TW200900130A - Cyclonic fluid separator - Google Patents

Description

200900130 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明疋有關於一種旋流分離器。 【先前技術】 氣體混合物可以藉由膨脹、且因此冷卻混合物而被分 離，使得可凝結的成分凝結且接著在旋流分離器内從凝結 的液體成分中分離出氣體成分。 f 專利申請案WO 03029739揭示一種旋流分離器，其包 含一喉部區段及旋渦提供機構，在該喉部區段中流體可以 加速到接近音速或超音速的速度，該漩渦提供機構用於使 流體經過介於外殼與中央體之間的環狀空間而成為漩渦， 該中央體被配置成大致上相對於外殼之—中心軸而同軸。 以高速流過介於外殼内部表面與中央體外部表面之間 之環狀空間的流體混合物可以施加振動作用力至外殼和中 央體上。 1 中央體亦必須被設計成流線形’其中可能會涉及建構 中央體’使得中央體具有水滴形的前方區段及細長的尾部 區段。此尾部區段可以是較短或較長，且由外殼支撐住或 並未被外殼支撐住。中央體的振動對於流體通量及裝置之 分離性能有不利的影響，且可能造成損壞及甚至導致中央 體的功能失效。 本發明之一項目的疋解決旋流分離器之中央體的振動 問題。 7 200900130 其中提供一種具有管 ，流體係在該管形外 發流體經過一介於古亥 形外殼及漩渦提供 殼之中加速，該漩 外殼與一中央體之 【發明内容】 依照本發明， 機構的旋流分離器 渦提供機構用於引 間的環狀空間而成為㈣，冑中央體設有共振減低機構。 選擇地該共振減低機構被建構成用以增加中央體的自 然頻率和/或抑制中央體之至少部分的振動。 為了要得到此結果，中参鹽·,、，h# 不r天體可以包含—管形尾部區段

該管形尾部區段的至少一部分祜搐 刀被填充有固體顆粒及/或黏 液體，且可以承受一預定的軸向張力。 此外’-張力桿可以被配置於中央體的管形尾部區段 内，使得-冑狀間隙存在於張力料部表面與中央體管形 尾部區段的内部表面之間，該環狀間隙的至少—部分被填 充著一黏性液體。 % 或者’中央體可以包含—多孔尾部區段，使得介於該 尾部區段之相對側邊之間的壓力差可以降低，且防止該尾 部區段因為介於尾部區段之相對側邊之間任何變化的壓力 差而產生振動。 在此種h況申，中央體可以具有一水滴形狀前方區段 和一長形之大致圓柱形尾部區段，藉由以大致上徑向之孔 洞鑽穿尾部區段來將該尾部區段製作成大致上是具有多孔 性’該等徑向孔洞係沿著尾部區段的長度來分佈，該等徑 向孔洞亦是以相等的切線間距而沿著尾部區段的周圍分 8 200900130 - 佈。 的另—實例中，該中央體包 該縱軸大致上是與中心轴一 在依照本發明旋流分離器 含一具有一縱軸的縱向開口， 致，該縱向開口被建構成一導管，在使用時一低壓流體係 經由該導管而餘人管料殼内，㈣㈣與流經喉部區 段之流體相混合，該喉部區段則是在一被安置於該喉部區 段下游之外殼的大致上圓柱形區段内，且相較於經由喉部 區段而流入外殼之大致上圓柱形區段内的流體，該低壓流 體具有較低的靜壓力。 在此種情況中，該管形外殼包含一其中配置有一氣體 加濃流體中央出口的尾部區[該尾部區段是被一液體加 濃流體環狀出Π所圍繞著’且其中—再循環導管係配置於 該液體加濃流體環狀出口與在中央體内的縱向開口之間， 用於將當做低壓流體的液體加濃流體從該㈣加濃流體環 狀出口再循環而流入在中央體内的縱向開口。 -i \ 依照本發明之旋流分離器的喉部區段被建構成用於使 得在使用時流體在該喉部區段内被加 超音速的速度，且藉以被冷卻，使得—個❹個^= 分在該喉部區段中凝結。 流，該固體污染物係例如是沙粒及/或其他土壌顆粒及/或 可凝結成分’例如水、凝結液、二氧化碳、硫化氫和/或水 依照本發明，其中亦提供 器來分離流體混合物的方法， 含固體污染物之受到污染的天 一種採用依照本發明之分離 其中該方法是被用來從一包 然氣流中得到淨化的天然氣 9 200900130 銀0 依照本發明之旋流分離器和方法的以上及其他特色、 目標、優點和實例將於隨附申請專利範圍、摘要與參考隨 附圖式之較佳實例的以下詳細描述内容中加以說明。 【實施方式】 在隨附的圖丨到圖8中，相似的元件符號被適宜地用 來表示在本文所述之旋流分離器之相似實例的相似部件。 現在參考圖1，其中表示的慣性旋流分離器包含一旋 渦入口裝置，該漩渦入口裝置包含一流線水滴形中央體1， 系列的旋渦傳送輪葉2被安裝於該中央體上，且該中央 :被:己置成與分離之一中心軸工保持同軸且配置於分離 外，1〇之内，使得一環狀流道3係形成於中央體1與 器卜Λ又10之間。該分離器更包含一環狀喉部4，在使 夺漩渴机體流是從該喉部排放到一偏離流體分離室5 之中’該偏離流體分離纟5酉己備有一用於氣體成分的主要 立、出^ & 7和一用於可凝結成分加濃流體成分的次要外

Ρ出水& 6。该中央體丨具有一大致上圓筒長形尾部區段 机動筆直化葉片9的組件安裝於該長形尾部區段8 上中央體1較佳地具有一最大外部寬度或最大直徑2R 該最大外部寬度或最大直徑2R_則是大於環狀喉部 4的最小内部寬度或最小直徑2Rnmin。 —璇渦傳送輪葉2以-角度（α)相對於中心轴^被 位用以在流體流中生成一氣流循環（r ) 。α角度以 200900130 -介於20度與50度之間為較佳。流體流隨後被引發流到環 狀、流動區域3之中。該環狀流動區域3的截面表面被界定 為.A圓環一π ·(圓環外徑2 一圓環内徑2)。圓環外徑、 圓環内徑為該圓環在選擇位置處的外徑與内徑。圓環在該 ，置_色的上被界定為：平均圓環半徑Rmean = 圓環外徑2+圓環内獲2)。 在平均圓環半徑的最大值Rmean max處’流體流是正在 ^ 以速度（U)流動於漩渦傳送輪葉2的組件之間，輪葉將 流體流之流動方向與偏向角度（)成比例地加以偏向， 且因此獲得一切線速度分量U p = U . sin ( α )和一軸向 速度分量υχ= υ · cos ( α )。 在該漩渦傳送輪葉2下游處的環狀空間3中，漩渦流 體流被膨服至尚速’其中平均圓環半徑是從平均圓環半徑 最大值逐漸減小到平均圓環半徑最小值。 已經發現的是，在此環狀膨脹的過程中，會發生二個 程序·

-I (1)在仙·動中的熱或焓（h)以Δ1ι = -|c/2的量減少， 因此，將首先到達相位平衡的流體成分凝結出來。這樣會 產生一含有小液體顆粒或固體顆粒的璇渦霧流。 切線速度分量U *大致上是依照下列公式而與平均圓 壤半控成反比例地增加： υφ最後一 啟始·（平均圓環半徑最大值/平均圓環半 徑最小值）。 項、·σ果成流體顆粒的離心加速度（a。）極大的增 11 200900130 加’最後成為：ac= 最後2/平均圓環半徑最小值）。 在管形喉部4中’可以引起流體流進一步膨脹至高速 或維持在大致上固定的速度。在第一種情況中凝結作用 正在進行且顆粒將集結成團塊。在後者情況中，凝結作用 大約是要在一界定的鬆弛時間結束之後停止。在該二項情 况中’離心作用導致顆粒漂流至與分離器外殼之内壁相鄰 的机動區域外侧周圍，該流動區域外側周圍被稱為分離區 域顆粒冰桃至δ亥流動區域外側周圍的該段時間則決定管 形喉部4之長度。 在管形喉部4下游處，可凝結的加濃“溼，，流體成分 容易集中在與偏離流體分離室5之内側表面相鄰處，而 乾乳體流體成分則是集中於或是接近中心軸j處，因 溼的可凝結成分加濃“溼，，流體成分是經由一溝槽或 冓槽（微米）多孔部位而排放至一溼流體的外部 出水^ 口 咏 6，而乾氣體成分則被排放至乾流體中央出口 使r翻偏離乾流體中央出口管7内，流體流被進—步減速， 7配備"餘的動能轉換成為位能。偏離乾燥流體中央出口管 _友有—用以恢復循環能量的流動筆直化輪葉組件9。 ...:體見合物從左側進入如圖1所示之分ϋ ^ m 'h 導弓丨越過中奂舻， 目所7^刀離卜軋體被 置於中央， 經過一狹窄、環狀流道，而獲得由安 流沿著#狀...的導引輪葉2所引發的角動量。旋渦 縮部位内膨Γ 4而被膨脹。該旋渦係在朝向區段4之收 '的同時增加強度。在膨脹期，高沸點氣體 12 200900130 成分將於漩渦傳送輪驽 ^ II ^ # U區段4之間開始凝結，而 低沸點成分則將於喉 H, - ^ pe 又與洲·體分離室5的渦流式導 凝結。由於旋渦運動所施加之離心作用力， =二液被傳送至流動區域之外部周圍處。在涡流式 ¥引斋5處，流體被 在流體的核心處的乾燥流一外部周圍的潮㈣，及 藉二採用-長形尾部區段8來延伸中央體丨，朝向滿 /二二：急遽增加的切線動量受到限制，於是避免流動 =#即_破壞）。帶有長形尾部區段8之中 滴形狀中央冑1的存在有利於提供—種具有高 之超音速旋流分離器。高分離效率是經由將在流 ., 最大化而侍到。然而’角動量的增加會 夂到渦流破壞的限舍丨。、，ώ 的限制渦流破壞則將強力地削弱角動量。 相較於並未帶有中央體之流動區域，水滴形狀中央體" 慮到角動量於截面、;ώ叙& i 動中、加，而不會發生渴流破壞狀

況。或者，由長形尾部末端區段所提供之限制作用藉由將 低壓流體注射經過在如圖8 _ W在如目8所不之水滴形狀中央體末端 處的一縱向開口而獲致。 考慮包含一長形尾部末端區段8之中央體〗，該中央 體疋被安置於-其’產生流體之圓筒流道的中央。從一啟 始徑向位置r= (x。，Y。）到-新的徑向位置叫Χι，Υι) 的極微小量的位移將造成在Μ體已被位移到該處的流動 截面部位處的流體被加速’且造成在中央體已位移離開該 處之流動截面部位處的流體被減速。很清楚的是，所產‘ 13 200900130 的靜Μ差將產生一上升作用力，該上升作用力被定義成是 正向於中央體1的表面。此正向作用力將導致進一步的彎 曲’產生—新的徑向位* r = ( x2，Υ2)等等。最終位移 的大小一方面是流動作用力C亦即正向作用力）之結果， y卜-方面則是被中央體t之彎曲勁度（亦即每單位位移 里的作用力）所抵鎖。倘若中央體】之弯曲勁度夠大的話， 所產生的作用力方向與位移方向相反，用以保持住該t央 體構造表現如同—個質量彈簣系統n偏若彎曲勁度 不足所產生之作用力是在位移方向，且中央體1將被位 :動朝向外殼1〇的邊界’或是直到材料因為負載超過最 終：度限制而斷裂為止。該彎曲勁度將僅依據：慣 即中央體形幻、材料之彈性模數⑻和施 上之預拉伸作用力而定。 、m 1 如下通量^於中央體1Jl的作用力可以被計算 "考篁一中央體1安置於-圓筒流道的中央，但是現在 存在有m啟難向及切線位置【 γ〇)到一新的位置【Γ、φ】= (χ〇 * 將不只將產生正向於該中央體1的桎微小量位移 生與中央體表面相切的作用 力’而且也會產 積。中央體切線方向二=進而於切線方向上產生沈 j〜硬勒不會受到装蠻 該彎曲勁度僅於徑向中 、 动度的限制， 轉運動。—:動:::成:::二央- 定住中央體。 要阻尼機構來穩 14 200900130 總結以上内容，-靜態穩定的中央體i的行為係像是 -個質量-彈簧系統’於是，只要流動狀況正在激發該中央 體卜中央體將以諧和模式，在其自然頻率下產生振動。 對應量的自由共振能量必猪你备μ 士 里义肩從系統中消除（亦即必須被驅 散）。於是，需要-阻尼機構來獲得動態的穩定度。或者 是’中央體構造的質量，度可以被增加至其自然'頻率變得 如此高，使得相較於氣體流動的保持時間’該令央體的振 動周期則較小。在此種情況中，流動將無法在中央體丄上 施加一界定好的上升作用六 ^ &丄 斤1卞用力，於疋，該中央體無法被激發。 此外’在中央冑1上的上升作用力可以被徑向定位開口所 ρ制A υ疋位開口則是分佈遍及中央體的截面，用於 平衡下側與上側的壓力。 用於支撐具有長形尾部區段8之水滴形狀中央體丄、 使得振動可以受到抑制的適宜方法係如同以下所述。 ^在如圖1所示之實例中，漩渦傳送輪葉2和旋渦消除 =葉9係將帶有長形尾部區& 8的令央體丄支樓在一管形 :離态外& 10之内。由於璇渦傳送輪葉2和漩渦消除輪 葉大伸到抓體的流動中，較佳的是將該等輪葉安置於低 速流動區域（小於每秒_公尺）内，用以避免不必要的 堅力知失—角形u、12和13表示出在如圖丄所示之超 音速旋流分離器中，帶有長形尾部區& 8的水滴形狀中央 體1可以如何被支撐於該管形分離器外殼⑺内： ⑴一由旋渦傳送輪葉2所提供的固定支架n， (2) 一由在乾燥流出f 7内之間隔肋材14所提供的徑向 15 200900130 拘束支架12，以及 ⑺-在乾燥流出管7内之位於旋渴消 處的固定支架13。 下游 藉由針對已知中央體的幾何尺寸來選擇 在位置，其模式形狀連同其慣性矩得以被決定：依： 超:速旋流分離器的特定幾何尺寸，支架位置點的數二 以疋大於2或等於2的任何數目。 了 藉由施加—預拉伸負載至帶有長形尾部區⑨8 體，！，該中央體的彎曲勁度得以增加，亦即靜態穩定性增 因^ ’其自然頻率增加。可以了解到中央體自然頻率 的曰加也將可強化實際的阻尼作用。由於預拉伸負載可以 f上增加到在中央體1之尾部區段8的截面區段内之 ^ wMPa。在大於胸MPa的高預拉伸負載之情況 較佳的是是避免採用螺紋連接方式。 於是，如圖2所示之特殊夹緊構造可以被用來將中央 之下;好末端8，及選擇地，亦將上游末端保持於適各 位置中，且開始施加張力負載。 田 中央體1之尾部區段8的下游末端被夾持於一圓錐管 、〇内，縱向溝槽21可以被切削成形於該圓錐管20内，用 ^提供圓錐楔形部位2〇A、2〇B。一旦轴向負載被施加至 中央體1上，楔形圓錐管2〇會被緊緊地擠壓於中央體工 之尾。卩區段8的外側表面與夾緊外殼22之内側表面之間。 用於組成一帶有長形尾部區段8之中央體1的適宜材 16 200900130 用以得到足夠的材料 -具有高彈性模數或E_模數的材料 勁度， 用以產生高拉伸負載來増加勁 -具有高降伏強度的材料 度， -衝擊負載’用以確保操作的強勒性；以及 十腐餘和耐氫脆化的材料用以在一般是從攝氏 度下降到攝氏零下⑽度的低溫範圍内避免氫氣引起的 破裂產生。 符合以上需求的二種類型的材料為： (1 )咼等級硬化鋼合金，以及 (2 )非單向性碳纖維強化樹脂。 為含有至少下列成分的 適且的尚專級硬化鋼合金（1 冷加工合金：鉻、錄、鉬和始。 h適宜的非單向性碳纖維強化樹脂（2)包含具有至少4〇 容積百分比之填充比例的高模數碳纖維。此外，用奈米管 來填充介於纖維之間的空隙可以進_步強化纖維基質。 ――共振阻尼H可以被用來驅散從流動巾取得之振動能 量’用以避免產生動態的不穩定性（亦即增加偏向/位移）。 振盈模式係由帶有長形尾部區段8之中央的第一模式 形狀和介於支承點1丨、12與Π之間的距離來決定。 P帶有長形尾部區段8之中央冑i的彎曲勁度愈高和比 質量愈小，則其自然頻率就愈高。對於施加至中央體上的 、’°定程度的激發能量來說，較高的自然頻率使得中央體產 生較小的偏向。最大可容許偏向量的下限值是由偏向所造 200900130 成之紊流來決定，且該下限值一般是介於中央體最小直徑 的1%與5%之間的範圍内。最大可容許偏向的上限值一 般是在從中央體最小直徑的5%到50%之範圍内，而由於 偏向的增加會導致在支承點附近中央體應力的增加，該上 限值是由材料之降伏強度和中央體形狀之慣性矩來決定。 一般而言’彎曲勁度愈高且每單位偏向之應力程度就愈 南’因此可容許偏向量的上限值就愈小。然而，由於彎曲 勁度較高’則自然頻率就愈高且實際的偏向就愈小，以上 結果因此而得到補償。 圖3到圖5說明二項觀點，用以將如圖1所示帶有長 形尾部區段8之中央體〖内的共振程度減少到最大偏向之 範圍内： (1 )如圖3和圖4所示之顆粒阻尼器，以及 (2 )如圖5所示之黏性液體阻尼器。

V 如圖3和圖4所示之顆粒阻尼器包含一個或更多個位 於了 ：體1之尾部區段8内的圓筒孔A 30，該等孔穴3〇 P如地填充著小型顆粒31。顆粒阻尼器的操作原理是 動於用力所造成之中央體1的尾部區段8產生振 須進行與中 1=質量因而產生運動。大部份顆粒質量必 振盡運動。尾心r尾部區段8本身的振盈非同時協調的 央體丨立。區奴8的振盪能量接著經由介於顆粒與中 互:間的二區::。之壁部之間的撞擊，以及顆粒_ 、充率或包裝率必須是至少60% (排除一般是25%到 18 200900130 容積百分比之介於顆 的最大填充率。較佳的埴孔合積），連同邮 的真充率疋介於75% 顆粒31所具有的直徑d可以在 〇整、⑽之間° 且較佳的异人< 藿未與5釐米之間變化， 且私佳的疋介於〇.6釐米與22 佳量測值#Λ顆初古r j人 木之間。然而，一項較 』值係為顆粒直# d除以尾部區段 例_，該比例值可以在〇·〇 &的 產六4从曰士 Λ 之間變化。比例d/Dl 車乂佳的疋在0.12與〇 2的範圍内 ^ M ^ - 释顆粒材料的質量密 擇成較^至少是超過3公斤/立方公尺，以超過8 ::彳公尺為較佳。顆粒31的材料 I用於顆拉Μ的材料是碳化鶴（WC)。 介於顆粒Μ之間的空隙是用空氣或其他適宜氣體來填充。 另外’亦可使用液體來達到填充目的，只要黏性不是極高。 在尾部區段8内之圓筒孔穴3〇的較佳尺寸是介於 —〇.4*D2 與 Dlmax= 〇.8*D2 之間。 更佳的是在尾部區段8之縱軸方向内以是施行一分隔 作用’用以避免顆,粒31集中於圓筒孔A 3〇的其中一個外 側末端内，亦即是確保顆粒儘可能均勻地分佈於中央體】 之尾部區段8的長度尺寸範圍内。 圖5表示出一尾部區段8包含一連串孔穴3 〇a到3 〇D， 該孔穴被填充著顆粒3 1和被分離圓盤32A到32D所分隔。 每個孔穴區段30A到30D的較佳長度尺寸是介於L1= 1+D1 和L2=4*D1之間。每個區段3〇A到3〇d之顆粒30的較 佳填充率是75到85容積百分比。 圖5表示出一中央體1之尾部區段8配備有一液體阻 19 200900130 尼器。該液體阻尼器被配置於中央體i之 8内，該尾部區段8内填充著—黏性液體S〆尾部區段 被配置於其中。介於張力桿外徑與中央體！之=力桿51 段8的内徑之間的環狀 ^尾部區 « , ,a C1 低瑪兄者黏性流體50 〇 張力杯”被安置於高拉伸作用力之 到5_MPa之間的平均拉應力。中央體 時_ 是在有預拉伸的情況下、 =區段8不 情況下安裝，產生介於〇 ^ ^的預拉伸的 :於張力…自然頻率遠高於中央體^ tr Τι身:自然頻率，倘若尾部區段8被激發時，介於張 干，、尾部區段8之間存在著相對運動。結 在於張力桿5丨與尾部區、^ ^ 子 式產生位移。以此方式，由中流 不同模 到的共振能量H $體之長形尾部區段8所得 振…被乂替移動的流體5〇中的黏滯作 驅政。黏性流體5〇可以 化液' 或是且有在㈣、” “體、液體-液體乳 圍肉八认〃有 皿度240度到270度之間的溫度範 縣、^; WPa·8之間之動態黏度的或是固體-液體 =該黏性流體以不具有腐敍性為較佳，且其黏度以 二、>皿度僅有些許關係為較佳。一種適宜的黏性流體是非 體°例如可以應用一種切變致稀性流體，用以將在 轉㈣H㈣當介於張力桿與中央體之間的相對 運動很小時、將阻尼作用予以最大化。 、體1之尾邛區段8的材料可以是任何適宜的耐腐 钱合金（例如，AISI316、英高錄、英高合金、Μ·等） 20 200900130 2是種Z維強化材料（樹脂/合金）。張力桿5i可以是 張強度的材料所製成’例如是MP35N、麻 π放鋼或疋一種碳纖維強化的環氧基質。 形尾部區段8之内部表面與張力桿之間之環狀 尺寸如下’其中該管形尾部區段8具有一内徑 σ卜徑D2，且張力桿具有一外徑！)3 :

Dlmin= 〇.60*D2 ： Dlmax-〇.95*D2 D3min-0.70*D1 ： D3raax=〇.95*Dl 圖6和圖7表示長形尾部區段8的_ 尾部區段8是被徑向開口 60所穿孔，用以生成大致上； 孔的尾部區段81 口 6〇被用來抑制由竣渦流體Η在尾 :區段8周圍施加的徑向作用力。為了避免曝露於由璇渴 机體：1所施加之正向作用力之中央體1的尾部區段8變 疋中央體1之尾部區段8的表面是部分多孔的， 谷許在中央體1之長形尾部區段8周圍的壓力混亂現象變 成均勻化。 當考量-長形圓筒尾部區段8是被一受限的满流“所 圍繞著’尾部區段8於徑向上的偏向一般將產生與偏向相 同的方向上作用的正向作用力。該正向作用力係由在旋渦 *體61巾’位於尾部區段8之上方表面處的低靜壓A” 所產生的，而高壓Phigh則存在於尾部區段8的相對下方表 面處。藉由以徑向鑽孔出的開口之作用來連接尾部區段8 的相對側邊’開口 6G可以被用來將麼力差△( p — \ high r low 夕 予以均等化。 21 200900130 圖：說明和呈現出實例，其中三個開口 6〇““〇c是 = 相等切線間隔被鑽穿過尾部區⑨8的-個戴面 表面’用以於尾部區段8之不同 之間的壓力差。 丨核，抑制住流體通量

依據開口 6G的特徵尺寸，尾部區段8的每個截面開口 60的數目（n) _般可以從最小值2往上到達4Q。介於門 口 60之直徑與尾部區段8之直徑之間的比例顧愈小： 則η就愈大。較佳的是限制細的最小值為大於或等於〇们 及限制d/Dl的最大值為小於或等於的最小值 是碎片或冰/水合物堵塞住孔洞的風險來決定的，而如果d 變小時該風險就會增加，而_的最大值則是由在渦流 上的表面不連續性的紊流來決定，當d增加時該I流就會 i曰加。一旦選擇好比例d/D1，正向流動作用力的抑制作用 是由孔洞總數（N)來決定’該孔洞總數（N)是從每個戴 面的孔洞數目（η )乘上沿著長度尺寸⑴之穿孔截面數 目而得到。表面的總多孔率被界定為P = n*( d2/m )*( i/L )， 該總多孔率是在O.iSPSO.8之範圍，然而較佳的是在Ο』 與〇·6之間的範圍内。 圖8表示依照本發明之旋流分離器的一項實例，其中 如圖1到圖7所示之分離器之長形尾部區段8的功能是以 注射—低壓流體80來取代，該低壓流體8〇被注射經過中 央體1的一中央開口 82，進入流經分離器管形外殼丨〇之 渦流81的核心。在經由中央開口 82而被注射之前，—漩 渴運動可以被施加至低壓流體。該璇渦運動與高壓流動的 22 200900130 - 漩渦運動可以是同向流或是逆向流。 相較於沿著中央體1之外部表面通過之高壓流體8丨的 動1，低壓流體80的流入動量較小。大規模的動量交換 作用將發生於裝置之長形管流體分離區段4内，其中低塵 流體80是由高壓漩渦流體81所驅動。如同中央體丨一般， 在咼壓漩渦流體81内的切線動量是受到存在於管形區段4 之核心内之低動量流動的限制。隨著高壓璇渦流體通量8 j 將失去切線動量，低壓流體通量8〇將得到切線動量。全 部的低壓流體通量80將與高壓漩渦流體通量8丨相混合且 於管形分離區段4内加速。 由成核作用和凝結作用所成形之液體於該管形分離區 段4内將被提供足夠的沈澱時間，以上這些凝結液體將會 在到達官子外側周圍處的渦流中被分離。 低壓流體可以是從環狀潮溼氣體排出管6流出之液體 加濃”潮溼”流體的一部份，該液體加濃，，潮溼，，流體是經由 潮溼氣體再循環導管84而再循環至在中央體j内之開口 82 中。該潮溼氣體再循環導管84配備有一控制閥85，用以 控制低壓流體的流率80，使得該低壓流體流率8〇是介於 阿壓流體8 1之流體流率的5%與8〇%之間。低壓流體流 率80則是介於高壓流體流速的25%與6〇%之間為較佳。 【圖式簡單說明】 圖1為帶有一具有長形尾部區段之中央體的旋流分離 器之概略縱向截面視圖； 23 200900130 圖1 2 3 4為以放大比例描述夾緊構造的概略三維視圖，該 構造係施加—張力負載至圖1所示之中央體之尾部區段的 下游末端處； 圖3為圖丨所示之中央體之分割的管形尾部區段的截 面視圖’其中填充著固體顆粒； 圖4為圖3所示之分割管形尾部區段的縱向截面視圖； 圖5為圖1所示中央體之管形尾部區段的截面視圖， 其係填充著一黏性液體且被配置於一張力桿的周圍； " 圖5為圖6所示中央體之穿孔長形尾部區段的截面視 圖； 圖7為圖6所示之穿孔長形尾部區段的縱向截面視圖； 及 圖8為帶有一中央體之旋流分離器的概略縱向截面視 圖’該中央體具有一中央開口，低壓流體係經由該中央開 口而被注入，用以抑制流體引發的振動。 24 1 旋〉尚傳送輪葉/導引輪葉 2 環狀流道/環狀流動區域/環狀空間 3 環狀喉部/管形喉部/環狀導管/喉部區段/長 形管流體分離區段 4 渦流式導引器 5 次要外部出水管/環狀潮溼氣體排出管 6 【主要元件符號說明】 1 水滴形狀中央體 200900130 - 7 主要中央出口管/乾燥氣體流出管 8 圓筒長形尾部末端區段 9 流動筆直化葉片/漩渦消除輪葉/流動強化 輪葉組件 10 管形分離器外殼 11 固定支架/支承點/三角形 12 徑向拘束支架/支承點/三角形 13 固定支架/支承點/三角形 ( 14 間隔肋材 20 圓錐管 20Α 圓錐楔形部位 20Β 圓錐楔形部位 21 縱向溝槽 22 夾緊外殼 30 孔穴 30 Α 孔穴 v 30B 孑L穴 30C 孔穴 30D 孔穴 31 振動阻尼機構/小型顆粒 32A 分離圓盤 32B 分離圓盤 32C 分離圓盤 32D 分離圓盤 25 200900130 50 振動阻尼機構/黏性液 51 張力桿 60 振動阻尼機構/徑向開 60A 開口 60B 開口 60C 開口 61 旋渦流體/渦流 80 低壓流體/低壓流體流 81 渴流/南壓旋滿流體/ 82 中央開口 84 再循環導管 85 控制閥 d 顆粒直徑 D1 尾部區段内徑 D2 尾部區段外徑 D3 張力桿外徑 I 中心軸 L 長度 LI 長度 Phigh 高壓 Plow 低靜壓 R.nner 圓環内徑 ϋ -^mean max 平均圓環半徑最大值 Rmea„mi„ 平均圓環半徑最小值 26 200900130 » R - Ανη min 最小内部寬度/最小内徑 max 最大外部寬度/最大外徑 R ^outer 圓環外徑 a 偏向角度 / i 27

Claims (1)

1. 200900130 十、申請專利範困： 1. 一種旋流分離器，該旋流分離器帶有一容許流體在 其中加速的管形外殼及用於引發流體成為漩渦經過一介於 外殼與一中央體之間之環狀空間的旋渦提供機構，該中央 體具有共振減低機構。 2·如申請專利範圍第1項之旋流分離器，其中該共振 減低機構被建構成用來增加中央體的自然頻率。 3 .如申請專利範圍第2項之旋流分離器，其中該中央 ( 體包含一管形尾部區段，該管形尾部區段的係至少部分地 被填充著固體顆粒和/或黏性液體。 4·如申請專利範圍第1項之旋流分離器，其中該共振 減低機構包含振動阻尼機構，用以將抑制至少部分的中央 體的振動。 5.如申請專利範圍第4項之旋流分離器，其中一張力 桿被配置於中央體的管形尾部區段内，使得一環狀間隙存 在於張力桿外部表面與中央體管形尾部區段的内部表面之 i間’該環狀間隙係至少部分地被填充著一種黏性液體，例 如是一種切變致稀性非牛頓流體。 6·如申δ月專利圍帛4帛之旋流分離器，盆中該中央 體包含-個多孔尾部區段，使得介於該尾部區段之相對側 邊之間的壓力差被減小，且從介於尾部區段之相對側邊之 間的任何變化的壓力差而產生的尾部區段振動係受到抑 制。 7.如申睛專利範圍帛6項之旋流分離器，其中該中央 28 200900130 體之尾部區埒仙統：ja拉^ ^ . ι

   相對側邊之間的流體連通作用。 份， 徑向定位的孔洞， 8.如申請專利範圍第7項之旋流分離器，其中該中央 體具有一水滴形狀前方區段和一 長形大致圓筒尾部區段， 猎由以大致上徑向之孔洞鑽穿尾部區段來將該尾部區段製 作成大致上疋夕孔性的，而徑向孔洞是沿著尾部區段的長 度來分佈，該等徑向孔洞亦以相等的切線間隔距離而沿著 尾部區段的周圍來分佈。 9.如申請專利範圍第丨項到第8項中任一項之旋流分 離器，其中該中央體係從管形外殼之一入口區段延伸至管 形外设之一出口區段，且是被該管形外殼支撐住，使得該 中央體承受到一預定的軸向張力。 10_如申請專利範圍第9項之旋流分離器，其中該中央 體承受到一超過1000 MPa的軸向張力負載，且該中央體 的至少一末端是藉由一楔形擠壓配件而被連接至該管形外 殼。 11·如申請專利範圍第1項之旋流分離器，其中該中央 體包含一水滴形狀區段，該水滴形狀區段具有一大致上與 官形外殼之中心轴同軸的對稱縱軸，使得一環狀流體溝槽 成形於中央體的外部表面與管形外殼的内部表面之間，_ 連串旋渦傳送輪葉被配置於該環狀流體溝槽内，該等漩渦 傳送輪葉被配置成在水滴形狀區段的較大直徑中間區段周 29 200900130 圍，且環狀流體溝槽且古 , 再僧具有一被配置在中央體之較小外 段周圍的喉部區段，哕鲂I从广广讲以f ' L z車乂小外徑& _k的外徑小於中央㉟ 中間區段部份的直徑。 12·如申請專利範圍帛U項之旋流分離器，其中該中 央體包3具有一縱軸的縱向開口’該縱軸大致上是盥中 心軸一致，其中該縱向 ’、 J開口被建構成一導管，該導管 用於容許一低壓流體流絰其 I 爪厶具中而被，主射至管形外殼之 該低壓流體與流經喉部區段、ώ ，日 >-奴之/瓜體相混合，喉部區段則是 在一被安置於該喉部民@ > Al & 匚段下游之外设的大致上圓筒區段 内’且低壓流體所具有的—赫柄撼敵及& ’的較低靜壓係低於經由該喉部區 段而流入外殼之大致上圓筒區段内的流體。 13.如申請專利範圍帛12項之旋流分離器其中在中 央體内之導管包含璇渦傳送輪葉，用以引發低壓流體以相 對於高壓流體之旋渦運動的π Α 门建勖的同向流方向或是逆向流方向流 入喉部區段。 14.如申請專利範圍帛12項之旋流分離器，其中該管 形外殼包含一其中有-氣體加濃流體中央出口被配置於其 内的尾部區段’該尾部區段是被一液體加濃流體環狀出口 所圍繞著，且其中有—再循環導管被配置於該液體加濃流 體環狀出π與在中央體内的縱向開口之間，該再循環導管 疋用於將作為-低壓流贈夕、'总雜、播、备eui. 至机體之液體加濃流體從該液體加濃流 體環狀出口再循環流入在中央體内的縱向開口。 15.如申請專利範圍第U項到第14項中任一項之旋流 分離器’ 該喉部區段被建構成，用使料使得流體可 30 200900130 以在該喉部區段内被加速至一大 度且藉此受到冷卻，使得 ^超音速的速 該喉部區段内。使仔—個或更夕個可凝結成分凝結在 16·如申請專利範圍第i項之旋流分離 減低機構包含下列特點的其中—個或更多個：、中I、振 —拉緊機構（20、22)，其係施加一 ^ W 張力負載至中央 :⑴之-長形尾部區段（8) ’使得該中央體⑴的 自然頻率增加； —振動阻尼機構，用以抑制至少部分的中央體產生 動； 、 X —配置於中央體（1)之-分隔管形尾部區段（8)内 的固體顆粒（3 1 )， —配置於中央體（1)之一管形尾卹 、) S〜毛沭區段（8 )與一張 力桿（51 )之間的一種黏性液體（5〇)， —徑向地鑽孔穿過中央體（1)之〜尾部區段（8)的 開口（60);和/或 -注射經過在中央體⑴内之1相口（82)的低 壓流體（80)。 17_—種採用如申請專利範圍第1項到第16項中任一 項之旋流分離器來分離一種流體混合物的方法，其中該方 法是被用來從-包含固體污染物之受到污染天然氣體流中 得到淨化的天然氣體流’該固體污染物例如是沙粒和/或其 他固體顆粒和/或可凝結成分，例如是水、凝於液、-氧化 碳、硫化氫和/或水銀。 31 200900130 口口 如申請專利範圍第i7項之方法，其中該旋流分離 态匕3 ’、振減低機構，該共振減低機構包含下列特點的其 中一個或更多個： 拉緊機構（2〇、22 )，其係施加一張力負載至中央 體⑴之-長形尾部區段（8)，使得該中央體⑴的 自然頻率增加； 一振動阻尼機構，用以抑制至少部分的中央體產生振 動； 、又 -配置於中央體⑴之一分隔管形尾部區段⑷内 的固體顆粒（3 1 張 一配置於中央體（1)之一管形尾部 區'^又（8 )盥 力桿（51)之間的一種黏性液體（50)， 一 一徑向地鑽孔穿過中央體（1)之~ / 、 尾部區段（8 )的 開口（ 60);和/或 一注射經過在中央體（1 )内之一中I 广+ -,、開口 U2)的低 壓流體（80)。 十一、圈式： 如次頁 32