вихревой аппарат

Формула изобретения

Вихревой аппарат, содержащий корпус с верхней крышкой и нижней крышкой-конденсатосборником, с патрубками ввода и вывода газов и вывода конденсата, перегородками, образующими с корпусом камеры вихревую трубу с трубой холодного потока и трубой горячего потока, пространство которой через прорези на трубе горячего потока сообщено с камерой снаружи трубы горячего потока, винтовое закручивающее устройство, устройство для регулирования расхода сжатого исходного газа, конденсационно-сепарирующие узлы, отличающийся тем, что устройство для регулирования расхода сжатого исходного газа содержит винтовое закручивающее устройство с регулировочной шайбой, которая имеет крестовину со штоком, установленные в диафрагменное отверстие винтового закручивающего устройства, а шток, проходящий по оси трубы холодного потока, выведен через сальник в верхней крышке из аппарата и снабжен механизмом его вращения, а конденсационно-сепарирующие узлы включают трубы между перегородками, обеспечивающие сообщение между камерой холодного потока и пространством между корпусом и трубой горячего потока, две пары поперечных прорезей, расположенные противоположно друг другу на трубе горячего потока на расстоянии (1,25÷1,45)d (d - внутренний диаметр трубы) от среза винтового закручивающего устройства, выполненные на ширину угла 90° от оси и смещенные относительно друг друга на 90°, и расположенные в направлении оси на расстоянии (0,15÷0,25)d, при этом камера снаружи трубы горячего потока выполнена кольцевой, выводные каналы которой подведены в зазор между стенкой корпуса и тонкостенным цилиндром, опущенным до начала нижней крышки-конденсатосборника, выход трубы горячего потока снабжен соплом, а тонкостенный цилиндр снабжен конфузорно-диффузорным элементом, которые образуют инжектор, при этом на конце диффузора закреплен конденсатоотводник в виде канала полукруглого сечения, свернутого в спираль до начала нижней крышки-конденсатосборника, перед соплом в трубу горячего потока установлена крестовина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вихревым аппаратам, в которых реализуется эффект Ранка-Хильша - энергетического температурного разделения газа, и может применяться в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности для получения холода и тепла и для очистки газовых смесей от конденсирующихся примесей.

Известен вихревой аппарат под названием трехпоточная вихревая труба-ТВТ, использованная для очистки попутного нефтяного газа (ж. «Химическое и нефтегазовое машиностроение», №7, 2000, с.16-18).

ТВТ содержит корпус с вводами и выводами газа и выводами конденсата, тангенциальное закручивающее устройство с каналом прямоугольного сечения с клиновидным элементом, имеющим возможность возвратно-поступательного движения, являющегося устройством для регулирования расхода исходного сжатого газа, трубы горячего и холодного потоков, сепарирующий узел в виде перфорации или кольцевого разрыва трубы горячего потока на определенном расстоянии от соплового ввода и конденсатосборник, охватывающий трубу горячего потока, с патрубком для вывода конденсата.

Недостатками ТВТ являются следующие:

- в устройстве регулирования расхода газа это нахождение клиновидного элемента со штоком в газовом канале тангенциального ввода, нарушающее аэродинамику движения газа.

- перфорация трубы горячего потока не исключает проскока конденсатом отверстий перфорации, а в случае кольцевой щели практически невозможно обеспечить соосность двух частей трубы, что ведет к нарушению стройности аэродинамики движения вращающегося потока со снижением в результате эффективности температурного разделения потока газа. В ТВТ не используется холодный поток для охлаждения исходного сжатого газа и горячей трубы, а теплый конденсат в конденсатосборнике снижает эффективность конденсации паров, которые уносятся из ТВТ с холодным и горячим потоками.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является вихревой аппарат (А.С. СССР №861914, Бюл.№33, 07.09.81), содержащий корпус с верхней крышкой и нижней крышкой-конденсатосборником с патрубками ввода и вывода газов и вывода конденсата, перегородками, образующими с корпусом камеры вихревые трубы с винтовыми закручивающими устройствами (ВЗУ), с диафрагменными отверстиями и регулировочной шайбой на торце, являющейся устройством для регулирования расхода исходного газа, и конденсационно-сепарирующие узлы.

Недостатками данного вихревого аппарата являются:

- изменение расхода исходного газа в вихревом аппарате возможно только за счет смещения положения регулировочной шайбы на торце ВЗУ после частичной разборки аппарата;

- для удаления конденсата в трубе горячего потока выполнены винтообразные прорези - трудоемкие в изготовлении, а фазоразделитель с распорными центрирующими пружинами нарушает гидродинамику движения струй и может смещаться под напором газа;

- холодный поток не используется в аппарате для интенсификации конденсации паров.

Задачами изобретения являются:

- обеспечение регулирования расхода исходного сжатого газа внешним воздействием в вихревом аппарате;

- увеличение эффективности конденсационно-сепарационных процессов.

Поставленные задачи решаются тем, что устройство для регулирования расхода сжатого исходного газа содержит ВЗУ с регулировочной шайбой, которая имеет крестовину со штоком, установленные в диафрагменное отверстие, а шток, проходящий по оси трубы холодного потока, выведен через сальник в верхней крышке из аппарата и снабжен механизмом его вращения, а конденсационно-сепарирующие узлы включают трубы между перегородками, обеспечивающими сообщение между камерой холодного потока и пространством между корпусом и трубой горячего потока, две пары поперечных прорезей, расположенные противоположно друг другу на трубе горячего потока на расстоянии (1,25÷1,45) d (d - внутренний диаметр трубы) от среза винтового закручивающего устройства, выполненные на ширину угла 90° от оси и смещенные относительно друг друга на 90°, и расположенные в направлении оси на расстоянии (0,15÷0,25) d; при этом камера снаружи трубы горячего потока выполнена кольцевой, выводные каналы которой подведены в зазор между стенкой корпуса и тонкостенным цилиндром, опущенным до начала нижней крышки-конденсатосборника; выход трубы горячего потока снабжен соплом, а тонкостенный цилиндр снабжен конфузорно-диффузорным элементом, которые образуют инжектор; при этом на конце диффузора закреплен конденсатоотводник в виде канала полукруглого сечения, свернутого в спираль до начала нижней крышки-конденсатосборника.

Перед соплом в трубу горячего потока установлена крестовина с трубкой по оси, а за соплом по оси установлен подвижный клапан со стержнем, проходящим через трубку крестовины и нижнюю крышку-конденсатосборник вне аппарата и входящим в механизм его осевого перемещения.

На фиг.1 представлен вихревой аппарат в продольном разрезе.

На фиг.2 дан вид по А-А.

На фиг.3 дан вид по В-В.

На фиг.4 дан вид по стрелке С.

Вихревой аппарат содержит корпус 1, верхнюю крышку 2 и нижнюю крышку-конденсатосборник 3 с фланцами, патрубки ввода 4 и вывода 5 газов и вывода 6 конденсата, перегородки неподвижную 7 и съемную 8, образующие с корпусом 1 камеры приемную 9 и холодного потока 10, а также между неподвижной перегородкой 7 и нижней крышкой-конденсатосборником 3 комбинированную камеру 11, вихревую трубу с трубами горячего 12 и холодного 13 потоков, винтовое закручивающее устройство (ВЗУ) 14 с регулировочной шайбой 15 (см. фиг.4), снабженное крестовиной 16 со штоком 17, установленными в диафрагменное отверстие ВЗУ, при этом шток, проходящий по оси трубы холодного потока, выведен через сальник (не показан) в верхней крышке из аппарата и снабжен механизмом его вращения 18.

К конденсационно-сепарирующим узлам вихревого аппарата относятся трубы 19, приваренные по окружности в неподвижной перегородке 7 (см. фиг.2). Сверху на трубы 19 и трубу холодного потока 13 надевается перегородка 8 и герметизируется сальниками 20 и 26; перегородка зажимается между фланцами корпуса 1 и крышки 2. Трубки 19 соединяют пространства камеры холодного потока 10 и комбинированной камеры 11; на трубе горячего потока выполнены две пары поперечных прорезей 21 и 22 (см. фиг.3) противоположно друг другу на расстоянии (1,25÷1,45) d (d - внутренний диаметр трубы) от среза ВЗУ, выполненные на ширину угла 90° от оси и смещенные относительно друг друга на 90° и расположенные в направлении оси на расстоянии (0,15÷0,25) d; пространство горячей трубы через прорези сообщено с кольцевой камерой 23 снаружи горячей трубы 12, выводные каналы 24 которой подведены в зазор между стенкой корпуса и тонкостенным цилиндром 25, опущенным до начала нижней крышки-конденсатосборника 3; выход трубы горячего потока снабжен соплом 27, а тонкостенный цилиндр 25 снабжен конфузорно-диффузорным элементом 29, которые совместно образуют инжектор; при этом на конце диффузора закреплен конденсатоотводник 30 в виде канала полукруглого сечения, свернутого в спираль до начала нижней крышки-конденсатосборника 3 и выведенного за перегородку 28.

Вихревой аппарат работает следующим образом.

Сжатый исходный газ, содержащий конденсирующие примеси, например высококипящие углеводороды и влагу, поступает в приемную камеру 9 через тангенциальный патрубок ввода 4, омывая трубу холодного потока 13 и трубки 19 с потоком охлажденного газа из камеры холодного потока 10.

Сжатый газ поступает в винтовые каналы ВЗУ 14, захватывая внесенный и образовавшийся конденсат через прорези 32 в выступающей трубе горячего потока 12. Разгоняясь до звуковых скоростей уже в винтовых каналах, начинается температурное разделение и активная конденсация высококипящих паров, продолжающаяся после истечения струй из каналов ВЗУ. Жидкая пленка, достигнув поперечных прорезей 21, 22, удаляется через них в кольцевую камеру 23, откуда через каналы 24 попадает в зазор между цилиндром 25 и корпусом 1 и стекает в нижнюю крышку-конденсатосборник 3 и уходит через патрубок 6 вне аппарата. Регулируя клапаном 36 требуемое количество холодного потока, образующегося благодаря температурному разделению в осевой зоне трубы 12, выводится через трубу холодного потока 13 в камеру холодного потока 10. В зоне диафрагменного отверстия 34 крестовина 16 с регулировочной шайбой 15 со штоком 17 служит для раскрутки холодного потока и регулирования расхода исходного сжатого газа. С помощью механизма вращения 18 штока можно уменьшить или увеличить выходное сечение каналов 33 ВЗУ 14 (см. фиг.4 с видом по стрелке c на регулировочную шайбу 15 для двухканального ВЗУ в положении полного открытия выходных каналов). Пара ВЗУ и регулировочная шайба с крестовиной выполняется из материала с высоким коэффициентом скольжения, например ВЗУ из фторопласта.

Холодный поток из камеры 10 проходит через трубки 19, охлаждая исходный сжатый газ, и поступает в комбинированную камеру 11, являясь хладоагентом для горячего потока в трубе 12. Горячий поток, имея больший уровень давления, проходит через сопло и инжектирует холодный поток из комбинированной камеры. Конденсат, не выделенный через прорези 21, 22 и внесенный с холодным потоком с помощью конфузорно- диффузорного узла 29, собирается в конденсатоотводник 30 и стекает по винтовому каналу в нижнюю крышку-конденсатосборник 3 и удаляется через патрубок 6 на использование.

Перед соплом в трубу горячего потока устанавливается крестовина 35 для раскрутки потока, как показано на фиг.1. Смешанный очищенный и осушенный поток выводится из вихревого аппарата через патрубок 5 и вентиль 31 на использование.

Для регулирования режима работы вихревого аппарата перед соплом 27 по оси устанавливается клапан 36 со стержнем 37, входящим верхним концом в центральную трубку 38 крестовины 35, а нижним концом выведен через нижнюю крышку-конденсатосборник 3 вне аппарата и вмонтирован в механизм 39 регулирования режима работы вихревого аппарата, обеспечивающим перемещение клапана 36 по оси.

Таким образом, исходя из поставленных задач, регулирование расхода исходного сжатого газа выполняется снаружи вихревого аппарата, используя механизм вращения-перемещения регулировочной шайбы, а интенсификация процессов конденсации и сепарации осуществляется внутри вихревого аппарата с максимальным использованием холода холодного потока и удачным решением сепарации конденсата, исключая его вторичное испарение. Обеспечена простата в сборке-разборке аппарата и надежность в эксплуатации.

Так вихревой аппарат эффективно может использоваться для удаления высококипящих углеводородов и влаги из природного и попутного нефтяного газов, меняющих расходы в зависимости от сезона и по другим причинам.