TW201014651A - Cyclonic fluid separator - Google Patents

Description

201014651 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是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。 專利申請案WO 03029739揭示—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❿成為漩滿， 該中央體被配置成大致上相對於外殼之一中心軸而同軸。 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。 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。 本發明之一項目的是解決旋流分離器之中央體的振動 問題。 201014651 【發明内容】 依照本發明，其中提供一種根據申請專利範圍第〗項 的旋流分離器。 在依照本發明旋流分離器的另一實例中，中央體包含 1 一具有一縱軸的縱向開口，該縱軸大致上是與中心軸一 致，該縱向開口被建構成一導管，在使用時一低壓流體係 經由該導管而被注入管形外殼内，低壓流體與流經喉部區 © 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，且其中一再循環導管係配置於 0 §亥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液體加濃流體環 狀出口再循環而流入在中央體内的縱向開口。 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速至大致上是音速或 超s速的速度，且藉以被冷卻，使得一個或多個可凝結成 分在該喉部區段中凝結。 依照本發明’其中亦提供一種根據申請專利範圍第7 項的方法。 201014651 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1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漩渦 入口裝置’該旋渦入口裝置包含一流線水滴形中央體1，一 系列的漩渦傳送輪葉2被安装於該中央體上，且該中央體 被配置成與分離器之一中心軸Ϊ保持同軸且配置於分離器 外殼10之内，使得一環狀流道3係形成於中央體i與分離 器外殼10之間。該分離器更包含—環狀喉部4，在使用時， 旋渦流體流是從該喉部排放到一偏離流體分離室5之中， 該偏離流體分離室5配備有一用於氣體成分的主要中央出 水s 7和一用於可凝結成分加濃流體成分的次要外部出水 管6»該中央體1具有一大致上圓筒長形尾部區段8, 一流 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-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。max則是大於環狀喉部4的最小 内部寬度或最小直徑2Rn min。 旋渴傳送輪葉2以一角度（α )相對於中心轴〗而被定 位，用以在流體流中生成一氣流循環（Γ ) 。α角度以介 於20度與50度之間為較佳。流體流隨後被引發流到環狀 201014651 徑 流動區域3之中。該環狀流動區域3的截面表面被界定為： ·(圓環外徑2_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。圓環在該位置 處的平均半經被界定為：車换圆m ‘mean 臺(圓環外徑2+圓環内徑2)。 在平均圓環半徑的最大值，流體流是正在 以速度（u)流動於旋㈣送輪葉2的組件之間，輪葉將流 Ο ❹ 體流之流動方向與偏向角度（α)成比例地加以偏向，且 因此獲得-切線速度分量U…· sin( α )和一轴向速度 分量 Ux= υ · cos ( α )。 在該旋渦傳送輪葉2下游處的環狀空間3中，漩渦流 體流被膨脹至高速’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： 一 ⑴在流動中的熱或焓（h)以Ah=女的量減少， 因此’:百先到達相位平衡的流體成分凝結出纟。這樣會 產生-含有小液體顆粒或固體顆粒的旋渦霧流。 切線速度分量u?)大致上是依照下列公式 半徑成反比例地増加： 始(平均圓環半徑最大值/平均圓環半押 最小值）。 k 果造成流體顆粒的離心加速度“）極大的增 ° ’最為：aeH後2/平均圓環半徑最小值）。θ 7 201014651 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 況中’離心作用導致顆粒漂流至與分離器外殼之内壁相鄰 的流動區域外側周圍，該流動區域外側周圍被稱為分離區 域。顆粒漂流至該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❿ 谷易集中在與偏離流體分離室5之内側表面相鄰處，而 “乾”氣體流體成分則是集中於或是接近中心軸丨處，因 此，溼的可凝結成分加濃“溼，’流體成分是經由一溝槽或 連串溝槽 '(微米）多孔部位而排放至一溼流體的外部 出水口 6 ’而乾氣體成分則被排放至乾流體中央出口瞢 Ί。 在偏離乾流體中央出口管7内，流體流被進一步減速， 使得剩餘的動能轉換成為位能。偏離乾燥流體中央出口管7❹ 配備f 一用以恢復循環能量的流動筆直化輪葉組件9。 氣體混合物從左側進入如圖i所示之分離器。氣體被 導引越過中央趙卜經過-狹窄、環狀流道，而獲得由安置 於:央體1之周圍的導引輪葉2所引發的角動量。竣渦流 沿著環狀導管4而被膨脹。該漩渦係在朝向區段4之收縮 部位内膨脹的同時增加強度。在膨脹期間，高沸點氣體成 分將於旋渴傳送輪葉2與喉部區段4之間開始凝結 8 201014651 沸點成分則將於喉部區段4與流體分離室5的洞流式導引 器之間開始凝結。由於旋渴運動所施加之離心作用力，所 產生的滴液被傳送至流動區域之外部周圍處。在滿流式導 引器5處，流體被分成為在流體外部周圍的潮渥流，及在 流體的核心處的乾燥流。 ‘ 藉由採用一長形尾部區段8來延伸中央體丄，朝向满流 中心軸所急遽增加的切線動量受到限制，於是避免流動的 不穩定性（亦即渦流破壞）。帶有長形尾部區段8之中央 安置式水滴形狀中央體！的存在有利於提供一種具有高分 離效率之超音速旋流分離器。高分離效率是經由將在流體 内之角動量予以最大化而得到。然而，角動量的增加會受 到渦流破壞的限制。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】考慮 到角動量於截面流動中增加，而不會發生渦流破壞狀況。 或者由長形尾部末端區段所提供之限制作用藉由將一低 Μ流體注射經過在如圖8所示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之中央體丨，該中央體 疋被安置於一其中產生流體之圓筒流道的中央。從一啟始 徑向位置r= (χ〇，γ〇)到一新的徑向位置r= (χι， 的極微小量的位移將造成在甲央體已被位移到該處的流動 截面邛位處的流體被加速，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，所產生 的靜壓差將產生一上升作用力，該上升作用力被定義成是 9 201014651 正向於中央體丨的表面。此正 曲’產生一新的徑向位置r=(X2 =致進-步的寶 大小-方面是流動作用力（亦即正向2等:。：:位移的 外一方面則是被中央體j 力）之結果，另 的作用力）所抵銷1若中央體广二(曲亦即每單位位移量 所產生的作用力方向與位移方向；之考曲勁度夠大的話， 體構造表現如同—個質量_彈:反’用以保持住該中央 不足，所產生之作用力是在位移方向曲勁度 =朝向外殼10的邊界，或是直到材料因：:載;::： =而斷裂為止。該彎曲勁度將僅依據二 Γ央體形狀）、材料之彈性模數⑻和施加至中：體亦； 上之預拉伸作用力而定。 主中央體1 如下旋渴流趙通*施加於中央…的作用力可以被計算 存在二中央艘1安置於一圓筒流道的中央，但是現在 于仕有 /¾ 流。從一ήΑ- ίκ /-, r τ, . 啟始禮向及切線位置【r、φ】=Γ γ， Υ〇 )到一新的位置【Γ 0 生與中央體表面相切的作用力表進::::方== 穑。由i助7深万向上產生沈 該變…：的運動不會受到其彎曲勁度的限制， 轉運動。“作用’於是造成進行中的中央體極 定住中央體。 運動的增加，需要阻尼機構來穩 、 上内令’―靜態穩定的中央肖1的行為係像是 10 201014651 —個質量-彈簧系統，於是，只 ^ ,, 要流動狀況正在激發該中央 中央體將以譜和模式，在装& 應晉w 汗模式在其自然頻率下產生振動。對 應篁的自由共振能量必須從系统 散） ⑦統中切（亦即必須被驅 θ ;疋 一阻尼機構來獲得動態的穩定度。或者

疋’中央體構造的質量1度可以被增加至其自然頻率變得 :此尚’使得相較於氣體流動的保持時間，該中央體的振 動周期則較小。在此種情況中，流動將無法在中央體丨上 施加界疋好的上升作用力，於是，該中央體無法被激發。 此外’在中央豸1上的上升作用力可以被徑向定位開口所 抑制’該徑向定位開口収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之水滴形狀中央體卜使 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所示之實施例中，漩渦傳送輪葉2和漩渦消 除輪葉9係將帶有長形尾部區段8的中央體1支揮在一管 形分離器外殼10之内。由於漩渦傳送輪葉2和漩渦消除輪 葉9突伸到流體的流動中，較佳的是將該等輪葉安置於低 速/’il動區域（小於每秒200公尺）内’用以避免不必要的 壓力損失。三角形11、12和13表示出在如圖1所示之超 音速旋流分離器中’帶有長形尾部區段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1〇内： (1) 一由漩渦傳送輪葉2所提供的固定支架π， (2) —由在乾燥流出管7内之間隔肋材14所提供的 徑向拘束支架12，以及 11 201014651 (3) —在乾燥流出管7内之位於漩渦消除輪葉（9 下游處的固定支架13。 藉由針對已知中央體的幾何尺寸來選擇支架種 架所在位置’其模式形狀連同其慣性矩得以被決定。依據 超音速旋流分離器的特；^幾何尺寸，支架位置點的數目可 以是大於2或等於2的任何數目。

藉由施加一預拉伸負載至帶有長形尾部區段8之中央 體1’該中央體的彎曲勁度得以增加，亦即靜態穩定性增 加’因此’其自然頻率增加。可以了解到中央體自然頻^ 的增加也將可強化實際的阻尼作用。由於預拉伸負載可以 往上增加到在中央體丨之尾部區段8的截面區段内之平均 拉應力5000MPa。在大於1〇〇〇MPa的冑預拉伸貞載之情況 中，較佳的是是避免採用螺紋連接方式。 於是’如圖2所示之特殊夾緊構造可以被用來將中央 體1之下游末端8’及選擇地，亦將上游末端保持於適當位 置中，且開始施加張力負載。

中央體1之尾部區段8的下游末端被失持於一園錐管 20内，縱向溝槽21可以被切削成形於該圓錐管2〇内，用 以提供圓錐楔形部位2GA、2GB。-旦轴向負載被施加至中 央體1上，楔形圓錐管20會被緊緊地擠壓於中央體丨之尾 部區段8的外側表面與夾緊外殼22之内側表面之間。 用於組成-帶有長形尾部區段8之中央體】的適宜材 料為： -具有高彈性模數或E-模數的材料，用以得到足夠的材 12 201014651 料勁度， -具有高降伏強度的材料，用以產生高拉伸負載來增加 勁度， -衝擊負載，用以確保操作的強韌性；以及 -具有高耐腐蝕和耐氫脆化的材料，用以在一般是從攝 氏零度下降到攝氏零下100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)高等級硬化鋼合金，以及 (2 )非單向性碳纖維強化樹脂。 適宜的高等級硬化鋼合金（1)為含有至少下列成分的 冷加工合金：鉻、鎳、鉬和鈷。 —適宜的非單向性碳纖維強化樹脂（2)包含具有至少4〇 谷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一步強化纖維基質。吕 ❹ 一共振阻尼ϋ可以被用來驅散從流動中取得之振動能 量’用以避免產生動態的不穩定性（亦即增加偏向/位移）。 振盪模式係由帶有長形尾部區段8之中央冑i的第一 形狀和介於支承點Π、12與13之間的距離來決定。、 :有長形尾部區段8之中央心的彎曲勁度愈高和比 質量愈小，則其自然頻率就兪 阢驭间對於施加至中央體上的 給疋程度的激發能詈夹鮮一 β 較尚的自然頻率使得中央體產 生較小的偏向。最大可容 ,^ ^ ^ Α 4許偏向篁的下限值是由偏向所造 來決定，且該下限值一般是介於中央體最小直徑 13 201014651 的1%與5%之間的範圍内。最大可容許偏向的上限值—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。_ 般而言’彎曲勁度愈高且每單位偏向之應力程度就愈高， 因此可容許偏向量的上限值就愈小。然而，由於弯曲勁度 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i所示帶有長❹ 形尾部區段8之中央體1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。 、如圖3和圖4所示之顆粒阻尼器包含一個或更多個位 於中央體1之尾部區段8内的圓筒孔穴3〇，該等孔穴％至 伤地填充著小型顆粒31。顆粒阻尼㈣操作原理是由 於流動作用力所造成之中央體1的尾部區段8產生振動， °刀的顆粒質量因而產生運動。大部份顆粒質量必須進 行與十夫Ί* 1 運動。\ 尾部區段8本身的振盪非同時協調的振盪 Ρ區& 8的振盪能量接著經由介於顆粒與令央體1

之尾部區您· Q .之壁部之間的撞擊，以及顆粒彼此相互之間 的扣擊而消散。 30%^率：包裝率必須是至少6〇% (排除-般是25%到 百分比之介於顆粒之間的氣孔容積），連同95% 14 201014651 的最大填充率。較佳的填充 粒3]斛目士 具充羊疋"於75%與85%之間。顆 术1所具有的直徑d可以在01釐半 B 4* . a ^ .1釐未與5釐米之間變化， 且較佳的疋介於〇 6釐米與2 2 # -1.1 ^ * 釐未之間。然而，一項較佳 量測值係為顆粒直徑d除以 Η/ηι ^ 毛丨匕#又8之内徑D1的比例 D1 ’該比例值可以在〇 〇4盥0 9 ς . ^ ^ ^ ^ /、〇·25之間變化。比例d/Dl 較佳的是在0.12與〇 2 • &園内選擇。顆粒材料的質量密 度被擇成較尚，至少是翻讲，八己 過3么斤/立方公尺，以超過8 么斤/立方公尺為較佳。顆叙I〗从u w 〇 „ u 顆拉31的材料必須具有極佳的耐磨 耗性。一種適合用於顆粒31 视的材枓是碳化鎢（WC)。介 於顆粒31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3Q的較佳尺寸是介於 -0.4*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集中於圓筒孔穴3〇的其中一個外 ❹侧末端内，亦即疋確保顆粒儘可能均勻地分佈於中央體1 之尾部區段8的長度尺寸範圍内。 圖5表不出一尾部區段8包含一連串孔穴到3〇d， 該孔穴被填充著顆粒31和被分離圓们2Α^ 32d所分隔。 每個孔穴區段30A到30D的較佳長度尺寸是介於u = pDi 和L2 4 D1之間。每個區段30A到30D之顆粒30的較佳 填充率是75到85容積百分比。 圖5表不出一中央體丨之尾部區段8配備有一液體阻 尼器。該液體阻尼器被配置於中央體丨之一管形尾部區段8 15 201014651 内該尾部區段8内填充著一黏性液體5〇且―張力桿η 被配置於其中。介於張力桿外徑與中央體1之管形尾部區 段8的内徑之間的環狀間隙被填充著一黏性流體^。… 張力桿51被安置於高拉伸作用力之下，產生介於 到5000MPa之間的平均拉應力。 θ .. τ天髖i之尾部區段8不 :在有預拉伸的情況下、不然就是有猶微提高的預拉伸的 情況下安裝’產生介於0到5G()MPa之間的平均拉應力。由 於張力桿^的自然頻率遠高於中央體i之管形尾部區段8 本身的自然頻率’倘若尾部區段8被激發時，介於張力桿 51 ^尾Q卩區段8之間存在著相對運動^結果導致存在於張 力柃51與尾部區段8之間的黏性流體50以不同模式產生 1 °以此方式’由中央體之長形尾部隨8所得到的共 振：量是被交替移動的流體5〇中的黏滯作用力所驅散。黏 H 50可以是任何蒸氣、液體 '液體液體乳化液、或是 :有在2絕對溫度240度到270度之間的溫度範圍内介於10-®L 1 Ο Ρ α 一 .S之間之動態黏度的或是固體-液體懸浮液。該黏 Ο

H以不具有腐蝕性為較佳且其黏度以是與溫度僅有 i許關係為較佳。#Γ»> AA l«L A 如。、々較佳一種適宜的黏性流體是非牛頓流體。例 可以應用—種切變致稀性流體，用以將在小振幅範圍之 2、亦即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。 蝕人中央體1之尾部區段8的材料可以是任何適宜的耐腐 】如AISI316、英高鎳、英高合金、MP35N等） 或是一種纖維強化材料（樹脂/合金）。張力桿51可以是由 16 201014651 一種具有高抗張強度的材料所製成， 效鋼或是一種碳纖維強化的環氣基質例如是MP35N、麻時 介於管形尾部區段8之内部質。 間隙的較佳尺寸如下，Α φ 面與張力桿之間之環狀 D1和一外徑D2，且 尾。P區段8具有一内徑 且張力桿具有一外押

Dlmin=0.60*D2: Dlma^〇 95^ . D3min=〇.7〇*Dl : D3max=〇.95%Di ❹ ❹ 圖6和圖7表示長形尾部區 該尾部區段8是被徑向開口的-項實施例，其中 孔的尾部區段8。開口用以生成大致上多 區…圍施加的經向作用力抑由旋渦流體61在尾部 體^施加之正向心力之中免曝露於由旋渦流 穩定，令央體】之尾部區…：1的尾部區段8變成不 在中央體1之長、表面是部分多孔的’容許 勻化。 > °品段8周圍的壓力混亂現象變成均 圍繞筒尾部區段8是被-受限的渦流61所 同的= 向上的偏向-般將產生與偏向相 ^ 向作用力。该正向作用力俜由在旋、7¾ 流體Η中，位於尾 力係由在旋屑 產生的n 之上方表面處的低靜座 處1由則存在於尾部區段8的相對下方表面 L向鑽孔出的開口之作用來 相對側邊，開〇 6… 水㈣尾。P&段8的 予以均等化。6〇可以被用來將壓力差△ 囷6說明和呈現出實施例’其中三個開口 6〇a到㈣ 17 201014651 是以60度之相等切線間隔被鑽穿過尾部區段8的一個截面 表面，用以於尾部區段8之不同侧邊處，抑制住流體通量 之間的壓力差。 依據開口 60的特徵尺寸，尾部區段8的每個截面開口 60的數目（n ) 一般可以從最小值2往上到達4〇。介於開 口 60之直徑與尾部區段8之直徑之間的比例d/Di愈小， 則η就愈大。較佳的是限制d/D1的最小值為大於或等於〇 及限制d/Dl的最大值為小於或等於〇 〇3<>d/Dl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❹ 小時該風險就會增加，而d/D1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增加時該紊流就會增加。 一旦選擇好比例d/Dl ’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)是從每個截面的孔 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/D i ) * ( i/L )，該總多 孔率疋在0.1 $ P g 〇. 8之範圍，然而較佳的是在〇 3與〇 6 之間的範圍内。 ❹ 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 主射一低壓流體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ι〇之渦 流81的核心。在經由中央開口 82而被注射之前，一璇渦 運動可以被施加至低壓流體。該漩渦運動與高壓流動的漩 渦運動可以是同向流或是逆向流。 18 201014651 相較於沿著中央體1之外部表面通過之高壓流體Η的 動量’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，其中低壓流 體80是由高壓旋渦流體81所驅動。如同中央體丨一般， 在尚壓璇滿流體8 1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。隨著高壓旋渦流體通量8 i 將失去切線動量，低壓流體通量8 0將得到切線動量。全部 的低壓流體通量80將與高壓旋渦流體通量81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 在到達管子外侧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1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80是介於高壓 流體81之流體流率的5%與80%之間。低壓流體流率80 則是介於高壓流體流速的25%與60%之間為較佳。 根據以上的說明，可以確認出以下的實施例： 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該 外殼與一安裝在該外殼内之_央體之間之環狀空間的漩渦 提供機構’該中央體具有共振減低機構° 201014651 谨條項第1項的旋流分離11，其中所述的共振減低機 、被建構成用以增加所述中央主體的自然頻率。 條項第2項的旋流分離器，其中所述中央體包含一 尾P區·k，該管形尾部區段係至少部分地被填充著固 體顆粒和/或點性液體。 人4·如條項第！項之旋流分離器，其中該共振減低機構包 含振動阻尼機構，用以抑制至少部分的中央體的振動。

5·如條項第4項之旋流分離器，其中一張力桿被配置於 中：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間，該環狀 1隙係至 >、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. 如條項第4項之旋流分離器，其中該中央體包含一個 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侧邊之間的任何變 化的廢力差而產生的尾部區段振動係受到抑制。

7. 如條項第6項之旋流分離器，其中該中央體之尾部區 奴延伸經過管形外殼之長度的至少一實質部份，且該尾部 區段具有相對於尾部區段之縱軸而被大致上徑向定位的孔 洞’且該等孔洞提供介於中央體之尾部區段相對側邊之間 的流體連通作用。 8.如條項第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，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 20 201014651 是多孔性的，而你A <21、 …向… 是沿著尾部區段的長度來分佈， 以相等的切線間隔距離而沿著尾部 周圍來分佈。 | f又〜 ㈣第1項到第8射任-項之錢分離器，立中 該中央體係從管形外殼之—人口區段延伸至管形外殼之一 出口區段’且是被料料殼线住，使得該 到-預定的軸向張力。 、體承又

1 〇.如條項第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。 1 ·如條項帛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-大致上與管形外殼 之中心軸同軸的對稱縱軸，使得—環狀流料槽成形於中 央體的外部表面與管形外殼的内部表面之間，-連串旋渴 傳送輪葉被配置於該環狀流體溝槽内，該等璇渦傳送輪葉 被配置成在水滴形狀區段的較大直徑中間區段周圍，且環 狀流體溝槽具有一被配置在中央體之較小外徑區段周圍的 喉部區段’該較小外徑區段的外徑小於中央體之中間區段。 12.如條項第I〗項之旋流分離器，其中該中央體包含一 具有一縱軸的縱向開口，該縱軸大致上是與中心軸重合， 其中該縱向開口被建構成一導管，在使用時，一低壓流體 係流經該導管而被注射至管形外殼之内，該低壓流體與流 、查喉部區段之流體相混合，喉部區段則是在一被安置於該 喉。卩區段下游之外殼的大致上圓筒區段内，且低壓流體所 21 201014651 具有的一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.如條項第12項之旋流分離器，其中在中央體内之導 管L 3漩渦傳送輪葉，用以引發低壓流體以相對於高壓流 體之旋渦運動的同向流方向或是逆向流方向流入喉部: 段。 °°

14.如條項第12項之旋流分離器其中該管形外殼包含 :其中有-氣體加濃流體中央出口被配置於其内的尾部： 段’該尾部區段是被一液體加濃流體環&出項圍繞著， 且其中有一再循環導管被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’胃再循環導管是用於將作 為/低壓流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·如條項第i項到第14項中任一項之旋流分離器 中該喉部區段被建構成，在使㈣使得流體可以在則 又内被加速至一大致上县立，去十如 纟致上疋9速或超音速的速度且藉出

v部’使传—個或更多個可凝結成分凝結在該喉部屆 内。 如條項第1項之旋流分離 六撖减低機構 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 然頻率增之;長形尾部區段。)，使得該中央體⑴的自 振動阻尼機構’用以抑制至少部分的中央體產生振 22 201014651 動； 亂直於中央體

J 的固體顆粒（31)， 刀隔管形尾部區段（8)内 —配置於中央體（！）之—技 J, ^ c 1 \ 尾部區段（8)與一張 力冷干（5 1 )之間的一種黏性液體（$ 〇 ) 、 • —徑向地鑽孔穿過中央體（n * 開口（60);和/或 之—尾部區段C8)的 —注射經過在中央體（^― ❹壓流體（80)。 央開口（ 82)的低 1 7. —種採用如條項第i項 離31决八触 第6項中任一項之旋流分 離益來刀離一種流體混合物的 從一包含固& ^ 法其中該方法是被用來 天M齑 杂天然氣體流中得到淨化的 天然氣體〜，該固體污染物例 -/ . _ ^ 4邻定/y粒和/或其他固髏顆粒 孝或了凝結成分，例如是水、 和/或水銀。 U -乳化碳、硫化氫 媳错條項第17項之方法，其中該旋流分離器包含共振 機構，該共振減低機構包含下列特點的其中—個或更 多個： -拉緊機構（20、22)，其係施加一張力負載至中央 體⑴之-長形尾部區段⑷，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振 動； 配置於中央體（1 )之一分隔管形尾部區段（8 )内 23 201014651 的固體顆粒（3 1 )， —配置於中央體（1)之一管形尾部區 匕+又Q 8 )與—張 力桿（51)之間的一種黏性液體（50)， —徑向地鑽孔穿過中央體（丨）之一厘 尾部區段（8 )的 開口 （60);和/或 口（ 82)的低 一注射經過在中央體（1)内之一令央開 壓流體（80)。 【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； 圖2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-張力負載至圖丨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6為圖1所示中央體之穿孔長形尾部區段的截面視 圃 ， ® 7為圖6所示之穿孔長形尾部區段的縱向截面視 圖；及 _ 8為帶有一中央體之旋流分離器的概略縱向截面視 201014651 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。 【主要元件符號說明】 1 水滴形狀中央體 2 璇渦傳送輪葉/導引輪葉 3 環狀流道/環狀流動區域/環狀空間

4 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 5 渦流式導引器 6 次要外部出水管/環狀潮溼氣體排出管 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/旋渦消除輪葉/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 20A 圓錐楔形部位 20B 圓錐楔形部位 21 縱向溝槽 25 201014651 22 夾緊外殼 30 孔穴 30A 孔穴 30B 孔穴 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 50 振動阻尼機構/黏性液體/黏性流體 51 張力桿 60 振動阻尼機構/徑向開口 60A 開口 60B 開口 60C 開口 61 璇渦流體/渦流 80 低壓流體/低壓流體流速 81 渦流/高壓璇渦流體/高壓流體通量 82 中央開口 84 再循環導管 85 控制閥 d 顆粒直徑

26 201014651 D1 尾部區段内徑 D2 尾部區段外控 D3 張力桿外徑 I 中心轴 L 長度 LI 長度 P HIGH 高壓 Plow 低靜壓 R. 丄、l η n e r 圓環内徑 Rmean max 平均圓環半徑最大值 R AVmean min 平均圓環半徑最小值 R AV n min 最小内部寬度/最小内徑 R〇 max 最大外部寬度/最大外徑 Router 圓環外徑 a 偏向角度 27

Claims (1)

1. 201014651 七、申請專利範圍： 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漩渦提供機構，其中一低 壓流體（80 )係透過一在該中央體（1 )中的申央開口（ ) 而被注射。 2. 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管 形外殼之中心軸同軸的對稱縱軸，使得一環狀流體溝槽成 ❹ 形於中央體的外部表面與管形外殼的内部表面之間，一連 串漩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 圍’且環狀流體溝槽具有一被配置在中央體之較小外徑區 段周圍的喉部區段，該較小外徑區段的外徑小於中央體之 中間區段。 3. 如申請專利範圍第2項之旋流分離器，其中該中央體 包含一具有一縱軸的縱向開口，該縱轴大致上是與中心軸 ⑩ 一致，其中該縱向開口被建構成一導管，該導管被使用於 容許一低壓流體流經其中而被注射至管形外殼之内，該低 壓流體與流經喉部區段之流體相混合，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筒區段内，且 低壓流體所具有的一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。 4. 如申請專利範圍第3項之旋流分離器，其中在中央體 28 201014651 2之導S包含竣渴傳送輪葉，用以引發低壓流體以相對於 π體之璇涡運動的同向流方向或是逆向流方向流入喉 部區段。 如申叫專利範圍第3項之旋流分離器，其中該管形外 殼匕二纟中有-氣體加濃流體中央出口被配置於其内的 尾j區&，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 狀出口與在中央體内的縱向開口之間，該再循環導管是用 於將作為一低壓流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。 6·如申請專利範圍第i項到第5項中任—項之旋流分離 器，其中該喉部區段被建構成，在使用時使得流體可以在 该喉部區段内被加速至一大致上是音速或超音速的速度且 藉此受到冷卻，使得-個或更多個可凝結成分凝結在該喉 部區段内。 ❹ 7. —種採用如申請專利範圍第1 π到第6項中任一項之 旋流分離器來分離一種流體混合物的 刃万法’其中該方法是 被用來從一包含固體污染物之受到污 J 5木天然氣體流中得到 淨化的天然氣體流，該固體污染物例如θ J如疋沙粒和/或其他固 體顆粒和/或可凝結成分，例如是水、 凝結液'二氧化碳、 硫化氫和/或水銀。 8. 如申請專利範圍第7項之方法， 再中該旋流分離器包 含共振減低機構，該共振減低機構包含. 一透過在中央體（1)内之一中央開〇 8 2 )而被注射 29 201014651 的低壓流體（80)。 八、圖式. (如次頁）

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