Турбоциклон

 

Союз Советских

Социвпистичвсиих

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii971497 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 25. 12 . 80 (21) 3257284/23-26 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 07,11.82.6þëëåòåíü № 41

Дата опубликования описания 07,11.82 (5 l ) M. Кл.

В 04 С 5/30 фЬеударетеенный комитет

СССР ао делам нзеаретеннй и отнрытнй (>>) УЙК 621.928..37(088.8) 1

О,И,Добкин, П.Б.Кузнецов, Е.И,Любимов, Ю.А Новик 1, - 8l3ftgq

А.А.Петросянц, Н,Н,Самохвалов, A.В,Семеновйх ", и А.ф, Сказыткин ХЙИ > ;т.у(<т т,":

- »." ---- ° >эб» 1

Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им, И,M,Ãóáêèíà (72) Авторы изобретения (Vl ) Заявитель (54) ТУР БОЦИКЛОН

Изобретение относится к устройствам для удаления газовой фазы из буровых растворов и может быть использовано в газонефтедобывающей промышленности.

Известен турбоциклон для выделения газовой фазы из многокомпонентной среды в поле центробежных сил, содержащий вертикальный корпус с крышкой и установленное на вращающемся валу внутри корпуса рабочее колесо-завихритель (13, В таком турбоциклоне многофаэная среда, пройдя через входной патрубок> поступает на вход вращающегося колеса-завихрителя, где, взаимодействуя с лопатками последнего, получает приращение кинетической энергии. 3а счет полученной кинетической энергии среда отбрасывается на внутреннюю поверх. ность корпуса циклона. При нормаль- га ном протекании рабочего процесса на внутренней поверхности циклона образуется тонкий слой движущейся по спирали среды. Газовая фаза, выделяю2 щаяся из этого слоя в поле центробеж; ных сил, через гаэоотводящие трубки отсасывается в вакуумную систему.

Отсепарированная жидкость стекает по корпусу к выходному патрубку.

В известном турбоциклоне приемные отверстия газоотводящих трубок обычно располагаются под колесомэавихрителем, а сами гаэоотводящие трубки крепятся консольно к стенке корпуса. Для эффективного удаления газовой фазы из корпуса газосепаратора газоотводящие трубки должны иметь достаточно развитые проходные сечения, так как увеличение скорости газового потока выше определенных значений приводит к захвату по.следним частиц жидкости и к уменьшению вакуума в системе, Попытки увеличить проходные сечения гаэоотводящих каналов путем увеличения количества . трубок или их размеров неизбежно приводят к возникновению возмущений в потоке на стенке турбоциклона и, как

97149 следствие, к падению эффективности рабочего процесса а результате стеснения потока элемента конструкции.

Абсолютная скорость среды, выбрасываемой из межлопаточных каналов колеса - зааихрителя, может быть представлена в виде двух векторов: вектора окружной скорости и вектора радиальной скорости. Кинетическая энергия, отвечающая радиальной составляющей, а зависимости от конструкции корпуса турбоциклона может идти на разные цели, Если поток среды, движущейся в радиальном направлении, встречает нормальную к потоку стенку корпуса (вертикальную), то вся энергия радиального движения переходит в энергию удара. Жидкость разбрызгиаается и капли ее, попадая в поток отсасыааемого газа, увеличивают влажность последнего. Если поток среды встречает наклонную стенzo ку, имеющую плавное сопряжение с вертикальным участком, то вектор скорости меняет свое направление в прост25 ранстве: бывшая радиальная составляющая становится вертикальной, Этот новый вектор, складываясь с вектором скорости, возникающим на вертикальном участке под деиствием гравитацион-, жения тратится на создание отрицательных эффектов, Наиболее близким к предпагаемому турбоциклону по технической сущности и достигаемому результату является турбоциклон, содержащий цилиндроконический корпус с крышкой, установленный внутри корпуса завихритель, входной патрубок и патрубки отвода разделенных фаз (2) .

Недостатками этого турбоциклона являются увеличение радиальной составляющей скорости, а также необходимость дополнительной мощности привода для приведения ао вращательное движение дополнительных лопастей, Цель изобретения - повышение эффективности разделения за счет снижения концентрации жидкости в откачиваемой газовой фазе.

Поставленная цель достигается тем, что турбоциклон, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, устаноаных сил, увеличивает скорость вертикального перемещения потока а корпусе циклона, уменьшая время пребывания среды а поле центробежных сил, Таким образом и в первом и во втором случаях энергия радиального дви35

7 4 ленный внутри корпуса завихритель, входной патрубок и патрубки отвода разделенных фаз, снабжен кольцевой системой пустотелых лопаток, установленной на крышке корпуса соосно с завихрителем, при этом патрубки отвода газовой фазы размещены внутри пустотелых лопаток.

Целесообразна выходную кромку каждой пустотелой лопатки устанавливать тангенциально к внутренней поверх" ности корпуса, а входную ее кромкунаклонно к горизонтали под углом, соа падающим с вектором абсолютной скорости потока.

На фиг, 1 изображен общий вид турбоциклона, на фиг, 2 — завихритель и кольцевая система пустотелых лопаток, вид снизу.

Турбоциклон содержит электродвигатель 1, вал которого с помощью упругой муфты 2 соединен с валом 3 завихрителя 4, вращающимся в подшипниках 5, цилиндроконический корпус

6 с входным патрубком 7 и патрубком

8 отвода газовой фазы. На крышке 9 корпуса установлена кольцевая система пустотелых лопаток 10, Турбоциклон работает следующим образом. двухфазная газожидкостная система через патрубок 7 поступает в верхнюю часть корпуса турбоциклона и далее на вход завихрителя, получающего энергию от приводного электродвигателя через вал и упругую соединительную муфту, Взаимодействуя с лопатками завихрителя, многофазная среда получает приращение энергии, за счет чего отбрасывается в радиальном направлении на неподвижно установленную кольцевую систему пустотелых лопаток.

Установка входных кромок этих лопаток наклонно к горизонтали под углом, совпадающим с вектором абсолютной скорости потока, обеспечивает безударное натекание потока на лопатки, а за счет того, что выходная кромка пустотелой лопатки расположена тангенциально к внутренней поверхности корпуса, обеспечивается перевод радиальной составляющей скорости потока в окружную.

Из кольцевой системы пустотелых лопаток двухфазная среда поступает на внутреннюю поверхность корпуса турбоциклона., где движется по спиралеобразным траекториям. Выделеформула изобретения

5 9714 ние газовой фазы происходит из тонкого слоя под действием градиента давлений в поле центробежных сил, Процесс сепарации газа идет тем интенсивнее, чем выше напряженность поля центробежных сил > т,е. чем большую величину имеет окружная составляющая скорости, Отсепарированный газ через пустотелые лопатки поступает затем в па- t0 трубок 8, соединенный с вакуумной. системой (на фигурах не показана).

Дегазированная жидкость стекает в нижнюю часть корпуса турбоциклона и далее выводится из него. tS

Таким образом, установка на крышке корпуса соосно с завихрителем кольцевой системы пустотелых лопаток позволяет за счет плавного перевода вредной радиальной составляющей 20 в окружную увеличить величину последней. При этом дополнительная мощность не требуется.

Выполнение лопаток пустотелыми дает возможность испольэовать их по- 25 лости в качестве патрубков для отвода газовой фазы из корпуса турбоциклона и избежать нарушения структуры потока элементами гаэоотводящей системы. 30

Выходную кромку пустотелой лопасти целесообразно располагать на расстоянии, равном максимально возможной толщине пленки жидкости в турбоциклоне. ЭЮ

Уменьшение зазора между лопастями кольцевой системы и корпусом приводит к невозможности существования

97 4 упорядоченного течения на стенке корпуса.

Увеличение же зазора вызывает снижение эффективности сепарации газа из-за уменьшения величины Окружной составляющей скорости потока.

1. Турбоциклон, содержащий цилиндроконический корпус с крышкой, ус" тановленный внутри корпуса завихритель, входной патрубок и патрубки отвода разделенных фаз, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эффективности разделения за счет снижения концентрации жидкости в откачиваемой газовой фазе, он снаб. жен кольцевой системой пустотелых лопаток, установленной на крышке К корпуса соосно с эавихрителем, при этом патрубки отвода газовой фазы размещены внутри пустотелых лопаток.

2, Турбоциклон по и, 1, о т л ич а ю шийся тем, что выходная кромка каждой пустотелой лопатки установлена тангенциально к внутренней поверхности корпуса, а входная кромка — наклонно к горизонтали под углом, совпадающим с вектором абсолютной скорости потока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 348235, кл, В 04 С 5/30, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Ь" 633610, кл, В 04 С 3/06, 1977.