一种可使膨胀制冷和相分离合为一体的超声涡管离心气液分离器，本发明专利技术提供了普朗特迈耶膨胀结构，将现有技术马赫数Ｍ≌１．２等熵地提高到工艺流程压比对应的马赫数Ｍ≥１．６９，据此大幅度提高离心加速度，离心力和制冷效率，从而达到适应原料气组分，压力和膨胀比的能力都很强的效果；提供的普朗特迈耶等熵压缩流动分离结构，保障在喷口以内回收全部合格液体。它用于石油气体分离可省去庞大的塔器设备机泵管线阀门，并可增产节能降耗；没有转动零件开工率高于其它机动设备；适用于无电地区４．０～８．０ＭＰａ；０．５～５０×１０↑［４］ＮＭ↑［３］／ｄ气量；用于改造国产和引进的部分浅冷装置，可用于其它气体冷冻液化。
【技术实现步骤摘要】
属于膨胀制冷髙速离心气液分离设备。
技术介绍
涡流管制冷，供热是法国人兰克1933年提出的，到1947年 才得到应用，由于制冷效率低，经济性差故应用很不普遍。1984年美国 专利号4458494《在离心气液分离器内阻止液体蒸发》使涡流管成为更加有用的装置，它有助于许多新工艺的应用，它和国外大多数开创性发 明一样，保留了一部分关键"技术秘密"，或者如美国《世界石油》86 年第7期所述，"有许多问题留待开发中解决"。涡流管高速离心气液分离器，可使膨胀致冷和相分离合为一体，被 称为极大重力法(Maxigee)的涡流管气液分离新技术。它利用混合气体 压力能，在弯道形截面积渐縮喷嘴出口，气流速度W达到声速a，马赫 数M-W/a二l，马赫数M—的气流，以一定半径与切向式喷嘴气液分离 区的外缘圆周相切，马赫数M—的声速气流在气液分离区的内壁，产生 了高速度旋转，在喷口处可达超声速，马赫数M^1.2，声速气流产生 的离心加速度，离心力可达地球引力的几百万倍，在极大的离心力区 域，气液分离作用更接近于靠比重而不是相分离，即离心分离效应比相 分离效应大几倍，在极大的离心力区域里，露点与在地球重力的情况不 同，更接近要分离液体的沸点，涡管内的气液分离恰好在气液界面进 行，涡管在浅冷温度下分离的效果与在深冷温度-80 -90 t:低温相分离 的透平膨胀机相当。工艺流程数据，进口压力3.87 7.0MPa;出口压力0.8 1.0MPa，压比l: 4.8 1: 7;但压比大于l: 2.5后，离心加速度和离心力不再增加，即最大马赫数M^1.2;当冷流出口引出45 55%冷流时，冷流出 口温度最低，这就是说本来很低的制冷效率，仅有l/2的制冷量。因此 提出还有待做更多的试验来找出离心加速度，离心力、分离效率之间的 关系，因此有必要变更涡流管结构设计相关数据，通过实验了解涡流管3内复杂的空气动力学现象。为了避免激波熵增和激波后气流速度变的更低，只能采用弯道形截 面积渐缩声速喷嘴结构，采用了航天领域所熟悉的切向式喷嘴结构气液分离区，马赫数MN1的声速气流沿切线方向进入旋转室，自由涡流的旋 转质量愈向中心角速度愈大，于涡流室沿半径方向形成了不同角速度的 气流层，由于气流层之间摩擦，内层的角速度要降低，而外层的角速度 要提髙，因而内层气流层便将一部分动能传递给外层，涡流室中心部分 的气体温度变低，外层温度变高，当气液分离区喷口直径等于0.6D涡管 直径时，制冷效率最高，当喷口直径小于0.6D涡管直径时，冷流出口和 热流出口温度同时上升，制冷效率下降。因此不能采用减小喷口直径的 方法来提高离心加速度，离心力和制冷效率。美国专利号4458494对气液分离之目的和效果进行了详细的描述， 对于该专利技术最主要的核心技术特征反而没有充分公开，其原因是申请专 利时，没有详细分析和实验，也可能是有意无意的保留最主要的核心技 术秘密。该专利技术采用液体火箭切向式喷嘴气液分离区结构，它的狭窄环 槽液体出口设置在切向式喷嘴离心气液分离区喷口之外。液体质点从喷 口出来后，就失去了壁面反作用力的向心力，于是沿着直线轨迹飞散， 形成雾化锥，液体应当穿过狭窄槽进入环形槽液体出口，虽然离心切向 式喷嘴具有较大的雾化锥角(70° 120° )但是雾化锥角取决于旋转 速度W，液体旋转速度从15米/秒增加至40米/秒，速度W增加25 米/秒，雾化锥角减少50。，液体旋转速度愈大，雾化锥角愈小，气体 声速a以200米/秒计，则雾化锥角近似零度，狭窄环形槽液体出口的 两个边相等， 一部或大部分液体被高速旋转气流携带至下游5 10涡管直 径处湍流温度高的区域蒸发掉，达不到《在离心气液分离器内阻止液体 蒸发》之目的，不能实现"完美的分离、不能有液体被气体带走、不能 有气体混入液体"的效果。
技术实现思路
本专利涉及涡流管高速离心气液分离区改造，在气液分离区 进口区域提供的普朗特迈耶简单膨胀波和集中膨胀波，将现有技术气流速度马赫数M ^ 1.2提高到与工艺流程压比相对应的马赫数M》 1.69,达到大幅度提高离心加速度。离心力和制冷效率之目的，从而达 到适应原料气组分、压力和膨胀比的能力都很强的效果，可在较宽的原 料气组分、压力和膨胀比的范围内，保障气液离心分离所需足够低的温 度；提供的普朗特一迈耶等熵压縮流动分离结构，可使液体增压复热除 去液体中的气体；设置在气液分离区喷口以内的狭窄环槽液体出口，不 受气流速度W影响，保障回收全部合格液体，从而实现完美的分离， 保障液体不被高速旋转气体带至下游湍流热区蒸发掉。附图说明图1是离心气液分离区高速旋转气流流动轨迹示意图。 ~ 图2是超声涡管离心气液分离区结构原理示意图。 图3是超声涡管离心气液分离器整体结构示意图。 图1离心气液分离区高速旋转气流流动轨迹示意图示出，进气口(1)弯道形截面积渐縮喷嘴(2)喷嘴数量1 2个，狭窄槽旋转室(3) 为了不使气流分散和减小轴向分速增大切向分速，旋转室(3)设计成狭 窄槽形，槽的宽度近似等于喷嘴(2)的宽度，离心切向式喷嘴气液分离 区(5)中的流动特性与有螺旋式涡流器的离心式喷嘴中流动特性相同， 都是螺旋线形流动轨迹。混合气体从进气口 (1)进入弯道形截面积渐縮 喷嘴(2)，渐縮喷嘴(2)的出口以0.5 0.55D涡管直径与狭窄槽旋转室(3)外圆相切，当进出口压比达到或超过临界，渐縮喷嘴出口气流速度 W达到声速a，马赫数]V^W/a^，马赫数M-1的声速气流相对于切向 式喷嘴气液分离区(5)喷口，具有一定的动量矩，这一特点决定了喷口 轴线上气涡流的形成，马赫数M二1的声速气流切向进入狭窄槽旋转室(3)沿着气液分离区(5)的内壁以螺旋线流动轨迹旋转，流动是不稳 定的，产生较高的旋转率时发生湍流，湍流热转换导至外围气层温度上 升，中心温度下降，从中心到外围的热转换不能立即发生，最高管壁温 度在离进口 (1) 5-10D涡管直径处，热传导到离进口 (1) 一倍涡管直 径长度的热量相当小，是可以忽略的。因此，在此处取出分离液体，可 阻止液体蒸发。图2是超声涡管离心气液分离区结构原理示意图，也是观察者以流 体质点速度随着高速旋转流体质点，途径离心气液分离区普朗特—迈耶 偏转简单膨胀波和集中膨胀波以及普朗特 一 迈耶等熵压縮流动分离结构 的部位和液体出口部位。切向式喷嘴离心气液分离区长度L与涡管直径 D之比L/D《1，图2示出狭窄槽旋转室(3)的b边直径D产0.8 0.9D,Di是离心气液分离区(5)进口直径，狭窄环槽液体出口 (6)的d边直 径D4-0.6D;连线D,和D4，构成切向式喷嘴离心气液分离区(5)， D2是 离心气液分离区(5)进口区域直径，D2=0.618D; D1和D2之间的普朗特 —迈耶膨胀偏转角1)=17.5 ° ，用圆弧线光渭谨接Dl和D2;构成普朗特 —迈耶简单波，狭窄环槽液体出口 (6)的C边直径D3=0.63 0.7D;连线 D2禾卩D3; D2和D3的连线与Di和D4连线交于点T， Di、 D2和T点之间 绕凸角、尖角超声速偏转流动构成普朗特—迈耶简单膨胀波和集中膨胀 波，如图2所示，每条简单波都等于未受扰动流体的声速。D2和D3用直线连接，在尖点D2构成普通朗特—迈本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可使膨胀制冷和相分离合为一体的超声涡管离心气液分离器，它由气体进口，弯道截面积渐缩喷嘴出口以半径Ｒ０．５～０．５５Ｄ（涡管直径）与狭窄槽旋转室相切，冷流出口、切向式喷嘴离心气液分离区、狭窄环槽液体出口、隔热垫圈、涡管、扩压器、热流出口等组成，其特征是在离心气液分离区进口区域，设置普朗特＿迈耶简单膨胀波和集中膨胀波结构，在离心气液分离区出口区域，设置普朗特＿迈耶等熵压缩流动分离结构，在切向式喷嘴离心气液分离区喷口以内设置狭窄环槽液体出口。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李树云，李颖，刘秋平，
申请(专利权)人：李树云，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。