[發明專利]超聲速旋流天然氣分離器的超聲速擴壓器

無效

• 申請號: 200710013703.8
• 申請日: 2007-02-12
• 公開（公告）號: CN101053857A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 曹學文;杜永軍
• 申請（專利權）人: 曹學文
• 主分類號: B04C5/00
• 分類號: B04C5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種超聲速旋流天然氣分離器的擴壓部件——超聲速擴壓器，屬于天然氣集輸、加工與處理技術領域。

背景技術

采用超聲速旋流分離技術研制的超聲速旋流天然氣分離器由拉伐爾噴管、超聲速整流管、超聲速翼、擴壓管等構件組成，它結合了氣體動力學、熱力學和流體力學的理論，集膨脹降溫、旋流式氣/液分離、再壓縮等工藝于一個密閉緊湊的裝置里完成。氣流經過拉伐爾噴管絕熱膨脹至超聲速，形成低溫低壓，低溫使天然氣中的重烴和水份凝結成核，并生長成小液滴，形成氣液混合氣流；氣流經超聲速翼以離心分離的方式將氣流中的水和重烴凝析液滴分離出來。超聲速旋流分離技術具有器具密閉無泄漏、結構緊湊輕巧、無需化學藥劑、簡單可靠(無移動部件)等優點，與傳統的加熱防凍和利用防凍劑防凍天然氣集輸工藝相比，天然氣集輸系統投資和運行費用減少10～25％。

擴壓器是超聲速旋流天然氣分離器的重要部件，通過擴壓器可將氣體動能轉化為壓力能。國外曾有報道，采用漸擴的圓臺型擴壓器，其母線為直線。由于擴壓器入口氣液混合氣流速度為超聲速，超聲速氣流進入擴壓器入口后會形成強烈的正激波，使氣液混合氣流的速度降為亞聲速。這種擴壓器通道存在強烈的激波現象，造成較大的能量損失，降低了擴壓器的擴壓效率；擴壓器內氣流為旋流，有較大的切向速度，不能轉化為壓力能，使超聲速旋流分離器的壓力恢復能力降低；同時，壓力波動會使擴壓器入口的激波失穩，激波將不斷前移，進入旋流分離段，影響分離器正常工作。

發明內容

為了克服上述不足之處，本發明的目的是提出一種超聲速擴壓器，用于超聲速旋流天然氣分離器，以減弱擴壓器入口正激波，減小氣流的能量損失，提高擴壓器的效率；將旋流氣流轉化為軸流氣流，提高分離器的壓力恢復能力，且增加擴壓器內激波的穩定性，增強抗壓力波動的干擾能力，增強超聲速旋流天然氣分離器的適用性。

本發明首創一種適用于寬范圍馬赫數的超聲速擴壓器。該超聲速擴壓器由收縮管段、直管段、擴張管段和導流翼片四部分組成。收縮管段型面曲線變化遵循高階多項式規律，收縮管段型面曲線端點切線與軸線平行，實現與直管段的光滑連接。超聲速氣流在收縮段中經過一系列斜激波使氣流減速到低超聲速，收縮段長度為0.2～6倍擴壓器入口段管徑，收縮角為15°～50°。直管段長度為0.5～7倍管徑，激波在該管段中具有穩定性，激波的穩定性總是能使激波恢復到原來的位置，因而，直管段提高了分離器的抗壓力波動能力。擴張管段型面曲線為圓弧和直線的組合曲線，擴張管段通過圓弧形曲面與直管段相連，擴張段的擴壓角為4°～15°。導流翼片底面為圓臺面，與擴壓管的內壁相吻合，固定在內壁上。底面中弧線為高階曲線，底面翼型厚度變化遵循高階多項式規律。圓臺形導流翼片底面的形狀由底面中弧線及底面翼型厚度變化模型確定。翼型頂部收縮為平行于軸線的直線，位于翼片底面后端，增加了氣流的流通面積，且翼片具有空氣動力學輪廓形狀，減小了導流翼片對氣流的阻塞。該導流翼片圓臺形底面的中弧線軸向長度為0.5～4.5倍管徑；底面中弧線前端與管段圓周間的夾角即前緣進氣角α＝55°～85°，底面中弧線后端與管段圓周間的夾角即后緣出氣角β＝90°。由中弧線的長度及前緣進氣角和后緣出氣角確定高階多項式型底面中弧線的形狀。該翼型底面最大厚度位于50％～80％弦長處，且最大厚度為0.5～4.0mm。底面翼型厚度沿中弧線連續變化，變化模型為三階多項式。擴壓器內設有2～6片導流翼片。

采用了上述超聲速擴壓器的分離器，將超聲速旋流高效地轉化為低速均勻軸流。該超聲速擴壓器通過多個斜激波將超聲速氣流轉化為低超聲速氣流，再通過擴張段將氣流轉化為低速氣流，各段之間光滑過渡，減少了能量的損失，提高了擴壓器的擴壓效率。該擴壓器的導流翼片尾部收縮成一條與軸線平行的直線，使氣流由旋流轉化為軸流，減少了對流場的擾動，并使翼后速度分布均勻，其軸向截面具有空氣動力學輪廓的形狀。

下面結合附圖和典型實施例對本發明做進一步說明。

附圖說明

圖1是依據本發明所提出的超聲速擴壓器的正視圖；

圖2是依據本發明所提出的超聲速擴壓器的側視圖；

圖3是依據本發明所提出的超聲速擴壓器的導流翼片底面形狀圖；

圖4是依據本發明所提出的超聲速擴壓器的導流翼片立體結構圖；

圖5是圖4所示導流翼片沿A-A線的剖面圖；

圖6是圖4所示導流翼片沿B-B線的剖面圖；

圖7是圖4所示導流翼片沿C-C線的剖面圖。

具體實施方式