动态旋流双级分离器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种动态旋流双级分离器，能有效实现分离净化和增压的一体式处理装置，为降低煤层气集输成本、减小压降、解决煤粉难分离和气量波动大提供了重要的手段。本发明在原动态旋流分离器的基础上，通过结构的创新，实现在一段轴向距离尺寸内，多形成了一个内离心分离流场，混合介质可在其中进行第二次分离，进一步降低气相中微尘的含量，达到超净化的目的。同时，外驱动功的能量，通过叶轮叶片和上排分离管的转动，传递给介质，增加了其自身压力，满足对压降要求苛刻场合的需求。此外，由于维持离心力场强度的驱动转速，不会随气量的改变而变，因此该发明分离器具有很强的流量波动适应能力。
【专利说明】动态旋流双级分离器
【技术领域】
[0001]本发明动态旋流双级分离器，属于非均相分离【技术领域】。它以外动力带动其叶片和分离管旋转，产生离心力场，使不同密度的气、液、相分离。同时，叶片还能使混合相介质增压，降低分离器进出口压降。该装置适用于压力低、含粉尘、含雾化水、和流量波动大的气体处理场合，在煤层气集输领域具有较好的应用前景。
【背景技术】
[0002]随着天然气资源的不断减少，煤层气在能源消费中的比例正逐步提高。煤层气的开采集输，大多采用多井、多阀组的常温采气，先将数口井的管路集中至阀组，再由阀组输送至集气站。
[0003]采出的煤层气中不可避免地含有水和砂岩颗粒，从而大大降低煤层气管路的输送效率，更会磨蚀阀门和仪表等器件。而当粒径超过8 μ m的超细粉尘进入输气压缩机，会使气缸和活塞严重磨蚀，甚至造成事故。
[0004]目前国内煤层气的开采，大多都按照天然气的开采流程，也大多采用天然气的除尘、除液分离设备。然而，煤层气集输一是单井气量小，二是自身压力低，因此需要降低总集输管路、设备等的成本，集输压力降也要小。而细小粉尘颗粒和游离态水滴会增加输气压降，逐步降低输气管线的通过量直至堵塞。在整个开发周期内，产气量波动很大，设备须具有很强的流量适应性。
[0005]通常的除尘除液设备主要有旋风分离器、循环分离器、多管式除尘器、过滤分离器等。其中，重力式分离器仅能分离粒径大于50 μ m的颗粒，旋风分离器能分离大于10?20 μ m的颗粒，但气量波动对分离效率影响较大。必须开发适合煤层气超细煤粉高效分离的技术设备。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种高效增压、两级分离的动态分离器——动态旋流双级分离器，能可靠满足对煤层气粉尘和雾滴进行强力分离净化的需求。
[0007]本发明动态旋流双级分离器，是将旋风离心分离技术和涡轮增压技术结合的产物，并同时构成腔体自由涡和管内强制涡的两级分离形式。本发明分离器的技术解决方案是:
[0008]一种动态旋流双级分离器，包括上机体，分离器主体，主轴，上排分离管，旋转叶轮，轴承支架，上轴承，下轴承，回流管，粉尘收集腔，上隔板，中挡板，下挡板，密封填料和旋转密封；主轴由上轴承和下轴承支撑，轴承由上机体、轴承支架、轴承压盖和轴承压紧螺母定位；主轴带动旋转叶轮，产生离心分离流场和增压；该分离器共有三个管口，分别是进料口、净化气出口和排污口 ；在每个口的内端分别设有进料腔、净化气出口腔和粉尘收集腔；上排分离管固装于主轴，再将旋转叶轮固装于上排分离管的下端，位于分离器腔中轴线的上排分离管与叶轮一同旋转，在其内部形成了类似于管式离心分离机的流场和流动，实现对已净化预排出气体的二次离心分离。并且在混合介质入口和净化气出口的轴向段之间，设置一段经二级分离后的粉尘和雾滴甩出的二级收集腔；在对齐于此二级收集腔的轴向位置的上排分离管段，其管壁圆周，对称地开设数个开口，使上排分离管中尚残存的粉尘和雾滴，经过旋转上排气管中的强制涡离心力场的二级分离，甩到管内壁后，能够从开口流出到该收集腔；并且，将该收集腔与下端的一级分离收集腔，用回流管路连通，以使二级分离也能够不断地排尘排污。
[0009]叶轮位于上排分离管下端外壁与分离器直筒段内的空间，其高速旋转形成较强的离心分离和增压流场，含尘气体从叶轮上部内圆周区进入叶轮，再由下部外圆周区流出，获得了周向旋转速度和增压。
[0010]接下来圆锥段内的流动过程与通常的旋风分离类似:由动量矩定理，混合介质在圆锥段筒内旋转向下，运动半径不断缩小，转速和离心力激增加，其分离能力不断加强，粉尘和雾滴被甩至圆锥筒内壁区，最后从底部流出分离器。
[0011]与此同时，经一级分离基本净化的气体沿着中心向上，进到与叶轮一起旋转的上排分离管中。由于上排分离管内壁摩擦力及壁沟槽的驱动，气体外层的转速再次增加，以致形成等角速度的强制涡，其机制与管式分离机类似，在其作用下，一级分离后残余未尽的粉尘和雾滴，在向上流出的过程中，逐渐流向上排分离管的内壁，并从上排分离管壁的开口进到二级分离收集腔。由于上排分离管壁的驱动，压力升高，二级分离微粒可随气体进到回流管，与底部收集腔中一级分离物汇合，一同外排，而气体则上升循环，最后排出。
[0012]本发明的目的是为降低煤层气集输成本、减小压降、解决煤粉难分离和气量波动大等问题，提供一种能有效实现分离净化和增压的一体式处理装置。
[0013]本发明的有益效果是，在原动态旋流分离器的基础上，通过结构的创新，实现在一段轴向距离尺寸内，多形成了一个内离心分离流场，混合介质可在其中进行第二次分离，进一步降低气相中微尘的含量，达到超净化的目的。同时，外驱动功的能量，通过叶轮叶片和上排分离管的转动，传递给介质，增加了其自身压力，满足对压降要求苛刻场合的需求。此夕卜，由于维持离心力场强度的驱动转速，不会随气量的改变而变，因此该发明分离器具有很强的流量波动适应能力。
[0014]下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明动态旋流双级分离器的结构简图。
[0016]图2是本发明动态旋流双级分离器旋转叶轮简图(A-A)。
[0017]图中:1回流管进口 ；2粉尘收集腔；3旋转叶轮；4下隔板；5进料口 ；
[0018]6中隔板；7上隔板；8净化气出口腔；9净化气出口 ；10密封填料；
[0019]11填料压盖；12上机体；13轴承支架；14轴承压盖；15驱动皮带轮；
[0020]16轴承内圈压紧螺母；17上轴承；18主轴；19下轴承；20通风口 ；
[0021]21分离管净化气出口 ；22连接端盖；23旋转密封；24 二次分离收集腔；
[0022]25 二次分离重组分出口 ；26进料腔；27分离器主体；28上排分离管；
[0023]29 排污口。
【具体实施方式】
[0024]下面以一个典型的实施方式对本发明做详细说明，但不局限于本实施方式。
[0025]参见图1，本发明动态旋流双级分离器，主要由上机体12，分离器主体27，主轴18，上排分离管28，连接端盖22，旋转叶轮3，轴承支架13，上轴承17，下轴承19，回流管1，粉尘收集腔2，上隔板7，中隔板6，下隔板6，密封填料10，和旋转密封23等器件所组成。
[0026]主轴18由上轴承17和下轴承19支撑，轴承由上机体12、轴承支架13、轴承压盖14和轴承压紧螺母16定位。主轴18带动旋转叶轮3，产生离心分离流场和增压。该分离器共有三个管口，分别是进料口 5，净化气出口 9，和排污口 29。在每个口的内端分别设有进料腔26，净化气出口腔8，和粉尘收集腔2。
[0027]本发明分离器的特征在于:它是将上排分离管28固装到连接端盖22的外圆，而连接端盖22在内圆处固装于主轴18，再将旋转叶轮3固装于上排分离管28的下端，如此就使得上排分离管28能够随主轴18并带动旋转叶轮3 —同旋转，在该分离管的内部造成类似于管式离心分离机的流场。同时，在进料腔26和净化气出口腔8之间，又增设了一个二次分离收集腔24，其腔的入口是上排分离管28的圆周侧向开口，即二次分离重组分出口 25，出口则是所增设的回流管I的入口端，由该回流管I将二次分离重组分和一部分气体导入下面的粉尘收集腔2中。
[0028]本发明分离器，上述增设的二次分离收集腔24，以及进料腔26和净化气出口腔8，是用上隔板7和中隔板6，将分离器主体27上部的长筒空腔进行了二层隔断，产生了上下排列的共三个腔，上腔为净化气出口腔8，中腔为二次分离收集腔24，下腔为进料腔26 ;上隔板7和中隔板6内圆壁面与旋转的上排分离管28外圆壁面的旋转缝隙之间，设置迷宫型或其他型式的旋转密封23。
[0029]本发明动态旋流双级分离器，其中的上排分离管28的底端敞口，在底端外圆上固装旋转叶轮3，上排分离管28的上端与连接端盖22的外圆固装，连接端盖22的内圆则固装于主轴18。上排分离管28的侧向圆周，对称开有2?10个开口即二次分离重组分出口25，开口的形状为圆形、椭圆形或圆角矩形。而在连接端盖22上，则对称开有2?10个开口即分离管净化气出口 21，其开口的形状为圆形、椭圆形或圆角扇形。
[0030]本发明动态旋流双级分离器，在分离器主体27的壳内，旋转叶轮3的上部，固装下隔板4，下隔板4的外圆直径与分离器主体27的壳内壁直径相同，内圆直径为旋转叶轮3直径的1/3?2/3，下隔板4遮挡住旋转叶轮3上端的外部区域，使旋流增压后的介质不能回流。
[0031]参见图2，本发明动态旋流双级分离器的旋转叶轮3，为半封闭式结构，即在其下端连接有一封闭圆盘，直径为叶片外径的50?100%。上端有一加强环，叶片处于封闭圆盘和加强环之间，叶片数量为2?30片，对称地固装于该封闭圆盘、加强环和上排分离管28的外圆壁面上。封闭圆盘使流经叶片获得能量后的介质，不会直接向下流，以避免与净化后的上升气体接触掺混。
[0032]本发明动态旋流双级分离器的旋转叶轮3上端的加强环，与固装的下隔板4紧贴，形成遮挡密封，且下隔板4的内径，小于加强环的内径，使经叶片做功流出旋转叶轮3的介质，不会再返回旋转叶轮上端中部的入口。
[0033]本发明动态旋流双级分离器的工作原理是:含尘介质通过进料口 4进到分离器的进料腔26中，再从中心区域进入旋转叶轮3，获得旋转动能和增压后，从旋转叶轮3的外圆周区域流出。然后，在分离器主体锥段分离腔中，介质的旋转半径不断减小，转速增加，离心力增强，介质中的微粒被甩向内壁并向下流动，进到粉尘收集箱2中。净化后的气相沿中心区域上升，进到上排分离管28中，管壁摩擦力使气体的转速继续增加，将旋风分离净化后的气体进行第二次离心分离，使残存的微粒被进一步分离后，由上排分离管28的侧向圆周开口，即二次分离重组分出口 25流到二次分离收集腔24中。然后，收集腔的微粒与一部分气体再通过外部的回流管1，向下流到粉尘收集腔2，最后从排污口 29流出。而经二次分离后的净化气，从上排分离管28上端的连接端盖22的开口流到净化气出口腔8中，最后从净化气出口流出。
【权利要求】
1.一种动态旋流双级分离器，包括上机体(12)、分离器主体(27)、主轴(18)、上排分离管(28)、连接端盖(22)、旋转叶轮(3)、轴承支架(13)、上轴承(17)、下轴承(19)、回流管(I)、粉尘收集腔(2)、上隔板(7)、中隔板(6)、下隔板(4)和旋转密封(23);主轴(18)带动旋转叶轮(3)，产生离心分离流场和增压；其特征在于:上排分离管(28)固装到连接端盖(22)的外圆，而连接端盖(22)在内圆处固装于主轴(18)，再将旋转叶轮(3)固装于上排分离管(28)的下端，使上排分离管(28)能够随主轴(18)并带动旋转叶轮(3) —同旋转；同时，在进料腔(26)和净化气出口腔(8)之间，又增设了一个二次分离收集腔(24)，二次分离收集腔(24)的入口是上排分离管(28)的圆周侧向开口，即二次分离重组分出口(25)，出口则是增设的回流管(I)的入口端，由该回流管(I)将二次分离重组分和一部分气体导入下面的粉尘收集腔⑵中； 所述的二次分离收集腔(24)、进料腔(26)和净化气出口腔(8)是用上隔板(7)和中隔板(6)将分离器主体(27)上部的长筒空腔进行了二层隔断产生上下排列的共三个腔，上腔为净化气出口腔(8)，中腔为二次分离收集腔(24)，下腔为进料腔(26);上隔板(7)和中隔板(6)内圆壁面与旋转的上排分离管(28)外圆壁面的旋转缝隙之间，设置迷宫型或其他型式的旋转密封(23)。
2.如权利要求1所述的动态旋流双级分离器，其特征在于:上排分离管(28)的底端敞口，在底端外圆上固装旋转叶轮(3)，上排分离管(28)的上端与连接端盖(22)的外圆固装，连接端盖(22)的内圆则固装于主轴(18);上排分离管(28)的侧向圆周，对称开有2?10个开口即二次分离重组分出口(25)，开口的形状为圆形、椭圆形或圆角矩形；而在连接端盖(22)上，则对称开有2?10个开口即分离管净化气出口(21)，其开口的形状为圆形、椭圆形或圆角扇形。
3.如权利要求1或2所述的动态旋流双级分离器，其特征在于:在分离器主体(27)的壳内，旋转叶轮⑶的上部，固装下隔板(4)，下隔板(4)的外圆直径与主体(27)的壳内壁直径相同，内圆直径为旋转叶轮⑶直径的1/3?2/3，下隔板(4)遮挡住旋转叶轮(3)上端的外部区域，使旋流增压后的介质不能回流。
4.如权利要求1或2任一所述的动态旋流双级分离器，其特征在于:旋转叶轮(3)为半封闭式结构，在其下端连接有一封闭圆盘，直径为叶片外径的50?100%，上端有一加强环，叶片处于封闭圆盘和加强环之间，数量为2?30片，对称地固装于该封闭圆盘、加强环和上排分离管28的外圆壁面上；封闭圆盘使流经叶片获得能量后的介质，不会直接向下流，避免与净化后的上升气体接触掺混。
5.如权利要求3任一所述的动态旋流双级分离器，其特征在于:旋转叶轮(3)为半封闭式结构，在其下端连接有一封闭圆盘，直径为叶片外径的50?100%，上端有一加强环，叶片处于封闭圆盘和加强环之间，数量为2?30片，对称地固装于该封闭圆盘、加强环和上排分离管28的外圆壁面上；封闭圆盘使流经叶片获得能量后的介质，不会直接向下流，避免与净化后的上升气体接触掺混。
6.如权利要求1、2或5所述的动态旋流双级分离器，其特征在于:旋转叶轮(3)上端的加强环，与固装的下隔板(4)紧贴，形成遮挡密封，且下隔板(4)的内径，小于加强环的内径，使经叶片做功流出旋转叶轮(3)的介质，不会再返回旋转叶轮上端中部的入口。
7.如权利要求3所述的动态旋流双级分离器，其特征在于:旋转叶轮(3)上端的加强环，与固装的下隔板(4)紧贴，形成遮挡密封，且下隔板(4)的内径，小于加强环的内径，使经叶片做功流出旋转叶轮(3)的介质，不会再返回旋转叶轮上端中部的入口。
8.如权利要求4所述的动态旋流双级分离器，其特征在于:旋转叶轮(3)上端的加强环，与固装的下隔板(4)紧贴，形成遮挡密封，且下隔板(4)的内径，小于加强环的内径，使经叶片做功流出旋转叶轮(3)的介质，不会再返回旋转叶轮上端中部的入口。
【文档编号】B04B15/00GK104148195SQ201410349105
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】胡大鹏, 刘培启, 邹久朋, 傅小康, 陈仕林 申请人:大连理工大学, 中联煤层气有限责任公司