旋流分离理论在气-液分离器设计中的应用
旋流式液气分离器的设计
毕业论文(设计)题目名称：旋流式液气分离器的设计题目类型：毕业设计学生姓名：狄磊院(系)：机械工程学院专业班级：装备10901班指导教师：张琴辅导教师：时间：至目录毕业论文（设计）任务书 (Ⅰ)开题报告 (Ⅱ)指导教师审查意见 (Ⅲ)评阅教师评语 (Ⅳ)答辩会议记录 (Ⅴ)中文摘要 (Ⅵ)外文摘要 (Ⅶ)1 绪论 (7)选择旋流式液气分离器的意义 (7)国内外现状和进展趋势 (7)国外现状和进展趋势 (7)国内现状和进展趋势 (9)2 方案论证 (9)旋流式液气分离方案的可行性 (9)旋流式分离器的结构及工作原理 (10)3 分离器的整体设计 (11)旋流器的直径和长度的计算 (11)分离器结构设计 (13)分离器整体结构设计 (13)脱气结构 (15)钻井液入口的尺寸 (15)旋流器的结构设计 (15)外筒体的设计 (17)接口管设计 (18)外部结构 (21)4、要紧零部件的设计及校核计算 (22)筒体和封头的壁厚计算 (22)外容器筒体、封头壁厚计算 (22)旋流器筒体封头壁厚计算 (24)人孔 (25)人孔选择 (25)人孔补强 (26)支座 (26)分离器的总质量 (26)支座的选用及安装要求 (28)5 分离器的安装 (28)焊接 (28)安装顺序 (29)6 壳体的有限元分析 (32)7 总结 (35)参考文献 (37)致谢 (39)附录一 (40)附录二 (43)旋流式液气分离器的设计学生：狄磊，长江大学机械工程学院指导教师：张琴，长江大学机械工程学院【摘要】旋流分离器，是一种利用离心沉降原理将非均相混合物中具有不同密度的相分离的机械分离设备。
在具有密度差的混合物以必然的方式及速度从入口进入旋流分离器后，在离心力场的作用下，密度大的相被甩向周围，并顺着壁面向下运动，作为底流排出；密度小的相向中间迁移，并向上运动，最后作为溢流排出。
如此就达到了分离的目的。
旋流分离技术可用于液液分离、气液分离、固液分离、气固分离等。
旋流分离技术研究及其应用
万方数据万方数据第５期蒋明虎：旋流分离技术研究及其应用左右，水中含油质量浓度降到２０００ｍｇ／Ｌ以下；水出口再经一级旋流处理后，含油质量浓度可降到１０００ｍｇ／Ｌ以下．同常规工艺流程相比，采用旋流分离设备实现中转站提前放水，可节约一次性投资，并且每年可节约耗电费用．同时，由于设备占地面积小及联合站处理工艺的简化，还可节省土地资源，产生显著的经济效益和社会效益［２９。
．该技术成果已在大庆油田的７座中转站获得推广应用（见图２），每年处理采出液的规模达１１５０万ｔ，累计可为油田创造经济效益６０００余万元．在井下分离方面，如采用预分离旋流器与双流泵相图２水力旋流器在油田采出液预分离方面的应用配合，可直接在井下对采出液进行处理，使其含水率由９０％以上降到５０％～８０％，在降低原油地面处理成本的同时，也简化了油田地面水处理工艺及设备［３１－３引．随着采出液含水率的不断提高，实施井下旋流分离及同井注采工艺将成为油田未来稳产的一个主要方向．２．１．３相关配套技术在研究中，探讨旋流分离技术在应用中需要注意和考虑的问题［３４｜，并对油田含油污水处理系统工艺及配套设备开展研究，包括聚结、增压方式、工艺方案设计及不同处理介质条件等［３５－４３］．增压方式的选择对旋流处理效果产生较强的影响．容积式泵对于避免油滴的二次乳化有很好的作用，有利于保证旋流分离的高效性，但是成本高、处理量相对较小，因此在满足处理指标的情况下，尽量采用离心泵等常规增压泵．其次，通过采用合理的聚结设备可在一定范围内适当加大油珠粒径，保证旋流分离效果．另外，旋流分离设备的高效应用还取决于与油田生产工艺的合理配合，包括处理介质的特性、前后工艺设备的衔接等．２．１．４含聚污水处理在２０世纪９０年代，开展了针对聚合物驱油田含油污水旋流处理的前期研究工作［４４＿４６｜，为后期大庆油田三次采油中地面水处理工艺提供借鉴和技术支持．同时，针对含聚污水难处理等问题，加大了对其他类型旋流分离设备的研究力度，如动态旋流器Ｈ６－６引、复合式旋流器［６３．６们等．对这些新结构旋流器的研究，拓宽了研究思路和旋流器应用领域，为不同应用提供更多的选择．２．１．５气携式旋流分离为改善油水分离效果，开展气携式旋流分离技术研究，即：将气体引入旋流器中，以一定的方式形成微小气泡，小油滴通过与气泡的结合构成油／气复合体，使其“粒径”增大、与水之间的密度差加大，以提高油水分离效率（见图３）；研究气体对旋流设备压力特性的影响［７０＿７¨、不同注气方式［７２＿７５３及微孔材料等［７６－８妇对油水旋流分离效果的影响，并开展相应的现场试验研究［８２｜．研究结果表明，通过合理的结构设计和操作运行参数的选取，气携式旋流器可有效提高旋流分离效果．２．１．６旋流分离机理及流场特性图３气携式水力旋流器实验在实验及现场试验过程中，通过理论分析及ＬＤＡ激光测速技术，研究了旋流器内部压力场［８３－９６］、速度场‘８７－９８３及其变化规律．采用计算流体动力学（ＣＦＤ）分析软件ＦＬＵＥＮＴ，对旋流器的压力分布、速度分布、相浓度分布等开展研究嘲＿１０５］，并有效地应用在旋流器结构优化设计和操作参数优化等方面．２．２细颗粒处理旋流分离技术随着油田开发的不断深入，同时某些地层胶结疏松，生产压差过大，导致采出液的含砂量逐年增加．采出液的大量含砂对地面集输设备造成极大的损害，在油田地面处理工艺中，通常采用重力沉降式装置进行除砂，这种工艺方式简单、可靠，但占地面积大、处理时间长．万方数据·１０３·大庆石油学院学报第３４卷２０１０年旋流器早期的研究和应用就是在固一液分离方面，但其处理介质的密度差和固体颗粒粒径比较大，用在油田除砂方面并不适合．同常规除砂处理相比，细颗粒的分离难度相对大得多．为此，开展针对细颗粒杂质旋流处理的研究工作Ｅ１０６－－１０８３．结合油田的实际特点，开发并设计相应的用于细颗粒杂质处理的水力旋流器结构．通过实验研究，对其结构参数和操作参数进行优选．与卧螺式离心机配合，实现油田污水处理系统中沉降（细颗粒）污泥杂质的旋流浓缩和离心脱水稠化［１０９＿１１３］．其研究成果已经在大庆油田的多座中转站获得推广应用（见图４），解决了油田生产中面临的实际问题．该研究为细颗粒分离水力旋流器在油田的推广应用奠定了基础．（ａ）旋流污泥处理设备（ｂ）浓鲡及稠化后的污泥照片图４用于细颗粒杂质处理的水力旋流器及应用２．３气一液旋流分离技术在油田采出液中存在压力变化或溶解气，在地面处理工艺中进行气液分离是一个重要的工艺环节．通过采用常规旋流器结构及优化设计的新型旋流器结构，开展关于气液分离的理论分析与实验研究［１１４－１２０｜，认为相对于油一水两相分离，气体和液体之间的密度差比较大，容易分离，但要实现高效分离，需要在结构设计和运行参数优化方面进行研究．在研究过程中，注重旋流流场特性与分离性能相结合，通过流场分析与结构优化，开发出高效的气液旋流分离结构（见图５），可实现气体的完全分离（即底流图５气一液旋流分离器结构优化设计中的气相浓度分布云图出液口中气体零排放）．此项技术已在我国某项海洋工程现场试验中获得成功．２．４其他方面制造材料的选择是关系到旋流器的使用寿命及制造成本的重要因素之一［１２１｜．针对采用玻璃钢、聚胺酯、不锈钢、普通碳钢及工业陶瓷等材料加工旋流器的设计和制造问题，与相关厂家开展技术合作，开发出多种样机．目前聚胺酯和不锈钢水力旋流器已形成产品，技术也较为成熟．同时，对特殊结构入口流道的加工型式也做了较为深入的研究［１２２｜．人们一般认为保持流量稳定性是保证旋流器高效分离的必要条件，认为流量的不稳定（如断续流、脉动流等）将使旋流器的分离效率降低．通过研究，掌握了脉动流条件下旋流器的分离特性和能耗特性的变万方数据·１０４·第５期蒋明虎：旋流分离技术研究及其应用化规律及其特点［７８’１２３．１２４｜．结果发现，在一定的条件下，流量的脉动对改善旋流分离效果有时还会起到一定的积极作用，同时其能耗增大的幅度也有限．为探索新型旋流器结构，对旋滤器［１２朝和尾管过滤式旋流器‘８２’１２６３等开展相应的实验研究，同时也分析了可在油田及相关行业推广应用的其他离心式分离器［１２７－１２８］，如螺旋管分离器等．针对油田采出液的脱气和除砂，开发出脱气除砂一体化水力旋流器（见图６），实验效果较为理想，但还需要通过现场试验进一步优化其结构和参数，为简化油田工艺、降低地面工艺能耗提供借鉴．通过近２０ａ的研究，东北石油大学对旋流分离技术研究有了更为深入的认识，取得一些研究成果，也获得１０余项国家发明专利和实用新型专利．３结束语图６脱气除砂一体化三相分离旋流器实验样机随着化工设备向高效节能和多功能化的方向发展，开发出一机多能的化工新装置已成为２１世纪的技术发展方向［１２９－”引，水力旋流器也因此出现了一些新的结构形式．这些新型旋流器的设计开发对于拓宽思路、改进旋流分离性能、提高旋流分离技术水平将发挥积极的促进作用．水力旋流器的结构虽然并不复杂，但其分离性能在很大程度上受所处理介质特性的影响，因此针对不同应用场合和条件，必须有针对性地开展研究．旋流分离技术虽然得以长足发展，但在其技术发展过程中有许多技术难题仍需加以解决．该项技术的主要研究方向：（１）借助理论分析、ＣＦＤ模拟分析和实验研究手段，研究开发出高效低耗的旋流器产品，进一步扩大旋流器的应用范围，提高其经济效益；（２）设计新型旋流器，进一步改善对低密度差细颗粒混合介质的处理能力，研究将旋流器用于高黏度介质处理的可行性；（３）设计开发高效的脱气／除砂、脱气／除油或除砂／除油一体化三相分离旋流器，以减少投资，简化工艺、提高处理功效；（４）突破水力旋流器用于井下采出液处理（油一水分离、气一液分离等）的相关设备及工艺技术难关，为高含水后期油田开发提供强有力的技术支持；（５）进一步开展旋流处理配套工艺及其技术研究，包括破乳、聚结、低剪切增压及其工艺系统的反馈控制技术等；（６）在旋流分离技术研究的基础上，开发设计其他离心式机械分离设备．参考文献：［１］蒋明虎，赵立新，李枫，等．旋流分离技术［Ｍ］．哈尔滨；哈尔滨工业大学出版社，２０００．［２］贺杰，蒋明虎．水力旋流器［Ｍ］．北京：石油工业出版社，１９９６．［３］赵立新，李枫．离心分离技术［Ｍ］．哈尔滨：东北林业大学出版社，２００６．［４］ＳｖａｒｏｖｓｋｙＬ．Ｈｙｄｒｏｅｙｃ｜ｏｎｅｓ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｈｏｌｔ，ＲｉｎｅｈａｒｔａｎｄＷｉｎｓｔｏｎＬｔｄ，１９８４．［５］ＴｈｅｗＭ．Ｔ，ＣｏｌｍａｎＤＡ，ＣｏｒｎｃｙＤＲ．Ｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｓｆｏｒｏｉｌ／ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎ［ｃ］．Ｐｒｏｅ．Ｉｎｔｌ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＨｙｄｒｏｃｙｅｌｏｎｅｓ，ｐａｐｅｒ１１，１４３，ＢＨＲＡ，１９８０．［６］康万利，董喜贵．三次采油化学原理［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９７．［７］贺杰，蒋明虎，宋华．新型油水分离装置一一水力旋流器试验［Ｊ］．石油机械，１９９３，２１（１２）：２６—２９．［８］蒋明虎，贺杰，宋华．油水分离用水力旋流器性能的试验研究［Ｊ］．工业水处理，１９９４，１４（３）：２４—２６．［９３蒋明虎，贺杰，赵立新．油水分离用水力旋流器的模拟试验［Ｊ］．石油机械，１９９４，２２（５）：１５—１７．［１０］赵立新，王尊策，李枫，等．水力旋流器的结构类型口］．石油机械，２０００，２８（增刊）：１９８－－２００．·１０５·万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据旋流分离技术研究及其应用作者：蒋明虎， JIANG Ming-hu作者单位：东北石油大学,黑龙江,大庆,163318刊名：大庆石油学院学报英文刊名：JOURNAL OF DAQING PETROLEUM INSTITUTE年，卷(期)：2010,34(5)本文链接：/Periodical_dqsyxyxb201005018.aspx。
操作参数对双蜗壳式旋流分离器气液分离性能的影响
进 口结构 简单 ，利 用蜗壳进 口产生旋 转气 流 ，造旋 方式 能
耗低 ｊ ，而被应用于天然气净化工 艺中。但从现 场 的应 用 反馈 发现 ，此种旋 风管的分 离效率 较低 ，尤其 是气 液分离 性能较差 ，未能达到工程应 用 的要 求 ，故本 文通过 改变 入
ｌ压缩 机 ；２压 力表 ；３ 缓 冲罐 ；４ 阻尼 器 ；５ 计量采 ；６ 水槽 ； 一 － － 一 一 － ７ 灰 斗８ 空气 雾化 喷 嘴；９ 旋风 管 ；１一 一 一 － ０ 排气 室 ； ｌ一Ｕ型管压 差计 １ １一 ２ 闸板 ；１一 托管 １一 ３毕 ４ 风机
的机会较小 ，因此旋风管分离效率较低 ；第 ，小液滴受短
路流 的影响较大 ，更易未经分离而被气流直接带出排气管形
所测得 的喷雾 的入 口浓度对 分离效 率 的影 响 曲线 。由 曲线 可 以看 出，分离器 的分 离效率普 遍较 低 ，而且 随着人 口浓 度升高 ，分离效率波动 较大 ，这说 明在试 验所 用粒度 范 围
喷嘴的参数 ，产生不 同粒度分布的液滴 ，对分离器进行分离 性能研究 ，所测得 的分 离效 率 曲线如 图 ４所示 。由曲线可
知，粒度的变化对旋风管的分离效率有重要影响 。当入 口喷 雾液滴 的中位粒径从 １． ２ ｎ升高到 ３ ． ８ ｎ ９ ０／ ａ ７２ ／ ，旋风管的分 ａ
离效率升高 了接 近 ０ ２ ，这说 明旋 风管 对小粒 径液滴 的分 ．０ 离效果较差 ，由三方面 的原因造成 ：第一 ，小粒径液滴的切 割粒径较小 ，旋风管对其分离效果较差 ；第二 ，试验用的液 滴浓度较低 ，为 ７ ２ｇ・ 。 ．５ ｍ－ ，旋风管分 离空 间内的液滴 数 目较少 ，小液滴 的团聚作用较弱 ，且被大液滴夹带而被分离 图 ６ 不 同粒度 液滴 的分 离效 率 （ ＝０ ｈ ｍｍ）
气液旋流分离技术应用研究进展
2021年第49卷第1期—102 —石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERYV油气田开发工程A气液旋流分离技术应用研究进展”蔡禄1孙治谦1朱丽云1王旱祥2王振波1(1.中国石油大学(华东)新能源学院2.中国石油大学(华东)机电工程学院)蔡禄，孙治谦，朱丽云，等.气液旋流分离技术应用研究进展.石油机械，2021, 49 (1)： 102-109.摘要：气液旋流分离设备具有分离效率高、体积小及工作稳定等优点，在油田开发、天然气 开采、油气输送和压缩空气净化处理等领域得到了广泛应用。
油田开发中，常用的气驱技术能够提高采出率，但油井气液比会增大，油气分离技术要求日趋严苛。
对气液旋流分离设备的分离原理及国内外研究现状进行了简要介绍，阐述了分离性能的优化方法，分析了理论研究的不足。
研 究结果发现：气液旋流分离设备的分离性能受其结构参数、操作参数以及流体物性参数等因素的影响。
国内外学者为提高分离效率采取了改进外部结构和内部流场的措施，为进一步提升工业生 产效率提供了可能。
随着气液旋流分离技术应用领域的不断拓宽，旋流器及内部流场的定量数值研究对工程应用具有重要意义。
研究内容可为气液旋流分离器的设计与应用提供指导。
关键词：气液两相流；分离；旋流器；优化；研究进展中图分类号：TE934 文献标识码：A DOI ： 10. 16082/j. cnki. issn. 1001-4578. 2021. 01. 015Application and Research Progress of Gas-LiquidCyclone Separation TechnologyCai Lu 1 Sun Zhiqian 1 Zhu Liyun 1 Wang Hanxiang 2 Wang Zhenbo 1(1. School of N ew Energy , China University of P etroleum (Huadong) ； 2. School of M echanical and Electrical Engineering, ChinaUniversity of Petroleum ^Huadong) )Abstract : Thanks to the remarkable advantages of high separation efficiency , small size and stable operation ,gas-liquid cyclone separation equipment has been widely used in oilfield development , natural gas exploitation , oil and gas transportation , compressed air purification and other fields. In the field of oilfield development , the com monly used gas flooding technology can improve the recovery rate , but the gas/liquid ratio of oil well will increase , so the requirements on oil and gas separation technologies are increasingly strict. In this paper, the separation prin ciple of gas-liquid cyclone separation equipment and the research status at home and abroad are briefly introduced. In addition , the methods for optimizing the separation performance are described and the shortages in theoretical studies are analyzed. The results show that the separation performance of gas-liquid cyclone separation equipment is affected by its structure parameters , operation parameters and fluid physical parameters. In order to improve the separation efficiency , domestic and foreign scholars have taken effective measures to improve the external structureand internal flow field, which provides many possibilities for the improvement of industrial production efficiency. With the development of the application field of gas-liquid cyclone separation , the quantitative numerical study oncyclone and its internal flow field is of increasingly important guiding significance to engineering application. Theresearch results can provide the guidance for the design of gas-liquid cyclone separator.Keywords : gas-liquid two-phase flow; separation ； cyclone ; optimization ； research progress*基金项目：中石油重大科技项目“天然气水合物开采气液分离技术及配套装置研究”(ZD2019-184-004)。
旋流分离技术在污水处理中的应用
旋流分离技术在污水处理中的应用黑龙江省佳木斯生态环境监测中心黑龙江省佳木斯市154000摘要：旋流分离器（简称旋流器）的发明、应用已有约一个半世纪了。
开始，只用于选矿过程中的固液分离和固固分离,分级，后来发展到固气分离，液气分离等。
这种旋流分离器被用于石油工业中的产出水除油，取得了满意的效果。
在液液分离研究过程中，先是轻分散相液体的分离（如油污水脱油），再是重分散相液体的分离（如油品脱水）。
虽然旋流分离技术在液液分离方面的应用要晚得多，但已显示出了其体积小、快速、高效、连续操作等方面的优越性，特别是用于轻分散相液体的分离，其牛顿效率非固液分离能比。
关键词：旋流分离技术；污水处理；应用；前言：为了除去原油中的水分和无机盐，往往要采用原油电脱盐装置对原油进行处理，原油中的主要无机盐有氯化钠、氯化镁、氯化钙等，水存在于油中或者以乳化状态呈现出来，因此要想完全除去它们往往需要不断地进行技术改进，而旋流分离技术能够较好地做到这一点。
一、旋流分离器基本结构、工作特点及原理1 基本结构及工作原理。
旋流分离技术的主要设备是旋流分离器，其是一种能够利用离心沉降原理，分理出污水中不同密度物质的机械设备。
其主要构成有一个分离仓、入口、出口。
分离仓有圆柱形、锥形等多种形态，在实际的生产应用过程中，在入口的形态方面往往使用单入口或双入口，入口和分离仓之间的连接也可以分为切向和渐开两种入口。
出口一般应用固定在旋流分离器两端的轴向出口，溢流口在进料口的一侧，另一侧为底流口，在旋流分离器工作时，将溢流口作为排油口，底流口作为排水口使用。
2.工作特点。
在进行污水处理时，电脱盐污水首先从分离器的切向入口流入，在分离器内部进行高速的离心运动，产生离心场，使密度较大的水离子被甩向四周壁上，再从底流口排除，密度较小的油粒子则向中心移动并从溢流口排除，从而达到油水分离目的。
在使用旋流分离器处理污水的过程中，分离效率和油滴的粒径密切相关，当油滴粒径在60μm 以上时，分离效率可以达到99%，但当油滴粒径小于10μm 时，分离效率只能达到50% 左右，因此旋流分离器往往用于大粒径的浮油、散油的回收，减小浮渣量。
气液分离器原理及结构
气液分离器原理及结构
气液分离器是一种常用于气体和液体分离的设备。
其原理是利用气体和液体的不同密度和惯性，通过引导和设计的流动路径，使气体和液体分离并分别排出。
气液分离器一般由进气口、分离室和出口组成。
进气口通常位于设备的上部，使气体和液体混合物进入分离室。
分离室内通常设置了导流板或纤维等装置，以增加气液分离的效果，并防止液体回流到出口。
在分离室内，由于液体重力作用下的惯性力，液滴会向下沉积，而气体则继续向上流动。
分离室的底部通常设有排液口，用于排出沉积的液体。
为了提高气液分离的效果，分离室内还可能设置了气液分离元件，如细孔板、旋流器等。
细孔板通常由多个小孔组成，通过孔径和孔距的设计，使气体能通过而液体不能通过，从而实现气液分离。
旋流器则通过旋转流体产生离心力，使气体和液体分离。
在气液分离器的设计中，还应该考虑气液混合物的流速、压力、温度等因素。
流速过大可能导致未完全分离，而流速过小则可能导致堵塞。
压力的设计则应保证在分离室内压力的变化不过大，以避免气体和液体再次混合。
同时，设备的材料选择也很重要，要能耐受液体的腐蚀和气体的高温。
总之，气液分离器通过利用气体和液体的密度和惯性差异，通过设计好的流动路径，使气体和液体分离并分别排出。
该设备的结构包括进气口、分离室和出口，通常还会增加气液分离元
件来提高分离效果。
在设计和选择方面，需要考虑流速、压力、温度等因素，并选择适合的材料。
管柱式旋流气液分离器的应用研究
维普资讯
管柱式旋流气液分离器 的应用研 究
一 原 黧
摘 关键词 多相 流 分 离器 计 量
河濮 南
要 针 对 中原 油 田 计量 站 原 油 计 量过 程 中存 在 计 量 工 艺 流 程 不 完善 、 水 率 误 差 大 、 含 自动化 程 度 低 等 问题 ， 用 多相 流 分 采
ｐ ｒ ｃ ａ ｕ ｎ ｃ ｎ ｌｇｃ ｌｐ ｏ ｅ ｓ ｔｅ ｌｒｅ ｅ ｒｒｏ ａｅ ｕ ｎ ｗｅ ｅ ｒ ｅ ｏ ｕ ｏ ｔ ｎ ａ ｌｔｏ ｃ ｎ ｌｇｅ ｙ ｐ ｌ ｄ ｅｆ ｔｍｅ ｓ ｒ ｇ ｔ ｈ ｏｏ ｉａ ｒ ｃ ｓ ， ｈ ａ ｇ ｒ ｆｗ ｔ ｒｃ ｔ ｄ ｌ ｒｄ ｇ ｅ ｆ ｔｍａ ｉ ， ｏ ｆｔ ｈ ｏｏ ｉｓａ ｅ ａ ｐ ｉ ｅ ｉ ｅ ｏ ａ ｏ ａ ｏ ｅ ｅ
Ｋｅ ｒ ｍｕｌｉ ｈ ｓ ｓ ｐ ｒ ｔｒ ｙ ｗｏ ｄｓ ｔ—ｐ ａ ｅ； ｅ ａ ａｏ ；ｍｅ ｓ ｅ ｎ ａ ｕｒ ｍｅ ｔ
气液旋流器旋流式分离器设计
气液旋流器旋流式分离器设计气液旋流器（Cyclone Separator）是一种常用的分离设备，适用于气体与液体或固体的分离。
它利用气体流体在旋转中的离心力，将气体中的液体或固体从气体中分离出来。
气液旋流器旋流式分离器设计的目的是提高分离效率和设备性能。
下面将详细介绍气液旋流器昂旋流式分离器的设计要点和设计原理。
1.几何形状：旋流器通常采用圆柱形状，顶部有一个圆锥形状的缓冲区。
这样设计可以提供旋转气流的平滑过渡，减少液体或固体的旋转速度。
2.尺寸：旋流器的尺寸是根据处理流量和所需的分离效率来确定的。
一般来说，较大的旋流器具有较高的分离效率，但也会增加设备的体积和成本。
3.进口和出口：旋流器的进口和出口尺寸和形状对于分离效率至关重要。
进口应该设计为旋转气流的平滑流入，出口应该设计为旋转气流的平滑流出，以避免液体或固体携带入气体中。
4.材料选择：旋流器的材料应该选用耐腐蚀性能好的材料，以适应处理流体的化学性质。
常见的材料有不锈钢、碳钢和聚合物等。
1.旋流效应：气液旋流器中的气体流体在旋转中会产生离心力，使得液体或固体被迅速分离出来。
离心力使得较重的物质靠近旋流器的外壁，而较轻的物质则靠近旋流器的中心。
2.颗粒沉降：在旋流器中，重的颗粒由于离心力的作用会沿着旋流器的壁面下降，并最终被固定在旋流器的底部。
而轻的颗粒则会顺着气流带到旋流器的顶部，再由出口排除。
3.液体回流：在旋流器的底部，设计了一个缓冲区，使得分离的液体可以回流到旋流器的底部，并进一步沉淀下来。
这样可以避免液体随着气流流出旋流器，提高分离效率。
总之，气液旋流器旋流式分离器的设计要点包括几何形状、尺寸、进口和出口设计以及材料选择。
其设计原理是利用旋转气流产生的离心力实现气体与液体或固体的分离。
通过合理的设计和选择适当的操作条件，可以提高气液旋流器旋流式分离器的分离效率和设备性能。
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措施 ， 从 而 为 气液 、 气 固分 离器设 计提 供 了 重要 的理 论 基 础 ， 使 二 相 流 分 离 器的 效 率 得 到 提 高 。 关键词 ： 旋 流 分 离原 理 ； 性能； 结 构 设 计
（ ３ ） 操作 弹性 较 大 ， 性 能 稳定 ， 不受温度、 浓 度 的 限制 。
在这三种情况下流体 中运动中才能形成旋流。 １ ． ２ 旋 流分 离原 理
口进入分离器 时 ， 由直线运动转化为圆周运动 ， 旋转 的气流绝大部分沿器壁 自筒体呈螺旋形 向下朝锥体
旋流分离的原理为 ：气流 以一定 的速度 由进气 ２ 影 响气 一液分 离器 性能指标 的因素
Ｅｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． １ ， ２ ０ １ ３
旋流分 离理 论在气 一液分 离器设计 中的应 用
宋 杰
（ 新航集团设计一所 ， 河南 新乡 ４ ５ ３ ０ ４ ９ ）
称为半 自由旋流区 Ⅱ， 其切 向速度分布规律为 ： ｒ ＝常数 （ ２ ） 其 中， ｎ为速度分布指数（ 一般取 ０ ． ５ ０ ． ９ ｇ ／ ｍ ３ ；
为流速 ， ｍ ／ ｓ 。
径向速度是影 响分离器性 能的重要 因素 。约在 ｒ ｏ 为溢流管半径 ， ｍ 。 旋流器有效高度 中点径向速度 ， 为零的点称为分界 ２ ． ２ 分 离效 率 分析 点， 在分界点上部径 向速度方向指 向筒壁 ， 形成外 向 产 品的分离效率 与介质在旋 流器 内的速度分布 流 ；在分界点 以下速度方 向指向旋流器中心形成 内 及压力分布密切相关 。 旋流。在 内旋流作用下使要分离的介质 由外 向内推 ２ ． ２ ． １ 流场 中气 流 的速度 分 布 阻止分离物的沉降 ， 所 以， 径 向速度越 由于旋流器 内流体 的运动是一种复杂的三元空 至漩 涡中心 ， 分离器的分离能力越差 。 间的螺旋运动 ，其 内部任一点 的速度可分为切向速 大 ，
器 的中心靠拢 。根据旋转矩不变定理 ， 其切 向速度不
流阻是气 一液分离器 的重要技术指标 ，流阻的
断提高 ， 当到达锥体某一截面时， 即以同样的旋转方 产生 由几种原因 ，其 中最 主要的是旋流器内流体旋
向从分离器的中部 由下反转而上继续做螺旋方向流 转 时产生的离心力 ， 流体具有粘性 ， 又在旋转 ， 因而
１ 旋 流 概 述
１ ． １ 旋 流形 成 条件
１ ． 气流进 口 ２ ． 溢 流管 ３ ． 橙封盖 ４ ． 圆 柱体 ５ ． 圆锥体 ６ ． 排尘 （ 液） １ ： ３
图１ 旋 流 分 离 原理 图 流体质点一方 面沿轴线 向前移动 ， 同时 ， 又绕该 ． ３ 旋流器的特点 轴旋转运动便称之为旋流运动。这种运动 由涡流和 １ （ １ ） 结构简单 ， 设备本身无 运动件 ， 不需特殊 的 轴 向流叠加而成 ， 具体包括 自由涡和强制涡 。 其产生
中图分类号 ： Ｔ Ｈ １ ２ ２
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ ×（ ２ ０ １ ３） ０ １ — ０ １ ３ ２ — ０ ３
本 文从研究旋 流分离理论 出发 ，阐述 了二相流 动 ， 形成 内旋 流 ， 最后被净化后的气 流由溢流管 ２ 排 分离器的设计基础 ， 并根据 自己设计经验 ， 提 出了提 出旋流器外 ， 即达到了分离的目的。 具体见旋流分离 高二相流分离器效率的结构性设计措施 ，供从事水 原 理 图 １ 。 力旋流器 、旋风除尘器的工程技术人员在设计过程 中参考 。
条 件 主要 包括 以下 三个条 件 ： （ １ ） 流 体不 是理 想 流体 ； （ ２ ） 作 用在 流 体上 的力 中有 无 势 的质 量力 ； （ ３ ） 流 体 是非 正压 性 流体 。
附属设备 ， 安装 占用空间小。
（ ２ ） 操作 、 维 护方 便 ， 流 阻适 中 、 节能、 修 理 费 用低。
气 一液分离 器是 根据旋 流分离 理论 进行 设计 流动形成外旋流 ， 气 流在旋转过程 中产生离心力 ， 将 的 ， 具体结构 主要包括旋流器 、 介质进 口、 分离后气 密度 较 大 的介 质 甩 向筒 壁 ，一 旦 与筒 壁接 触 便 失 去 体 的出 口（ 溢 流管 ） 、 排 液 口等 。该 类 产 品 的关 键 性 指 惯 性 力 ，并依 靠 人 口气 流速 度 产生 的动量 和 向下 分 标 主要 包 括 流 阻 及分 离 效 率 ， 因此 ， 在 产 品设 计 时 ， 离介质 自身的重力共同作用 ，推动被分离颗粒沿壁 尽可能的降低产品的流阻 ，提高产 品的分离效 率作 面下落 ， 进入排尘 口（ 排液 口） 分离 出去 ， 当旋转下降 为设计 的关 键 。 的外旋流在到达锥体时 ，因圆锥体 的收缩 面向分离 ２ ． １ 流 阻分析
ＡＰ＝ ×—
二
为混合气体进入分离器 的速度 ， ｉ ｒ ｄ ｓ ； 为分离器 的圆柱体部分直径 ， ｍ； 为分离器的排气管直径 ， ｍ；
为分离器的进 口截面积 ， ｍ ｚ 。 由分离器 中心到最大切向速度 面，即排气管下 部的中心气流 ， 通常称为强制控制旋流区Ⅲ。类似于
（ １ ）
式 中，
△Ｐ为流 阻 ， Ｐ ａ ；
刚体 的旋转运动 ，切 向速度 与半径 ｒ 之 比为一 常 数 ０ 。
为流阻系数 ； 的选取通常根据经验公式
＝１ ． ５ ６ ｛ １ ． ９ （ ） 一１ Ｊ
ｒｏ
Ｉ 区 Ⅲ和之间气体的旋转则表示另 一种性质 ，
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ０ ～ ０ ６
作者 简介 ： 宋 杰（ １ ９ ７ １ 一） ， 河南 人 ， 工程师 ， 本科 ， 从事流体机械的研究 。
１ ３ ２
《 装备制造技术） ） ２ ｏ １ ３ 年第 １ 期 消耗能量 ， 表现为流阻损失 ； 其次是旋流器人 口（ 介 质进 口）面积 的突变引起 的局部压力损失及筒壁与 旋转介质之间 由于摩擦而产生的沿程损失。具体流 阻大小为 ：