一种旋风分离器的设计方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种旋风分离器的设计系统和方法，所述系统包括用于预存生成旋风分离器的数学模型的控制存储模块、用于存储用户输入的设计旋风分离器的参数的参数存储模块、用于根据参数利用预存的旋风分离器的数学模型确定旋风分离器的单管数量的单管数量模块、用于根据单管数量设计单管的分布结构的布局结构模块和用于生成旋风分离器的CAD布管图的CAD生成模块。本发明通过利用计算机通过用户输入的设计旋风分离器的参数，通过计算公式，自动的生成数学模型，并输出旋风分离器的CAD布管图，本发明不需要设计员具有分离器制造的专业知识，利用本发明输入参数就可以控制输出CAD布管图，显著降低旋风分离器设计时间和工作量。
【专利说明】一种旋风分离器的设计方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋风分离器的设计方法和系统。
【背景技术】
[0002]在进行旋风分离器设计时，现有的设计方法是通过重复一系列过程来确定最优设计参数，这些过程包括:收集、分析处理初始工艺参数；计算出工况下的实际工艺参数；设计旋风单管分布结构；设计计算旋风分离器结构尺寸；估算分离器压降；估算分离器的分离颗粒效率；计算分离器壁厚、强度校核；所有这些计算均由设计员手算完成。
[0003]这种方法工作量大、调整时间长、设计周期长、计算精度不高、容易出现偏差、成本高等问题，同时，这种方法常规上需要设计员具有深厚的专业知识背景，丰富的设计经验进行经验推测设计，并非人人都能使用这种方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种旋风分离器的设计方法和系统，该技术通过计算机输入设计参数通过计算公式，自动的生成数学模型，并输出旋风分离器的CAD布管图，这种方法和系统不需要设计员具有深厚的流体力学、分离器建模、分离器制造的专业知识，即使不熟悉旋风分离器的设计员也可以利用该模型容易的调整设计输入来控制设计输出的控制制造参数，并且可以显著降低旋风分离器设计时间和工作量。
[0005]为了达到上述目的，采用如下技术方案:
[0006]一种旋风分离器的设计系统，包括:
[0007]控制存储模块，其用于预存生成旋风分离器的数学模型；
[0008]参数存储模块，其用于存储用户输入的设计旋风分离器的参数；
[0009]单管数量模块，其用于根据参数利用预存的旋风分离器的数学模型确定旋风分离器的单管数量；
[0010]布局结构模块，其用于根据单管数量设计单管的分布结构；
[0011]CAD生成模块，其用于生成旋风分离器的CAD布管图。
[0012]进一步地,所述参数存储模块存储的参数包括自定义参数和额定参数,所述自定义参数包括设计温度、设计压力、操作温度、操作压力、单台额定处理量和介质标况下密度，所述额定参数包括制作单管的材料需用应力和材料屈服强度；所述单管数量模块还用于根据设计温度、设计压力、操作温度、操作压力、单台额定处理量、介质标况下密度，利用配套的公式计算出分离器的实际处理量、壁厚和单管总压降。
[0013]进一步地，还包括校验模块，其用于根据壁厚和材料计算水压试验下旋风分离器的环向应力，并判断其是否在预设的阈值范围内。
[0014]进一步地，所述布局结构模块根据单管数量，将单管排列在以旋风分离器的中心轴为轴心形成的一个以上同心圆上，所述靠近中心轴的单管静压比远离中心轴的静压高，旋风分离器以中心轴为圆心轴划分为4等份，各等份范围内的单管静压和相等。[0015]进一步地，所述单管包括左旋单管和右旋单管，在每一同心圆上的左旋单管和右旋单管依次交替排列；在同一时针顺序方向，左旋单管按照其静压升序排列，右旋单管按照其静压降序与左旋单管交替排列或左旋单管按照其静压升序排列，右旋单管按照其静压降序与左旋单管交替排列；在一同心圆上左旋单管与其相邻同心圆上直线距离最小的为右旋单管。
[0016]一种旋风分离器的设计方法，包括以下步骤:
[0017]步骤一:存储用户输入的设计旋风分离器的参数；
[0018]步骤二:根据参数利用预存的旋风分离器的数学模型确定旋风分离器的单管数量;
[0019]步骤三:根据单管数量设计单管的分布结构；
[0020]步骤四:生成旋风分离器的CAD布管图。
[0021]进一步地，所述步骤四之后还包括以下步骤:根据壁厚和材料计算水压试验下旋风分离器的环向应力，并判断其是否在预设的阈值范围内，若是，则该旋风分离器通过安全校核，若否，则该旋风分离器的安全校核失败，提示用户。
[0022]进一步地，所述步骤二包括根据设计温度、设计压力、操作温度、操作压力、单台额定处理量、介质标况下密度，利用配套的公式计算出分离器的实际处理量、壁厚和单管总压降，并确定所需单管数。
[0023]进一步地，所述步骤三包括将单管排列在以旋风分离器的中心轴为轴心形成的一个以上同心圆上，靠近中心轴的单管静压比远离中心轴的静压高，且旋风分离器以中心轴为圆心轴划分为4等份，各等份范围内的单管静压和相等。
[0024]进一步地，所述单管包括左旋单管和右旋单管，在每一同心圆上的左旋单管和右旋单管依次交替排列；在同一时针顺序方向，左旋单管按照其静压升序排列，右旋单管按照其静压降序与左旋单管交替排列或左旋单管按照其静压升序排列，右旋单管按照其静压降序与左旋单管交替排列；在一同心圆上左旋单管与其相邻同心圆上直线距离最小的为右旋单管。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0026]本发明虚拟地生成包括用户在实际生产制造中使用的计算方法和数学公式的组合的数学模型，通过执行模型计算，得到接近最优的单台额定处理量、单管额定处理量、旋风管数量、旋风管布置图和压降值，从而可以在无需任何高深专业知识的情况下，自动生成数学模型，另外可以利用本发明调整设计输入来控制设计输出的控制制造参数，很容易设计多管式旋风分离器。
[0027]本发明不需要设计员具有深厚的流体力学、分离器建模、分离器制造的专业知识，即使不熟悉旋风分离器的设计员也可以利用该模型容易的调整设计输入来控制设计输出的控制制造参数，并且可以显著降低旋风分离器设计时间和工作量。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明所述旋风分离器的设计系统的结构示意图；
[0029]图2是本发明所述旋风分离器单管的布局结构示意图；
[0030]图3是本发明所述旋风分离器的第二实施例的结构示意图；[0031]图4是本发明所述旋风分离器的设计方法的步骤流程图；
[0032]图5是本发明所述步骤S50的步骤流程图。
[0033]图示:1 一参数存储模块；2—控制存储模块；3—单管数量模块；4一布局结构模块；
[0034]5—CAD生成模块；6—安全校验模块。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合附图以及具体实施方法来详细说明本发明，在本发明的示意性实施及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0036]请参阅图1，其为本发明所述一种旋风分离器的设计系统，包括控制存储模块2、参数存储模块1、单管数量模块3、布局结构模块4和CAD生成模块5。
[0037]所述参数存储模块I用于存储用户输入的设计旋风分离器的参数。所述参数存储模块I存储的参数包括自定义参数和额定参数，所述自定义参数包括设计温度、设计压力、操作温度、操作压力、单台额定处理量和介质标况下密度，所述额定参数包括制作单管的材料需用应力和材料屈服强度。除了上述的参数外，还包括所有设计所需要的参数，在此不--列出。
[0038]所述控制存储模块2用于预存生成旋风分离器的数学模型。通过一系列的计算公式、条件参数等构成了本发明的旋风分离器的数学模型。 [0039]所述单管数量模块3用于根据用户输入的设计旋风分离器的参数，利用预存的旋风分离器的数学模型确定旋风分离器的单管数量。所述单管数量模块3还用于根据设计温度、设计压力、操作温度、操作压力、单台额定处理量和介质标况下密度，利用配套的公式计算出分离器的实际处理量、壁厚和单管总压降。
[0040]通过参数存储模块I存储的参数，旋风分离器的实际处理量计算公式为:
η _ η 273+ ^1 P0
[0041]01 -β0χ273 + ^ X-
[0042]其中=Qtl—分离器在标准工况下的处理量，单位m3/h Atl—标准工况下的温度；
[0043]P。一标准工况下的绝对压力，单位MPa山一额定工况下的温度；
[0044]P1—额定工况下的绝对压力，单位MPa ;z—额定工况下天然气的压缩因子，0.825。
[0045]单管数量计算公式为:
Q1
[0046]η ——
q
[0047]其中=Q1—分离器的实际处理量，单位m3/h ;q—单管额定处理量，单位m3/h ；
[0048]η—单管数量。
[0049]单管的压降计算公式:
[0050]AP1 =-ξιρν2
[0051]式中:ξ -PSC-100型导叶式旋风管的阻力特性参数；
[0052]P 一额定工况下天然气的密度,单位kg/m3 ；v一旋风管的表观截面气速,单位m/s。
【权利要求】
1.一种旋风分离器的设计系统，其特征在于，包括: 控制存储模块，其用于预存生成旋风分离器的数学模型； 参数存储模块，其用于存储用户输入的设计旋风分离器的参数； 单管数量模块，其用于根据参数利用预存的旋风分离器的数学模型确定旋风分离器的单管数量； 布局结构模块，其用于根据单管数量设计单管的分布结构； CAD生成模块，其用于生成旋风分离器的CAD布管图。
2.根据权利要求1所述的旋风分离器的设计系统，其特征在于:所述参数存储模块存储的参数包括自定义参数和额定参数，所述自定义参数包括设计温度、设计压力、操作温度、操作压力、单台额定处理量和介质标况下密度，所述额定参数包括制作单管的材料需用应力和材料屈服强度；所述单管数量模块还用于根据设计温度、设计压力、操作温度、操作压力、单台额定处理量、介质标况下密度，利用配套的公式计算出分离器的实际处理量、壁厚和单管总压降。
3.根据权利要求2所述的旋风分离器的设计系统，其特征在于:还包括校验模块，其用于根据壁厚和材料计算水压试验下旋风分离器的环向应力，并判断其是否在预设的阈值范围内。
4.根据权利要求 1或3所述的旋风分离器的设计系统，其特征在于:所述布局结构模块根据单管数量，将单管排列在以旋风分离器的中心轴为轴心形成的一个以上同心圆上，所述靠近中心轴的单管静压比远离中心轴的静压高，旋风分离器以中心轴为圆心轴划分为4等份，各等份范围内的单管静压和相等。
5.根据权利要求4所述的旋风分离器的设计系统，其特征在于:所述单管包括左旋单管和右旋单管，在每一同心圆上的左旋单管和右旋单管依次交替排列；在同一时针顺序方向，左旋单管按照其静压升序排列，右旋单管按照其静压降序与左旋单管交替排列或左旋单管按照其静压升序排列，右旋单管按照其静压降序与左旋单管交替排列；在一同心圆上左旋单管与其相邻同心圆上直线距离最小的为右旋单管。
6.一种旋风分离器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:存储用户输入的设计旋风分离器的参数； 步骤二:根据参数利用预存的旋风分离器的数学模型确定旋风分离器的单管数量； 步骤三:根据单管数量设计单管的分布结构； 步骤四:生成旋风分离器的CAD布管图。
7.根据权利要求6所述的旋风分离器的设计方法，其特征在于，所述步骤四之后还包括以下步骤:根据壁厚和材料计算水压试验下旋风分离器的环向应力，并判断其是否在预设的阈值范围内，若是，则该旋风分离器通过安全校核，若否，则该旋风分离器的安全校核失败，提示用户。
8.根据权利要求6所述的旋风分离器的设计方法，其特征在于:所述步骤二包括根据设计温度、设计压力、操作温度、操作压力、单台额定处理量、介质标况下密度，利用配套的公式计算出分离器的实际处理量、壁厚和单管总压降，并确定所需单管数。
9.根据权利要求6所述的旋风分离器的设计方法，其特征在于，所述步骤三包括将单管排列在以旋风分离器的中心轴为轴心形成的一个以上同心圆上，靠近中心轴的单管静压比远离中心轴的静压高，且旋风分离器以中心轴为圆心轴划分为4等份，各等份范围内的单管静压和相等。
10.根据权利要求9所述的旋风分离器的设计方法，其特征在于:所述单管包括左旋单管和右旋单管，在每一同心圆上的左旋单管和右旋单管依次交替排列；在同一时针顺序方向，左旋单管按照其静压升序排列，右旋单管按照其静压降序与左旋单管交替排列或左旋单管按照其 静压升序排列，右旋单管按照其静压降序与左旋单管交替排列；在一同心圆上左旋单管与其相邻同心圆上直线距离最小的为右旋单管。
【文档编号】G06F17/50GK104008215SQ201310055452
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月21日 优先权日:2013年2月21日
【发明者】王英, 孙旭, 文凤娇, 黄岩, 梁桂涓, 高安泰, 邱中平, 吴成平, 李红, 李成志, 宋慧君, 廖川, 苟志勇, 任伟琳 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油能源发展股份有限公司, 湛江南海西部石油合众近海建设有限公司