具有预分离功能的气液聚结滤芯论文和设计

全文摘要

本实用新型提供一种具有预分离功能的气液聚结滤芯，其内的滤芯内骨架、滤芯聚结层、滤芯排液层、滤芯外骨架由内向外依次套置，且均为柱形结构；滤芯下端盖上设置进气口；进气口处设置导流装置，用于使进入滤芯的气体产生旋转气流；该导流通道设置于该滤芯内骨架的内部并连接该导流装置；该旋转气流在该导流通道内流动时，在离心力的作用下分离出液滴并甩到该导流通道壁面并在重力作用下向下排出，能有效利用滤芯内部空间，占用空间小，实现多级过滤池，有效滤除了气体中的液滴。

主设计要求

1.一种具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，包括：滤芯内骨架、滤芯聚结层、滤芯排液层、滤芯外骨架、滤芯上端盖、滤芯下端盖、导流装置以及导流通道；所述滤芯内骨架、滤芯聚结层、滤芯排液层、滤芯外骨架由内向外依次套设，且均为柱形结构；所述滤芯上端盖设置在所述滤芯外骨架的上端，滤芯下端盖设置在所述滤芯外骨架的下端；所述滤芯下端盖上设置进气口；所述进气口处设置导流装置，用于使进入滤芯的气体产生旋转气流；所述导流通道设置于所述滤芯内骨架内部，并连接所述导流装置。

设计方案

1.一种具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，包括：滤芯内骨架、滤芯聚结层、滤芯排液层、滤芯外骨架、滤芯上端盖、滤芯下端盖、导流装置以及导流通道；

所述滤芯内骨架、滤芯聚结层、滤芯排液层、滤芯外骨架由内向外依次套设，且均为柱形结构；

所述滤芯上端盖设置在所述滤芯外骨架的上端，滤芯下端盖设置在所述滤芯外骨架的下端；

所述滤芯下端盖上设置进气口；

所述进气口处设置导流装置，用于使进入滤芯的气体产生旋转气流；

所述导流通道设置于所述滤芯内骨架内部，并连接所述导流装置。

2.根据权利要求1所述的具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，所述导流装置采用轴向导流叶片。

3.根据权利要求1所述的具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，所述导流通道壁面设有弧形排液槽，所述气体在离心力的作用下分离出液滴，所述液滴在所述旋转气流的作用下运动到所述弧形排液槽，沿所述弧形排液槽向下排出。

4.根据权利要求1所述的具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，所述导流通道侧面设有斜缝，所述斜缝由所述导流通道外侧向内侧的倾斜方向与所述旋转气流的流动方向的夹角小于90度。

5.根据权利要求1所述的具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，所述导流通道上端设有喇叭口，用于导流扩散所述旋转气流。

6.根据权利要求1所述的具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，所述滤芯内骨架开有通孔，所述通孔的出口处设置第一导流槽。

7.根据权利要求6所述的具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，所述通孔沿气流方向倾斜设置。

8.根据权利要求6所述的具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，所述滤芯内骨架的内壁面设有排液槽，所述旋转气流在所述滤芯内骨架和所述导流通道之间的空间旋转流动时，在离心力的作用下分离出的液滴沿所述排液槽向下排出。

9.根据权利要求1所述的具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，所述滤芯内骨架的内壁面设有弧形结构，在所述弧形结构两侧开有通孔，所述通孔的出口处设置第二导流槽。

10.根据权利要求6或9任一项所述的具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，在所述滤芯内骨架内壁面、通孔上方设置斜挡板钩。

11.根据权利要求1所述的具有预分离功能的气液聚结滤芯，其特征在于，所述滤芯外骨架上设有流通孔，所述滤芯外骨架内壁面流通孔位置设有第三导流槽。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及多相流分流技术领域，尤其涉及一种具有预分离功能的气液聚结滤芯。

背景技术

气液过滤广泛应用于各种工业过程，例如天然气净化及管道输送、压缩空气过滤、干气密封和燃料气过滤。比如，天然气处理及长距离输送过程中夹带的液体杂质，会造成计量仪器及压缩机组损坏、干气密封失效、管道腐蚀及磨损，因此需要设置相应的气液过滤装置(比如聚结过滤器)去除天然气中的液体杂质，其中，微小的液滴主要靠聚结过滤器的聚结滤芯的聚结分离作用进行去除。

现场输气管道中天然气所含杂质较为复杂、工况变化较大、含液量波动较大，液体杂质主要有凝析油、游离水及经过中间设置的压气站压缩机组后会夹带润滑油等高粘度液滴。当现场处于高浓度、大粒径液滴工况时，现有聚结滤芯处理量无法满足要求，杂质将快速堵塞滤芯，导致滤芯失效，而且气流中夹带的高粘度液滴被聚结滤芯捕集后在纤维内部难以及时排出，导致滤芯压降迅速增加，液滴二次夹带(聚结过滤器已经捕集的液滴由于气流的作用会再次进入下游气流，从而引起下游气流中液滴浓度的增加，导致过滤效率下降，这种现象称为二次夹带，在微米级液滴中非常容易出现)也将增加。

因此，现有聚结滤芯无法处理现场含液量波动较大、来流中含有高粘度液体杂质等复杂情况。为保证核心设备正常运行，沿途各压气站一般会设置惯性分离器、旋风分离器、过滤分离器和聚结分离器组合的多级分离器，虽然其处理量大，可以应对复杂工况，但存在成本高、占地面积大、整体结构及工艺流程复杂、不易安装操作等缺点。

现有技术中提供一种多级过滤元件(美国实用新型专利US8936661 B2)，参见图1，该多级过滤元件主要包括：管状过滤器引导件、外预过滤器套筒元件、内过滤器元件的第一级和第二级等元件组成；流体穿过外部预滤器套筒元件，进入到内过滤器元件内，然后穿过内部过滤器元件的第一级，通过管状过滤器引导件进入到第二级，并在第三过滤步骤中向外穿过内部元件。该实用新型将三级过滤元件组件集合到一个过滤元件上，可以分级去除流体中各种不同的杂质。

但是，该多级过滤元件没有对滤芯内部空间进行合理利用，占地空间较大，同时，该多级过滤元件采用多孔介质作为预分离元件，将三级过滤元件组件集合到一个过滤元件上，当气流中含有高粘度液体杂质等复杂工况，杂质附着在多孔介质内部不易排出，将堵塞多孔介质，造成压降急剧升高，导致滤芯寿命减小，需频繁更换。

现有技术中还提供一种高效过滤聚结集成滤芯(中国实用新型专利CN107930185A)，参见图2，该高效过滤聚结集成滤芯包括压紧装置、集成压盖、预过滤体、聚结体和集成端盖，预过滤体和聚结体通过压紧装置、集成压盖和集成端盖连接组合为一个集成体。

该高效过滤聚结集成滤芯由过滤体和聚结体通过一定结构组合而成，延长了滤芯使用寿命，成本低，占用空间小。但是，该高效过滤聚结集成滤芯依旧采用多孔介质作为预分离元件，当气流中含有高粘度液体杂质等复杂工况，杂质附着在多孔介质内部不易排出，将堵塞多孔介质，造成压降急剧升高，导致滤芯寿命减小，需频繁更换。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种具有预分离功能的气液聚结滤芯，通过在滤芯内骨架所限定的空间中设置导流装置和导流通道，能有效利用滤芯内部空间，占用空间小，并且解决当气流中含有高粘度液体杂质等复杂工况，杂质附着在多孔介质内部不易排出，将堵塞多孔介质，造成压降急剧升高，导致滤芯寿命减小，需频繁更换的问题，并且适于现场含液量波动较大、来流中含有高粘度液体杂质等复杂情况，并有效减少液滴二次夹带现象。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种具有预分离功能的气液聚结滤芯，包括：滤芯内骨架、滤芯聚结层、滤芯排液层、滤芯外骨架、滤芯上端盖、滤芯下端盖、导流装置以及导流通道；

该滤芯内骨架、滤芯聚结层、滤芯排液层、滤芯外骨架由内向外依次套设，且均为柱形结构；

该滤芯上端盖设置在该滤芯外骨架的上端，滤芯下端盖设置在该滤芯外骨架的下端；

该滤芯下端盖上设置进气口；

该进气口处设置导流装置，用于使进入滤芯的气体产生旋转气流；

该导流通道设置于该滤芯内骨架内部，并连接该导流装置。

进一步地，该导流装置采用轴向导流叶片。

进一步地，该导流通道壁面设有弧形排液槽，该气体在离心力的作用下分离出液滴，该液滴在该旋转气流的作用下运动到该弧形排液槽，沿该弧形排液槽向下排出。

进一步地，该导流通道侧面设有斜缝，该斜缝由该导流通道外侧向内侧的倾斜方向与该旋转气流的流动方向的夹角小于90度。

进一步地，该导流通道上端设有喇叭口，用于导流扩散该旋转气流。

进一步地，该滤芯内骨架开有通孔，该通孔的出口处设置第一导流槽。

进一步地，该通孔沿气流方向倾斜设置。

进一步地，该滤芯内骨架的内壁面设有排液槽，该旋转气流在该滤芯内骨架和该导流通道之间的空间旋转流动时，在离心力的作用下分离出的液滴沿该排液槽向下排出。

进一步地，该滤芯内骨架的内壁面设有弧形结构，在该弧形结构两侧开有通孔，该通孔的出口处设置第二导流槽。

进一步地，在该滤芯内骨架内壁面、通孔上方设置斜挡板钩。

进一步地，该滤芯外骨架上设有流通孔，该滤芯外骨架内壁面流通孔位置设有第三导流槽。

本实用新型提供的具有预分离功能的气液聚结滤芯，其内的该滤芯内骨架、滤芯聚结层、滤芯排液层、滤芯外骨架由内向外依次套置，且均为柱形结构；该滤芯上端盖设置在该滤芯外骨架的上端，滤芯下端盖设置在该滤芯外骨架的下端；该滤芯下端盖上设置进气口；该进气口处设置导流装置，用于使进入滤芯的气体产生旋转气流；该导流通道设置于该滤芯内骨架的内部并连接该导流装置；该旋转气流在该导流通道内流动时，在离心力的作用下分离出液滴并甩到该导流通道壁面并在重力作用下向下排出。

首先，通过在滤芯内骨架所限定的空间中设置导流装置和导流通道，能有效利用滤芯内部空间，结构紧凑，占用空间小，节省空间50％以上，且便于拆装。

其次，通过在进气口处设置导流装置，使进入滤芯的气体产生旋转气流，导流通道为旋转气流提供一定的分离空间(或称流通空间)，使得旋转气流中夹带的液滴在离心力的作用下分离出来并甩到导流通道的内壁，内壁上的液滴汇聚在一起，在重力作用下向下流动及时排除，有效滤除了气体中的液滴，满足处理量要求。

再者，旋转气流流动到滤芯上端盖后，受到该滤芯上端盖的阻挡，旋转向下并扩散至导流装置与滤芯内骨架之间的空间内，旋转向下流动，即改变了气流沿内骨架的流动方向，该旋转向下的气流在离心力和惯性的作用下，分离出气流中液滴，并在向下的气流作用下，沿内骨架内壁向下排出，气流经滤芯内骨架流入滤芯聚结层(也可称为滤芯纤维层)，气体中的剩余少量液滴随气流进入滤芯聚结层，由滤芯聚结层聚结成大液滴，在气流的作用下流至排液层，在排液层中向下排出，经过过滤的气体通过滤芯外骨架向外流出，以此实现多级过滤，过滤效果好。高粘度液滴进入聚结层之前在离心力和惯性力作用下能够及时分离排出，而聚结层吸收的少量液滴运动到排液层由向下气流的作用下及时排出，滤芯聚结层仅需吸收剩余少量液滴，防止杂质将其堵塞，气流中夹带的高粘度液滴能够及时排出，并且能有效减少液滴二次夹带。

本实用新型有效利用滤芯内部空间设置导流装置及通道而不是多孔介质预分离部分液滴、导流促进排液的思路，设计出的滤芯可应对含液量波动以及粘性杂质工况、及时将捕获的液滴排出、延长滤芯使用寿命，防止更换滤芯时停机影响正常生产，可在不增加站场装置的基础上满足处理量要求，又具有成本低、结构紧凑、节省空间、便于拆装等优点。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为现有多级过滤元件的结构示意图；

图2为现有高效过滤聚结集成滤芯的结构示意图；

图3为本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯的结构示意图；

图4为本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯中导流装置1的结构示意图；

图5为本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯中导流通道2的立体图；

图6为本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯中导流通道2的截面图；

图7a为本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯中一种滤芯内骨架的局部结构示意图；

图7b为图7a中滤芯内骨架的平面图；

图8为本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯中另一种滤芯内骨架的局部结构示意图；

图9为本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯中滤芯外骨架的局部结构示意图；

图10示出了采用本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯与使用传统滤芯的过程压降对比曲线；

图11示出了采用本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯与使用传统滤芯的过滤效率对比曲线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

当现场处于高浓度、大粒径液滴工况时，现有的气液聚结滤芯处理量无法满足要求，杂质将快速堵塞滤芯，导致滤芯失效，而且气流中夹带的高粘度液滴被聚结滤芯捕集后在纤维内部难以及时排出，导致滤芯压降迅速增加，液滴二次夹带(聚结过滤器已经捕集的液滴由于气流的作用会再次进入下游气流，从而引起下游气流中液滴浓度的增加，导致过滤效率下降，这种现象称为二次夹带，在微米级液滴中非常容易出现)也将增加。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种具有预分离功能的气液聚结滤芯，通过在滤芯内骨架所限定的空间中设置导流装置和导流通道，能有效利用滤芯内部空间，占用空间小，并且解决当气流中含有高粘度液体杂质等复杂工况，杂质附着在多孔介质内部不易排出，将堵塞多孔介质，造成压降急剧升高，导致滤芯寿命减小，需频繁更换的问题，并且适于现场含液量波动较大、来流中含有高粘度液体杂质等复杂情况，并有效减少液滴二次夹带现象。

图3为本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯的结构示意图。如图3所示，该具有预分离功能的气液聚结滤芯，一般立式放置，具体可包括：滤芯内骨架3、滤芯聚结层4、滤芯排液层5、滤芯外骨架6、滤芯上端盖7、滤芯下端盖8、导流装置1以及导流通道2；

其中，滤芯聚结层4主要由孔径较小的材料组成，如玻璃纤维、聚丙烯、聚酯纤维以及金属纤维等材料，纤维直径可为0.5～40μm，平均孔径可为5～40μm，可使用疏水疏油改性处理，可为多层缠绕或折叠等组合方式，可为一种材料，也可为孔径存在某些关联的多种材料复合或组合而成，如孔径梯度分布；也可是熔喷、热压成型、粘合剂成型等加工工艺。

滤芯排液层5所用材料的孔径比滤芯聚结层所用材料的孔径大，以为通过滤芯聚结层后的液体提供排液通道，可为聚酯纤维、聚丙烯纤维及芳纶纤维等材料，纤维直径较聚结层大，纤维直径可为10-50μm，可使用疏水疏油改性处理。

值得说明的是，滤芯聚结层4及滤芯排液层5材料的纤维直径、孔径和层数等参数可根据实际工况需求做出调整。

该滤芯内骨架3、滤芯聚结层4、滤芯排液层5、滤芯外骨架6由内向外依次套置，且均为柱形结构。

其中，该柱形结构包括圆柱形结构、三棱柱结构、四棱柱结构等，包括但不限于此，为了叙述方便，本实用新型实施例以圆柱形结构为例，对各个部件进行示例性说明，本领域技术人员可以理解的是，圆柱形结构仅是一种示例，并非对本实用新型的限制。

该滤芯上端盖7设置在该滤芯外骨架6的上端，将该滤芯的上部封死，滤芯下端盖8设置在该滤芯外骨架6的下端，将该滤芯的下部封死。

另外，该滤芯下端盖8上设有进气口9，优选在滤芯下端盖8中部位置设有进气口9，该进气口9的形状与该导流通道2的截面形状相匹配。

该进气口9处设置导流装置1，该导流装置1用于使通过该进气口9进入滤芯内部的气体产生旋转气流；

该导流通道2设置于该滤芯内骨架3内部，并与该滤芯内骨架3相隔一定距离，即二者之间有一定的空间。同时，该导流通道2连接该导流装置1，优选套置在该导流装置1的外侧，用于为该导流装置1输出的旋转气流提供流动路径(也可称为液滴分离空间)。该旋转气流在该导流通道2内流动时，在离心力的作用下分离出液滴并甩到该导流通道2壁面上，液滴汇集在一起，形成大液滴或液流，大液滴或液流在重力作用下沿着导流通道2的内壁面向下排出。

本实用新型实施例提供的具有预分离功能的气液聚结滤芯，通过在滤芯内骨架所限定的空间中设置导流装置和导流通道，能有效利用滤芯内部空间，占用空间小。其次，通过在进气口处设置导流装置，使进入滤芯的待过滤气体产生旋转气流，导流通道为旋转气流提供一定的分离空间(或称流通空间)，使得旋转气流中夹带的液滴在离心力的作用下分离出来并甩到导流通道的内壁，内壁上的液滴汇聚在一起，在重力作用下向下流动及时排除，有效滤除了气体中的液滴。再者，旋转气流流动到滤芯上端盖后，受到该滤芯上端盖的阻挡，旋转向下并扩散至导流装置与滤芯内骨架之间的空间内，旋转向下流动，即改变了气流沿内骨架的流动方向，该旋转向下的气流在离心力和惯性的作用下，分离出气流中液滴，并在向下的气流作用下，沿内骨架内壁向下排出，气流经滤芯内骨架流入滤芯聚结层(也可称为滤芯纤维层)，气体中的剩余少量液滴随气流进入滤芯聚结层，由滤芯聚结层聚结成大液滴，在气流的作用下流至排液层，在排液层中向下排出，经过过滤的气体通过滤芯外骨架向外流出，以此实现多级过滤，过滤效果好。滤芯聚结层仅需吸收剩余少量液滴，防止杂质将其堵塞，气流中夹带的高粘度液滴能够及时排出，并且能有效减少液滴二次夹带。

本实用新型有效利用滤芯内部空间设置导流装置及通道而不是多孔介质预分离部分液滴、导流促进排液的思路，设计出的滤芯可应对含液量波动以及粘性杂质工况、及时将捕获的液滴排出、延长滤芯使用寿命，可在不增加站场装置的基础上满足处理量要求，又具有成本低、结构紧凑、节省空间、便于拆装等优点。

在一个可选的实施例中，该导流装置可采用任意能提供切向速度的结构，比如轴向导流叶片，参见图4，该导流装置4可以包括：外筒体、中部旋转轴以及设置在该中部旋转轴上的叶片，中部旋转轴带动该叶片旋转。

当然，本实用新型实施例中的导流装置也可采用其他可以产生旋流的结构，可为金属或树脂等非金属材料，用于提供切向速度，气流通过导流装置获得离心力，其中夹带的液滴在惯性离心力作用下被甩到导流通道2的壁面上。适用于入口气速2-25m\/s，优选值为4m\/s。导流叶片参数主要包括叶片的进出口角α、β、叶片高度、叶片保弧长及叶片数，可根据进口速度做出优化设计。

值得说明的是，导流装置1的位置及数量可根据实际工况需求做出调整，例如可沿导流通道增加导流装置数量，为气流提供额外的切向速度。

导流通道2可为任意形状的可以提供一定分离空间并使气流先向上运动到滤芯顶部再向下运动进入滤芯聚结层4的导流管，导流通道2长度可根据工况不同进行调节，一般为300-800mm，优选600-700mm，另外，该导流通道2可为金属或树脂等非金属材料，用于提供一定分离空间，沿高度方向上捕集不同粒径的液滴，大液滴在较短距离内被分离，小液滴经过一定距离后运动到壁面处，被分离的液滴沿壁面及时排下。

结合图5和图6，在一个可选的实施例中，该导流通道2为空心圆柱结构，且该导流通道2壁面均匀设有多个弧形排液槽21，优选12～24个，包括但不限于此。甩到导流通道2内壁面上的液滴在旋转气流的作用下运动到该弧形排液槽21内，气体则继续在导流通道内旋转上升，液滴在弧形排液槽内及时排下，由于进气口的形状与该导流通道2的截面形状相匹配，所以顺着弧形排液槽流下的液滴，顺着进气口与导流装置之间的缝隙以液膜形式排出，减少了液滴的二次夹带，提高了分离效率。其中，弧形排液槽21的尺寸参数可根据气流方向、速度及液滴粒径等进行优化设计。

在一个可选的实施例中，在导流通道2侧面(或称壁面)均匀开有多个斜缝23，优选4-12个斜缝，包括但不限于此，该斜缝竖直设置，斜缝的宽度可在1-5mm之间，该斜缝由该导流通道外侧向内侧的倾斜方向与该旋转气流的流动方向的夹角小于90度，即与气流方向相反，液滴在惯性作用下通过斜缝23继续向前运动，而部分气流从缝隙23中排出，由于斜缝23增加了气体的流通面积，因此降低了导流通道2的压降，斜缝23的另一个作用是使得导流通道2外部环形空间气流分布更加均匀。

斜缝23的出气量在12％-20％之间，在相同操作条件下，带有斜缝的导流装置比普通导流直管压降至少降低21％。

其中，斜缝23的尺寸参数可根据气流方向、速度及液滴粒径等进行优化设计。

在一个可选的实施例中，参见图1，导流通道2的上端设有喇叭口22，用于导流扩散导流通道2内的旋转气流，使得该旋转气流触碰到滤芯上端盖之后，能够更好地进入导流通道2和滤芯内骨架3之间的空间。

具体地，旋转气流经导流通道2旋转向上，后经喇叭口导流向外渐扩，到达滤芯顶端后在导流通道2外部空间(即导流通道2和滤芯内骨架3之间的空间)向下旋转流动，并有部分气体径向向外流出滤芯内骨架3。

图7a为本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯中一种滤芯内骨架的局部结构示意图。如图7a所示，该滤芯内骨架3表面开有通孔31，所述通孔31的出口处设置一导流槽34，形成曲折流道结构。滤芯内骨架3与导流装置1和导流通道2合理匹配，气流通过导流装置1和导流通道2后，向下旋转进入导流通道2外部环形空间，部分气体通过该通孔31扩散至滤芯聚结层4，气体通过曲折流道结构时，在惯性的作用下，能够分离出液滴，进一步实现气液分离。

在一个可选的实施例中，滤芯内骨架3的内壁面设有排液槽33，所述旋转气流在所述滤芯内骨架3和所述导流通道2之间的空间旋转流动时，在离心力的作用下分离出的液滴沿所述排液槽33向下排出。其中，该排液槽33可以理解为在滤芯内骨架3内壁面上设置的竖直的沟槽。

进一步地，在滤芯内骨架3内壁面、通孔31上方设置斜挡板钩32，用于防止分离的液滴夹带进入滤芯聚结层4，亦可起到导流作用，向下旋流离心力作用分离的液滴以及曲折流道结构惯性作用分离的液滴沿斜挡板钩32以及滤芯内骨架3内壁面，在向下气流的作用下被排液槽33捕集，在向下气流的作用下，以液膜形式排下。其中，该斜挡板钩32的形状可以为将斜挡板的边沿向上弯曲后形成的结构。

当然，滤芯内骨架3表面结构可为配合气流方向达到惯性分离，防止夹带并使排液方向与气流方向相同的任意结构，包括但不限于上述结构。

图7b为图7a中滤芯内骨架的平面图。如图7b所示，该通孔31和斜挡板钩32沿气流方向倾斜设置。

值得说明的是，通孔31以及斜挡板钩32的倾斜角度根据气流速度以及气流方向而定，可为5-175°，优选值为15-30°以及150-165°。曲折流道结构参数可根据气流速度、夹带的液滴粒径及斯托克斯数进行优化。

具体地，通过将通孔31和斜挡板钩32沿气流方向倾斜设置，一方面方便气体通过该通孔31扩散至滤芯聚结层，另一方面，有利于液膜在气流作用下沿斜挡板钩汇集至该排液槽33，进而沿着排液槽33流下。

图8为本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯中另一种滤芯内骨架的局部结构示意图。如图8所示，该滤芯内骨架3的内壁面设有弧形结构，在所述弧形结构两侧开有通孔31，所述通孔31的出口处设置导流槽形成曲折流道结构。滤芯内骨架3与导流装置1和导流通道2合理匹配，气流通过导流装置1和导流通道2后，向下旋转进入导流通道2外部环形空间，部分气体通过该通孔31扩散至滤芯聚结层4，气体通过弧形结构和曲折流道结构时，在惯性碰撞作用下，能够分离出液滴，进一步实现气液分离，分离后的气体则由该通孔31扩散至滤芯聚结层4。

该弧形结构的弧形底端形成排液槽33。通过弧形结构和曲折流道结构分离出的液滴在气流的作用下运动至排液槽33，并顺着排液槽33向下排出。

值得说明的是，通孔31以及斜挡板钩32可沿气流方向倾斜设置，倾斜角度根据气流速度以及气流方向而定，可为5-175°，优选值为15-30°以及150-165°。曲折流道结构参数以及弧形结构的参数可根据气流速度、夹带的液滴粒径及斯托克斯数进行优化。

当然，本领域技术人员可以理解的是，滤芯内骨架3的曲折流道和表面结构不局限于实施案例所述结构，可为能达到惯性分离作用并能防止二次夹带，利用气流方向加速被捕集液滴排下的任意结构，结构参数可根据实际工况需求做出调整。

图9为本实用新型实施例具有预分离功能的气液聚结滤芯中滤芯外骨架的局部结构示意图。如图9所示，该滤芯外骨架6上设有流通孔60，所述滤芯外骨架6内壁面流通孔60位置设有导流槽61。其中，流通孔60和导流槽61可以是任意可使气流向下运动进入导流槽61并向外流出的结构。

滤芯外骨架6设置在滤芯排液层5的外侧，即气流在通过滤芯排液层5时是向下运动的，经滤芯聚结层4捕集的液滴在气流作用下运动到滤芯排液层5，气流方向与排液方向相同，并在向下气流作用下，及时向下排出，因此可以降低滤芯压降，防止二次夹带，延长滤芯使用寿命。

当然，本领域技术人员可以理解的是，滤芯外骨架6表面的导流通道不局限于实施案例所述结构，可为能达到改变通过排液层气流的方向，促进液体在排液层中排下并防止二次夹带的任意结构。

可以理解的是，以液膜形式排下的液滴，在到达下端盖时，会通过滤芯内骨架的通孔31流通到滤芯聚结层，进而流动到滤芯排液层，滤芯排液层下部的液滴积累到一定程度后，会顺着滤芯外骨架6下部的流通孔和导流槽61流出滤芯。

本实用新型实施例提供的气液聚结滤芯，其导流装置、导流通道、滤芯聚结层、滤芯排液层、滤芯内骨架、滤芯外骨架及其表面结构布置，为统一整体，相互促进。所述各结构参数应选择适当，通过各结构之间的互相匹配，达到预期的分离效果。

另外，本实用新型实施例中提供的气液聚结滤芯，滤芯外骨架6、导流装置1、导流通道2、滤芯内骨架之间可以是可拆装的，可根据工况单独使用或组合使用。连接方式可为拆装孔和螺栓紧固组合等。

下面，举例说明本实用新型实施例提供的气液聚结滤芯的工作过程：

在气液聚结滤芯内部集成至少三级分离过程：

第一级分离是通过在进气口处设置导流装置，在滤芯内部产生旋流，结合导流通道，给夹带的液滴一定的分离空间，在离心力作用下产生液滴，大液滴首先被甩到导流通道壁面上，小液滴经过一定分离空间后被甩到壁面上，通过壁面上的弧形排液槽排下，并在壁面上开有斜缝降低其压降。其中，第一级分离主要依靠离心力去除粒径5μm以上的液滴。

第二级分离是依靠滤芯内骨架表面的曲折流道结构进行惯性分离，并通过上一级导流通道对气流方向的改变，使得气流旋转向下流经内骨架表面，方向与排液方向相同，内骨架表面的通孔处设置有斜挡板钩，一是防止内骨架表面液膜被气流夹带进入滤芯聚结层，二是挡板钩倾斜角度依据气流方向设计，拦截下的液滴在气流作用下，沿斜挡板钩运动到排液槽内，并在向下气流作用下及时排下。其中，第二级分离主要依靠惯性和离心力的共同作用去除粒径3μm以上的液滴。

第三级分离是依靠滤芯聚结层将剩余的小液滴聚结成大液滴，并在气流作用下运动到滤芯排液层，而位于滤芯排液层后面的滤芯外骨架内表面设置的导流通道对气流起到向下的导流作用，气流在通过与滤芯外骨架相靠的排液层时气流方向向下，在向下气流的作用下，被捕集的液体可及时从排液层排下。第三级分离主要依靠滤芯聚结层过滤分离粒径0.3μm以上的液滴。

本实用新型实施例提供的气液聚结滤芯，通过至少三级分离过程，有效提高了分离效果。另外，每一级过滤分离都配合有相应的排液促进方法，通过导流通道使气流方向与排液方向相同，通过气流作用促进排液，减小二次夹带，减小因堵塞造成的阻力增加，延长滤芯使用寿命。

选用本实用新型实施例提供的具有预分离功能的气液聚结滤芯与传统气液聚结滤芯进行对比实验，实验参数如下：滤芯内表面表观气流速度为0.1m\/s，采用国际测试标准EN779中规定的油液(癸二酸二辛酯，DEHS)发生气溶胶，入口气溶胶中液滴粒径范围为0.3-20μm，浓度为480-520mg\/m^3<\/sup>。

实验结果如下：随着单位面积液体累积量的增加，本实用新型实施例提供的具有预分离功能的气液聚结滤芯较传统聚结滤芯虽然初始压降较大，但压降增加过程较为缓慢(参见图10)，滤芯排液收集量较传统聚结滤芯大，被捕集的液体不会堵塞滤芯聚结层，运行寿命大大提高；运行一段时间后，本实用新型实施例提供的具有预分离功能的气液聚结滤芯压降仅比传统聚结滤芯高0.093kPa，对大于0.3μm粒子的累积计数效率较传统滤芯高21％(见图11)。本实用新型实施例提供的具有预分离功能的气液聚结滤芯在略微提高单级聚结滤芯的前提下，明显提高了单级聚结滤芯的处理液量及效率；且在满足处理液量要求的前提下，较站场所用多级组合过滤分离器压降大大减小。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

设计图

具有预分离功能的气液聚结滤芯论文和设计

具有预分离功能的气液聚结滤芯论文和设计

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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