一種提高波紋板分離效率的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及慣性式氣液分離裝置的應(yīng)用領(lǐng)域，主要可用于改進(jìn)波紋板性能的設(shè)計(jì)與制造應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)工業(yè)應(yīng)用中常見的慣性式氣液分離器仍然以使用波紋板作為除液的核心元件。波紋板結(jié)構(gòu)型式包括三角形波紋板、梯形波紋板、非對(duì)稱流線型波紋板以及在這些板型基礎(chǔ)之上添加直鉤、彎鉤、開槽等型式的波紋板。
[0003]圖1為波紋板氣液分離裝置推廣之初時(shí)所使用的三角形波紋板。如圖所示，經(jīng)過多級(jí)折彎的三角形波紋板葉片以一定橫向間距多排平行布置，每兩片波紋板之間形成曲折多彎的流道空間。帶有細(xì)小液滴的氣體從裝置入口處進(jìn)入波紋板流道，被強(qiáng)制沿著波紋板形狀進(jìn)行曲折流動(dòng)。由于氣體跟隨性好，可從裝置的出口處流出；而液滴慣性較大，在曲折流道中不能很好地跟隨氣體，從氣體流動(dòng)軌跡中偏移脫出，撞擊到波紋板壁面上。液滴隨后在壁面上鋪展形成液膜，隨著液膜的積聚越來越多，受重力影響，液膜匯聚成液流豎直向下(垂直于附圖1紙面方向)流動(dòng)，進(jìn)入收液槽等液相回收容器中，氣液兩相得以分離。該波紋板在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)很多問題。首先，當(dāng)液相中含有大量鈣、鎂等電解質(zhì)或其他不溶的雜質(zhì)顆粒時(shí)，在流道的折彎尖端會(huì)沉積，產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，尖端處的垢難以順利清洗，隨著使用時(shí)間的增長，流道會(huì)出現(xiàn)堵塞，整個(gè)裝置的分離性能會(huì)大大下降，壓降損耗明顯提升。解決結(jié)垢冋題的最好辦法就是在停工狀態(tài)下更換或逐片清洗波紋板，造成人力和財(cái)力成本的浪費(fèi)。其次，氣體在流道中需要急劇折彎，在氣速較大的工況下，流體的連續(xù)碰撞轉(zhuǎn)向造成極大的能量損耗。常用的三角形波紋板在4?6m/s的氣速下，壓降甚至?xí)_(dá)到10Pa以上。
[0004]為了優(yōu)化波紋板氣液分離的性能，改良三角形波紋板的缺陷，在工業(yè)應(yīng)用中逐步衍生出了流線型波紋板以代替原有的三角形形狀。如圖2所示，為一種工業(yè)常用的非對(duì)稱式的流線型波紋板。該類波紋板幾何形狀平滑，無尖銳的折彎構(gòu)造，可有效減少結(jié)垢并易于非間歇性工作條件下的清洗。流線型的幾何形狀還可以使流體通過流道時(shí)壓降顯著降低。然而，相較于三角形波紋板，液滴在這種流道中的跟隨性也得以增加。在低氣速工況下，當(dāng)量直徑在50 μπι以下的顆粒分離效率較低，即使是多列串聯(lián)布置也難以解決這個(gè)問題。
[0005]中國發(fā)明專利CN 201110219753.8提供了一種波紋板改進(jìn)方法。在三角形波紋板的波尖處增加平臺(tái)波尖，并在平臺(tái)處設(shè)置有間距1.5mm、伸出長度6mm的葉片。新結(jié)構(gòu)使液滴在平臺(tái)及葉片處的聚集次數(shù)增多，提高了氣液分離的效率。但是該板的平臺(tái)轉(zhuǎn)折處仍有尖銳的折角，容易結(jié)垢。水垢也會(huì)堵塞葉片與板之間的縫隙，使波紋板難以清洗，無法重復(fù)使用。
[0006]中國實(shí)用新型專利CN 200720040897.6使用的方法是在梯形波紋板上添加凹凸?fàn)顚?dǎo)液結(jié)構(gòu)。其導(dǎo)液結(jié)構(gòu)呈倒V字形，使用沖壓方式加工形成，槽深30?40mm。在安裝布置上，兩片板之間的間距在220?420mm之間。該板不易出現(xiàn)二次夾帶現(xiàn)象，但仍然不能避免結(jié)垢現(xiàn)象。由于板間距大，該裝置不能對(duì)較小當(dāng)量直徑的液滴實(shí)現(xiàn)分離。
[0007]中國發(fā)明專利CN 200610148271.7將原始波紋板改良成弧形波紋板。其葉片圓弧的曲率半徑始終相同，在1.2?2m之間，葉片的高度在200mm以上?？蓪⒍螉A帶的臨界流速提高到5.5?6.5m/s左右，該板型對(duì)較小當(dāng)量直徑的液滴很難實(shí)現(xiàn)完全分離。
[0008]總之，現(xiàn)有各類波紋板的幾何形狀和結(jié)構(gòu)的改良，其目的在于增加流體在流道內(nèi)的流動(dòng)曲折性，使更多的液滴在流道中能夠從氣相中脫落撞擊到板壁面上，實(shí)現(xiàn)氣液兩相的分離。各種型式的波紋板雖然結(jié)構(gòu)新穎，但這些改良方法并沒有一個(gè)系統(tǒng)的核心原理，導(dǎo)致新板的形狀五花八門，雖然增加了波紋板的型式種類，但也增加了實(shí)際應(yīng)用中使用者的選擇困難。許多波紋板形狀迥異，但實(shí)際分離效率基本一致，尖銳的附加結(jié)構(gòu)不僅增大了流體通過裝置的壓降，還給裝置帶入了結(jié)垢、易斷裂等一系列問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)性地波紋板結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，使改進(jìn)后的波紋板除液效果優(yōu)良、避免折角結(jié)垢、保證壓降損失可控。本方法可以直接應(yīng)用于金屬或塑料高分子等其他材料成型的波紋板設(shè)計(jì)和制造當(dāng)中，也可以用于已有波紋板分離裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本方法通過調(diào)整成形流道空間內(nèi)的關(guān)鍵尺寸參數(shù)，可以極大地提高波紋板的除液性能。
[0010]所述提高分離效率的波紋板結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，包括下列步驟:
[0011]①提供原始波紋板按一定間距平行布置后所形成的流道橫截面圖。
[0012]②提取流道橫截面上流體入口截面、流體出口截面和流道兩側(cè)的波紋板壁面所圍成的閉合面域?yàn)檠芯繉?duì)象。為便于敘述，將該面域命名為M(O)。
[0013]③根據(jù)波紋板壁面形狀的凹凸性，將面域?qū)ο髣澐譃槿舾蓚€(gè)小面域，按流體運(yùn)動(dòng)方向依次編號(hào)為M(1)，M(2)，M(3)……M(N)。劃分的原則是，每個(gè)小面域中，流道兩側(cè)的板壁面形狀凹凸性應(yīng)一致。每個(gè)面域中，板壁面形狀要么為凹，要么為凸，即壁面形狀的斜率要么為正，要么為負(fù)，不能出現(xiàn)正負(fù)共存。
[0014]④單獨(dú)提取每個(gè)面域，增大該面域的回轉(zhuǎn)角度，具體方法有減小板壁面的曲率半徑、調(diào)整板壁面的回轉(zhuǎn)圓心向壁面方向靠攏以及使該面域兩側(cè)壁面的曲率半徑取值不同。
[0015]⑤在上一步驟實(shí)施的同時(shí)，縮短該小面域出口(即流體在此面域流出處)的橫向間距。在此過程中，應(yīng)保持該面域的壁面形狀的凹凸性不變。
[0016]⑥在上一步驟實(shí)施的同時(shí)，應(yīng)保證M(I)面域的入口間距和M(N)面域的出口間距不變。
[0017]⑦每個(gè)面域修改后，將所有面域按原有順序依次組合。調(diào)整M(N-1)面域的出口與M(N)面域的入口(即流體在此面域流出)的橫向間距一致，使二者重合，得到一個(gè)新面域。
[0018]⑧用圓滑曲線代替面域重組后出現(xiàn)的尖銳折線，保證新面域壁面連線的斜率連續(xù)變化。
[0019]⑨將新面域的兩個(gè)板壁面重組，選擇適當(dāng)?shù)暮穸?，得到新的波紋板形狀。
[0020]本方法所得到的波紋板，板厚度非固定值，會(huì)連續(xù)變化。板的上下兩個(gè)表面形狀不再相同。如果板厚度較大，考慮到波紋板在工業(yè)應(yīng)用中可以采用塑