[发明专利]一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，以实现对旋风式油气分离器设计的理论指导，根据油滴粒径分离要求设计出合适的筒体尺寸。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种旋风式油气分离器筒体尺寸的设计方法，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；根据直径确定旋风式油气分离器筒体的有效分离高度；

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。

S1中，根据下式确定的平均切向速度v_ta和分离预定临界粒径颗粒所需的最小切向速度v_tc之间的关系确定旋风式油气分离器筒体直径D：

根据该式作出外旋涡气体的平均切向速度v_ta与最小切向速度v_tc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。

S1中，外旋涡气体的平均切向速度v_ta满足下式：

式中，v_in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。

S1中，旋风式油气分离器筒体的有效分离高度H^*满足下式：

H^*＝N_s×πD tanα

式中，α为螺旋角角度；N_s为转圈数，D为旋风式油气分离器筒体直径。

S1中，