Центробежный сепаратор
Изобретение относится к центробежному сепаратору (1) и способу отделения частиц от потока газа. Сепаратор содержит раму (2), впуск (3) для газа и выпуск (4) для газа. Центробежный ротор (5) выполнен с возможностью вращения вокруг оси (х) вращения в раме и содержит разделительный элемент (6). Центральная камера (8) для газа в роторе сообщается с радиально внутренней частью разделительного элемента и выпуском для газа. Пространство (9), окружающее ротор, сообщается с радиально наружной частью разделительного элемента и впуском для газа. Приводное средство обеспечивает вращение центробежного ротора (5) для отделения частиц от потока газа, проходящего из пространства, окружающего ротор, через разделительный элемент и к центральной камере для газа. Кольцеобразное уплотнение располагается между первой частью (15а) рамы и центробежным ротором в уплотняющем контакте с ними. Это улучшает показатели разделения центробежного сепаратора для отделения частиц от потока газа за счет уменьшения потерь давления и утечек из центральной камеры для газа. Изобретение позволяет повысить износоустойчивость элементов за счет использования кольцеобразного уплотнения между контактирующими элементами конструкции центробежного сепаратора. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится в общем к центробежному сепаратору и способу отделения частиц от потока газа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
WO 2014/079832 A1 раскрывает центробежную сепарационную установку для отделения твердых и жидких частиц и/или тумана от газовой смести для получения отделенного газа. Установка содержит центробежный сепаратор с неподвижным корпусом или рамой, образующим разделительное пространство. Центробежный сепаратор содержит впуск для газовой смеси, выпуск для отделенного газа и выпуск для выведения отделенных твердых и жидких частиц. Ротор содержит разделительный элемент для разделения газовой смеси. Приводной элемент соединен с разделительным элементом посредством шпинделя и вращает ротор вокруг оси вращения. Между рамой и ротором имеется узкий зазор.
Вследствие низкого уровня давления на выпуске для газа по сравнению с внутренней частью сепаратора образуется поток утечки через зазор, что ведет к ухудшению показателей разделения сепаратора.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является улучшение показателей разделения центробежного сепаратора для отделения частиц от потока газа, такого типа, как центробежный сепаратор, раскрытый в известном уровне техники.
Тем самым настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору для отделения частиц от потока газа. Частицы определяются, как твердые и/или жидкие частицы, такие как масляные капли или масляный туман. Центробежный сепаратор содержит раму, впуск для газа и выпуск для газа. Центробежный ротор выполнен с возможностью вращения вокруг оси вращения в раме и содержит разделительный элемент. Центральная камера для газа образована в роторе и сообщается с радиально внутренней частью разделительного элемента и выпуском для газа. Пространство, окружающее ротор, сообщается с радиальной наружной частью разделительного элемента и впуском для газа. Приводное средство обеспечивает вращение центробежного ротора для отделения частиц от потока газа, проходящего из пространства, окружающего ротор, через разделительный элемент и к центральной камере для газа. Кольцеобразное уплотнение располагается между рамой и центробежным ротором в уплотняющем контакте с ними. Кольцеобразное уплотнение имеет внутреннюю поверхность, обращенную к пространству, и наружную поверхность, обращенную к выпуску, и входит свободно в канавку или в роторе или в первой части рамы с небольшим зазором и причем канавка или уплотнение имеет поперечное сечение, обеспечивающее возможность давлению в пространстве, окружающем ротор, действовать на упомянутую внутреннюю поверхность и частично на упомянутую наружную поверхность.
Множество разделительных пластин могут содержать пакет разделительных дисков в форме усеченного конуса, расположенных на взаимно соответствующих расстояниях друг от друга, причем между дисками образуются разделительные каналы, при этом каждый разделительный диск имеет дистанцирующие элементы, продолжающиеся от радиально внутренней части разделительного диска к радиально наружной части разделительного диска, чтобы образовать разделительные каналы между дисками пакета разделительных дисков в форме усеченного конуса. Тем самым вращение потока газа может быть эффективным образом передано во вращение ротора при закручивании вращающегося газа в разделительных каналах. Дистанцирующие элементы могут повысить эффективность, выполняя функцию лопаток, передающих вращающий момент от газа к ротору. Дистанцирующие элементы в качестве альтернативы или дополнительно могут содержать дистанцирующие элементы в форме точечной чеканки или микроточечной чеканки, распределенной по поверхности разделительных дисков.
Разделительные пластины могут быть изготовлены из полимерного материала или металла, такого как нержавеющая сталь.
Центробежный сепаратор может быть выполнен с возможностью обеспечивать скорость вращения ротора в диапазоне 100-11000 об/мин, предпочтительно 1000-3000 об/мин, во время работы устройства и с приводом от вращающегося потока газа. Разделение является эффективным даже при относительно низких скоростях вращения.
Кроме того, изобретение относится к способу отделения частиц от потока газа, включающему в себя обеспечение центробежного ротора, выполненного с возможностью вращения вокруг оси (х) вращения в неподвижной раме, и содержащего разделительный элемент, центральную камеру для газа в роторе, сообщающуюся с радиально внутренней частью разделительного элемента и выпуском для газа, пространство, окружающее ротор и сообщающееся с радиально наружной частью разделительного элемента и впуском для газа, приведение ротора во вращение для отделения частиц от потока газа, уплотнение ротора относительно рамы с помощью кольцеобразного уплотнения свободно входящего в канавку или в роторе или в первой части рамы с небольшим зазором, обеспечение поперечного сечения канавки или уплотнения, которое обеспечивает возможность давлению в пространстве, окружающем ротор, действовать на внутреннюю поверхность и частично на наружную поверхность кольцеобразного уплотнения.
Поток газа может представлять собой поток ископаемого газа, природного газа, биогаза, отходящего газа, вентиляционного газа, картерного газа, диоксида углерода (CO2), сероводорода (H2S), и т.д.
Кроме того, изобретение относится к применению раскрытого центробежного сепаратора для отделения частиц, таких как твердые или жидкие частицы, от потока газа, такого как поток ископаемого газа, природного газа, биогаза, отходящего газа, вентиляционного газа, картерного газа, диоксида углерода (CO2), сероводорода (H2S), и т.д., и/или применительно к компримированию газа, процессам с использованием аминов, процессам очистки отходящих газов методом Клауса, мокрой очистке отходящих газов и т.п.
Согласно формуле изобретения заявляется центробежный сепаратор для отделения частиц от потока газа, содержащий: раму, содержащую первую часть рамы, впуск для газа и выпуск для газа, расположенный в первой части рамы, центробежный ротор, расположенный с возможностью вращения вокруг оси (х) вращения в раме и содержащий разделительный элемент, центральную камеру для газа в роторе, сообщающуюся с радиально внутренней частью разделительного элемента и выпуском для газа, пространство, окружающее ротор и сообщающееся с радиально наружной частью разделительного элемента и впуском для газа, приводное средство, обеспечивающее вращение центробежного ротора для отделения частиц от потока газа, проходящего из пространства, окружающего ротор, через разделительный элемент и к центральной камере для газа, отличающийся тем, что содержит кольцеобразное уплотнение, расположенное между первой частью рамы и центробежным ротором в уплотняющем контакте с ними, причем кольцеобразное уплотнение имеет внутреннюю поверхность, обращенную к пространству, и наружную поверхность, обращенную к выпуску, и входит свободно в канавку или в роторе или в первой части рамы с зазором и причем канавка или уплотнение имеет поперечное сечение, обеспечивающее возможность давлению в пространстве, окружающем ротор, действовать на упомянутую внутреннюю поверхность и частично на упомянутую наружную поверхность.
Предпочтительно кольцеобразное уплотнение размещается или на первой части рамы или на роторе с помощью силы трения.
Предпочтительно кольцеобразное уплотнение изготовлено по меньшей мере частично из керамического материала.
Предпочтительно разделительный элемент содержит множество разделительных дисков.
Предпочтительно ротор имеет первую и вторую осевые концевые части, при этом ротор поддерживается с возможностью вращения в раме с помощью первого подшипника на первой осевой концевой части и второго подшипника на второй осевой концевой части.
Предпочтительно рама выполнена с возможностью установки внутри резервуара для направления потока газа и содержит первую перегородку для разделения резервуара на первую секцию выше по потоку от первой перегородки и вторую секцию ниже по потоку от первой перегородки, при этом впуск для газа сообщается с первой секций, выпуск для газа сообщается со второй секций, и при этом центробежный сепаратор выполнен таким образом, что первая и вторая секции сообщаются через разделительные каналы ротора.
Предпочтительно рама представляет собой самоподдерживающуюся раму для установки внутри существующего резервуара для направления потока газа, при этом рама содержит удерживающее средство для удерживания рамы в положении внутри резервуара.
Предпочтительно множество разделительных дисков содержит пакет разделительных дисков в форме усеченного конуса, расположенных на взаимно соответствующих расстояниях друг от друга, образуя разделительные каналы между дисками, при этом каждый разделительный диск обеспечен дистанцирующими элементами, проходящими от радиально внутренней части разделительного диска к радиально наружной части разделительного диска, для образования разделительных каналов между дисками пакета разделительных дисков в форме усеченного конуса.
Также согласно формуле изобретения, заявляется способ отделения частиц от потока газа, включающий в себя: обеспечение центробежного ротора, расположенного с возможностью вращения вокруг оси (х) вращения в неподвижной раме и содержащего разделительный элемент, центральную камеру для газа в роторе, сообщающуюся с радиально внутренней частью разделительного элемента и выпуском для газа, пространство, окружающее ротор и сообщающееся с радиально наружной частью разделительного элемента и впуском для газа, приведение ротора во вращение для отделения частиц от потока газа, отличающийся тем, что включает в себя уплотнение ротора относительно рамы с помощью кольцеобразного уплотнения, свободно входящего в канавку или в роторе или в первой части рамы с зазором, обеспечение поперечного сечения канавки или уплотнения, которое обеспечивает возможность давлению в пространстве, окружающем ротор, действовать на внутреннюю поверхность и частично на наружную поверхность кольцеобразного уплотнения.
Также согласно формуле изобретения, заявляется применение центробежного сепаратора по п. 1 для отделения частиц, таких как твердые или жидкие частицы, от потока газа, в частности такого, как поток ископаемого газа, природного газа, биогаза, отходящего газа, вентиляционного газа, картерного газа, диоксида углерода (CO2), сероводорода (H2S), и/или применительно к компримированию газа, в частности к процессам с использованием аминов, процессам обработки отходящих газов методом Клауса, мокрой очистке отходящих газов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение далее будет описано, в качестве примера, с помощью прилагаемых чертежей.
Фиг. 1 - показывает вид в разрезе по оси вращения центробежного сепаратора согласно изобретению, размещенного в цилиндрическом резервуаре для перемещения потока газа.
Фиг. 2 - показывает вид в разрезе по оси вращения центробежного сепаратора согласно изобретению, размещенного в цилиндрическом резервуаре для перемещения потока газа.
Фиг. 3 - показывает вид в осевом разрезе удерживающего средства, содержащего диски в форме усеченного конуса с прорезями.
Фиг. 4 - показывает вид в перспективе устройства, выполненного с возможностью приведения во вращение потока газа.
Фиг. 5 - показывает вид в разрезе, перпендикулярном оси вращения, устройства, выполненного с возможностью приведения во вращение потока газа.
Фиг. 6 - показывает вид в разрезе по оси вращения центробежного сепаратора согласно изобретению, размещенного в цилиндрическом резервуаре для перемещения потока газа.
Фиг. 7 - показывает местный вид в разрезе варианта воплощения на фиг. 6, иллюстрирующий область сепаратора, в которой располагается уплотнение согласно изобретению.
Фиг. 8 - показывает уплотнение согласно изобретению.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
На фиг. 1 показан центробежный сепаратор 1 для отделения частиц от потока газа, размещенный в цилиндрическом резервуаре 19 в форме цилиндрической трубы для направления потока газа. Сепаратор содержит самоподдерживающуюся раму 2 для установки внутри резервуара 19. Под термином «самоподдерживающаяся» понимается способность рамы поддерживать себя без опоры на резервуар 19, например, во время монтажа и демонтажа. Рама 2 имеет первую перегородку 15 для разделения резервуара 19 на первую секцию 16 выше по потоку от первой перегородки 15 и вторую секцию 17 ниже по потоку от первой перегородки 15. Сепаратор 1 кроме того содержит впуск 3 для газа, сообщающийся с первой секцией 16, и выпуск 4 для газа, сообщающийся со второй секцией 17.
Центробежный сепаратор 1 далее содержит центробежный ротор 5, выполненный с возможностью вращения вокруг оси (х) вращения в раме 2. Ось вращения продолжается в направлении длины резервуара 19. Ротор 5 содержит вал 26, имеющий первую и вторую концевую части. Первая концевая часть поддерживается в первой части 15а рамы с помощью первого подшипника 13. Первая часть 15а рамы содержит первую перегородку 15. Вторая концевая часть поддерживается в раме 2 с помощью второго подшипника 14, удерживаемого во второй части 21 рамы. Обращаясь к фиг. 2, далее ротор 5 описывается более подробно. Ротор 5 содержит несущую конструкцию 27 для дисков, соединенную с валом 26 ротора и продолжающуюся между первой и второй концевыми частями вала 26 ротора. Несущая конструкция 27 для дисков имеет три пластинчатые лопасти, продолжающиеся вдоль вала 26 ротора и радиально наружу от вала 26 ротора. В альтернативном варианте воплощения несущая конструкция 27 для дисков содержит две или больше лопасти, например, шесть лопастей. У второй концевой части вала 26 ротора к лопастям несущей конструкции 27 для дисков прикреплен нижний диск 28. Поверх нижнего диска 28 установлены друг над другом множество разделительных дисков 6 в форме усеченного конуса, направляемые радиально наружными частями пластинчатых лопастей. Разделительные диски 6 могут быть изготовлены из легкого материала, такого как пластик, или металла, такого как нержавеющая сталь. Разделительные диски 6 каждый имеет дистанцирующие элементы, чтобы обеспечить разделительные каналы 7 между дисками 6 в пакете. Дистанцирующие элементы выполнены в форме удлиненных выступов, продолжающихся от радиально внутренней части к радиально наружной части каждого разделительного диска 6 вдоль прямой или кривой линии. Удлиненные дистанцирующие элементы, или чеканка, могут быть прямыми или изогнутыми и могут быть выполнены за одно целое с дисками 6 или прикреплены к дискам 6. Дистанцирующие элементы в качестве альтернативы или дополнительно могут содержать дистанцирующие элементы в форме точечной чеканки или микроточечной чеканки, распределенной по поверхности разделительных дисков 6. На верху пакета разделительных дисков 6 обеспечен верхний диск 29. Верхний диск 29 прикреплен к лопастям несущей конструкции 27 для дисков. Пакет разделительных дисков 6 сжимается верхним диском 29 и нижним диском 28. Радиально внутри от разделительных дисков 6 образовано центральное пространство 8 для газа, разделенное на три части лопастями несущей конструкции 27 для дисков. Верхний диск 29 имеет центральное отверстие 30, так что центральное пространство 8 для газа ротора 5 открыто для прохождения газа через верхний диск 29. Верхний диск 29 имеет фланец 31, окружающий центральное отверстие 30 и обеспечивающий наружную цилиндрическую уплотнительную поверхность 18а. Разделительные диски 6 вместе с несущей конструкцией 27 для дисков и нижним и верхним дисками 28, 29 образуют разделительный элемент.
Центральная камера 8 для газа в роторе 5 сообщается с радиально внутренней частью разделительных каналов 7 и выпуском 4 для газа через центральное отверстие 30 верхнего диска 29 и отверстия 32, образованные в первой перегородке 15 и окружающие первый подшипник 13. Кроме того, пространство 9 образовано радиально снаружи от ротора 5 и окружает его. Пространство 9, окружающее ротор 5, сообщается с радиально наружной частью разделительных каналов 7 и впуском 3 для газа. Центробежный сепаратор 1 выполнен таким образом, что первая и вторая секции 16, 17 резервуара 19 сообщаются через разделительные каналы 7 ротора 5.
Обращаясь снова к фиг. 1, узкий зазор 18 образован между уплотнительной поверхностью 18а, образованной на фланце 31 верхнего диска 29, и соответствующей цилиндрической уплотнительной поверхностью 18b на первой перегородке 15. Зазор 18 уплотняется посредством кольцеобразного уплотнения 41, которое представляет собой уплотнение, подобное поршневому кольцу, имеющее прямоугольное поперечное сечение, и которое фиксируется с помощью силы трения на первой перегородке 15. Уплотнение 41 в этом случае находится в механическом контакте с уплотнительной поверхностью 18а верхнего диска 29.
Уплотнение 41, показанное на фиг. 8, имеет сквозной разрез, который позволяет ему сгибаться и перемещаться, когда оно изнашивается, и также позволяет окружное расширение кольца. Сквозной разрез должен учитывать обе эти функции, при этом обеспечивая возможность минимальной утечки. Тем самым сквозной разрез может представлять собой наклонный или прямолинейный разрез. Наклонный разрез является предпочтительным для исключения утечки, но прямолинейный разрез является в общем более прочным. Тем самым выбор разреза для использования зависит от применения или предпочтительных характеристик. Вместо этого разрез может быть ступенчатым.
Уплотнение 41 в этом варианте воплощения выполнено таким образом, что разрез является широким. Тем самым при сжатии уплотнения 41 и установке его на первой перегородке 15, уплотнение 41 расширяется относительно уплотнительной поверхности 18а.
Уплотнение 41 входит свободно в канавку 42 в верхнем диске 29 с небольшим зазором и имеет внутреннюю и наружную поверхности, обращенные внутрь и наружу от сепаратора, соответственно. Когда сепаратор 1 заполнен газовой смесью, подлежащей разделению, разница давлений между выпуском 4 и пространством 9 отжимает уплотнение 41 в направлении вверх или ниже по потоку и его наружная поверхность прижимается к верхней поверхности канавки 42 в верхнем диске 29, обеспечивая в результате увеличенную герметичность уплотнения 41. Канавка 42 имеет прямоугольное поперечное сечение, но в другом варианте воплощения может иметь поперечное сечение, обеспечивающее возможность давлению газа в пространстве 9, окружающем ротор 5, действовать и на внутреннюю поверхность и на часть наружной поверхности уплотнения 41. Посредством выбора поперечного сечения можно управлять соотношением между усилиями, действующими на поверхности уплотнения 41. Дополнительно или в качестве альтернативы поперечное сечение уплотнения 41 может быть выбрано так, чтобы обеспечить возможность газу действовать и на внутреннюю поверхность и на часть наружной поверхности уплотнения 41 аналогичным образом. Уплотнение 41, подобное поршневому кольцу, размещенное на первой перегородке 15 рамы 2, будет неподвижным и, следовательно, не будет вращаться.
В другом варианте воплощения, согласно фиг. 6 и фиг. 7, зазор 18 между верхним диском 29 и первой перегородкой 15 уплотняется посредством кольцеобразного уплотнения 41, подобного поршневому кольцу, которое фиксируется с помощью силы трения на фланце 31 верхнего диска 29 ротора. Уплотнение 41 входит свободно в канавку 42 в первой перегородке с небольшим зазором и имеет внутреннюю и наружную поверхности. Когда сепаратор 1 заполнен газовой смесью, подлежащей разделению, разница давлений между выпуском 4 и пространством 9 отжимает уплотнение 41 в направлении вверх или ниже по потоку и его наружная поверхность прижимается к верхней поверхности канавки 42 в первой перегородке 15, обеспечивая в результате увеличенную герметичность уплотнения 41. Канавка 42 может иметь поперечное сечение, обеспечивающее возможность давлению газа в пространстве 9, окружающем ротор 5, действовать и на внутреннюю поверхность и на часть наружной поверхности уплотнения 41. Посредством выбора поперечного сечения можно управлять соотношением между усилиями, действующими на поверхности. В качестве дополнения или альтернативы поперечное сечение уплотнения 41 может быть выбрано так, чтобы обеспечить возможность газу действовать и на внутреннюю и на наружную поверхности аналогичным образом. Уплотнение 41, подобное поршневому кольцу, размещенное на верхнем диске 29, будет вращаться вместе с разделительным элементом.
Уплотнение 41 в этом варианте воплощения выполнено таким образом, что концы разреза уплотнения перекрывают друг друга. Тем самым при расширении уплотнения 41 и установке его на роторе уплотнения 41, уплотнение 41 сжимается относительно уплотнительной поверхности 18b. Уплотнение 41 в этом случае находится в механическом контакте с уплотнительной поверхностью 18b первой перегородки 15.
Уплотнение 41, подобное поршневому кольцу, может быть изготовлено из чугуна или стали, такой как нержавеющая сталь, и может иметь покрытие или подвергнуто обработке, чтобы повысить износоустойчивость. Вместо этого уплотнение 41 может быть изготовлено из керамических материалов или из комбинации всех или некоторых из этих материалов.
Рама 2 содержит нижнее уплотнительное кольцо 33, образующее впуск 3 для газа в раме 2. Нижнее уплотнительное кольцо 33 уплотняющим образом, (38), соединено с внутренней стенкой 25 резервуара. Цилиндрическая труба 24 рамы, являясь частью рамы 2, продолжается вдоль внутренней стенки резервуара 19 от нижнего уплотнительного кольца 33 к первой перегородке 15 и соединяется с другими частями рамы 2, чтобы обеспечить самоподдерживающуюся конструкцию рамы. Вторая часть 21 рамы, поддерживающая второй подшипник 14, соединена с внутренней стенкой цилиндрической трубы 24 рамы и поддерживается ею.
Рама 2 дополнительно содержит удерживающее средство 20, чтобы удерживать раму 2 в некотором положении внутри резервуара 19. Удерживающее средство 20 содержит кольцеобразную часть 34, соединенную уплотняющим образом, с помощью уплотнительного элемента 37, с внутренней стенкой 25 резервуара. Удерживающее средство 20 выполнено с возможностью зацепления с цилиндрической внутренней поверхностью резервуара 19 за счет обеспечения расширяемого наружу диаметра. Обращаясь к фиг. 3, удерживающее средство 20 далее описывается более подробно. Кольцеобразная часть 34 соединена с первой перегородкой 15 посредством множества болтов 35, распределенных по окружности кольцеобразной части 34. Удерживающее средство 20 содержит один или больше дисков 36 в форме усеченного конуса с радиальными прорезями, установленные таким образом, что при сжатии диска 36 путем затягивания болтов 35 кольцеобразной части 34 радиально прорезанные наружные части 36а диска 36 расширяются и зацепляются с цилиндрической наружной поверхностью резервуара 19. Тем самым расширяемый наружный диаметр реализуется путем затягивания сжимающих болтов 35.
Обращаясь снова к фиг. 1, центробежный сепаратор 1 содержит неподвижное устройство 10, выполненное с возможностью приводить во вращение поток газа. Устройство 10, выполненное с возможностью приводить во вращение поток газа, располагается выше по потоку от ротора 5 и образовано во второй части 21 рамы. Устройство 10 содержит множество лопаток 12, которые наклонены относительно осевого направления (х) центробежного ротора 5 и распределены вокруг оси вращения. Лопатки 12 располагаются в канале 11а, образованном во второй части 21 рамы выше по потоку от ротора 5. Канал 11а продолжается радиально снаружи от разделительных пластин центробежного ротора 5. На фиг. 4 устройство 10, выполненное с возможностью приводить во вращение поток газа, показано более подробно. Устройство 10 содержит кольцеобразный элемент 11 для отклонения газа, содержащий множество лопаток 12, продолжающихся наружу от кольцеобразного элемента 11 и распределенных вокруг оси вращения ротора 5. Лопатки 12 наклонены относительно осевого направления ротора 5, причем их наклон постепенно увеличивается по длине лопаток 12 в направлении потока газа.
Согласно одному варианту воплощения лопатки 12 могут быть подвижными и/или наклон лопаток 12 может регулироваться во время работы, чтобы управлять скоростью вращения потока газа.
Дополнительно или в качестве альтернативы тому, что показано на фиг. 4, впуск 3 для газа выше по потоку от центробежного ротора 5 может располагаться под прямым углом относительно оси вращения центробежного ротора 5, как показано на фиг. 5. На этом чертеже показан резервуар 19 в разрезе, перпендикулярном оси вращения ротора 5, со стороны впуска центробежного сепаратора 1. Предпочтительно выполнять присоединение наружных трубопроводов под прямым углом, чтобы выдерживать высокое давление в резервуаре 19. В этом варианте воплощения устройство 10, выполненное с возможностью приведения во вращение потока газа выше по потоку от ротора 5, содержит элемент 11' для отклонения входного газа, выполненный с возможностью отклонения потока газа, поступающего от впуска 3 для газа, в тангенциальном направлении относительно центробежного ротора 5. Элемент 11' для отклонения входного газа может быть неподвижно или с возможностью поворота соединен с резервуаром 19, и может быть наклонен или изогнут таким образом, что газ, текущий через впуск 3, отклоняется в тангенциальном направлении относительно центробежного ротора 5, тем самым образуется вращающийся поток газа в резервуаре 19. Положение или наклон элемента 11' для отклонения входного газа может регулироваться во время работы сепаратора 1, чтобы управлять скоростью вращения потока газа. Как показано на чертеже, это может быть достигнуто путем соединения с возможностью поворота элемента 11' для отклонения входного газа с резервуаром 19 в точке 39 и смещения в начальное положение с помощью пружины 40. Пружина 40 может быть объединена с элементом 11' для отклонения входящего газа в точке 39 поворота или может соединять элемент 11' для отклонения входного газа с другой точкой резервуара 19. При увеличении потока газа элемент 11' для отклонения входного газа отклоняется потоком газа, что может вести к ограничению скорости вращения газа в резервуаре 19.
Обращаясь к фиг. 1, сепаратор 1 установлен в резервуаре 19 путем размещения сепаратора 1 с его самоподдерживающейся рамой 2 внутри резервуара 19 в желаемом положении внутри резервуара 19 и расширения диаметра удерживающего средства 20 таким образом, что удерживающее средство 20 зацепляется с внутренней поверхностью 25 резервуара 19, чтобы удерживать сепаратор 1 в желаемом положении внутри резервуара 19.
Во время работы центробежного сепаратора 1 поток газа входит во впуск 3 центробежного сепаратора 1. Поток газа направляется в канал 11а, где наклонные лопатки 12 отклоняют газ в тангенциальном направлении относительно ротора 5 сепаратора 1. Тем самым поток газа приводится во вращение лопатками 12 и входит в пространство 9, окружающее ротор 5. В пространстве 9 происходит предварительное разделение, при котором большие частицы в виде твердых частиц и/или капель жидкости, имеющие плотность больше, чем газ в потоке газа, отделяются от потока газа под действием центробежных сил во вращающемся потоке газа и осаждаются на внутреннюю поверхность цилиндра 24.
Из пространства 9, окружающего ротор 5, вращающийся поток газа входит в разделительные каналы (проходы) 7, образованные между разделительными дисками 6 в роторе 5. Ротор 5 приводится во вращение посредством вращающегося потока газа за счет сил вязкого сопротивления, действующих на разделительные диски 6 в разделительных каналах 7. Вращению ротора 5 также способствуют удлиненные дистанцирующие элементы пакета дисков, выполняющие функцию лопаток или лопастей турбины, чтобы улучшить передачу вращающего момента от потока газа к ротору 5. Так как вращающийся поток газа направляется от радиально наружных частей разделительных каналов 7 к радиально внутренним частям разделительных каналов 7, вращение потока газа ускоряется благодаря сохранению углового момента. Тем самым передача вращения от газа к ротору 5 в этой конфигурации является особенно эффективной.
В разделительных каналах 7 частицы в виде твердых частиц и/или капель жидкости, имеющие плотность больше, чем газ в потоке газа, отделяются от потока газа под действием центробежных сил. Благодаря меньшим разделительным расстояниям в разделительных каналах 7 пакета дисков 6 в форме усеченного конуса возможно даже отделение более мелких и/или менее плотных частиц из потока газа. Частицы, отделенные от потока газа, осаждаются на внутреннюю поверхность разделительных дисков 6 в форме усеченного конуса и перемещаются радиально наружу под действием центробежным сил. С радиально наружного края разделительных дисков 6 частицы, отделенные от потока газа в разделительных каналах 7, отбрасываются к внутренней поверхности цилиндра 24 и осаждаются на ней.
Таким образом, только вращающийся поток газовой смеси приводит во вращение центробежный ротор 5, без использования приводного двигателя для привода ротора 5. Получаемое в результате вращение вызывает отделение частиц от того же самого потока газа. Очищенный газ, направляемый к центральной камере 8 для газа ротора 5, проходит к выпуску 4 через отверстия 30 и 32, образованные в роторе 5 и в первой перегородке 15, и выходит из сепаратора 1 через резервуар 19.
Вместо размещения центробежного сепаратора 1 в резервуаре 19, как показано на фиг. 1, сепаратор 1 может быть выполнен в виде отдельно стоящего блока. Рама 2 сепаратора 1 в этом случае имеет впуск с соединительными средствами для подлежащего очистке газа выше по потоку от разделительного элемента, и выпуск с соединительными средствами для очищенного газа ниже по потоку от разделительного элемента.
Вместо приводного средства, при котором поток газа приводит в движение ротор, может использоваться приводной двигатель, соединенный с валом. Приводной двигатель может быть электрическим или приводиться в действие с помощью некоторого внешнего источника текучей среды.
Вместо дисков в форме усеченного конуса разделительные элементы могут содержать множество вертикальных пластин, присоединенных к валу в центре и продолжающихся радиально с наклоном или без наклона. Разделительный элемент вместо этого может представлять собой один вращающийся винтообразный элемент, расположенный на валу.
1. Центробежный сепаратор (1) для отделения частиц от потока газа, содержащий:
раму (2), содержащую первую часть (15а) рамы, впуск (3) для газа и выпуск (4) для газа, расположенный в первой части (15а) рамы,
центробежный ротор (5), расположенный с возможностью вращения вокруг оси (х) вращения в раме и содержащий разделительный элемент (6, 27, 28, 29), центральную камеру (8) для газа в роторе, сообщающуюся с радиально внутренней частью разделительного элемента и выпуском (4) для газа,
пространство (9), окружающее ротор (5) и сообщающееся с радиально наружной частью разделительного элемента и впуском (3) для газа,
приводное средство, обеспечивающее вращение центробежного ротора (5) для отделения частиц от потока газа, проходящего из пространства, окружающего ротор (5), через разделительный элемент и к центральной камере (8) для газа, отличающийся тем, что содержит кольцеобразное уплотнение, расположенное между первой частью (15а) рамы и центробежным ротором в уплотняющем контакте с ними,
причем кольцеобразное уплотнение имеет внутреннюю поверхность, обращенную к пространству (9), и наружную поверхность, обращенную к выпуску, и входит свободно в канавку или в роторе или в первой части (15а) рамы с зазором и
причем канавка или уплотнение имеет поперечное сечение, обеспечивающее возможность давлению в пространстве (9), окружающем ротор, действовать на упомянутую внутреннюю поверхность и частично на упомянутую наружную поверхность.
2. Центробежный сепаратор по п. 1, в котором кольцеобразное уплотнение размещается или на первой части (15а) рамы или на роторе с помощью силы трения.
3. Центробежный сепаратор по любому из пп. 1, 2, в котором кольцеобразное уплотнение изготовлено по меньшей мере частично из керамического материала.
4. Центробежный сепаратор по любому из пп. 1, 2, в котором разделительный элемент содержит множество разделительных дисков.
5. Центробежный сепаратор по любому из пп. 1, 2, в котором ротор имеет первую и вторую осевые концевые части, при этом ротор поддерживается с возможностью вращения в раме с помощью первого подшипника (13) на первой осевой концевой части и второго подшипника (14) на второй осевой концевой части.
6. Центробежный сепаратор по любому из пп. 1, 2, в котором рама выполнена с возможностью установки внутри резервуара (19) для направления потока газа и содержит первую перегородку (15) для разделения резервуара на первую секцию (16) выше по потоку от первой перегородки и вторую секцию (17) ниже по потоку от первой перегородки, при этом впуск для газа сообщается с первой секций, выпуск для газа сообщается со второй секций, и при этом центробежный сепаратор выполнен таким образом, что первая и вторая секции сообщаются через разделительные каналы ротора.
7. Центробежный сепаратор по любому из пп. 1, 2, в котором рама представляет собой самоподдерживающуюся раму для установки внутри существующего резервуара (19) для направления потока газа, при этом рама содержит удерживающее средство (20) для удерживания рамы в положении внутри резервуара.
8. Центробежный сепаратор по любому из пп. 1, 2, в котором множество разделительных дисков содержит пакет разделительных дисков в форме усеченного конуса, расположенных на взаимно соответствующих расстояниях друг от друга, образуя разделительные каналы между дисками, при этом каждый разделительный диск обеспечен дистанцирующими элементами, проходящими от радиально внутренней части разделительного диска к радиально наружной части разделительного диска, для образования разделительных каналов между дисками пакета разделительных дисков в форме усеченного конуса.
9. Способ отделения частиц от потока газа, включающий в себя:
обеспечение центробежного ротора, расположенного с возможностью вращения вокруг оси (х) вращения в неподвижной раме и содержащего разделительный элемент, центральную камеру для газа в роторе, сообщающуюся с радиально внутренней частью разделительного элемента и выпуском для газа, пространство, окружающее ротор и сообщающееся с радиально наружной частью разделительного элемента и впуском для газа,
приведение ротора во вращение для отделения частиц от потока газа, отличающийся тем, что включает в себя:
уплотнение ротора относительно рамы с помощью кольцеобразного уплотнения, свободно входящего в канавку или в роторе или в первой части рамы с зазором,
обеспечение поперечного сечения канавки или уплотнения, которое обеспечивает возможность давлению в пространстве, окружающем ротор, действовать на внутреннюю поверхность и частично на наружную поверхность кольцеобразного уплотнения.
10. Применение центробежного сепаратора по п. 1 для отделения частиц, таких как твердые или жидкие частицы, от потока газа, в частности такого, как поток ископаемого газа, природного газа, биогаза, отходящего газа, вентиляционного газа, картерного газа, диоксида углерода (CO2), сероводорода (H2S), и/или применительно к компримированию газа, в частности к процессам с использованием аминов, процессам обработки отходящих газов методом Клауса, мокрой очистке отходящих газов.
