SU971497A1 - Turbocyclone - Google Patents

Description

(5) ТУРБОЦИКЛОН(5) TURBO CYCLONE

Изобретение относитс  к устройства дл  удалени  газовой фазы из буровых растворов и может быть использовано в газонефтедобывающей промышленности Известен турбоциклон дл  выделени  газовой фазы из многокомпонентной среды в пола центробежных сил, содержащий вертикальный корпус с крышкой и установленное на вращающемс  валу внутри корпуса рабочее колесо-завихритель l}. В таком турбоциклоне многофазна  среда, пройд  через входной патрубок поступает на вход вращающегос  колеса-завихрител , где, взаимодейству  с лопатками последнего, получает приращение кинетической энергии. За счет полученной кинетической -энергии среда отбрасываетс  на внутреннюю поверх ность корпуса циклона При нормальном протекании рабочего процесса на внутренней поверхности циклона образу .етс  тонкий слой движущейс  по спирали среды. Газова  фаза, выдел юща с  из этого сло  в поле центробежт ных сил, через газоотвод щие трубки отсасываетс  в вакуумную систему. Отсепарированна  жидкость стекает по корпусу к выходному патрубку. В известном турбоциклоне приемные отверсти  газоотвод щих трубок обычно располагаютс  под колесомзавихрителем , а сами газоотвод щие трубки креп тс  консольно к стенке корпуса. Дл  эффективного удалени  газовой фазы из корпуса газосепаратора газоотвод щие трубки должны иметь достаточно развитые проходные сечени , так как увеличение скорости газового потока выше определенных значений приводит к захвату последним частиц жидкости и к уменьшению вакуума в системе о Попытки увеличить проходные сечени  газоотвод щих каналов путем увеличени  количества . трубок или их размеров неизбежно привод т к возникновению возмущений в потоке на стенке турбоциклона и, как следствие, к падению эффективности рабочего процесса в результате стеснени  потока элемента конструкции о Абсолютна  скорость среды, выбрасываемой из межлопаточных каналов колеса - завихрител , может быть представлена в виде двух векторов; вектора окружной скорости и вектора радиальной скорости Кинетическа  энерги , отвечающа  радиальной составл ющей , в зависимости от конструк ции корпуса турбоциклона может идти на разные цели. Если поток среды движущейс  в радиальном направлении , встречает нормальную к потоку стенку корпуса (вертикальную), то вс  энерги  радиального движени  переходит в энергию удара„ Жидкость разбрызгиваетс  и капли ее, попада  в поток отсасываемого газа, увеличивают влажность последнего. Если поток среды встречает наклонную стенку , имеющую плавное сопр жение с вер тикальным участком, то вектор скорости мен ет свое направление в пространстве: бывша  радиальна  составл ю ща  становитс  вертикальной. Этот новый вектор, складыва сь с вектором скорости, возникающим на вертикальном участке под действием гравитацио ных сил, увеличивает скорость вертикального перемещени  потока в ftopnyсе циклона, уменьша  врем  пребывани  среды в поле центробежных сил Таким образом и в первом и во вто ром случа х энерги  радиального дви жени  тратитс  на создание отрицател ных эффектов. Наиболее близким к предлагаемому турбоциклону по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  турбоциклон, содержащий цилиндроконический корпус с крышкой, установленный внутри корпуса завихритель, входной патрубок и патрубки отвода разделенных фаз 2 , Недостатками этого турбоциклона  вл ютс  увеличение радиальной составл ющей скорости, а также необход мость дополнительной мощности приво дл  приведени  во вращательное движение дополнительных лопастей Цель изобретени  - повышение эффективности разделени  за счет сниж ни  концентрации жидкости в откачиваемой газовой фазе Поставленна  цель достигаетс  те что турбоциклон, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, установленный внутри корпуса завихритель, входной патрубок и патрубки отвода разделенных фаз, снабжен кольцевой системой пустотелых лопаток, установленной на крышке корпуса соосно с завихрителем , при этом патрубки отвода газовой фазы размещены внутри пустотелых лопаток Целесообразно выходную кромку каждой пустотелой лопатки устанавливать тангенциально к внутренней поверхности корпуса, а входную ее кромку наклонно к горизонтали под углом, соВ падающим с вектором абсолютной скорости потока На фиг, 1 изображен общий вид турбоциклона , на фиг. 2 - завихритель и кольцева  система пустотелых лопаток , вид снизуо Турбоциклон содержит электродвигатель 1, вал которого с помощью упругой муфты 2 соединен с валом 3 завихрител  4, вращающимс  в подшипниках 5| цилиндроконический корпус б с входным патрубком 7 и патрубком 8 отвода газовой фазы. На крышке 9 Корпуса установлена кольцева  система пустотелых лопаток 10« Турбоциклон работает следующим образомо Двухфазна  газожидкостна  система через патрубок 7 поступает в верхнюю часть корпуса турбоциклона и далее на вход завихрител , получающего энергию от приводного электродвигател  через вал и упругую соединительную муфту , Взаимодейству  с лопатками завихрител , многофазна  среда получает приращение энергии, за счет чего отбрасываетс  в радиальном направлении на неподвижно установленную кольцевую систему пустотелых лопаток. Установка входных кромок этих лопаток наклонно к горизонтали под углом, совпадающим с вектором абсолютной скорости потЪка, обеспечивает безударное натекание потока на лопатки, а за счет того, что выходна  кромка пустотелой лопатки расположена тангенциально к внутренней поверхности корпуса, обеспечиваетс  перевод радиальной составл ющей скорости потока в окружную. Из кольцевой системы пустотелых лопаток двухфазна  среда поступает на внутреннюю поверхность корпуса турбоциклона, где движетс  по спиралеобразным траектори м Выделение газовой фазы происходит из тонкого сло  под действием градиента давлений в поле центробежных сил. Процесс сепарации газа идет тем интенсивнее , чем выше напр женность пол  центробежных сил, т,е. чем большую величину имеет окружна  составл юща  скорости,The invention relates to a device for removing the gas phase from drilling fluids and can be used in the gas and oil industry. Turbo-cyclone is known for separating the gas phase from a multicomponent medium into the floor of centrifugal forces, containing a vertical body with a cover and an impeller mounted on a rotating shaft inside the body l} . In such a turbo-cyclone a multi-phase medium, having passed through the inlet nozzle, enters the entrance of a rotating whirling wheel, where, interacting with the blades of the latter, it receives an increment of kinetic energy. Due to the obtained kinetic energy, the medium is thrown onto the inner surface of the cyclone body. Under normal working process, a thin layer of a spiral-moving medium forms on the inner surface of the cyclone. The gas phase, which separates from this layer into the field of centrifugal forces, is sucked into the vacuum system through the vapor pipes. Separated fluid flows through the body to the outlet. In a known turbo-cyclone, the receiving openings of the flue pipes are usually located under the swirler wheel, and the flue pipes themselves are attached to the wall of the cantilever cantilever. In order to effectively remove the gas phase from the gas separator housing, the gas exhaust pipes must have sufficiently developed flow areas, since an increase in the gas flow rate above certain values leads to the capture of liquid particles and a decrease in system vacuum. Attempts to increase the flow areas of the gas exhaust channels by increasing the number of . tubes or their dimensions inevitably lead to disturbances in the flow on the wall of the turbo cyclone and, as a result, to a decrease in the efficiency of the workflow as a result of constraining the flow of the structural element o The absolute velocity of the medium ejected from the interscapular channels of the wheel - the whirlwind can be represented as two vectors; the vector of the peripheral velocity and the vector of the radial velocity. The kinetic energy corresponding to the radial component, depending on the design of the turbo-cyclone body, can be used for different purposes. If the flow of the medium moving in the radial direction meets the normal to the flow wall of the casing (vertical), then all the radial motion energy transforms into the impact energy. The liquid splashes out and drops it, falling into the suction gas flow, increase the humidity of the latter. If the flow of the medium meets an inclined wall that has a smooth interface with the vertical section, then the velocity vector changes its direction in space: the former radial component becomes vertical. This new vector, adding to the velocity vector arising in the vertical section under the action of gravitational forces, increases the speed of the vertical movement of the flow in the ftopny cyclone, reducing the residence time of the medium in the field of centrifugal forces. Thus, in both the first and second cases motions are spent creating negative effects. The closest to the proposed turbo-cyclone in technical essence and the achieved result is a turbo-cyclone containing a cylindrical housing with a lid, a swirler mounted inside the body, an inlet nozzle and nozzles of the outlet of separated phases 2. The disadvantages of this turbo-cyclone are an increase in the radial velocity component, and also the additional power of the drive to bring the additional blades into rotational motion. The purpose of the invention is to increase the separation efficiency by reducing nor the concentration of liquid in the pumped gas phase. The goal is to achieve that a turbo-cyclone containing a cylindrical body with a lid, a swirler installed inside the body, an inlet nozzle and branch pipes for discharging separated phases is equipped with an annular system of hollow blades mounted on the body lid coaxially with the swirler, while removal of the gas phase is placed inside the hollow blades. It is advisable to set the output edge of each hollow blade tangentially to the inner surface of the blade. Busan, and its front edge obliquely to the horizontal at an angle coincides with the vector of the absolute flow velocity Fig, 1 shows a general view turbotsiklona FIG. 2 - swirl and annular system of hollow blades, bottom view Turbo-cyclone contains an electric motor 1, the shaft of which is connected by an elastic clutch 2 to the shaft 3 of a swirler 4 rotating in bearings 5 | cylindrical housing b with inlet 7 and outlet 8 for the gas phase. On the housing cover 9, an annular system of hollow blades 10 is installed. The turbo cyclone works as follows: the multiphase medium receives an increment of energy, due to which it is thrown radially onto a fixed annular system of hollow lobes approx. Installing the input edges of these blades obliquely to the horizontal at an angle coinciding with the vector of absolute flow velocity ensures unaccented flow of the flow onto the blades, and due to the fact that the output edge of the hollow blade is tangential to the inner surface of the body, the radial component of the flow velocity is converted to district. From the annular system of hollow blades, the two-phase medium enters the inner surface of the turbo-cyclone body, where it moves along spiral paths. The gas phase is released from a thin layer under the action of a pressure gradient in the field of centrifugal forces. The process of gas separation is the more intense, the higher the intensity of the floor of the centrifugal forces, t, e. the larger value has a circumferential velocity component,

Отсепарированный газ через пустотелые лопатки поступает затем в патрубок 8, соединенный с вакуумнойсистемой (на фигурах не показана).The separated gas through the hollow blades then enters the pipe 8, which is connected to a vacuum system (not shown in the figures).

Дегазированна  жидкость стекает в нижнюю часть корпуса турбоциклона и далее выводитс  из него. The degassed liquid flows into the lower part of the turbo-cyclone body and is then removed from it.

Таким образом, установка на крышке корпуса соосно с завихрителем кольцевой системы пустотелых лопаток позвол ет за счет плавного перевода вредной радиальной составл ющей в окружную увеличить величину последней . При этом дополнительна  мощность не требуетс Thus, the installation on the housing cover coaxially with the swirler of the annular system of the hollow blades allows, due to the smooth transfer of the harmful radial component to the circumferential one, to increase the value of the latter. No additional power is required.

Выполнение лопаток пустотелыми дает возможность использовать их полости в качестве патрубков дл  отвода газовой фазы из корпуса турбоциклона и избежать нарушени  структуры потока элементами газоотврд щей системы .Making the blades hollow makes it possible to use their cavities as nozzles to divert the gas phase from the turbo-cyclone body and to avoid disturbing the flow structure by the elements of the gas exhaust system.

Выходную кромку пустотелой лопасти целесообразно располагать на рассто нии , равном максимально возможной толщине пленки жидкости в турбоциклоне ,.It is advisable to place the exit edge of the hollow blade at a distance equal to the maximum possible thickness of the liquid film in the turbo cyclone,.

Уменьшение зазора между лопаст ми кольцевой системы и корпусом приводит к невозможности существовани Reducing the gap between the blades of the ring system and the housing makes it impossible to exist

упор доченного течени  на стенке корпуса .ordered current on the wall of the housing.

Увеличение же зазора вызывает снижение эффективности сепарации газа из-за уменьшени  величины Окружной составл ющей скорости потока.Increasing the gap causes a decrease in the efficiency of gas separation due to a decrease in the value of the District component of the flow velocity.

Claims (1)

1.Авторское свидетельство СССР № , кл. В О С 5/30, 1970.1. USSR author's certificate №, cl. B of 5/30, 1970. 2,Авторское свидетельство СССР № 633610, кл, В С 3/06, 1977,2, USSR Author's Certificate No. 633610, class, B C 3/06, 1977,