Изобретение относится к машиностроению, к нефтяным и газовым промыслам, и может быть использовано в системах питания двигателей внутреннего сгорания, работающих на природном газе.
Известно устройство, обеспечивающее очистку газа от конденсата и инородных примесей перед его подачей к потребителю и содержащее корпус, в проточном канале которого установлена вращающаяся крыльчатка, использующая кинетическую энергию потока газа для осушения последнего.
Данное техническое решение, как и аналогичные ему по конструктивному выполнению, обладает недостаточной эффективностью в силу того, что наличие одного лишь вращающегося элемента недостаточно для полной очистки газа от конденсата и механических примесей.
Наиболее близким к изобретению техническим решением, принятым в качестве прототипа, является газовый сепаратор, содержащий металлический корпус с входным и выходным патрубками, турбину с ротором, установленную в корпусе соосно входному патрубку, рассекатель, установленный на выходе из турбины, очистное устройство, установленное в корпусе после рассекателя.
Хотя данное техническое решение по сравнению с вышеизложенным является более эффективным, однако и оно не решает задачи автономного электропитания как самого себя, так и внешних потребителей, что особенно важно в период работы данного устройства в условиях автономного применения (морские суда, подводные лодки, удаленные нефтяные и газовые промыслы).
Целью изобретения является повышение эффективности очистки газа от конденсата, а также получение электрической энергии в большом объеме и, как следствие, отсутствие необходимого ее подвода извне на нагрев конденсата.
Поставленная цель достигается за счет того, что газовый сепаратор, содержащий металлический корпус с входным и выходным патрубками, турбину с ротором, установленную в корпусе соосно входному патрубку, рассекатель, установленный в корпусе на выходе из турбины, очистное устройство, установленное в корпусе после рассекателя, снабжен обмотками электрической машины, установленными в корпусе, постоянными магнитами электрической машины, закрепленными на роторе турбины, клеммной коробкой, электрически связанной с обмотками, дросселирующим элементом, установленным во входном патрубке, перфорированным диском, размещенным в корпусе после рассекателя перпендикулярно оси вращения турбины, причем очистное устройство выполнено в виде металлического кольца, закрепленного в корпусе коаксиально оси вращения ротора турбины и электрически связанного с положительным полюсом клеммной коробки, корпус электрически связан с отрицательным полюсом клеммной коробки, а рассекатель выполнен в виде патрубка с сужающимся проходным сечением по ходу потока.
Кроме того, для получения усиливающих эффектов при работе данное устройство может быть снабжено электрическим нагревательным элементом конденсата газа, электрически связанным с клеммной коробкой и установленным в днище корпуса.
Дроссельный элемент выполнен в виде запорного конуса, свободно установленного в канале входного патрубка, и приводного диска, кинематически связанного с механизмом управления, причем в торцевых поверхностях основания запорного конуса и приводного диска установлены постоянные магниты с возможностью взаимодействия между собой одноименными полюсами.
Ротор турбины может быть выполнен в виде гребного винта.
Сепаратор снабжается предохранительным клапаном, установленным в корпусе между входным патрубком и входом турбины.
Выходной патрубок очищенного газа сообщен с кольцевой полостью, образованной торцевой поверхностью перфорированного диска, наружной поверхностью рассекателя и внутренней поверхностью корпуса.
Сепаратор снабжается патрубками отвода газового конденсата и патрубком отвода дренажа, сообщенными с полостью корпуса, ограниченной днищем и перфорированным диском.
Металлическое кольцо выполнено перфорированным или из сетки.
Электрическая машина может быть выполнена в виде электрического генератора или в виде электрического двигателя.
Изобретение поясняется чертежом, где показан продольный разрез газового сепаратора.
Газовый сепаратор содержит корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3. В крышке 2 выполнен входной патрубок 4, в котором установлен дросселирующий элемент, выполненный в виде запорного конуса 5, в основании которого установлен первый постоянный магнит 6. Приводной диск 7 кинематически связан, например, через двуплечий рычаг 8 с механизмом управления 9.
В приводном диске 7 установлен второй постоянный магнит 10. Магниты 6 и 10 обращены друг к другу одноименными полюсами. В крышке 2 установлен предохранительный клапан 11. В корпусе размещены направляющий аппарат 12 и ротор 13 турбины, который может быть выполнен в виде гребного винта.
На роторе 13 размещены постоянные магниты 14 электрической машины, а в корпусе 1 - обмотки 15 электрической машины. На выходе из турбины установлен рассекатель 16, выполненный в виде патрубка с суживающимся проходным сечением по ходу потока. После рассекателя 16 перпендикулярно оси вращения ротора 13 турбины установлен перфорированный диск 17.
В корпусе 1 размещено очистное устройство, выполненное в виде металлического кольца 18, электрически связанного с положительным полюсом клеммной коробки 19, причем корпус в данном случае является отрицательным полюсом, а данное устройство представляет собой электростатический фильтр.
Выходной патрубок 20 очищенного газа сообщен с кольцевой полостью 21, образованной торцевой поверхностью перфорированного диска 17, наружной поверхностью патрубка рассекателя 16 и внутренней поверхностью корпуса 1. В нижней части корпуса 1 между торцем перфорированного диска 17 и днищем 3 выполнены патрубки 22 отвода газового конденсата и патрубок 23 отвода дренажа, а также электрический нагревательный элемент 24, сообщенный с клеммной коробкой 19.
Металлическое кольцо 18 может быть выполнено в виде сетки или перфорированным. Электрическая машина может быть выполнена в виде электрического генератора или электрического двигателя.
Газовый сепаратор работает следующим образом.
Неочищенный газ под давлением через входной патрубок 4 и дроссельный элемент подается в направляющий аппарат 12 турбины, где происходит раскручивание ротора 13, при этом в магнитах 14 возникает электрический ток (в случае выполнения электрической машины в виде электрического генератора) и происходит разделение потока газа и конденсата, продолжающееся при прохождении через рассекатель 16. После выхода потока газа из рассекателя 16 происходит очистка газа при прохождении через металлическое кольцо 18 за счет электростатического разделения и нагрев газового конденсата электрическим нагревательным элементом 24. Газовый конденсат и отходы скапливаются в нижней части корпуса, откуда удаляются через патрубки 22 отвода газового конденсата и патрубок 23 отвода дренажа.
Очищенный газ через отверстия в перфорированном диске 17 поступает в кольцевую полость 21, откуда через выходной патрубок 20 отводится в магистраль потребителя.
Регулирование давления газа на входе достигается воздействием на механизм управления 9, который обеспечивает перемещение приводного диска 7 с вторым постоянным магнитом 10. Последний оказывает воздействие на одноименный полюс первого постоянного магнита 6 и запорный конус 5, заставляя его перемещаться относительно запорного седла входного патрубка, обеспечивая необходимое давление неочищенного газа на входе в газовый сепаратор.
Полученный электрический ток в обмотках 15 может быть использован частично для обеспечения работы агрегатов газового сепаратора и частично для удовлетворения нужд потребителя.
В случае выполнения электрической машины в виде электрического двигателя турбина может раскручиваться электрическим током и повышать давление в магистрали потребителя.
Таким образом, обеспечивая эффективную очистку газа, газовый сепаратор выполнен с возможностью обеспечения вспомогательного оборудования электрическим током и повышения давления очищенного газа в магистрали потребителя.
Использование: в машиностроении, на нефтяных и газовых промыслах, а также в системах питания двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: газовый сепаратор содержит корпус 1, входной патрубок 4 с запорным конусом 5, ротор 13 турбины с постоянными магнитами 14 электрической машины и обмотками 15, установленными в корпусе 1. На выходе из турбины размещен рассекатель 16, перфорированный диск 17 и металлическое кольцо 18, соединенное с положительным полюсом клеммной коробки 19. На днище 3 корпуса установлен электрический нагревательный элемент 24. Выходной патрубок 20 очищенного газа сообщен с кольцевой полостью 21. Корпус 1 соединен с отрицательным полюсом клеммной коробки 19 электрической машины. В корпусе 1 выполнены патрубки 22 отвода газового конденсата и патрубок 23 отвода дренажа. 9 з. п. ф-лф, 1 ил.
