Турбоциклон Советский патент 1982 года по МПК B04C5/30 

(5) ТУРБОЦИКЛОН

Изобретение относится к устройства для удаления газовой фазы из буровых растворов и может быть использовано в газонефтедобывающей промышленности Известен турбоциклон для выделения газовой фазы из многокомпонентной среды в пола центробежных сил, содержащий вертикальный корпус с крышкой и установленное на вращающемся валу внутри корпуса рабочее колесо-завихритель l}. В таком турбоциклоне многофазная среда, пройдя через входной патрубок поступает на вход вращающегося колеса-завихрителя, где, взаимодействуя с лопатками последнего, получает приращение кинетической энергии. За счет полученной кинетической -энергии среда отбрасывается на внутреннюю поверх ность корпуса циклона При нормальном протекании рабочего процесса на внутренней поверхности циклона образу.ется тонкий слой движущейся по спирали среды. Газовая фаза, выделяющаяся из этого слоя в поле центробежт ных сил, через газоотводящие трубки отсасывается в вакуумную систему. Отсепарированная жидкость стекает по корпусу к выходному патрубку. В известном турбоциклоне приемные отверстия газоотводящих трубок обычно располагаются под колесомзавихрителем, а сами газоотводящие трубки крепятся консольно к стенке корпуса. Для эффективного удаления газовой фазы из корпуса газосепаратора газоотводящие трубки должны иметь достаточно развитые проходные сечения, 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 сечения газоотводящих каналов путем увеличения количества . трубок или их размеров неизбежно приводят к возникновению возмущений в потоке на стенке турбоциклона и, как следствие, к падению эффективности рабочего процесса в результате стеснения потока элемента конструкции о Абсолютная скорость среды, выбрасываемой из межлопаточных каналов колеса - завихрителя, может быть представлена в виде двух векторов; вектора окружной скорости и вектора радиальной скорости Кинетическая энергия, отвечающая радиальной составляющей, в зависимости от конструк ции корпуса турбоциклона может идти на разные цели. Если поток среды движущейся в радиальном направлении, встречает нормальную к потоку стенку корпуса (вертикальную), то вся энергия радиального движения переходит в энергию удара„ Жидкость разбрызгивается и капли ее, попадая в поток отсасываемого газа, увеличивают влажность последнего. Если поток среды встречает наклонную стенку, имеющую плавное сопряжение с вер тикальным участком, то вектор скорости меняет свое направление в пространстве: бывшая радиальная составляю щая становится вертикальной. Этот новый вектор, складываясь с вектором скорости, возникающим на вертикальном участке под действием гравитацио ных сил, увеличивает скорость вертикального перемещения потока в ftopnyсе циклона, уменьшая время пребывания среды в поле центробежных сил Таким образом и в первом и во вто ром случаях энергия радиального дви жения тратится на создание отрицател ных эффектов. Наиболее близким к предлагаемому турбоциклону по технической сущности и достигаемому результату является турбоциклон, содержащий цилиндроконический корпус с крышкой, установленный внутри корпуса завихритель, входной патрубок и патрубки отвода разделенных фаз 2 , Недостатками этого турбоциклона являются увеличение радиальной составляющей скорости, а также необход мость дополнительной мощности приво для приведения во вращательное движение дополнительных лопастей Цель изобретения - повышение эффективности разделения за счет сниж ния концентрации жидкости в откачиваемой газовой фазе Поставленная цель достигается 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 кольцевая система пустотелых лопаток, вид снизуо Турбоциклон содержит электродвигатель 1, вал которого с помощью упругой муфты 2 соединен с валом 3 завихрителя 4, вращающимся в подшипниках 5| цилиндроконический корпус б с входным патрубком 7 и патрубком 8 отвода газовой фазы. На крышке 9 Корпуса установлена кольцевая система пустотелых лопаток 10« Турбоциклон работает следующим образомоДвухфазная газожидкостная система через патрубок 7 поступает в верхнюю часть корпуса турбоциклона и далее на вход завихрителя, получающего энергию от приводного электродвигателя через вал и упругую соединительную муфту , Взаимодействуя с лопатками завихрителя, многофазная среда получает приращение энергии, за счет чего отбрасывается 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 выходная кромка пустотелой лопатки расположена тангенциально к внутренней поверхности корпуса, обеспечивается перевод радиальной составляющей скорости потока в окружную. Из кольцевой системы пустотелых лопаток двухфазная среда поступает на внутреннюю поверхность корпуса турбоциклона, где движется по спиралеобразным траекториям Выделение газовой фазы происходит из тонкого слоя под действием градиента давлений в поле центробежных сил. Процесс сепарации газа идет тем интенсивнее, чем выше напряженность поля центробежных сил, т,е. чем большую величину имеет окружная составляющая скорости,

Отсепарированный газ через пустотелые лопатки поступает затем в патрубок 8, соединенный с вакуумнойсистемой (на фигурах не показана).

Дегазированная жидкость стекает в нижнюю часть корпуса турбоциклона и далее выводится из него.

Таким образом, установка на крышке корпуса соосно с завихрителем кольцевой системы пустотелых лопаток позволяет за счет плавного перевода вредной радиальной составляющей в окружную увеличить величину последней. При этом дополнительная мощность не требуется

Выполнение лопаток пустотелыми дает возможность использовать их полости в качестве патрубков для отвода газовой фазы из корпуса турбоциклона и избежать нарушения структуры потока элементами газоотврдящей системы.

Выходную кромку пустотелой лопасти целесообразно располагать на расстоянии, равном максимально возможной толщине пленки жидкости в турбоциклоне,.

Уменьшение зазора между лопастями кольцевой системы и корпусом приводит к невозможности существования

упорядоченного течения на стенке корпуса.

Увеличение же зазора вызывает снижение эффективности сепарации газа из-за уменьшения величины Окружной составляющей скорости потока.

Формула изобретения

1о Турбоциклон, содержащий цилиндроконический корпус с крышкой, ус тановленный внутри корпуса завихритель, входной патрубок и патрубки отвода разделенных фаз, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разделения за счет снижения концентрации жидкости в откачиваемой газовой фазе, он сЫабжен кольцевой системой пустотелых лопаток, установленной на крышке к корпуса соосно с завихрителем, при этом патрубки отвода газовой фазы размещены внутри пустотелых лопаток. :

2, Турбоциклон по По 1, отличающийся тем, что выходная кромка каждой пустотелой лопатки установлена тангенциально к внутренней поверхности корпуса,а входная кромка - наклонно к горизонтали под углом, совпадающим с вектором абсолютной скорости потока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2,Авторское свидетельство СССР № 633610, кл, В С 3/06, 1977,