專利名稱：一種氣液旋轉(zhuǎn)渦輪分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣液分離設(shè)備，具體涉及一種氣液旋轉(zhuǎn)渦輪分離裝置，屬于油氣集輸系統(tǒng)中的油氣分離和天然氣脫水技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在石油工業(yè)中傳統(tǒng)的氣液兩相分離技術(shù)有了很好的發(fā)展，但存在三個方面的主要問題一是傳統(tǒng)分離設(shè)備體積大、重量大；二是多相流體中的有用能量被部分或完全消耗； 三是當(dāng)泡沫和乳化產(chǎn)生時，分離不徹底。隨著我國油氣工業(yè)的發(fā)展，特別海洋油氣田的開發(fā)對油氣工業(yè)的發(fā)展要求，油氣分離器從傳統(tǒng)的重力式向高效、緊湊、節(jié)能的方向發(fā)展，國際上許多石油公司對兩相中可回收能量的小型分離器非常關(guān)注，并投入大量資金進(jìn)行研究開發(fā)。在“TWO-PHASEREACTION TURBINE”(US^98311，1981. 11. 3)等專利的基礎(chǔ)上， 1995 年，Hays 申請了 “HYBRID TWO-PHASE TURBINE’’ 的專禾Ij (US5385446，1995. 1. 31)，提出了旋轉(zhuǎn)渦輪分離器的概念。Hays專利中的混合兩相渦輪中的壓能轉(zhuǎn)化裝置——氣液兩相噴嘴，采用可調(diào)喉部截面積的不規(guī)則流道實現(xiàn)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的流量調(diào)節(jié)，但不能夠保證流體壓能的高效利用；分離后的液膜一直與氣體接觸，不利于減小二次混合；分離器氣體葉片采用軸向葉片，整體長度較大，占地面積較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氣液旋轉(zhuǎn)渦輪分離裝置，不但集氣液分離、天然氣脫水及軸功輸出于一體，還通過對分離器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)以提高分離效率和對流體壓能的利用率，以及減小占地面積，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明的氣液旋轉(zhuǎn)渦輪分離裝置的基本原理是利用兩相噴嘴將高壓兩相流體轉(zhuǎn)化為高速射流，該高速射流沿近切線方向沖擊一分離轉(zhuǎn)子并使其旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的高離心力使多相流體分離并產(chǎn)生軸功，產(chǎn)生的軸功可以用于其它設(shè)備如泵，被分離的氣體和液體通過各自的排出口排出分離器?！N氣液旋轉(zhuǎn)渦輪分離裝置，包括安裝在支架上的中空的殼體，經(jīng)由密封及潤滑裝置而固定于殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸的一端伸出殼體，并有位于殼體內(nèi)腔中部的分離轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)軸的另一端，且殼體的與分離轉(zhuǎn)子相鄰的一端設(shè)有氣液兩相噴嘴，其特征在于上述分離轉(zhuǎn)子包括固定在轉(zhuǎn)軸上的、軸向上依次設(shè)有環(huán)形集液槽和環(huán)形集氣腔的分離盤，所述集液槽連接有分離錐體，所述的集液槽和集氣腔分別連通有液體反作用噴嘴和氣體反作用噴嘴，且集液槽和集氣腔之間設(shè)有環(huán)形的分隔板。為了進(jìn)一步減小分離后氣液再混合，還可對上述殼體做進(jìn)一步改進(jìn)，具體是殼體的內(nèi)腔中部在軸向上并排設(shè)有由隔板隔離的液體蝸殼和氣體蝸殼，且所述的液體蝸殼和氣體蝸殼分別環(huán)繞于集液槽和集氣腔。CN 102350141 A
說明書
2/4頁上述液體反作用噴嘴還連接有液體導(dǎo)管，從而確保了對液體反作用噴嘴噴出的液體殘余動能的利用并減小再混合。上述氣體反作用噴嘴還連接有氣體導(dǎo)管，從而確保了對氣體反作用噴嘴噴出的氣體殘余動能的利用并減小再混合。本發(fā)明的分離轉(zhuǎn)子經(jīng)兩相噴嘴的高速兩相射流沖擊分離轉(zhuǎn)子的分離錐體的內(nèi)表面后，分離轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并且完成氣液分離，在離心力的作用下，液體沿分離錐體的內(nèi)表面流入分離輪中的集液槽，氣體經(jīng)進(jìn)入分離輪的集氣腔，集液槽和集氣腔之間有環(huán)狀隔板隔開。該結(jié)構(gòu)最大程度減小了分離后氣液兩相的再混合，最小化了氣體夾帶和液體的攜帶，提高了分離效率。氣體和液體分離后分別通過分離轉(zhuǎn)子的氣體反作用噴嘴和液體反作用噴嘴排出， 本發(fā)明將分離轉(zhuǎn)子上的液體出口和氣體出口通道做成與分離轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的弧形槽。 該結(jié)構(gòu)可以利用由離心場產(chǎn)生的高壓頭給流體以與分離轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的加速度，使入流流體的角動量減少，從而減少了離開轉(zhuǎn)子時流體的絕對速度的值。其主要作用之一是增加了軸的扭矩，從而增加了輸出軸功的可能性，作用之二是使得作用在分離外殼上的絕對沖擊速度保持在很低的數(shù)值，最小化了對外殼的沖蝕。在弧形流道的出口連接延長的液體延長噴管和氣體延長噴管，使兩相更深入各自的排出區(qū)域，減小了再混合。該結(jié)構(gòu)的特點是將流體流動方向由軸向改為徑向和周向，最大限度的減小了設(shè)備的軸向長度，減小了占地空間。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計新穎，分離效率高，使用壽命長，占地面積小。本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)和布局，使分離器整體軸向“積木式”布置，便于拆卸維修；在滿足分離器處理量的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)上最大的特點就是盡可能增大徑向的幾何尺寸和減小軸向的幾何尺寸，減小了分離器占地面積。作為氣液排出裝置的分離器殼體，沿著軸向方向在殼體內(nèi)部依次安裝有兩相噴嘴、分離轉(zhuǎn)子、密封及潤滑裝置，形成一個封閉的結(jié)構(gòu)。從分離器入口進(jìn)入的氣液兩相流體經(jīng)過兩相噴嘴和分離轉(zhuǎn)子分離后，被分離的氣相和液相分別從安裝在氣液排出裝置即殼體上部的氣體出口和下部的液體出口流出。


圖1是本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的分離轉(zhuǎn)子的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的分離轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的圖3的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的殼體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、殼體，2、氣液兩相噴嘴，3、分離轉(zhuǎn)子，4、密封及潤滑裝置，5、分離器軸，6、 支架，7、分離錐體，8、集液槽，9、氣體反作用噴嘴，10、集氣腔，11、液體反作用噴嘴，12、氣體導(dǎo)管，13、液體導(dǎo)管，14、液體蝸殼，15、氣體蝸殼，16、分離盤，17、分隔板，18、隔板，19、軸座。
具體實施例方式如圖1 5所示，一種氣液旋轉(zhuǎn)渦輪分離裝置，包括安裝在支架6上的中空的殼體 1，經(jīng)由密封及潤滑裝置4而固定于殼體1內(nèi)的轉(zhuǎn)軸5，該轉(zhuǎn)軸5的一端伸出殼體1，并有位于殼體1內(nèi)腔中部的分離轉(zhuǎn)子3固定在轉(zhuǎn)軸5的另一端，且殼體1的與分離轉(zhuǎn)子3相鄰的一端設(shè)有氣液兩相噴嘴2，其特征在于上述分離轉(zhuǎn)子3包括固定在轉(zhuǎn)軸5上的、軸向上依次設(shè)有環(huán)形集液槽8和環(huán)形集氣腔10的分離盤16，所述集液槽8連接有分離錐體7，所述的集液槽8和集氣腔10分別連通有液體反作用噴嘴11和氣體反作用噴嘴9，且集液槽8和集氣腔10之間設(shè)有環(huán)形的分隔板17。如圖5所示，為了進(jìn)一步減小分離后氣液再混合，還可對上述殼體做進(jìn)一步改進(jìn)， 具體是殼體1的內(nèi)腔中部在軸向上并排設(shè)有由隔板18隔離的液體蝸殼14和氣體蝸殼15， 且所述的液體蝸殼14和氣體蝸殼15分別環(huán)繞于集液槽8和集氣腔10，以便分離出的氣、液恰好經(jīng)氣體蝸殼15和液體蝸殼14排出本分離裝置。如圖2所示，上述液體反作用噴嘴11還連接有液體導(dǎo)管13，從而確保了對液體反作用噴嘴11噴出的液體殘余動能的利用并減小再混合。如圖2所示，上述氣體反作用噴嘴9還連接有氣體導(dǎo)管12，從而確保了對氣體反作用噴嘴9噴出的氣體殘余動能的利用并減小再混合。實施例如附圖1、5所示，本發(fā)明主要包括作為氣液排出裝置的殼體1、氣液兩相噴嘴2、分離轉(zhuǎn)子3、密封及潤滑裝置4、分離器軸5、分離器支架6。殼體1內(nèi)的空腔為軸向水平的旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，殼體1的空腔內(nèi)從右往左依次設(shè)有經(jīng)密封及潤滑裝置4而固定在腔內(nèi)的分離器軸5，分離器軸5 —端伸出殼體1，另一端固定有分離轉(zhuǎn)子3且位于腔內(nèi)的中部，位于分離轉(zhuǎn)子3左側(cè)有氣液兩相噴嘴2固定在殼體1的左端。發(fā)明整體為軸向的“積木式”安裝，有利于分離器的維修和零件更換。如附圖2 4所示，本發(fā)明的分離轉(zhuǎn)子3主要包括固定在轉(zhuǎn)軸5上的、軸向上依次設(shè)有環(huán)形集液槽8和環(huán)形集氣腔10的分離盤16，所述集液槽8連接有分離錐體7，所述的集液槽8和集氣腔10分別連通有液體反作用噴嘴11和氣體反作用噴嘴9，且集液槽8和集氣腔10之間設(shè)有環(huán)形的分隔板17。附圖2 4所示的氣體反作用噴嘴9和液體反作用噴嘴11及其氣體導(dǎo)管12和液體導(dǎo)管13均為四個。如圖3所示，分離盤16可通過帶鍵槽的軸座19固定在轉(zhuǎn)軸5上，軸座19外周環(huán)繞有環(huán)狀的集氣腔10，集氣腔10外周均布有四個與該集氣腔10相通的氣體反作用噴嘴9 ；環(huán)狀的集液槽8經(jīng)環(huán)形的分隔板17與集氣腔 10隔離，外周均布有四個與該集液槽8相通的液體反作用噴嘴11 ；同樣為環(huán)狀的分離錐體 7與上述集液槽8的外邊緣相連，以便分離出的液體順利流入集液槽8。該結(jié)構(gòu)的形狀減輕了其自身的重量，有利于提高分離器的轉(zhuǎn)速和分離效率，上述集液槽和集氣腔的分隔設(shè)計以及8個流體導(dǎo)管的延長作用，減少了被分離流體的二次混合。從兩相噴嘴2中流出的高速兩相射流首先沖擊分離錐體7并使其旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高離心力， 液體在離心力的作用下沿著分離錐體7流入集液槽8，并進(jìn)入液體反作用噴嘴11后流出分離轉(zhuǎn)子3。氣體通過集氣腔10進(jìn)入氣體反作用噴嘴9后流出。通過上述兩個途徑，完成氣液兩相的分離。圖4是本發(fā)明的反作用噴嘴剖面結(jié)構(gòu)示意圖，在分離轉(zhuǎn)子3上設(shè)計了 8個弧形槽， 用于連接分離氣、液兩相流體的氣體反作用噴嘴9和液體反作用噴嘴11，氣液被噴出后對分離轉(zhuǎn)子3產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)切向速度方向相同的加速力，從而使分離轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)速度增加， 提高軸功輸出能力和分離效率。
圖5是本發(fā)明的作為氣液排出裝置的殼體1，該殼體1設(shè)有環(huán)形的液體渦殼14和環(huán)形的氣體渦殼15，所述液體渦殼14和氣體渦殼15之間由環(huán)形隔板18隔離。從分離轉(zhuǎn)子 3流出的已分離的液體通過液體導(dǎo)管13進(jìn)入環(huán)形液體渦殼14，流入與本分離裝置相連的液體容器。從分離轉(zhuǎn)子流出的已分離的氣體通過氣體導(dǎo)管12進(jìn)入環(huán)形氣體渦殼15流出。環(huán)形隔板主要的作用是將已分離的各相流體隔開，避免兩相流體的二次混合。本發(fā)明的工作過程為氣液兩相流體經(jīng)氣液兩相噴嘴2加速后，形成高速兩相射流，該射流沿近切線方向沖擊分離轉(zhuǎn)子3的分離錐體7，并使其旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的高離心力使得液體沿著分離錐體7的內(nèi)表面流入集液槽8，液體在離心力的作用下，經(jīng)液體反作用噴嘴11加速后，通過液體導(dǎo)管13進(jìn)入液體渦殼14，排出分離裝置。集氣腔10中的氣體經(jīng)氣體反作用噴嘴9加速后，通過氣體導(dǎo)管12進(jìn)入氣體渦殼15，排出分離裝置。分離器的軸功輸出可以通過在分離器軸5上連接泵、壓縮機(jī)等裝置完成。
權(quán)利要求
1.一種氣液旋轉(zhuǎn)渦輪分離裝置，包括安裝在支架(6)上的中空的殼體(1)，經(jīng)由密封及潤滑裝置(4)而固定于殼體(1)內(nèi)的轉(zhuǎn)軸(5)，該轉(zhuǎn)軸(5)的一端伸出殼體(1)，并有位于殼體(1)內(nèi)腔中部的分離轉(zhuǎn)子(3)固定在轉(zhuǎn)軸(5)的另一端，且殼體(1)的與分離轉(zhuǎn)子(3) 相鄰的一端設(shè)有氣液兩相噴嘴O)，其特征在于上述分離轉(zhuǎn)子C3)包括固定在轉(zhuǎn)軸(5)上的、軸向上依次設(shè)有環(huán)形集液槽(8)和環(huán)形集氣腔(10)的分離盤(16)，所述集液槽(8)連接有分離錐體(7)，所述的集液槽(8)和集氣腔(10)分別連通有液體反作用噴嘴(11)和氣體反作用噴嘴(9)，且集液槽(8)和集氣腔(10)之間設(shè)有環(huán)形的分隔板(17)。
2.如權(quán)利要求1所述的分離裝置，其特征在于上述殼體(1)的內(nèi)腔中部在軸向上并排設(shè)有由隔板(18)隔離的液體蝸殼(14)和氣體蝸殼(15)，且所述的液體蝸殼(14)和氣體蝸殼(15)分別環(huán)繞于集液槽(8)和集氣腔(10)。
3.如權(quán)利要求1所述的分離裝置，其特征在于上述液體反作用噴嘴(11)還連接有液體導(dǎo)管(13)。
4.如權(quán)利要求1所述的分離裝置，其特征在于上述氣體反作用噴嘴(9)還連接有氣體導(dǎo)管(12)。
全文摘要
一種氣液旋轉(zhuǎn)渦輪分離裝置，包括安裝在支架上的中空的殼體，經(jīng)由密封及潤滑裝置而固定于殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸的一端伸出殼體，并有位于殼體內(nèi)腔中部的分離轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)軸的另一端，且殼體與分離轉(zhuǎn)子相鄰的一端設(shè)有氣液兩相噴嘴，其特征在于上述分離轉(zhuǎn)子包括固定在轉(zhuǎn)軸上的、軸向上依次設(shè)有環(huán)形集液槽和環(huán)形集氣腔的分離盤，所述集液槽連接有分離錐體，所述的集液槽和集氣腔分別連通有液體反作用噴嘴和氣體反作用噴嘴，且集液槽和集氣腔之間設(shè)有環(huán)形的分隔板。上述殼體的內(nèi)腔中部在軸向上并排設(shè)有由隔板隔離的液體蝸殼和氣體蝸殼。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計新穎，分離效率高，呈軸向積木式布置，便于拆卸維修；減小軸向的幾何尺寸而減小了占地面積。
文檔編號B01D19/00GK102350141SQ201110217350
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者何利民, 劉超, 呂宇玲, 王天祥, 王鑫, 羅小明 申請人:中國石油大學(xué)(華東)