排气结构对双蜗壳型旋风管分离性能影响的对比研究

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图 2 双蜗 壳旋风 管结构 示意 图
个 因素在旋风 分离器 压降 中所 占的比重较小 。排 气管插 入深度 增大时 , 短路流 减弱 , 壁摩擦滞 留 管 作用增 强造成 能量损失 增加 , 导致压降 略有增大 。 而 h= 5 m 时的压 降 比 h=3 0 m 时 的增幅较 30 m 0m
插 入 深 度 对 气 固分 离及 气 液 分 离 效 率 的 影 响规 律 不 同。 气 固 分 离 中 直 管 结 构 效 率 比加 锥 结 构 的 高 2 %

4% , 气液 分 离 中 两种 结构 效 率 相 差 不 多 , 而且 气液 分 离效 率 明显 高 于 气 固 分 离 、另 外 , 气 管 口直 径 排
种 新 型双蜗 壳式 旋 风 管 , 论 上 双 入 口型分 离 理
器 的 分 离 效 率 比 单 入 口型 分 离 器 的 要 高 , 压 降 而
大 小 却 相 反 , 践 也 证 明 其 结 构 紧 凑 、 离 效 实 分
率 高 , 气 液 固多 相 分 离 中呈 现 出 明 显 的 优 势 。 在 Z a 等 对 一 种 双 入 口蜗 壳 式 旋 风 分 离 器 的 数 h oB
4 — u形管 差 压 计 ;— — 流 量控 制 阀 ;— — 毕 托 管 ; — 5 6
7 — 风 机 —
体和 测量系统 组成 。试验 中使 用小直 径双蜗壳 型 旋风 管( 2 , 图 ) 该旋 风管为钢 制结构 。
A一4
道上 的阀 门及毕 托 管 测量 系 统控 制 ; 离效 率通 分 过定 量加料 、 灰斗 收料和 称重测定 ; 含尘浓 度通过 在 一定 的流量下控 制加料 时间来 控制 。 试验 中入 E流 量 Q 控 制在 1 0~3 0 / , l , 0 0 m。h 气 固分 离试验人 口含尘 浓 度分 别为 C =1 5 1 、 . 、 、0 1 、0 / 气液 分 离试 验 入 口含液 浓 度 c 为 5 52 gm ; .
点, 并在 其结构 基 础上结 合 中 国石 油 大 学 ( 东 ) 华
图 1 试 验 装 置 示 意 图
{ 王 建 军 , ,9 男 171年 2月 生 , 教 授 。 山东 省 东 营市 ,5 0 1 副 276 。
44 0
l —灰 斗; — 2 —旋风管 ; —
化 工 机 械
离 器 主 体 时 颗 粒 能 得 到 预 分 离 。 同 时 , 旋 风 管 该 人 口狭 长 使 得 环 形 空 间 有 较 长 ~ 段 暴 露 在 空 气
图 5 气 固 分 离 效 率
中, 从而 减小 了气 流 与壁 面 的接 触 面 积 。根据 杨
建 国 等 的 研 究 , 风 管 的 压 力 损 失 大 部 分 是 由 旋 旋

明显 , 这是 由于试 验 中使 用的旋 风管 , 由于加工 制 造上 的偏差 , 导致 在 h=3 0 m 时排 气 管 已 经伸 5r a
人 到 旋 风 管 内 径 渐 缩 区 域 , 得 气 体 在 缩 扩 结 构 使
中 流 动 而 造 成 压 降 较 大 的 增 加 。 另 外 , 图 4 中 从


A +
果 如 图 4所示 。试 验结 果 表 明 , 风管 的压 降 随 旋 着排 气管插 入深 度 h的增 加有 增 大 的趋 势 , 当 且 h< 0 m 3 0 m时增加 量不大 。此 时 , 压降 的变化 主要
是受 短路 流及管 壁表 面 摩擦 滞 留的影 响 , 而这 两
.L I } } 籁
降增 大 , 一规 律 与前 人 的 研究 结 果 一 致 。另 外 这 还发 现 , 旋风 管 的压降 比较低 , 主要是 由于其 该 这 特殊 的结 构造 成 的。该 旋 风 管 人 口呈 渐 缩 趋 势 , 能 改变进 气流 中 的 颗粒 浓 度 分 布 , 得 在 进 入分 使

转 流场 造成 的。 。 这 样 既 减 弱 了 因壁 面 滞 留造 。
成 的能耗 降低 了压 降 , 又使 得 壁 面 附 近 气 流切 向 速 度沿径 向分 布 更加 均 匀 , 提高 了环 形 空 间 的分 离 作用 。这是 该旋 风管 高效低 阻 的重要 原 因 。 2 2 旋 风管 分离效 率 . 2 2 1 排 气管插 入深 度对 分离效 率 的影 响 . . 排 气管 插 入 深 度 是 排 气 结 构 的重 要 参 数 之
45 0
此 外 , 气 管 结 构 形 式 对 旋 风 管 压 降 的 影 响 排 比较 明 显 。经 试 验 测 量 , 管 排 气 结 构 下 , 风 管 直 旋 压 降 在 1 1 ~1 4 k a之 间 ; 管 加 导 流 锥 排 气 . 1 .4 P 直 结 构 下 , 风 管 压 降 在 1 4 ~1 6 k a之 间 。 后 旋 .0 . 2P 者 高 出 前 者 约 2 % 。 这 是 由 于 加 上 导 流 锥 后 排 0 气 管 下 口直 径 要 小 于 原 直 管 结 构 , 致 旋 风 管 压 导
较 小 时对 该 旋 风 管 的 分 离不 利 。
关 键 词 双蜗 壳 型 旋风 管 排 气 结 构 分 离性 能 中 图分 类 号 T 0 18 4 Q 5 . 文献标识码 A 文章编号 0 5 —0 4 2 1 ) 4 0 0 -5 2 4 6 9 ( 0 1 0 — 30 4
验研 究 , 现 多 管 旋 风 分 离 器 性 能 比 单 管 要 发 差 。为 了适应 天然 气 净 化 对 分 离设 备 高 负 荷 、
低压 降 和低能 耗 的 限制 , 切需 要 开 发 小 直 径 系 迫
列 的新 型高效旋 风管 。国外一 些 国家 已开发 使用

试 验装置( 图1 主 要 由供 风 系统 、 风 管本 ) 旋

斟 蓑
图 6 气 液 分 离 效 率

对 旋 风 管 内 的 流 动 分 布 影 响 较 为 显 著 , 而 影 从
另 外 可 以发 现 , 气 管 插 入 深 度 对 气 固 分 离 排 及 气 液 分 离 的影 响 规 律 有 所 不 同 。 这 是 由 于 固 体
响旋风 管 的分 离性 能 。为 了得 到该 旋风 管排 气管 插 入深 度对分 离 效 率 的影 响 规 律 , 次 试 验 中对 本 直 管加 导流锥 排气结 构进 行 了气 固分离 和气 液分 离试 验 , 结果分 别 如图 5 6所示 。 、 从 图 5 6可 看 出 , 固 分离 效 率 随 排 气 管插 、 气 入 深 度 的 增 加 呈 下 降 趋 势 , 气 液 分 离 在 h= 而 3 0 m 时效 率 最 高 ,排 气 管 插 入 深 度 偏 大 或 偏 0m 小都 会造 成效率 的下 降 。可见 ,排 气管插 入 深度
在 旋 风 分 离 器 上 的 研 究 成 果 , 者 对 其 原 直 管 排 笔
气结 构加装 导 流锥 进 行 研究 , 与原 直 管 结 构下 并 的气 液分 离与气 固分 离性 能进行 了试 验研 究及 对
比 , 期 为 该 旋 风 管 的 应 用 和 进 一 步 改 进 提 供 一 以 定 的试 验 基 础 , 为 开 发 适 合 于 天 然 气 净 化 用 的 并 新型旋 风管 分离 技术 提供 一定 的参考 依据 。 1 试 验 装 置 与 方 法
值研 究也 发现 双入 口蜗壳 结构 能 改善气 流 的轴对 称性 , 高分离 效 率 。 王 新华 等 对 该 旋 风 管 内 提 部流 场进 行 了一 些研 究 , 到 了流 场 分 布 的一 些 得
特 点 。但 是 , 目前 对 这 种 新 型 旋 风 管 性 能 的 研 究还 较 少 。 为 了 了 解 双 蜗 壳 式 旋 风 管 的性 能 特
3 —排气室 ; —
21 0 1芷
本试 验采用 引风式负 压操作 , 在常温下 进行 。 分别 进行气 固分 离试 验 及气 液 分 离试 验 , 中气 其
相 介 质 为 空 气 , 相 介 质 为 中 位 粒 径 1 m 的 滑 固 1 石 粉 , 相 介 质 为 水 。 试 验 中 入 口 流 量 由 通 气 管 液
较 大 时 ,气 固 分 离 及 气 液 分 离 效 率 都 比 较 低 。这
颗粒 与液 滴 的物理性 质不 同导致 其 在旋风 管分 离 空 间内 的分离 机 理 有 所不 同。气 液 分 离 中 , 排气
管插 入深 度较小 时 , 分离 效率也 相对 较低 , 而此 时
气 固分离 效率 却 较 高 。 由前 面 的分 析 可 知 , 当排 气管 插入 深 度减 小 时 , 向速 度会 有 所 增 大 。但 切 是 由于在该 旋风 管 内液滴 容易 团聚变 大且 易附着 在壁 面上 , 继续 增 大切 向速 度 已不再 是 提 高 气液
试 验 中使 用 了两 种形 式 的排 气 结 构 ( 一种 是
直径 7 m 的直 管排 气 结构 , 5m 另一 种 是 在该 直 管 下加导 流锥 的排 气结 构 ) 分 别 在 4个 不 同 芯 管 , 插入深度 ( 2 0 2 0 3 0 3 0 m) h= 0 、5 、0 、5 m 下进行 , 排气 结 构尺寸 及其在旋 风管 中的位置 如图 3所 示 。
分 离 效 率 的 有 效 途 径 。 反 之 , 排 气 管 下 口 靠 近 当
是 由于 随排气 管插 入深 度 的增 加 ,减小 了分 离空 间 ,增 加 了管 壁对 气流 的滞 止作 用 ,切 向速度呈 减小 趋势 ,导 致离 心分 离作用 减 弱 。另 外 ,根据 王新 华 等的研 究 ,该 旋 风管分 离 空间下 端存 在较
还可看 出 , 降随 入 口流 量 的增 加 而增 大 的规 律 压
比较 明 显 。

遨 出
b 直 管加导 流锥 .
人 口流量 Q/ ・ m h
图 3 试 验 用排 气结 构
图 4 排 气 管插 入 深 度 对 压 降 的 影 响
第3 8卷 第 4期

工 机 械


8 g 1 。采 用单 一 变量原 则 安 排试 验 , 于在 0/ I T 便
多变量 多参 数试 验 中对 目标参数 进行对 比试验研
究。
2 试 验 结 果 与 分 析
2 1 旋 风管压 降 . 本 试验在 纯气流状 态下对 该旋 风管在直 管排 气 结构各 插入 深度 下 的压 降 进行 了测量 , 验 结 试
对 旋 风 管压 降及 气 固 分 离和 气 液 分 离性 能 的 影 响 。 发 现 该 旋 风 管 特 殊 的 入 口结 构 使 其 压 降较 低 , 其 且
压 降 随排 气 管插 入 深 度 的增 加 略结 构 压 降 小 2 % 左 右 。排 气 管 直 0
第 3 8卷
第 4期

工 机 械
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排 气 结构 对 双蜗 壳 型旋 风 管分 离 性 能 影 响 的 对 比研 究
王 建军 王 凡 金 有海
( 国石 油大 学 ( 东 ) 电 工 程学 院 ) 中 华 机
摘 要 通 过 对 双蜗 壳 型 旋 风 管 性 能 的 测 试 试 验 , 别研 究 了 不 同排 气 管 插 入 深 度 及 排 气 管 结 构 形 式 分
旋风 分离 器 以结 构 简 单 、 降 低 及 分离 效 率 压 高等 特点 广泛 应用 于石 油化工 及 天然气 净化 等领 域 。 目前 , 国内用 于 天 然气 净 化 的在 役 旋 风 分离 器效 果并 不 理 想 。吴 小 林 等 对 轴 流 式 旋 风 管
为 核 心 的 天 然 气 净 化 用 多 管 旋 风 分 离 器 进 行 了 实
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