导叶片螺距对前置型超音速分离器场特性的影响.pdf

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1、第46卷第2期化工技术与开发Vol.46No.22017年2月Technology&DevelopmentofChemicalIndustryFeb.2017导叶片螺距对前置型超音速分离器场特性的影响121曹禹，崔少平，刘晓亮（1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065；2.西安石油大学机械工程学院，陕西西安710065)摘要：超音速分离器主要由Laval喷、旋和扩压等主要部件组成，是一种高效节能的脱水净化装置。由于旋位置的不同，分离器内部场的特性变化也会不同。本文通过研究前置型旋段内导叶片螺距的不

2、同对分离器内部场产生的影响，进而实现对分离器旋段内部结构和旋段位置的优化设计，以提高超音速分离器的脱水效率。关键词：旋段；导叶片；数值模拟；场特性中图分类号：TE868文献标识码：A文章编号：1671-9905(2017)02-0059-04超音速分离器由于外形结构和工况条件对其Laval内液滴生长、气液旋分离和场稳定性的影响较为敏感，使得该方面的研究进展较为缓慢。国内对超音速低温脱水技术的研究中，理论分析和数值模拟占多数。天然气组分因地域不同而差异较大，加之液滴成核

3、和生长理论不完善，实验技术不成熟，使图1超音速分离管的结构示意图得仅有个别机构对其展开了室内实验研究。西安石Fig.3supersonicseparationtubestructurediagram油大学康勇等人对组合可调式超音速分离器进行了经Laval喷的特殊变截面道时绝热膨胀，温深入的研究设计，利用体数值模拟软件CFD对超度迅速下降至气体露点，同时压力能转换为动能，从音速分离器的多种可调结构进行了大量数值模拟研而形成低温低压高速场。液滴首先在Laval喷究，设计加工了一种便于拆卸和调节的超音速脱水渐扩段形成，以

4、离散相的形式与气混合在一起，气装置，并正在建立相关实验系统，以对比分析模拟结液混合物通过机械旋作用产生不同的离心力。凝[1]果和样机实验的差异。析达到平衡的液滴被甩到壁，经环形排液离开。国内的研究学者对于低压超音速气液分离器的气进入扩压，压力回升，速降低，动能转化数值模拟研究较多，室内及现场测试实验相对较少，[2]为压力能。Laval喷相当于透平膨胀制冷机，旋至今还处于探索研发期，在天然气工业中并未能实相当于分离器，而尾段扩压相当于二次压缩现从理论和实验研究向工业商业化的转变。机。超音速分离内部道示

5、意图如图2所示，其1超音速分离器的基本原理整体形式为单进双出道。???????????超音速分离器主要由Laval喷、旋器、分离、环形排液和扩压等部件组成，其结构示意图如图1所示，其中关键部件Laval喷包含收缩MaMa1＜<1MaM=a11=MaMa1>＞1MaMa1＜<1、喉和渐扩。T2/T1<1T3/T2>1T2/T1＜1T3/T2＞1超音速分离器的设计理念结合了超音速风洞、图2超音速分离管内部流道示意图工程热力学和体力学等方面的理论。饱和天然气Fig.2supersonicsepa

6、rationpipeinternalflowdiagram收稿日期：2017-01-0360化工技术与开发第46卷2前置型超音速分离器的设计理念所谓前置型超音速分离器,就是将旋装置安装在分离器的入口端。本文中的旋装置是一段螺旋导叶片，将螺旋导叶片安装在距分离器入口一段距离的道内，使气在进入Laval喷之前就发生旋转，在旋转气进入喷后，气的压力、温度降低，速度大幅度增加，实现气从亚音速到音图3螺旋导流叶片和配管的拧装图速再到超音速的转变，然后进入分离段时液体与Fig.3spiralguidevaneand

7、thetwistofthepipingdiagram气体被分离开，进而达到气液分离的目的。型的入口进行了加长，主要是为了使气稳定。3前置型分离器物理模型的建立利用SOLIDWORKS创建的三维物理模型如图4所示。3.1导流叶片的设计要求导分离叶片的长度L不能过长，随着导叶片的长度不断增加，螺旋与壁的碰撞面积及接图4前置型超音速脱水装置的物理模型触次数会随着增加，由此会加大气的能量损失，可Fig.4typefrontsupersonicdehydrationunitofphysicalmodel[3]能会导致超音

8、速分离出口分增多。根据前置型超音速分离器的结构特点，对其进通常导叶片的形式是根据气压力的大小来[5]行分区域划分网格。螺旋导叶片的几何型线较选择的，结合现场实际工况，本文选择中高压气为为复杂，其附近区域场的计算精度要求较高，先采研究对象，因此导叶片的形式选为高