[发明专利]超声速气体旋流冷凝分离装置

权利要求书

1.一种超声速气体旋流冷凝分离装置，包括法兰(1)、外壳(2)、螺旋型旋流叶片 (3)、内芯(4)、收缩分离壳体(5)、导液叶片(6)、扩压壳体(7)、导流叶片(8)、排液 管(12)、饱和湿气入口(19)、干气出口(9)和液体出口(11)；其特征在于：

内芯(4)和收缩分离壳体(5)组成环形拉伐尔喷管，形成亚声速收缩流道(18)、喉部 (17)、超声速扩张流道(16)；

内芯(4)和扩压壳体(7)构成环形扩压管，形成扩压流道(10)；

收缩分离壳体(5)和扩压壳体(7)之间的间隙形成分液口(14)、积液腔(13)；积液腔 (13)与排液管(12)相连通，形成液体出口(11)；

螺旋型旋流叶片(3)上端与收缩分离壳体(5)内壁面固定联接，下端与内芯(4)表面 固定联接；

导液叶片(6)上端与收缩分离壳体(5)固定联接，下端与扩压壳体(7)固定连接；

导流叶片(8)上端与扩压壳体(7)固定连接，下端与内芯(4)固定连接；

内芯(4)居于中心，与收缩分离壳体(5)、扩压壳体(7)同轴，由螺旋型旋流叶片(3) 和导流叶片(8)对中定位固定；

内芯(4)主要由半椭球体(20)、收缩段(21)、二次收缩段(22)、直段(23)和扩张段(24) 组成；

半椭球体(20)长短轴之比为2～6，短轴长度为收缩分离壳体(5)入口内径的0.5～ 0.9倍；收缩段(21)和对应的收缩分离壳体(5)的收缩段之间的间隙构成亚声速收 缩流道(18)，气体在该流道中被加速，在收缩段(21)和二次收缩段(22)的交界处形 成喉部(17)，达到声速；

收缩段(21)采用双三次曲线法设计，收缩比为4～12，收缩角为15～108°，和 其对应的收缩分离壳体(5)的收缩部分采用双三次曲线法设计，收缩比为4～12， 收缩角为20～112°；

二次收缩段(22)和对应的收缩分离壳体(5)之间的间隙形成超声速扩张流道(16)， 气体在该流道中被加速到超声速，形成低温低压，水和重烃开始凝结，凝结的液 体在强烈的旋流离心场作用下被甩向管壁并随气体向前流动；

二次收缩段(22)为锥段，收缩角为1～12°；

直段(23)和对应的收缩分离壳体(5)之间的间隙形成旋流分离流道(15)，在该流道 中，被强烈的旋流离心场甩向管壁的液体经分液口(14)流入积液腔(13)，经排液 管(12)后由液体出口(11)排出；

直段(23)长径比为4～15；大部分干气进入由扩张段(24)和扩压壳体(7)之间 的间隙构成环形扩压流道(10)，在扩压流道(10)的入口处产生激波，速度由 超声度降到亚声速，压力和温度回升，经导流叶片(8)导流后从干气出口(9) 排出；

扩张段(24)为锥段，扩张角为1～8°，和其对应的收缩分离壳体(5)的扩张部分为 锥段，扩张角为20～120°；

螺旋型旋流叶片(3)按螺旋线采用等螺距或不等螺距法设计，叶片数目为1～12 个，叶片厚度为2～6mm，周向均匀布置；

螺旋型旋流叶片(3)进入亚声速收缩流道(18)，同时安装在半椭球体(20)和收缩段 (21)表面；

扩压壳体(7)为锥形，内锥角为4～15°，外锥角为10～30°；

收缩分离壳体和扩压壳体通过焊接和法兰(1)、外壳(2)固定，排液管通过焊 接和外壳、法兰固定。