Центрифуга для разделения газовых смесей Советский патент 1984 года по МПК B04B5/10 

Изобретение относится к центробе ным сепарационным устройствам для н прерывного разделения смесей газов с paзличны ш молекулярными массами и может быть применено в газодобыва (ощей промыш-пенности для выделения т желых углеводородов из природного г за при подготовке его к транспорту по магистральным трубопроводам, а также в химической и других отраслях промьшшенности. Известна центрифуга, содержащая корпус с входными и выходными отвер стиями, ротор, состоящий из двух со осных, совместно вращающихся обечае пустотелый вал,-, соединенный с внутренней обечайкой ротора, и сист му отверстий для подачи газовой сме си в рабочую полость, образованную обечайками ротора, В средней части корпуса имеется отверстие для инжекции газа-носителя в зазор между корпусом и ротором П. В известной центрифуге давление газа-носителя в кольцевом зазоре между корпусом и ротором близко к давлению газовой смеси в рабочей по лости ротора. Скорость вращения ротора а следовательно, и производительность центрифуги ограничена и не может быть увеличена выше допустимой, обусловленной прочностью мат риала наружной обечайки ротора. Дру гим препятствием к увеличению скоро ти вращения ротора, является то, что ротор, вращаясь в среде газ-носител нагревается от трения о газ. Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является цен рифуга для разделения газовых смесе содержащая корпусj смонтированный в нем на полом приводном валу ротор состоящий из двух соосных сплошных обечаек, и патрубок для подачи газо вой смеси в полость мелзду корпусом и ротором. Полость внутренней обечайки ротора сообщена с полостью между корпусом и ротором через дрос селирующее отверстие, В этой центрифуге уменьшено трение ротора о газ-носитель, а также частично компенсируется действие центробежных сил на стенки ротора вследствие перепада давления между внутренней полостью ротора и полостью зазора между корпусом и ротором 2 . Однако окружная скорость вращения частиц газовой смеси в рабочей полости ротора ограничена скоростью вращения самого ротора и не может быть вьше этой скорости. Это означает, что эффективность разделения газовой смеси и производительность центрифуги непосредственно ограничены техническими возможностями вращения ротора известной центрифуги Целью изобретения является повыщение производительности центрифуги. Эта цель достигается тем, что в центрифуге, содержащей корпус, смонтированный в нем на полом при водном валу ротор, состоящий из двух соосных неперфорированных обечаек, и патрубок для подачи газовой смеси в полость между корпусом и ротором, в роторе между сплощными обечайками размещена перфорированная обечайка, при этом к внутренней обечайке ротора в нижней части прикреплены профилированные лопатки и в стенке этой обечайки между лопатками выполнены дросселирующие отверстия. Наличие перфорированной обечайки в рабочей полости ротора препятствует обратному выносу тяжелого компонента в полость разделения, а спирально закрученные лопатки, выполняющие в сочетании -с дроссельными отверстиями функцию сопел Лаваля, придают потоку газовой смеси дополнительную окружную скорость, которая складывается со скоростью вращения ротора, благодаря чему существенно повьщ ается скорость процесса центрифугирования, а следовательно, эффективность разделения и произ-водительность центрифуги. На фиг.1 изображена центрифуга, общий вид, в разрез-е; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1. Центрифуга содержит корпус 1 с входным тангенциальным патрубком 2, отверстиями 3 и 4 для вывода тяжелого компонента после грубой и тонкой очистки соответственно, ротор, состоящий из сплошных конусообразных наружной обечайки 5 и внутренней обечайки 6 и установленный в корпусе 1 на подшипниках 7. Ротор в верхней части имеет входное отверстие 8, сообщающее кольцевую полость между корпусом и ротором через дросселирзтощее отверстие 9 с полостью внутренней обечайки 6 ротора. Ротор снабжен отбойным диском 10, служащим жесткой

связью между внутренней и наружной обечайками 6 и 5 ротора. Между обечайками 5 и 6 установлена перфорированная обечайка 11, а к обечайке б в нижней части прикреплены лопатки 12, спирально закрученные внаправле НИИ вращения ротора. В стенке обечай ки 6 между лопатками 12 выполнены дросселирующие отверстия 13. Наружная обечайка 5 жестко соединена с диском 14, закрепленным иа полом приводном валу 15, а также диском 16 расположенным с зазором к диску 10 для вывода тяжелого компонента после очистки в полости ротора через отверстия 17. Полый приводной вал 15 приводится во вращение радиальной турбиной 18 (показано условно) и служит одновременно ,сц1я вывода легкого компонента из полости ротора.

Центрифуга работает следующим образом.

Газовая смесь под высоким давлением поступает в корпус 1 через тангенциально установленный патрубок 2 и приобретает вращательное движение в кольцевом зазоре между корпусом и наружной обечайкой ротора 5 в направлении, совпадающем с направлением вращения ротора. Вследствие вращения газовой смеси тяжелые компоненты и капельная жидкость концентрируются у стенки корпуса 1 и выводятся из него через отверстие 3 (происходит грубая очистка газа. Более легкие компоненты газовой смеси концентрируются у наружной обечайки 5 ротора и через отверстие 8 И дросселирующее отверстие 9 поступают в полость внутренней обечайки 6 ротора. Из полостивнутренней обечайки 6 через систему дросселирующих отверстий 13 смесь поступает в рабочую полость ротора, где, закручиваясь спиральными лопатками 12, приобретает дополнительную относительную скорость.

Таким образом, поступающая в рабочую полость ротора газовая смесь в процессе дросселирования через систему отверстий 13, выполняю1цих щих функцию сопел Лав ал я, расширяется, охлаждается и приобретает дополнительное движение по круговой траектории, так что скорость схода газовой струи со спиральной лопатки, направленная по касательной к образующей лопатки, суммируется со скорост.ью переносного движения (вращения )ротора и окружная скорость элементарной частицы смеси, попавшей в рабочую полость ротора, равна арифметической сумме относительной скорости течения газовой смеси у торцов лопаток и переносной скорости вращающегося ротора.

Под действием центробежных сил, пропо рциональных массе частиц и квадрату окружной скорости, более тяжелые компоненты смеси концентрируются у наружной обечайки 5 ротора, проникают через отверстия в перфорированной обечайке I1, препятствующей обратному выносу тяжелых частиц в рабочую полость ротора. Благодаря расширению наружной обечайкн 5 книзу тяжелые компоненты смег си под действием центробежных сил ДВИЖУТСЯ вннз и через отверстия 17 попадают в зазор между диском 10 н нилшим диском 16, а оттуда выводятся из центрифуги через отверстие 4. Легкие компоненты концентрируются у внутренней обечайки 6 и, noAHHftaHCB вверх, выводятся через полость пустотелого приводного вала 15 в газовую магистраль.

В описанной центрифуге существенно увеличен фактор разделения, который является основной характернстнкой, определяющей эффективность работы центрифуг.

ЦЕНТРИФУГА ДПЯ РАЗДЕЛЕНИЙ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, содержащая корпус, смонтированный в нем на полом приводном валу ротор, состоявший из двух соосных сплошных обечаек, и патрубок для подачи газовой смеси в полость между корпусом и ротором, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности, в роторе между сплошными обечайками размещена перфорированная обечайка, при зтом к внутренней обечайке ротора в нижней части прикреплены профилированные лопатки и в стенке этой обечайки между лопатками выполнены дросселируюЕцие отверстия. СО о 4 О О)

ut.S

в-б

1Z