一种泵来流含气实验的气液多级分离装置的制作方法

本实用新型涉及泵实验领域和化工机械技术领域，具体地说是一种泵来流含气实验的气液多级分离装置。除了能满足水中不溶于水的气体的分离外，也可以满足其他流体中不溶于流体的气体的分离。

背景技术：

在企业或者实验室里，泵实验台用的实验介质一般都是水，而且是循环利用。由储水罐吸入泵，然后在由泵的出口排入储水罐中。来流含气的实验加气装置一般位于泵和储水罐之间的入口管道。然而要保证泵入口处的气相含量百分比完全由加气装置控制，那么就需要保证储水罐里的水没有因为入口处的加气而含多余的气体。

所以在加过气的水流入储水罐之前我们要对它除气。除气装置位于泵和储水罐之间。随着气液两相流研究热度的提高，对气液分离装置的需求也逐步上升。而在分离流体占主要的气液混合流体方面，常用的分离器比较单一。常现有的气液分离装置大多利用只重力分离，先让流体的速度降下来再进行分离，分离效率不是很理想，而且体积庞大，不利于占地面积小的实验室。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出一种泵来流含气实验的气液多级分离装置。本实用新型由三级分离装置组成。利用了多种分离原理，使得流体不仅在速度降下来的时候进行气液分离，而且还利用流体的速度和压力进行气液分离。

本实用新型技术方案是：

本实用新型包括罐体和置于罐体内的第一级分离部分、第二级分离部分和第三级分离部分，第一级分离部分置于罐体内腔的上部空间，第二级分离部分置于罐体内壁周面，第一级分离部分和第二级分离部分之间通过水管连接，第三级分离部分置于罐体底部，罐体的罐盖开有顶部出气口，顶部出气口处安装丝网过滤器；气液两相依次流经第一级分离部分、第二级分离部分和第三级分离部分完成气液分离。

所述的第一级分离部分主要由螺旋管、喷嘴和折流板组成，螺旋管为沿平面螺纹布置的管道结构，螺旋管上间隔设置有多个喷嘴，并在每个喷嘴端口处附近设置有折流板。

对于每个喷嘴，喷嘴连接到螺旋管上部靠近中心侧的外壁，喷嘴沿自身所在的螺旋管圆形截面的径向向外延伸布置，使得喷嘴与螺旋管平面螺纹所在平面成45度，喷嘴与自身所在的螺旋管的切向方向成45度；折流板呈倒L形，倒L形内侧朝向喷嘴。

本实用新型的第一级分离部分结合了离心力分离、折流分离和丝网过滤，利用流体的速度和压力进行气液分离。其中通过螺旋管进行离心力分离，喷管的开口方向特殊设置，有利于气泡从喷管里面排出。

所述的螺旋管靠近中心侧的端口作为出口，出口经连接管与第二级分离部分的入口连接相通；所述的螺旋管远离中心侧的端口作为入口，入口经水管与外部泵水源连接。

所述的第二级分离部分主要由环形腔体、入口挡板、气液分离板、出口挡板和溢流口组成，罐体内壁柱周面一圈；环形腔体一侧的内外壁之间设有两块竖直平行安装的入口挡板，两块入口挡板和环形腔体的内外壁共同围成仅上端开口的入口腔空间，入口腔空间底部的环形腔体内壁开有水箱入口；环形腔体另一侧的内外壁之间设有一块出口挡板，出口挡板上方的环形腔体内壁开设溢流口；出口挡板分别与两块入口挡板之间的环形腔体内部空间形成两个对称布置的弧形腔体，每个弧形腔体的内外壁之间设有气液分离板，气液分离板从入口挡板到出口挡板方向延伸并向下倾斜布置。

所述的环形腔体内壁顶端高于入口挡板顶端，入口挡板顶端高于出口挡板顶端，出口挡板顶端高于溢流口。

所述的气液分离板顶端介于入口挡板顶端和出口挡板顶端之间，气液分离板底端低于介于出口挡板顶端。

所述的第三级分离部分主要由分液板和上端大、下端小的锥形导流管组成，罐体底面中心开有罐出口锥形导流管下端固定连接罐体并与液体出口相通，分液板水平地安装在锥形导流管上端上方。

所述装置在气液两相流体的多级分离中使用，流体中气体不溶于液体。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型不仅能够实现流体在速度降下来的时候进行气液分离，而且还利用流体的速度和压力进行气液分离。

本实用新型的螺旋管增加了流体在在第一级分离部分的时间，使分离更加充分。

本实用新型公布的气液分离装置是针对液体占主要(90％左右)，目前对于液体占主要组分的气液分离装置还较少，本实用新型补充了此类分离装置的空缺。

本实用新型为气液两相研究提供了便利。只需要在传统的试验台上加一个加气装置和本实用新型装置，就使得传统的试验台能够做两相流的研究。

本实用新型结构紧凑，分离效率高，能有效解决实验和工程中流体除气问题。

附图说明

图1是气液分离装置的侧半剖视图；

图2是气液分离装置的俯视剖视图一；

图3是气液分离装置的俯视剖视图二；

图4是环形水箱及罐体的部分沿周向展开视图；

图5是喷管开口方向示意图之一。

图6是喷管开口方向示意图之二。

图中：顶部出气口1、丝网过滤器2、罐盖3、螺旋管4、喷嘴5、环形水箱 6、入口挡板7、气液分离板8、分液板9、锥形导流板10、折流板11、溢流口12、出口挡板13、罐体14、水箱入口15、连接管16、水管17、罐出口18。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型具体实施包括罐体14和置于罐体14内的第一级分离部分、第二级分离部分和第三级分离部分，第一级分离部分置于罐体14内腔的上部空间，第二级分离部分置于罐体14内壁周面，第一级分离部分和第二级分离部分之间通过水管17连接，第三级分离部分置于罐体14底部，罐体14 的罐盖3开有顶部出气口1，顶部出气口1处安装丝网过滤器2。

如图2所示，第一级分离部分主要由螺旋管4、喷嘴5和折流板11组成，螺旋管4为沿平面螺纹布置的管道结构，螺旋管4上间隔设置有多个喷嘴5，并在每个喷嘴5端口处附近设置有折流板11。

如图5～图6所示，对于每个喷嘴5，喷嘴5连接到螺旋管4上部靠近中心侧的外壁，喷嘴5沿自身所在的螺旋管4圆形截面的径向向外延伸布置，使得喷嘴5与螺旋管4平面螺纹所在平面成45度，喷嘴5与自身所在的螺旋管4的切向方向成45度；折流板11呈倒L形，倒L形内侧朝向喷嘴5。

螺旋管4靠近中心侧的端口作为出口，出口经连接管16与第二级分离部分的入口连接相通；所述的螺旋管4远离中心侧的端口作为入口，入口经水管17 与外部泵水源连接。

如图1、图3和图4所示，第二级分离部分主要由环形腔体6、入口挡板7、气液分离板8、出口挡板13和溢流口12组成，罐体14内壁柱周面一圈通过板件围成设有环形腔体6，并以罐体14的外壁作为环形腔体6的外壁；环形腔体 6一侧的内外壁之间设有两块竖直平行安装的入口挡板7，两块入口挡板7和环形腔体6的内外壁共同围成仅上端开口的入口腔空间，入口腔空间底部的环形腔体6内壁开有水箱入口15，水箱入口15经连接管16与螺旋管4的出口连接相通；

环形腔体6另一侧的内外壁之间设有一块出口挡板13，出口挡板13和两块入口挡板7相对称布置，出口挡板13上方的环形腔体6内壁开设溢流口12；

入口挡板7和出口挡板13防止箱内流体形成环形流动，出口挡板13分别与两块入口挡板7之间的环形腔体6内部空间形成两个对称布置的弧形腔体，每个弧形腔体的内外壁之间设有气液分离板8，气液分离板8从入口挡板7到出口挡板13方向延伸并向下倾斜布置。

环形腔体6内壁顶端高于入口挡板7顶端，入口挡板7顶端高于出口挡板 13顶端，出口挡板13顶端高于溢流口12。入口挡板7的水平高度比出口挡板 13高，能使得流体总是由入口往溢流口12流，同时入口挡板7能使螺旋管4流入的流体减速。

气液分离板8顶端介于入口挡板7顶端和出口挡板13顶端之间，气液分离板8底端低于介于出口挡板13顶端。具体实施中，气液分离板的8顶端与溢流口12顶端可以差不多，以保证水箱内的水基本从气液分离板8的下面流到溢流口12。

如图1所示，第三级分离部分主要由分液板9和上端大、下端小的锥形导流管10组成，罐体14底面中心开有罐出口18，罐出口18通过锥形导流管10 引流流出，锥形导流管10下端固定连接罐体14并与液体出口相通，分液板9 水平地安装在锥形导流管10上端上方。罐体14底面和锥形导流管10之间形成集液空间。锥形导流板10呈漏斗状对排出的流体有一个稳流的作用。

本实用新型的多级分离过程是：

气液两相混合流体首先进入螺旋管4，螺旋管4上开有均匀分布的喷嘴5，喷嘴上面装有折流板11。喷嘴和折流板的数量视具体情况而定。

在离心力和重力的双重作用下由于液相重于气相，气泡跟随流体运动过程中，液相会偏向螺旋管4下部外侧沿螺旋管4流动，气泡则会偏向螺旋管4上部内侧沿螺旋管4离心流动，所以喷嘴5的设置如图5和图6所示。这样一部分的气体和水在流速和压力的作用下会从喷嘴5里面喷出来，被折流板11挡住，气体部分从折流板11水平支板向上流走，水则在重力的作用下沿着折流板11 的垂直支板向下流入到第三级分离部分的集液罐空间里面。

通过螺旋管4的主流则由管道进入第二级分离部分内，入口挡板7和出口挡板13的作用主要是把环形水箱6分成两个部分，使内部流动先由水箱入口15 进入向上翻过入口挡板7顶端后流到两侧的弧形腔体内，再从弧形腔体流入到出口挡板13处，并从出口挡板13处的溢流口12流出到第三级分离部分的集液罐空间里面，从而避免形成环形水箱6内的环形流动。

两块入口挡板7形成入口腔体空间也能使螺旋管4流过来的流体减速，以便进行重力分离。

在流体流过弧形腔体的气液分离板8的时候，在重力的作用下，气体沿着气液分离板8上升，水就从下面流走。

集液罐空间的液体漫过锥形导流管10从罐出口18流出，上述所有气体均从顶部出气口1排出，经过两级分离后的流体最后在罐体14中利用重力完成最后的分离。