RU2532436C1

RU2532436C1 - Gas-fluid separator

Info

Publication number: RU2532436C1
Application number: RU2013122549/05A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Голубов; Наталья Петровна Ежова; Вадим Георгиевич Семёнов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо")
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-11-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to gas-fluid separator used in oil systems of gas turbines intended for removal of oil from breathed air emitted in atmosphere. This separator comprises vertical cylinder-like outer housing accommodating inner cylinder with gas discharge holes, spiral element with helical surface arranged there between to make helical channel and gas-fluid feed channels at housing top section and degassed fluid discharge at housing bottom. Fluid discharge device is composed of two fluid discharge pipes arranged at outer cylinder bottom and separated by perforated horizontal web. One of pipes is arranged at outer cylinder base and directed downward while other fluid discharge pipe is arranged tangentially to outer cylinder sidewall and in direction of spiral element coiling. Note here that side pipe outlet is connected tangentially to extra cylindrical housing sidewall, cylinder diameter being smaller than that of outer cylinder.

EFFECT: higher efficiency of separation.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и касается устройства газожидкостного сепаратора, используемого в маслосистемах энергетических газотурбинных установок для очистки от масла суфлируемого воздуха.The invention relates to the field of mechanical engineering and relates to a gas-liquid separator used in oil systems of power gas turbine units for purifying oil from ventilated air.

Энергетические газотурбинные установки (ЭГТУ) широко используются на газоперекачивающих и электрических станциях.Power gas turbine units (EGTU) are widely used in gas pumping and power plants.

Известен газожидкостный сепаратор, содержащий вертикальный корпус в виде внешнего цилиндра с установленным в нем внутренним цилиндром с отверстиями для отвода газа, размещенный между ними спиральный элемент с винтовой поверхностью, образующей спиральный канал и устройства для подвода газожидкостной смеси и отвода дегазированной жидкости (патент RU 2425709, МПК B01D 19/00, опубл. 10.08.2011 г.).Known gas-liquid separator containing a vertical housing in the form of an external cylinder with an internal cylinder installed with holes for gas extraction, a spiral element located between them with a screw surface forming a spiral channel and a device for supplying a gas-liquid mixture and removal of degassed liquid (patent RU 2425709, IPC B01D 19/00, published on 08/10/2011).

К недостаткам известного сепаратора следует отнести низкую эффективность очистки газовых включений от жидкости. Применительно к ЭГТУ, где в сепараторе происходит отделение воздуха от масла, низкая эффективность очистки приводит к уходу части масла, являющегося агрессивной жидкостью, в атмосферу, что ухудшает экологические характеристики ЭГТУ, кроме того, увеличивается непроизводительный расход масла.The disadvantages of the known separator include the low efficiency of cleaning gas inclusions from liquids. In relation to EGTU, where air and oil are separated in the separator, low cleaning efficiency leads to the escape of part of the oil, which is an aggressive liquid, into the atmosphere, which degrades the ecological characteristics of EGTU, and in addition, unproductive oil consumption.

Одной из причин указанного недостатка является то, что возникающее при криволинейном движении газожидкостной смеси в спиральном канале центробежное ускорение по мере перемещения ее в нижнюю часть протяженного внешнего цилиндра уменьшается, что снижает выталкивающую силу, действующую на газовые включения, в сторону оси внутреннего цилиндра. Чтобы обеспечить эффективную очистку газовых включений, по мере стекания газожидкостной смеси в нижнюю часть внешнего цилиндра необходимо интенсифицировать закрутку смеси, что можно осуществить, сокращая радиус закрутки, то есть уменьшая диаметр внешнего цилиндра, либо вместо внешнего цилиндра использовать внешний конус, обращенный вершиной вниз, но данное решение усложнит компоновку спиралевидного элемента с винтовой поверхностью. One of the reasons for this drawback is that the centrifugal acceleration that occurs during the curvilinear motion of the gas-liquid mixture in the spiral channel decreases as it moves to the lower part of the extended outer cylinder, which reduces the buoyant force acting on the gas inclusions towards the axis of the inner cylinder. To ensure efficient cleaning of gas inclusions, as the gas-liquid mixture flows into the lower part of the outer cylinder, it is necessary to intensify the swirling of the mixture, which can be done by reducing the swirl radius, that is, reducing the diameter of the outer cylinder, or instead of using the outer cylinder, use an outer cone with its top turned down, but this solution will complicate the layout of the spiral element with a helical surface.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение эффективности очистки в сепараторе газовых включений от жидкости.The technical result, to which the invention is directed, is to increase the cleaning efficiency in a separator of gas inclusions from liquid.

Заявленный технический результат достигается тем, что в газожидкостном сепараторе, содержащем вертикальный корпус в виде внешнего цилиндра с установленным в нем внутренним цилиндром с отверстиями для отвода газа, размещенный между ними спиральный элемент с винтовой поверхностью, образующий спиральный канал, и устройства для подвода газожидкостной смеси в верхней части корпуса и отвода дегазированной жидкости в нижней части корпуса, согласно изобретению устройство для отвода жидкости выполнено в виде двух расположенных в нижней части внешнего цилиндра патрубков отвода жидкости, отделенных друг от друга перфорированной горизонтальной перегородкой, один из которых расположен в основании внешнего цилиндра и направлен вниз, а другой патрубок отвода жидкости расположен касательно к боковой стенке внешнего цилиндра и установлен по направлению навивки спирального элемента, причем выход из бокового патрубка подключен касательно в верхнюю часть боковой стенки дополнительного цилиндрического корпуса с диаметром меньшим, чем диаметр внешнего цилиндра. Кроме того, устройство для подвода газожидкостной смеси выполнено в виде разветвляющегося, как минимум, на два канала, патрубка, каждый из которых подключен к отдельному цилиндрическому корпусу.The claimed technical result is achieved by the fact that in a gas-liquid separator containing a vertical housing in the form of an external cylinder with an internal cylinder installed therein with openings for exhausting gas, a spiral element with a helical surface forming a spiral channel placed between them and devices for supplying a gas-liquid mixture to according to the invention, a device for draining liquid is made in the form of two located in the lower part the outer cylinder of the liquid discharge pipes, separated from each other by a perforated horizontal partition, one of which is located at the base of the external cylinder and is directed downward, and the other liquid pipe is located tangentially to the side wall of the external cylinder and is installed in the direction of winding of the spiral element, and the exit from the side the nozzle is connected tangentially to the upper part of the side wall of the additional cylindrical body with a diameter smaller than the diameter of the outer cylinder. In addition, the device for supplying a gas-liquid mixture is made in the form of a branching pipe for at least two channels, a pipe, each of which is connected to a separate cylindrical body.

Выполнение устройства для отвода жидкости в виде двух расположенных в нижней части внешнего цилиндра патрубков отвода жидкости, отделенных друг от друга перфорированной горизонтальной сеткой, а также установка бокового патрубка касательно боковой стенке внешнего цилиндра по направлению навивки спирального элемента и с выходом, подключенным касательно в верхнюю часть боковой стенки дополнительного цилиндрического корпуса, позволит организовать перепуск части газожидкостной смеси, сохранившей запас кинетической энергии, в дополнительный цилиндрический корпус, что позволит более полно использовать эффект поля центробежных сил инерции и, как следствие, повысить эффективность очистки газовых включений от жидкости.The implementation of the device for draining the liquid in the form of two located in the lower part of the outer cylinder of the nozzle fluid drain, separated from each other by a perforated horizontal mesh, as well as the installation of the side pipe relative to the side wall of the external cylinder in the direction of winding of the spiral element and with the output connected tangentially to the upper the side wall of the additional cylindrical housing, will allow the bypass to organize part of the gas-liquid mixture, which has retained a supply of kinetic energy, in addition flax cylindrical body that will more fully utilize the inertia effect of the field of centrifugal forces and, as a consequence, increase the efficiency of purification of gaseous inclusions from the liquid.

Выполнение дополнительного цилиндрического корпуса с диаметром, меньшим чем диаметр внешнего цилиндра (основного цилиндра), позволит увеличить угловую скорость вращающегося в нем потока газожидкостной смеси, усиливая эффект поля центробежных сил, что повышает эффективность очистки газовых включений от жидкости.The implementation of an additional cylindrical body with a diameter smaller than the diameter of the outer cylinder (main cylinder) will increase the angular velocity of the gas-liquid mixture flow rotating in it, enhancing the effect of the centrifugal force field, which increases the efficiency of cleaning gas inclusions from liquids.

Для увеличения пропускной способности сепаратора, а также для сокращения вертикального его габарита, лимитирующего размещение сепаратора в маслосистеме ЭГТУ (сепаратор устанавливается над маслобаком, который расположен, как правило, в верхней точке установки), целесообразно устройство для подвода газожидкостной смеси выполнить в виде разветвляющегося, как минимум, на два канала, патрубка, каждый из которых подключен к отдельному цилиндрическому корпусу.To increase the capacity of the separator, as well as to reduce its vertical size, which limits the placement of the separator in the EGTU oil system (the separator is installed above the oil tank, which is usually located at the top of the installation), it is advisable to make a device for supplying a gas-liquid mixture in the form of a branching at least two channels, a branch pipe, each of which is connected to a separate cylindrical body.

На прилагаемых чертежах изображен заявляемый газожидкостный сепаратор:The accompanying drawings depict the inventive gas-liquid separator:

На фиг.1 - вид сверху;Figure 1 is a top view;

На фиг.2 - изображена развертка по А-Б-Г-Д-Е фигуры 1;Figure 2 - shows a scan along A-B-G-D-E of figure 1;

На фиг.3 - спиральный элемент с винтовой поверхностью,Figure 3 - spiral element with a helical surface,

закрепленный на внутреннем цилиндре.fixed on the inner cylinder.

Газожидкостный сепаратор содержит вертикальный корпус в виде внешних цилиндров 1 с установленными внутрь них внутренними цилиндрами 2 с отверстиями 3 для отвода воздуха и размещенных между ними спиральных элементов 4 с винтовой поверхностью, образующих спиральные каналы 5. Устройство для подвода воздушномасляной смеси включает в себя патрубок 6, разветвляющийся на два канала 7, каждый из которых подключен в верхнюю часть отдельного внешнего цилиндра 1 касательно к его боковой поверхности.The gas-liquid separator comprises a vertical casing in the form of external cylinders 1 with internal cylinders 2 installed inside them with openings 3 for venting air and the spiral elements 4 located between them with a helical surface forming spiral channels 5. A device for supplying an air-oil mixture includes a pipe 6, branching into two channels 7, each of which is connected to the upper part of a separate external cylinder 1 with respect to its side surface.

Устройство для отвода очищенного от воздушных включений масла включает в себя два маслоотводящих патрубка 8, расположенных в нижней части внешних цилиндров 1 и отделенных от боковых патрубков 9 перфорированными горизонтальными перегородками 10. Маслоотводящие патрубки 8 установлены в основаниях 11 внешних цилиндров 1 и смотрят вниз, где расположен маслобак ЭГТУ, а боковые патрубки 9 расположены касательно на боковых стенках внешних цилиндров 1 и установлены по направлению навивки спиральных элементов 4. Выходы из боковых патрубков 9 подключены касательно к боковым стенкам в верхнюю часть дополнительных цилиндров 12, имеющих диаметр оснований меньший, чем диаметр оснований внешних цилиндров 1 (основных). Внутренний цилиндр 2 с установленным на нем спиральным элементом 4 крепится к верхнему основанию 13 внешнего цилиндра 1.A device for removing oil cleaned from air inclusions includes two oil outlet pipes 8 located in the lower part of the outer cylinders 1 and separated from the side pipes 9 by perforated horizontal partitions 10. The oil outlet pipes 8 are installed in the bases 11 of the outer cylinders 1 and look down, where it is located EGTU oil tank, and the side pipes 9 are located tangentially on the side walls of the outer cylinders 1 and are installed in the direction of winding of the spiral elements 4. Exits from the side pipes 9 They are tangent to the side walls in the upper part of the additional cylinders 12 having a base diameter smaller than the base diameter of the outer cylinders 1 (main). The inner cylinder 2 with the spiral element 4 mounted on it is attached to the upper base 13 of the outer cylinder 1.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При работе ЭГТУ воздушномасляная смесь из системы суфлирования двигателя поступает в патрубок 6 газожидкостного сепаратора, где она разделяется благодаря каналам 7 на два автономных потока воздушномасляной смеси с большим запасом кинетической энергии и заполняет спиральные каналы 5, образованные внутри внешних цилиндров 1, в которых благодаря криволинейной (винтообразной) поверхности спиральных элементов 4 закручивается. Возникает поле центробежных сил инерции, в котором более тяжелые частицы масла будут отбрасываться к боковой стенке внешних цилиндров 1, а пузырьки воздуха, в свою очередь, будут выдавливаться в их центральную зону, где расположены внутренние цилиндры 2, через отверстия 3 в которых воздух будет отводиться в окружающую атмосферу.During the operation of the EGTU, the air-oil mixture from the engine venting system enters the nozzle 6 of the gas-liquid separator, where it is divided, thanks to the channels 7, into two independent flows of the air-oil mixture with a large supply of kinetic energy and fills the spiral channels 5 formed inside the outer cylinders 1, in which, due to the curvilinear ( helical) the surface of the spiral elements 4 is twisted. A field of centrifugal inertia forces arises, in which heavier particles of oil will be thrown to the side wall of the outer cylinders 1, and air bubbles, in turn, will be squeezed out into their central zone, where the inner cylinders 2 are located, through the openings 3 in which air will be vented into the surrounding atmosphere.

По мере движения воздушномасляной смеси вниз по винтовым поверхностям спиральных каналов 5 угловая скорость вращения потока воздушномасляной смеси вокруг оси внешнего цилиндра 1 падает (закрутка потока), следовательно, снижается центробежное ускорение, воздействующее на смесь, и ослабляется выталкивающая сила, действующая на воздушные включения.As the air-oil mixture moves downward along the helical surfaces of the spiral channels 5, the angular velocity of the air-oil mixture flow around the axis of the outer cylinder 1 decreases (flow swirl), therefore, the centrifugal acceleration acting on the mixture decreases and the buoyant force acting on the air inclusions is weakened.

При большой длине внешнего цилиндра 1 процесс очистки воздушных включений от масла в нижней его части почти прекращается из-за резкого ослабления поля центробежных сил инерции при том, что прилегающий к боковой стенке цилиндра слой воздушномасляной смеси имеет еще достаточный запас кинетической энергии.With a large length of the outer cylinder 1, the process of cleaning air inclusions from oil in its lower part almost stops due to a sharp weakening of the field of centrifugal inertia forces, while the layer of air-oil mixture adjacent to the side wall of the cylinder still has a sufficient supply of kinetic energy.

Чтобы интенсифицировать процесс очистки воздуха, необходимо осуществить принудительную раскрутку потока воздушномасляной смеси, что происходит, когда расположенный вблизи боковой стенки внешнего цилиндра 1 слой смеси переправляется через боковые патрубки 9 в дополнительные цилиндры 12 с существенно меньшим диаметром оснований по сравнению с диаметром оснований внешних цилиндров 1 (основных), что приведет к увеличению угловой скорости вращения потока воздушномасляной смеси вокруг оси дополнительных цилиндров 12 и, следовательно, к росту центробежного ускорения, воздействующего на поток смеси, и увеличению выталкивающей силы, действующей на воздушные включения. При этом поток воздушномасляной смеси, расположенный ближе к внутреннему цилиндру 2 и имеющий меньший запас кинетической энергии, постепенно замедляется и опускается в нижнюю часть внешнего цилиндра 1 и, пройдя перфорированную горизонтальную перегородку 10, которая задерживает проход воздушных пузырьков вследствие явления поверхностного натяжения, попадает в маслобак ЭГТУ.In order to intensify the process of air purification, it is necessary to carry out a forced unwinding of the flow of the air-oil mixture, which occurs when the layer of the mixture located near the side wall of the external cylinder 1 is transported through the side pipes 9 to additional cylinders 12 with a substantially smaller base diameter compared to the base diameter of the outer cylinders 1 ( main), which will lead to an increase in the angular velocity of rotation of the flow of air-oil mixture around the axis of the additional cylinders 12 and, consequently, to growth centrifugal acceleration acting on the flow of the mixture, and increase the buoyancy force acting on air inclusions. At the same time, the flow of the air-oil mixture closer to the inner cylinder 2 and having a smaller kinetic energy reserve gradually slows down and falls into the lower part of the outer cylinder 1 and, having passed the perforated horizontal partition 10, which delays the passage of air bubbles due to the surface tension phenomenon, enters the oil tank EGTU.

Реализация изобретения позволит повысить качество очистки газовых включений от жидкости за счет перепуска части газожидкостной смеси, сохранившей запас кинетической энергии, в дополнительный цилиндрический корпус с диаметром, существенно меньшим, чем диаметр основного цилиндрического корпуса.Implementation of the invention will improve the quality of cleaning gas inclusions from liquids by transferring part of the gas-liquid mixture, which has saved kinetic energy, into an additional cylindrical body with a diameter significantly smaller than the diameter of the main cylindrical body.

Claims

1. A gas-liquid separator comprising a vertical casing in the form of an external cylinder with an internal cylinder installed therein with gas exhaust openings, a spiral element with a screw surface forming a spiral channel between them and devices for supplying a gas-liquid mixture in the upper part of the casing and the removal of a degassed one liquid in the lower part of the housing, characterized in that the device for draining the liquid is made in the form of two located in the lower part of the outer cylinder of the nozzles of the liquid drain, separated x from each other with a perforated horizontal partition, one of which is located at the base of the outer cylinder and directed downward, and the other fluid outlet pipe is located tangentially to the side wall of the outer cylinder and is installed in the direction of winding of the spiral element, and the outlet from the side pipe is connected tangentially to the upper part the side wall of the additional cylindrical body with a diameter smaller than the diameter of the outer cylinder.

2. The gas-liquid separator according to claim 1, characterized in that the device for supplying a gas-liquid mixture is made in the form of branching into at least two pipe channels, each of which is connected to a separate cylindrical body.