專利名稱：多級超聲速旋流分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于低溫制冷設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種多級超聲速旋流分離器。
背景技術(shù)：
請參閱圖1，圖I所示是現(xiàn)有技術(shù)中的天然氣超聲速旋流分離器的示意圖，該超聲速旋流分離器包括從左至右依次同軸連通的收縮管91、超聲速冷凝管92和擴壓管93，收縮管91的橫截面從左至右逐漸變小并向中間收縮成一個窄喉94，超聲速冷凝管92由窄喉94至右延伸且橫截面逐漸變大，擴壓管93截面從左至右逐漸變大，收縮管91內(nèi)設(shè)有一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)95，擴壓管93內(nèi)設(shè)有一導(dǎo)流片96，超聲速冷凝管92的末端(臨近擴壓管93處)設(shè)有環(huán)形的分離出口 97，分離出口 97再與分離管98連接。當(dāng)高壓氣體(如天然氣)進入收縮管91后，氣體通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)95產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，根據(jù)拉 瓦爾噴管原理，在收縮管91內(nèi)加速氣體的軸向速度并在窄喉94附近加速到聲速，同時氣體的旋轉(zhuǎn)強度也會加強，進入超聲速冷凝管92后，氣體的軸向速度加速到超聲速，使得氣體加速降溫，在降溫過程中有一部分氣體組分會凝結(jié)成液滴，由于氣體是旋轉(zhuǎn)的，通過離心力的作用，這些液滴被甩到超聲速冷凝管92的管壁上，并通過超聲速冷凝管92末端的分離出口 97和分離管98把液體分離出去，沒有變成液體的氣體，通過擴壓管93恢復(fù)壓力，并通過導(dǎo)流片96使氣體的流向變成軸向，進入下游管道。這項技術(shù)主要是針對于混合流體(主要是氣體，如天然氣)的分離，就是將混合流體中的固體小顆粒、液體或者沸點相對較高的氣體分離出來。對于混合流體中的固體小顆粒和液體通過旋轉(zhuǎn)氣流在離心力的作用下進行分離，對于沸點高的氣體通過將氣體降溫把沸點高的氣體轉(zhuǎn)化成小液滴，然后在離心力的作用下進行分離。如果混合流體中沸點高的成分較多，比如天然氣中主要成分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、戊烷等烴類(C2+)氣體，把乙烷、丙烷、戊烷等烴類(C2+)氣體冷凝分離，一部分沸點較高(碳原子較多)的氣體會先轉(zhuǎn)化成液體，沸點較高(碳原子較多)的氣體可能在超聲速冷凝管92的前半段(靠近窄喉94處)就已經(jīng)轉(zhuǎn)化成液體。因此，目前的技術(shù)對于多成分混合流體(比如天然氣)的凈化、提純、分離存在以下缺陷(I) 一些沸點較高(碳原子較多)的氣體可能在超聲速冷凝管92的前半段(靠近窄喉94處)就已經(jīng)轉(zhuǎn)化成液體，這些液體會跟隨超聲速氣流一直流到超聲速冷凝管92末端的分離出口 97排出，這樣會耗費氣體更多的能量，對超聲速流場的發(fā)展和保持不利，導(dǎo)致氣液的分離效率和分離純度低；(2)如果混合流體中含有固體小顆粒，這些固體小顆粒也會進入超聲速冷凝管92，也會耗費氣體更多的能量，對超聲速流場的發(fā)展和保持不利，也進一步導(dǎo)致氣液的分離效率和分離純度低；(3)通過超聲速冷凝管92末端的分離出口 97分離出去的流體是混合流體，對于天然氣來說可能是烴類(C2+)等流體的混合物，純度低，這些混合物還要通過精餾等方法再進行提純分離，增加了工序，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種多級超聲速旋流分離器，解決了現(xiàn)有的超聲速旋流分離器的氣液的分離效率和分離純度低的問題。本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種多級超聲速旋流分離器，包括從左至右依次同軸連通的收縮管、超聲速冷凝管和擴壓管，所述收縮管的橫截面從左至右逐漸變小并向中間收縮成一個窄喉，所述超聲速冷凝管由所述窄喉從左至右延伸且橫截面逐漸變大，所述擴壓管的橫截面從左至右逐漸變大，所述收縮管內(nèi)設(shè)有一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述擴壓管內(nèi)設(shè)有一導(dǎo)流片，所述超聲速冷凝管上從左至右依次開設(shè)有至少兩個分離出口，所述分離出口分別與一分離管連接。進一步地，所述收縮管上也設(shè)有至少一分離出口，所述分離出口也與一分離管連接。具體地，所述分離管以所述超聲速冷凝管為中心對稱設(shè)置。 具體地，所述分離管的橫截面由所述分離出口開始逐漸變大。具體地，所述分離管與所述超聲速冷凝管連接處的錐角為銳角。本實用新型提供的多級超聲速旋流分離器，通過在超聲速冷凝管上從左至右依次開設(shè)有至少兩個分離出口，超聲速冷凝管前半段的分離出口用來把沸點較高的流體分離出去，超聲速冷凝管后半段的分離出口用來把沸點較低的流體分離出去，從而減少了高速氣流的能量損失，提高了氣液的分離效率和分離純度。

為了更清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是現(xiàn)有技術(shù)提供的超聲速旋流分離器的示意圖；圖2是本實用新型實施例一提供的多級超聲速旋流分離器的示意圖；圖3是本實用新型實施例二提供的多級超聲速旋流分離器的示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。實施例一如圖2所示，本實用新型實施例一提供的多級超聲速旋流分離器1，其包括從左至右依次同軸連通的收縮管11、超聲速冷凝管12和擴壓管13，收縮管11的橫截面從左至右逐漸變小并向中間收縮成一個窄喉14，超聲速冷凝管12由窄喉14從左至右延伸且橫截面逐漸變大，擴壓管13的橫截面從左至右逐漸變大，收縮管11內(nèi)設(shè)有一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)15，擴壓管13內(nèi)設(shè)有一導(dǎo)流片16，超聲速冷凝管12上從左至右依次開設(shè)有至少兩個分離出口 17 (即在超聲速冷凝管12上設(shè)置前后多個分離出口 17)，分離出口 17分別與一分離管18連接。[0022]當(dāng)高壓氣體進入收縮管11后，氣體通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)15后發(fā)生旋轉(zhuǎn)，此時的氣體在旋轉(zhuǎn)的同時繼續(xù)前進，流入收縮管11進行軸向加速同時旋轉(zhuǎn)強度逐漸增加，在窄喉14附近軸向速度達到聲速，然后進入超聲速冷凝管12，在超聲速冷凝管12這一段，氣體強烈的旋轉(zhuǎn)，并沿軸向達到超聲速，即馬赫數(shù)(Ma)大于I。根據(jù)拉瓦爾噴管原理，大部分氣體(空氣，天然氣等)的靜溫會降到很低的溫度，如果進入超聲速冷凝管12的氣體是多成分混合氣體比如天然氣(含有甲烷、乙烷、丙烷等烴類氣體，除此之外還含有硫化氫、二氧化硫、二氧化碳、水和一些雜質(zhì))，由于不同氣體的熔點、沸點不同，當(dāng)在超聲速冷凝管12內(nèi)達到某種氣體的沸點時，這種氣體就開始液化，由于氣體一直在強烈的旋轉(zhuǎn)，所以液化后的小液滴會被強大的離心力甩到超聲速冷凝管12的內(nèi)壁面上。當(dāng)多成分混合流體(比如天然氣)進入超聲速冷凝管12后，由于沸點較高(碳原子較多)流體在超聲速冷凝管12的前半段(靠近窄喉14的部分)已經(jīng)轉(zhuǎn)化成液體，沸點較低(碳原子較少)的流體在超聲速冷凝管12的后半段(遠(yuǎn)離窄喉14的部分)才轉(zhuǎn)化成液體，所以在超聲速冷凝管12上設(shè)置前后多個分離出口 17，超聲速冷凝管12前半段的分離出口 17用來把沸點較高(碳原子較多)的流體分離出去，超聲速冷凝管12后半段的分離出口 17用 來把沸點較低(碳原子較少)的流體分離出去。與現(xiàn)有的超聲速旋流分離器相比，本實用新型的多級超聲速旋流分離器I具有以下優(yōu)點(1)沸點較高(碳原子較多)的流體在超聲速冷凝管12的前半段(靠近窄喉14的部分)已經(jīng)轉(zhuǎn)化成液體，不用跟隨高速氣流從超聲速冷凝管12末端的分離出口 17分離出去，減少了高速氣流的能量損失，同時從超聲速冷凝管12前半段的分離出口 17分離出來的沸點較高(碳原子較多)的液體純度很高，從超聲速冷凝管12后半段的分離出口 17分離出來的沸點較低(碳原子較少)的液體純度也很高；(2)沒有被液化的氣體進入擴壓管13進行壓力恢復(fù)，并通過導(dǎo)流片16使氣體的流向變成軸向。本實施例一中，所述分離出口 17的數(shù)量要根據(jù)混合流體的成分而定，只要大于等于兩個都屬于本實用新型的保護范圍。本實施例一中，所述分離管18以超聲速冷凝管12為中心對稱設(shè)置，且分離管18的橫截面由分離出口 17開始逐漸變大，以便于液體的排出。本實施例一中，所述分離管18與超聲速冷凝管12連接處的錐角為銳角，這樣便于液體順著分離出口 27及時排出。綜上所述，本實施例一提供的多級超聲速旋流分離器I具有一下有益效果(I)可以實現(xiàn)更高的氣液分離效率；(2)大大提高了分離的純度；(3)由于超聲速段的流場得到很好的改善，所以減少了氣體總能量的損失；(4)使用、操作簡便，容易控制；(5)沒有易損件，使用壽命長；(6 )由于沒有運動部件，屬于靜設(shè)備，所以安全可靠。實施例二如圖3所示，本實用新型實施例二提供的多級超聲速旋流分離器2，其與實施例一提供的多級超聲速旋流分離器I大致相同，所不同之處在于本實施例二的多級超聲速旋流分離器的收縮管21上也設(shè)有至少一分離出口 27，分離出口 27也與一分離管28連接。通過在收縮管21設(shè)置至少一分離出口 27，在收容管21內(nèi)的未達到音速的高壓氣體中的液體和固體雜質(zhì)就會從收縮管21上的分離出口 27排出，這些液體和固體雜質(zhì)不用跟隨高速氣流從超聲速冷凝管22上的分離出口 27排出，進一步減少了高速氣流的能量損失，進而可以促進實現(xiàn)更高的氣液分離效率，提高分離的純度。以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本 實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種多級超聲速旋流分離器，包括從左至右依次同軸連通的收縮管、超聲速冷凝管和擴壓管，所述收縮管的橫截面從左至右逐漸變小并向中間收縮成一個窄喉，所述超聲速冷凝管由所述窄喉從左至右延伸且橫截面逐漸變大，所述擴壓管的橫截面從左至右逐漸變大，所述收縮管內(nèi)設(shè)有一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述擴壓管內(nèi)設(shè)有一導(dǎo)流片，其特征在于，所述超聲速冷凝管上從左至右依次開設(shè)有至少兩個分離出口，所述分離出口分別與一分離管連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多級超聲速旋流分離器，其特征在于，所述收縮管上也設(shè)有至少一分離出口，所述分離出口也與一分離管連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多級超聲速旋流分離器，其特征在于，所述分離管以所述超聲速冷凝管為中心對稱設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級超聲速旋流分離器，其特征在于，所述分離管的橫截面由所述分離出口開始逐漸變大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級超聲速旋流分離器，其特征在于，所述分離管與所述超聲速冷凝管連接處的錐角為銳角。
專利摘要一種多級超聲速旋流分離器，包括從左至右依次同軸連通的收縮管、超聲速冷凝管和擴壓管，收縮管的橫截面從左至右逐漸變小并向中間收縮成一個窄喉，超聲速冷凝管由窄喉從左至右延伸且橫截面逐漸變大，擴壓管的橫截面從左至右逐漸變大，收縮管內(nèi)設(shè)有一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，擴壓管內(nèi)設(shè)有一導(dǎo)流片，超聲速冷凝管上從左至右依次開設(shè)有至少兩個分離出口，分離出口分別與一分離管連接。由于超聲速冷凝管上從左至右依次開設(shè)有至少兩個分離出口，超聲速冷凝管前半段的分離出口用來把沸點較高的流體分離出去，超聲速冷凝管后半段的分離出口用來把沸點較低的流體分離出去，減少了高速氣流的能量損失，提高了氣液的分離效率和分離純度。
文檔編號B04C3/02GK202538967SQ201220135370
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者方思睿, 杜岳, 邢小月 申請人:深圳市力科氣動科技有限公司