body of the swirler (11). The central deflecting element (16) can be fixed directly on the swirler vanes (12), without using an axial rod (15). The image in figure 2 of the central deflecting element (16) in the form of a disk should in no way be considered as a limitation, it can also be made in the form of a cone, hemisphere, etc.

[0060] В корпусе (10) могут быть выполнены вырезы (17) под лопатками (12) завихрителя, причем форма этих вырезов (17) является близкой к контурам примыкания лопаток (12) завихрителя к корпусу (10). Данные вырезы (17) уменьшают общий вес устройства и не мешают его работе. Эти вырезы (17) могут частично отклоняться от контура примыкания лопаток (12) к корпусу (10) для обеспечения разных функций. Например, для скругления нижнего остроконечного угла, образованного лопаткой (12) и вырезом (17) в корпусе (10) в самой нижней части сепарационного элемента, что снизит его потенциальную травмоопасность для обслуживающего персонала. Форма вырезов (17) между контурами примыкания лопаток (12) к корпусу (10) может быть произвольной, например прямой как показано на фигуре 2 или криволинейной. Предпочтительный внешний диаметр сепарационного элемента имеет величину 200 - 300 мм. Количество лопастей (12) завихрителя составляет предпочтительно 6 - 10 штук. [0060] In the body (10), there can be cutouts (17) under the swirler blades (12), and the shape of these cutouts (17) is close to the contours of the abutment of the swirler blades (12) to the housing (10). These cutouts (17) reduce the overall weight of the device and do not interfere with its operation. These notches (17) can partially deviate from the contour of the abutment of the blades (12) to the housing (10) to provide different functions. For example, to round off the lower pointed angle formed by the blade (12) and the cutout (17) in the housing (10) at the lowest part of the separation element, which will reduce its potential injury risk for the service personnel. The shape of the cutouts (17) between the contours of the abutment of the blades (12) to the body (10) can be arbitrary, for example, straight, as shown in figure 2, or curved. The preferred outer diameter of the separation element is 200-300 mm. The number of swirler blades (12) is preferably 6-10 pieces.

[0061] Устройство работает следующим образом. За счет перепада давления, создаваемого любым внешним устройством, например вентилятором, газ (31), содержащий капли жидкости, поступает в сепарационный элемент (1) снизу и проходя через лопатки (12) завихрителя приводится во вращательное движение (32) и затем выходит сверху из сепарационного элемента (1).[0061] The device operates as follows. Due to the pressure difference created by any external device, for example a fan, gas (31) containing liquid droplets enters the separation element (1) from below and, passing through the swirler blades (12), is set in rotational motion (32) and then exits from above separation element (1).

[0062] В данном сепарационном элементе (1) осаждение капель жидкости из потока газа (31) происходит за счет инерционных сил, возникающих сначала при его закрутке наклонными лопатками (12) завихрителя, при этом на нижнюю наветренную поверхность лопаток (12) завихрителя осаждается бОльшая часть капель, содержавшихся в газовом потоке (31), а затем при прохождении закрученного потока газа (32) внутри корпуса (10), при этом на внутреннюю поверхность корпуса (10) осаждаются оставшиеся капли.[0062] In this separation element (1), the deposition of liquid droplets from the gas stream (31) occurs due to inertial forces arising first when it is swirled by the inclined swirler blades (12), while a large amount is deposited on the lower windward surface of the swirler blades (12) part of the droplets contained in the gas stream (31), and then during the passage of the swirling gas stream (32) inside the housing (10), while the remaining droplets are deposited on the inner surface of the housing (10).

[0063] Далее в тексте будет описываться взаимодействие газового потока, капель жидкости и жидкостной пленки для одной из лопаток, подразумевая, что точно такие же процессы происходят и на других лопатках. При этом под потоками газа понимаются основные течения и их особенности служащие для пояснения работы устройства, без учета других многочисленных локальных флуктуаций, не влияющих на основную картину.[0063] Further in the text, the interaction of the gas stream, liquid droplets and a liquid film for one of the blades will be described, implying that exactly the same processes occur on the other blades. In this case, gas flows are understood as the main flows and their features that serve to explain the operation of the device, without taking into account other numerous local fluctuations that do not affect the main picture.

[0064] На фиг. 4 схематически изображен поток газа при его прохождении завихрителя состоящего из наклонных лопаток (12) с отклоняющими элементами (13), при этом поток газа показан отдельными линиями тока. Для упрощения восприятия линии тока газа и завихритель показаны в сечении цилиндрических координат примерно на половине радиуса сепарационного элемента. Благодаря тому, что лопатки (12) завихрителя имеют отклоняющий элемент (13), на наветренной поверхности лопаток (12) перед этим отклоняющим элементом (13) формируется отрывное течение с образованием вихревой зоны (35). Также этот отклоняющий элемент (13) формирует отрывное течение с образованием вихревой зоны (36) позади себя по отношению к направлению потока (33). Еще одна из основных вихревых зон (34) образуется на входной кромке лопатки (12).[0064] FIG. 4 schematically depicts a gas flow as it passes through a swirler consisting of inclined blades (12) with deflecting elements (13), while the gas flow is shown by separate streamlines. To simplify the perception, the gas streamlines and the swirler are shown in the section of cylindrical coordinates approximately at half the radius of the separation element. Due to the fact that the swirler blades (12) have a deflecting element (13), a separated flow is formed on the windward surface of the blades (12) in front of this deflecting element (13) with the formation of a vortex zone (35). Also, this diverting element (13) forms a separated flow with the formation of a vortex zone (36) behind itself with respect to the direction of flow (33). Another of the main vortex zones (34) is formed at the leading edge of the blade (12).

[0065] Вихревые зоны (34) и (35) увеличивают отклонение и ускорение потока (33) и, соответственно, усиливают инерционные силы действующие на капли жидкости, находящиеся в этом потоке (33), при этом вихревая зона (35) не препятствуют пролету сквозь нее капель жидкости, дрейфующих из потока газа (33). В результате происходит интенсивное осаждение капель на нижнюю наветренную поверхность лопатки (12) и формирование на ней жидкостной пленки, стекающей вниз по направлению к входной кромке лопатки (12). В нижней части лопатки (12) скорость потока газа (33) еще существенно не возрастает по сравнению со скоростью входящего потока (31) и поэтому воздействие потока газа (33) на жидкостную пленку еще не значительное и не препятствует ее стеканию. В верхней же части лопатки (12) жидкостная пленка ограждается вихревой зоной (35) от ускоряющегося потока (33), более того обратное пристеночное течение газа в этой вихревой зоне (35) способствует стеканию пленки вниз. На входной кромке лопатки (12) жидкостная пленка накапливается и при достижении некоторой критической массы достаточной для преодоления сил удерживающих ее на этой кромке стекает вниз из сепарационного элемента (1) в виде отдельных крупных капель или струй (38). Тем самым основная часть капель жидкости, содержавшейся в потоке (31), сепарируется без осаждения на внутренней поверхности корпуса (10).[0065] The vortex zones (34) and (35) increase the deflection and acceleration of the flow (33) and, accordingly, increase the inertial forces acting on the liquid droplets in this flow (33), while the vortex zone (35) does not impede the passage through it liquid droplets drifting from the gas flow (33). As a result, drops are intensively deposited on the lower windward surface of the blade (12) and a liquid film is formed on it, flowing down towards the leading edge of the blade (12). In the lower part of the blade (12), the gas flow rate (33) still does not significantly increase in comparison with the incoming flow rate (31), and therefore the effect of the gas flow (33) on the liquid film is still not significant and does not prevent it from dripping. In the upper part of the blade (12), the liquid film is shielded by the vortex zone (35) from the accelerating flow (33); moreover, the reverse near-wall gas flow in this vortex zone (35) promotes the downward flow of the film. On the leading edge of the blade (12), the liquid film accumulates and upon reaching a certain critical mass sufficient to overcome the forces holding it on this edge, it flows down from the separation element (1) in the form of separate large drops or jets (38). Thus, the main part of the liquid droplets contained in the stream (31) is separated without settling on the inner surface of the housing (10).

[0066] Незначительное количество капель жидкости попадает на верхнюю подветренную поверхность лопаток (12), осаждается и также формирует жидкостную пленку. В нижней части верхней подветренной поверхности лопаток (12) под воздействием силы тяжести и благодаря обратному пристеночному течению газа в вихревой зоне (34) пленка движется к входной кромке, накапливается там и при достижении некоторой критической массы достаточной для преодоления сил удерживающих ее на этой кромке стекает вниз из сепарационного элемента (1) в виде отдельных крупных капель или струй (38). В верхней части верхней подветренной поверхности лопатки (12) жидкостная пленка под воздействием ускоренного потока газа (33) сдувается в вихревую зону (36) находящуюся на подветренной стороне отклоняющего элемента (13), накапливается там и в виде капель уносится закрученным потоком (32).[0066] A small amount of liquid droplets falls on the upper leeward surface of the blades (12), settles and also forms a liquid film. In the lower part of the upper leeward surface of the blades (12), under the influence of gravity and due to the reverse near-wall gas flow in the vortex zone (34), the film moves to the entrance edge, accumulates there, and upon reaching a certain critical mass sufficient to overcome the forces holding it on this edge, flows down down from the separation element (1) in the form of separate large drops or jets (38). In the upper part of the upper leeward surface of the blade (12), the liquid film under the influence of the accelerated gas flow (33) is blown into the vortex zone (36) located on the leeward side of the diverting element (13), accumulates there and is carried away in the form of drops by the swirling flow (32).

[0067] Вблизи центральной оси устройства взаимные пропорции лопаток (12), граней (13) и вихревых зон (34, 35 и 36) сильно меняются. Наличие центрального отклоняющего элемента (16) над завихрителем уменьшает скорости потоков газа (33) сквозь завихритель вблизи центральной оси устройства, что улучшает условия для перетекания жидкостной пленки между соседними лопатками (12) и отклоняющими элементами (13), что приводит к надежному отводу жидкости в этой зоне.[0067] Near the central axis of the device, the mutual proportions of the blades (12), edges (13) and vortex zones (34, 35 and 36) vary greatly. The presence of a central deflecting element (16) above the swirler reduces the gas flow rates (33) through the swirler near the central axis of the device, which improves the conditions for the fluid film flow between adjacent blades (12) and deflecting elements (13), which leads to reliable liquid drainage into this zone.

[0068] В результате после прохождения завихрителя закрученный поток (32) содержит существенно меньшее по сравнению с потоком на входе (31) количество капель жидкости. Оставшиеся капли жидкости в закрученном потоке (32) под действием центробежных сил осаждаются на внутренней поверхности корпуса (10) и формируют жидкостную пленку. Формирование волн под воздействием газового потока на поверхности жидкостной пленки зависит от толщины этой пленки. Чем тоньше пленка, тем меньшей высоты образуются волны. По сравнению с прототипами толщина жидкостной пленки на внутренней поверхности корпуса (10) у предлагаемого устройства получается существенно меньше. В результате на поверхности этой пленки формируются слабовыраженные волны, практически не усиливающие силу трения от восходящего закрученного газового потока (32), что позволяет этой пленке стекать вниз и выводится из сепарационного элемента (1) по уголковому желобку образованному в месте прилегания лопатки (12) и корпуса (10).[0068] As a result, after passing through the swirler, the swirl flow (32) contains significantly less liquid droplets than the flow at the inlet (31). The remaining liquid drops in the swirling flow (32) under the action of centrifugal forces are deposited on the inner surface of the housing (10) and form a liquid film. The formation of waves under the influence of a gas flow on the surface of a liquid film depends on the thickness of this film. The thinner the film, the lower the wave height. Compared to prototypes, the thickness of the liquid film on the inner surface of the housing (10) of the proposed device is significantly less. As a result, weakly pronounced waves are formed on the surface of this film, which practically do not increase the friction force from the ascending swirling gas flow (32), which allows this film to flow down and is removed from the separation element (1) along the angular groove formed at the place of contact of the blade (12) and housing (10).

[0069] Для уменьшения высоты корпуса (10) и/или увеличения общей эффективности улавливания капель жидкости можно применить отбойный козырек (14), который может быть выполнен как частично кольцевым, так и полностью кольцевым. На рисунках 5 показаны варианты выполнения козырька. Козырек может быть выполнен как плоским (фиг.5а), так и иметь более сложный образующий контур, например как показано на фигурах 5б, 5в и 5г. К козырьку может быть подведена дополнительная подача жидкости для промывки сепарационного элемента.[0069] To reduce the height of the housing (10) and / or increase the overall efficiency of capturing liquid droplets, a baffle plate (14) can be used, which can be made either partially annular or fully annular. Figures 5 show options for performing a visor. The visor can be made either flat (Fig. 5a) or have a more complex generating contour, for example, as shown in Figures 5b, 5c and 5d. An additional liquid supply can be supplied to the visor for flushing the separation element.

[0070] Кольцевой отбойный козырек (14) обеспечивает ступенчатое сужение вращающегося потока газа (32), что способствует осаждению оставшихся капель жидкости на внутреннюю поверхность корпуса (10). Форма кольцевого отбойного козырька (14) может быть разной, например, в виде плоского фланца (фиг.5а), но лучше работают варианты (фиг.5б, 5в и 5г), формирующие развитую вихревую зону (37) перед кольцевым отбойным козырьком (14), где образуется обратная пристеночная линия тока газа препятствующая уносу жидкостной пленки выходящим потоком (32) из верхней зоны корпуса (10). На фигурах 5а, 5б, 5в и 5г показаны только радиальные и осевые составляющие потока газа (32).[0070] The annular baffle (14) provides a stepped narrowing of the rotating gas flow (32), which contributes to the deposition of the remaining liquid droplets on the inner surface of the housing (10). The shape of the annular baffle plate (14) can be different, for example, in the form of a flat flange (Fig. 5a), but the options (Figs. 5b, 5c and 5d), which form a developed vortex zone (37) in front of the annular baffle plate (14 ), where a reverse near-wall gas flow line is formed, which prevents the carryover of the liquid film by the outgoing flow (32) from the upper zone of the housing (10). Figures 5a, 5b, 5c and 5d show only the radial and axial components of the gas flow (32).

[0071] Поскольку в процессе выводы жидкости из сепарационного элемента работают не только аэродинамические силы, но и гравитация, то рабочее положение данного сепарационного элемента, а именно его центральной оси, близко к вертикальному. Отклонение от вертикальности допускается в диапазоне 10° - 20° в зависимости от количества капельной жидкости, поступающей с газом в сепарационный элемент, и конкретного выполнения его элементов.[0071] Since not only aerodynamic forces but also gravity work during the withdrawal of liquid from the separation element, the working position of this separation element, namely its central axis, is close to vertical. Deviation from verticality is allowed in the range of 10 ° - 20 °, depending on the amount of dropping liquid supplied with gas to the separation element and the specific design of its elements.

[0072] Таким образом, конструкция заявленного устройства, в частности выполнение лопаток завихрителя, становится существенно проще, обеспечивает легкий доступ и при этом позволяет обеспечить высокую эффективность сепарации капельной жидкости из газового потока.[0072] Thus, the design of the claimed device, in particular the design of the swirler blades, becomes much simpler, provides easy access and at the same time allows for high efficiency of separation of droplet liquid from the gas stream.

[0073] На фиг. 6 показана система сепарационных элементов (1), установленных на трубной доске (20), объединяющей их для параллельной работы. В таком случае трубная доска (20) устанавливается, например, в корпус скруббера (на рисунке не показан) перекрывая поток газа. Сепарационные элементы (1) могут закрепляться на трубной доске (20) снизу посредством, например, прижимных планок (21) устанавливаемых сверху трубной доски (20) на осевые стержни (15). Данный вариант служит в качестве примера того, что заявляемые сепарационные элементы могут работать как по одному, так и в составе группы.[0073] FIG. 6 shows a system of separating elements (1) installed on a tube sheet (20), combining them for parallel operation. In this case, the tube sheet (20) is installed, for example, in the scrubber body (not shown in the figure), shutting off the gas flow. Separating elements (1) can be fixed on the tube sheet (20) from below by means of, for example, clamping strips (21) installed on top of the tube sheet (20) on the axial rods (15). This option serves as an example of the fact that the inventive separation elements can work either one by one or as part of a group.

[0074] Устройство работает составе скрубберов и может применяться как в единственном числе, так и в виде наборных элементов для скрубберов большой производительности.[0074] The device operates as part of scrubbers and can be used both in the singular and in the form of set elements for high-capacity scrubbers.

[0075] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.[0075] In the present application materials, the preferred disclosure of the implementation of the claimed technical solution is presented, which should not be used as limiting other, particular embodiments of its implementation, which do not go beyond the scope of the claimed scope of legal protection and are obvious to specialists in the relevant field of technology.

Claims (15)

1. Сепарационный элемент, содержащий вертикально ориентированный корпус в виде обечайки и размещенный внутри него завихритель потока, при этом завихритель потока выполнен из радиальных наклонных лопаток, размещенных вокруг центральной оси, а каждая лопатка завихрителя содержит отклоняющий элемент. 1. A separation element containing a vertically oriented housing in the form of a shell and a flow swirler located inside it, while the flow swirler is made of radial inclined blades located around the central axis, and each swirler blade contains a deflecting element. 2. Сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что отклоняющие элементы размещены со стороны выходной по газу кромки лопатки завихрителя. 2. The separating element according to claim 1, characterized in that the deflecting elements are located on the side of the gas outlet edge of the swirler blade. 3. Сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что отклоняющие элементы выступают преимущественно на наветренную сторону лопатки, на которой размещены. 3. The separating element according to claim 1, characterized in that the deflecting elements protrude mainly on the windward side of the blades on which they are placed. 4. Сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что отклоняющие элементы выполнены путем формования. 4. The separating element according to claim 1, characterized in that the deflecting elements are formed by molding. 5. Сепарационный элемент по п.2, отличающийся тем, что отклоняющие элементы на лопатке образованы путем отгиба лопатки. 5. The separation element according to claim 2, characterized in that the deflecting elements on the blade are formed by bending the blade. 6. Сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что лопатка завихрителя выполнена плоской. 6. The separating element according to claim 1, characterized in that the swirler blade is flat. 7. Сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что лопатка завихрителя выполнена криволинейной. 7. Separating element according to claim 1, characterized in that the swirler blade is curved. 8. Сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что отклоняющий элемент лопатки выполнен плоским. 8. The separating element according to claim 1, characterized in that the deflecting element of the blade is flat. 9. Сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что отклоняющий элемент лопатки выполнен криволинейным. 9. The separation element according to claim 1, characterized in that the deflecting element of the blade is curved. 10. Сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что завихритель потока выполнен в нижней части корпуса. 10. The separation element according to claim 1, characterized in that the flow swirler is made in the lower part of the housing. 11. Сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что завихритель потока дополнительно содержит осевой стержень. 11. The separation element according to claim 1, characterized in that the flow swirler further comprises an axial rod. 12. Сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что на центральной оси над завихрителем дополнительно установлен центральный отклоняющий элемент. 12. The separating element according to claim 1, characterized in that a central deflecting element is additionally installed on the central axis above the swirler. 13. Сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что в корпусе под лопатками завихрителя выполнены вырезы по форме, близкой к контуру примыкания лопаток завихрителя к корпусу. 13. The separation element according to claim 1, characterized in that cutouts are made in the housing under the swirler blades in a shape close to the contour of the swirler blades adjoining the housing. 14. Сепарационный элемент по п. 1, отличающийся тем, что в верхней части корпуса содержится отбойный козырек. 14. The separating element according to claim. 1, characterized in that the upper part of the body contains a baffle plate. 15. Сепарационный элемент по п. 14, отличающийся тем, что отбойный козырек выполнен кольцевым. 15. The separating element according to claim. 14, characterized in that the baffle plate is annular.

Images