Турбоциклон Советский патент 1983 года по МПК B04C3/06 

ю

со со Изобретение относится к устройст вам для отделения газовой фазы из многокомпонентной среды в поле цент робежных сил и может быть использовано в химической, газовой, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. Известен турбоциклон, содержащий вертикальный корпус с входным и выходными патрубками, установленное н вращающемся валу внутри корпуса колесо-завихритель . Недостатком изеестной конструкци турбоциклона является то, что эффек тивность работы этого устройства сильно падает с повышением вязкости разделяемой среды. Серьезные затруд нения возникают при необходимости вьщелить газовую фазу из неньютонов ских сред, обладающих структурно-ме ханическими свойствами, например из газоводонефтяных эмульсий некоторых месторождений, из бу эовьк растворов и т. д. Вязкость сред, характеризующихся в статических условиях структурной решеткой, можно существенно понизит путем разрушения первоначальной структуры. При этом желаемый эффект легче всего достигается при создани в среде напряжений сдвига, например при пропускании среды через поле градиентов скорости. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является турбоциклон, содержащий вертикальный корпус с крышкой, на которой смонтировано на вра1аающемся валу рабочее колесо-завихритель, выполненоое в виде трех профилирован ных дисков, которыми установлены лопатки с выходной кромкой, рас положенной на диаметре, меньшем наружного диаметра дисков, входной и выходные патрубки Недостаток известного устройства низкая эффективность сепарации газо вой фазы. Цель изобретения - повышение эффективности сепарации газовой фазы за счет предварительно1ч снижения вязкости разделяемой кшогофазной среды. Поставленная цель достигается тем, что в турбоциклоне, содержащем вертикальный корпус с крыцжой, на которой смонтировано на вращающемся валу рабочее колесо-эавихритель, выполненное в виде трех профилированны дисков, между которыми установлены лопатки с выходной кромкой, расположенной на диакютре, 1июньшем наружного диаметра дисков, входной и выходные патрубки, лопатки закреплены на промежуточном диске, а верхний и ниж ний диски снабжены стоикгини и устайовлены с возможностью осевого перемещения относительно корпуса. Снижение вязкости неньютоновской разделяемой среды достигается путем создания в межлопаточных каналах рабочего колеса и на его периферии между взаимодействующими дисками в поперечном сечении потока градиентов скорости, достаточных для полного разрушения структуры. Высота межлопаточных каналов в 8-10 раз меньше их ширины: гидравлический дийметр такого канала весьма мал, и следовательно, относительно велико трение потока об ограничающие его стенки. Особенно значительные силы трения (а следовательно, и градиенты скорости) возникают в поперечном сечении потока в слоях жидкости, непо редственно примыкаюЕДих к неподвижным дискам. Кроме того, наличие в межлопаточном канале поверхностей, перемещающихся по отношению к потоку со значительными относительными скоростями приводит к возникновению в поперечном сечении потока устойчивого вихря, обеспечивающего непрерывную смену объемов жидкости у поверхности неподвижного диска. Наличие безлопаточного кольца на периферии рабочело колеса позвол яет израсходовать полученную в каналах рабочего колеса потенциальную энергию на достижение полезных эффектов . разрушение структуры и упорядочение потока в самых каналах. В результате наблюдается рост КПД рабочего колесазавихрителя. Установленные на валу вращающиеся диски .также выполнены плавающими и их осевое положение определяется взаимодействием кромок их лопаток с гладкими дисками. С целью повышения износостойкости, кромки лопаток и взаимодействующие с ними поверхности неподвижных дисков выполнены из специально подобг ранных износостойких материалов,обеспечивающих высокую долговечно.сть трущихся пар, несмотря на большие окружные скорости. Наличие осевой свободы, как у вращающихся, так и у/неподвижных дисков обеспечивает пропуск механических примесей через рабочее колесо в том случае, если размер включений, превышает высоту межлопаточного канала. На фиг. 1 представлен турбоциклон, общий вид; на фиг. 2 - рабочее колесо-завихрителяТурбоциклон состоит из корпуса 1, электродвигателя 2, муфты 3, подшипниковой опоры 4, рабочего колесазавихрителя 5, установленного на вращающемся валу б и смонтированного на крышке корпуса, газоотводярдей трубы 7, стоек 8, верхнего диска 9, промеясу-г точнога диска 10 и нижнего диска 11. На промежуточном диске 10 загкреплены лопатки 12.

Турбоциклон работает следующим

даотофазная среда, пройдя через входной патрубок, поступает на вход рабочего колеса 5.. Рабочее колесо 5 состоит из трех, вштолненных с возможностью осевого 11еремеиения и гидравлически взаимодрйствуюмих дисков

даски 9 и 11 неподвижно закреплены в корпусе на стойках 8/ диск 10 врашается вместе с приводным валом б ST двигателя 2. Лопатки 12 выполнены заодно с диском,10. Зазор между торцами лопаток и неподвижными дисками 9 и 11 компенсируется автоматически за счет веса дисков.

Рабочая среда, взаимодействуя с лопатками рабочего колеса, получает приращение энергии, за 1 оторой отбрасывается на внутреннюю поверхность корпуса циклона. При нормальном протекании рабочего процесса на внутренней поверхности циклона образуется тонкий слой движущейся вниз по .сширали среда, .азовая, фаза, выделяющаяся, из этого слоя в поле центробежных сил, через газоотГ«

одящую трубу 7, расположенную по ентру корпуса, отсасывается в сис«м. Отсепарированная идкость стекает по корпусу вниз к выходному патрубку. -имв предлагаемой конструкции синжение вязкости среды . за счет того, что среда (обладакадаяструктурно-механическими свойствами) пропускается через поле градиентов скорости, образованное гидравлически взаимодействуюсщми вра1 1аи«имисй 10 и неподвижными 9 и 11 дисками рабочего колеса..

В колесе-завихрителе скорости жидкости относительно стенок межлопаточного канала лежат otfewHO в пределах 3,5-5 м/с. окруасные скорости на периферии рабочехчэ колеса в

6-10 PS13 больше. Поэтому именно окружную составляющую целесообразно

использовать для быстрого и глубокого разрушения структу1« разделяемой среды, что повыаает эффективность

сепарации газовой Фазы за счет предверительного снижения вязкости раз деляемой многофазной средаа.

ТУРБОЦИКЛОН, содерж&дШй вертикальный корпус с крышкой, на которой смонтировано на вращёиоЕ емся валу рабочее колесо-эавихрител1Ь, выполненное .в виде трех профилированных дисков, между которыми установлены лопатки с выходной кромкой, расположенной на диаметре, меньшем нарузшого диаметра дисков, входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности. сепа рации газовой фазы за счет предварительного сниже ния вязкости разделяемойМногофазной среды, лопатки закреплены на промежуточном диске, а верхний и нижний диски снабжены стойками и установлены с возможностью осевого переме(Л щения относительно корпуса.