一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法_CN109909078A

式中 ，dc为临界粒径 ，单位为m ；μg为气体的 动力粘度 ，单位为Pa·s ；qd为进入分离器的 气体流量 ，单位为m3·s-1 ；ρp为 油滴颗粒的 密度 ，单位为kg·m-3 ；ρg为气体的 密度 ，单位为 kg·m-3；vta和vtc的单位为m·s-1；H*为有效分离高度，单位为m；
根据该式作出外旋涡气体的平均切向速度vta与最小切向速度vtc随直径D的变化曲线， 根据该变化曲线确定旋风式油气分离器筒体直径D，然后根据旋风式油气分离器筒体直径D 确定旋风式油气分离器筒体的有效分离高度H*。
H*＝Ns×πDtanα 式中，α为螺旋角角度；Ns为转圈数，D为旋风式油气分离器筒体直径。 5 .根据权利要求1所述的一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，S2 中 ，通过CFD数值模拟理论对S1得到的 旋风式 油气分离器筒体的直径以 及有效分离高 度进 行修正。 6 .根据权利要求5所述的一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，S2 的具体过程如下： 通过对旋风式油气分离器内两相流动的数值模拟得到旋风式油气分离器内的流场分 布和油滴运动轨迹； 通过模拟不同直径的旋风式油气分离器的流场，得到外旋涡的平均切向速度vta随旋风 式油气分离器筒体直径D的变化关系； 根据模拟 油滴颗粒的 运动轨迹判断 有效分离高 度H*的 大小是否合适 ，根据大小合适的 有效分离高度H*，得到修正后的最小切向速度vtc随直径D的变化关系；
权利要求书2页 说明书7页 附图5页
CN 109909078 A
CN 109909078 A
权 利 式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，包括如下步骤： S1 ：根据停留时间分离原理计算外旋涡的 平均切向速度和分离预定临界粒径颗粒所需 的最小切向速度；根据所述平均切向速度和最小切向速度确定旋风式油气分离器筒体的直 径；根据旋风式油气分离器筒体的直径确定有效分离高度； S2 ：对S1得到的 旋风式 油气分离器筒体的 直径以 及有效分离高 度进行修正 ，得到最终 的旋风式油气分离器筒体的直径以及有效分离高度。 2 .根据权利要求1所述的一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，S1 中 ，根据下式 确定的 平均切向速度vta 和分离预定临界粒径颗粒所需的 最小切向速度vtc之 间的关系确定旋风式油气分离器筒体直径D：
3
CN 109909078 A
说 明 书
1/7 页
一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法
技术领域 [0001] 本发明涉及离心分离设备领域，具体涉及一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计 方法。
背景技术 [0002] 旋风式油气分离器是气液分离设备的一种，由于其体积小、结构简单、分离效率高 等优点，是高效油气分离设备发展的重要分支，目前在喷油压缩机系统中广泛采用。压缩机 排气携带油滴切向进入油气分离器，大部分油滴颗粒在离心力作用下被甩到油气分离器筒 体壁面实现一次分离，未分离的微小油滴通过滤芯进行二次过滤分离。 [0003] 关于旋风式油气分离器的设计，筒锥形分离器的设计已有许多标准模型，但是对 于特殊 用途的 旋风分离器 ，如直筒形旋风式 油气分离器 ，这些标准模型是不适 用的 。目 前 ， 旋风式 油气分离器的 尺寸设计基本依赖实际 工程经验 ，缺乏理论的 指导 ，没有系统的 设计 方法。更复 杂的是对压缩机系统的 节能要求日益提高 ，变工况调节时需要旋风式 油气分离 器的一次分离效率能在流量调节范围内均满足要求，就更凸显出理论设计依据的重要性。
在模拟油滴颗粒的运动轨迹中 ，根据油滴在旋风式 油气分离器筒体内的运动高度及是 否从旋风式油气分离器的气体出口逃逸判断有效分离高度是否合适：
如果存在油滴从旋风式油气分离器气体出口逃逸的情况，则表明有效分离高度过小； 如果所有的油滴到达旋风式油气分离器底部后刚好完全分离，则有效分离高度合适； 如果油滴在旋风式油气分离器底部之上就已完全分离，则表明有效分离高度过高。 8 .根据权利要求1所述的一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，还 包括S3，利用S2得到的旋风式油气分离器筒体的有效分离高度H*确定旋风式油气分离器筒 体的高度H，旋风式油气分离器筒体的高度H等于有效分离高度H*、顶部高度Ht和储油高度Ho 之和。
2
CN 109909078 A
权 利 要 求 书
2/2 页
经过数值模拟后得到修正的平均切向速度vta与最小切向速度vtc随直径D的变化曲线， 根据该变化曲线选择合适的旋风式油气分离器筒体的直径和有效分离高度。
7 .根据权利要求6所述的一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，根 据模拟油滴颗粒的运动轨迹判断有效分离高度H*的大小是否合适的过程为：
代理人 徐文权
(51)Int .Cl . B04C 5/103(2006 .01) B04C 5/081(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109909078 A (43)申请公布日 2019.06.21
( 54 )发明 名称 一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方
法 ( 57 )摘要
本发明涉及离心分离设备领域，具体涉及一 种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，本发 明推导出了切向速度和筒体直径之间的关系，通 过选取合适的筒体直径使得外旋涡的平均切向 速度大于临界 切向 速度 ，以 此 确定筒体直径 ，并 根据筒体直径和有效分离高度之间的关系确定 有效分离高度。然后采用CFD数值模拟得到旋风 分离器的流场分布和油滴颗粒的运动轨迹，对理 论计算进行一定的修正，最终确定合适的筒体尺 寸。目 前 ，旋风式 油气分离器的 尺寸设计基本依 赖实际 工程经验 ，缺乏理论的 指导 ，没有系统的 设计方法。本发明提出了适合于旋风式油气分离 器的设计方法，可以根据具体的油滴粒径分离要 求而设计相应的尺寸。
3 .根据权利要求2所述的一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，S1 中，外旋涡气体的平均切向速度vta满足下式：
式中，vin为旋风式油气分离器入口速度，单位为m·s-1；L为外旋涡径向长度，单位为m；n
为切向速度指数，
T为气体温度，单位为K；T0为室温，单位为K。
4 .根据权利要求1所述的一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，其特征在于，S1 中，旋风式油气分离器筒体的有效分离高度H*满足下式：
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910055093 .0
(22)申请日 2019 .01 .21
(71)申请人 西安交通大学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号
(72)发明人 冯健美 韩济泉 陈伟 彭学院
(74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200