专利名称：入口具有倾角的旋风分离器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及旋风分离器，尤其是一种入口具有倾角的旋风分离
器°
背景技术：
传统的旋风分离器是利用旋转含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气 流中分离出来的一种干式气固分离装置。其中颗粒分离的机理是当含尘 气体以较高的速度进入旋风分离器时，气流变直线运动为圆周运动，并向 上向下流动，向上流动的气流一部分被顶盖阻挡而返回，另一部分则直接 进入排气管被排出。向下流动的气流通过流体本身的粘滞性，带动排气管 下面的圆柱型气柱渐渐发展成像刚体一样的旋转，由于尘粒的密度比空气 大很多倍，因此旋转的尘粒在与气体作圆周运动的过程中，受离心加速度 的作用，将从气流中分离甩向器壁，经圆锥体排入除尘器集灰箱内。根据 "旋转矩不变原理"，其切向速度不断提高，当气流达到锥体下端某一位置 时，即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，由下反转而上，继续作螺旋 型流动，即形成内旋气流，最后净化气经排气管排出分离器外。因为旋风 分离器的结构简单可靠，能耗较小，耐高温，操作维护方便，且对分离
5-l(Him的粉尘效率较高，被广泛应用于化工，冶金，矿业，建材，机械， 电力，轻纺等行业，特别是在中小型锅炉和多级除尘系统中作为初级除尘 设备获得普遍应用。
随着工业装置生产规模的提高以及操作条件变得更为苛刻，对旋风分 离器性能的要求也不断提高。 一方面要求旋风分离器有更强的捕集细粉的 能力；另一方面要求旋风分离器的压降进一步减少，以降低能耗。所以， 迫切需要研究出高效能且低能耗的新型旋风分离器。而通常是采用有针对性地开发新结构或优化各部分尺寸的匹配关系的方法来减少不利因素的
影响，以达到高效的目的。国内外已有许多学者([l]XiangR.B.,LeeK. W. Numerical study of flow field in cyclones of different height [J]. Chem. Eng. Process" 2005，44 (2): 877-883; [2] Zhu Y" Kim M. C.， Lee K. W. et al. Design and performance evaluation of a novel double cyclone [J]. Aerosol Sci. and Technol" 2001， 34 (2): 373-380; [3] Plomp A. Beumer M. I. L, Hoffinann A.C. Post cyclone (POC) an approach to a better efficiency of dust cyclone [J]. J. Aerosol Sci" 1996， 27， Suppl. 1， S631-S632; [4] Xiang R. B.， Park S. H., Lee K. W. Effects of cone dimension on cyclone performance [J]. J. Aerosol Sci" 2001， 32 (4), 549-561; [5]钱付平.不同排尘结构及操作条件旋风分离器分 离特性的研究[D]:[博士学位论文].南京东南大学热能工程研究所, 2006 )在这方面做出了大量试验研究，也提出了很多可行的措施和设计 方案并已应用于实际工程中。然而，纵观过去的100多年，旋风分离器的 主要研究方向大都集中在筒体、锥体、排气芯管以及排尘结构上，相对于 旋风分离器的进口形式则很少有人注意，国内外只有极少数学者进行过相 关的研究。实际上，对于常规的切向进口旋风分离器，在旋风分离器顶板， 排气管外壁与筒体内壁之间，由于径向速度与轴向速度的存在，将形成局 部涡流(上涡流)，夹带着相当数量的颗粒向中心流动，并沿排气管外表 面下降，最后随中心上升气流逸出排气管(短路流)，从而影响分离效率。 因此，在旋风分离器的设计中，有效避免这种短路流所造成的不利影响成 为旋风分离器结构优化的关键。沈恒根([6]沈恒根，张玮.旋风分离器进 口回转通道气尘分离模型[J].西安建筑科技大学学报，1998, 30 (1): 44— 46; [7]沈恒根.工业旋风分离器技术的继续研究与应用.[博士后研究工作 报告].西安:西安交通大学，1998)、赵兵涛([8]赵兵涛，沈恒根.旋风器 进口回转通道分级效率模型[J].化工机械,2001,28(6): 321-323; [9]赵兵涛，沈恒根，张吉光.不同进口回转通道旋风器性能的关联评价[J].建筑
热能通风空调，2003， (2):21-22)等提出了在旋风分离器进口区域设置回转 通道从而使回转通道成为进入旋风分离器筒体分离空间前的预分离空间, 有效地降低了进入旋风分离器筒体空间后靠排气芯管一侧的颗粒浓度,减 少了短路流携尘量，显著地提高旋风分离器的分离效率。为了降低旋风分 离器的压力损失，沈恒根([IO]沈恒根，刁永发，党义荣等.多进口旋风分 离器单体性能的试验研究[J]，环境工程,1998， 116 (4) :33 34)及赵兵涛 ([11] Zhao B. T. Experimental investigation of flow patterns in cyclones with conventional and symmetrical inlet geometries [J]. Chem. Eng. Technol, 2005,28 (9): 969-972)等采用了双进口进气，由于进口面积为原来的2倍， 使进口气流速度减半，从而降低了阻力；双进口结构由于采用在旋风分离 器内多点对称进气，增强了旋风分离器内部流场的轴对称性，使短路流携 尘量减少。尽管如此，由于常规切向进口旋风分离器的气流进入旋风分离 器后必定要经过排气芯管外壁和筒体内壁之间，因此，不可避免会存在短 路流。 发明内容
本实用新型的目的在于针对现有旋风分离器结构不可避免会存在短 路流的实际问题，提供一种入口具有倾角的旋风分离器。
本实用新型的目的是这样实现的 一种入口具有倾角的旋风分离器， 由筒体、气流的入口和排气芯管，其中，筒体的上部为圆柱形，下部为倒 圆锥形，排气芯管由筒体顶部中央插入，气流的入口由筒体上端的筒体侧 壁沿切线方向插入，其特征在于气流的入口由筒体上方沿侧壁切线方向 切入，气流的入口与筒体水平截面的倾角cr，倾角的范围是
arctan-< a < arctan
式中Z>.上部圆柱形筒体的直径；De:排气芯管的直径；插入筒体的排气芯管的实际长度。
本实用新型的优点在于由于旋风分离器具有一定的入口倾角后会使 得粉尘由于重力和惯性力的作用直接进入到旋风分离器的芯管以下甚至 是锥体部分，从而直接得到分离，因此不仅能起到使颗粒预分离的作用， 还能更大程度地减小芯管底部短路流。另外，在传统旋风除尘器结构中， 进气蜗壳底板与旋风筒轴线是垂直的，由于气流从上部切线方向进入分离 器后向下旋转，这必然引起分离器顶部倒空形成上涡旋气流产生顶部灰 环，灰环沿着排气管道外表面旋转向下时，会在排气管入口处与已净化废 气的上旋气流混合，而后经排气管排出。而此下倾角度保证了尘粒遇到筒 壁反弹时绝对折射朝下，可以有效的减少进入筒体后向上旋转的气流，从 而减少直接由排气管排出的尘粒数量，以提高旋风分离器的分离效率。同 时，由于旋风分离器的压力损失中入口涡旋损失占很大一部分，而具有一 定入口倾角的旋风分离器将进口的强旋流动变成近似直线运动，因此该结 构还能有效降低旋风分离器的压力损失。
图1具本实用新型实施例的结构示意图； 图2是图1的俯视图3在VanTongeren型旋风分离器中采用不同入口倾角时的压力损失 比较；
图4在Van Tongeren型旋风分离器中采用不同入口倾角时的分级效率 比较。
图中1、入口， 2、排气芯管，3、筒体。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本实用新型实施例的具体结构，
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。 实施例1
由图1图2可见，旋风分离器由筒体3、气流的入口 l和排气芯管2， 其中，筒体3的上部为圆柱形，下部为倒圆锥形，排气芯管2由筒体3顶 部中央插入，气流的入口 1由筒体3上方沿侧壁切线方向切入，气流的入 口 1与筒体3水平截面的倾角《，倾角的范围可以按照下列公式计算
arctan-< a < arctan-.
D-A D —Z)e，
式中D:上部圆柱形筒体的直径；排气芯管的直径；&插入筒 体的排气芯管的实际长度。
在本实施例中，旋风分离器结构尺寸列入表l;根据计算，倾角《的 范围在53-63°。
表l.旋风分离器结构尺寸(单位m)
a6化5
0.200.0910.040.0650.1780.2610.7560.08
实施例2
试验机型VanTongeren型旋风分离器。
实验颗粒为密度为2750kg/m^滑石粉，由SA-CP3离心粒径分析仪测 得其粒径分布。实验颗粒由振动加料器加入旋风分离器入口，入口处颗粒 浓度控制在10g/Nm3。
分离效率由收尘称重法确定，称量仪器为天平(精度为lg)，压力损 失由U型压差计测定。
试验中通过采用0°、 30°、 45°入口倾角进行分离性能的实验，由图3 和图4可见，在相同的入口风速下，随着入口倾角的增加，旋风分离器总 效率和分级效率增加，而压力损失却减小。
权利要求1、一种入口具有倾角的旋风分离器，由筒体、气流的入口和排气芯管，其中，筒体的上部为圆柱形，下部为倒圆锥形，排气芯管由筒体顶部中央插入，气流的入口由筒体上端的筒体侧壁沿切线方向插入，其特征在于气流的入口由筒体上方沿侧壁切线方向切入，气流的入口与筒体水平截面形成倾角α，倾角的范围是<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>arctan</mi><mfrac> <mi>S</mi> <mrow><mi>D</mi><mo>-</mo><msub> <mi>D</mi> <mi>e</mi></msub> </mrow></mfrac><mo><</mo><mi>α</mi><mo><</mo><mi>arctan</mi><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>S</mi> </mrow> <mrow><mi>D</mi><mo>-</mo><msub> <mi>D</mi> <mi>e</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>;</mo> </mrow>]]></math></maths>式中D上部圆柱形筒体的直径；De排气芯管的直径；S插入筒体的排气芯管的实际长度。
专利摘要本实用新型涉及一种入口具有倾角的旋风分离器，由筒体、气流的入口和排气芯管，其中，筒体的上部为圆柱形，下部为倒圆锥形，排气芯管由筒体顶部中央插入，气流的入口由筒体上端的筒体侧壁沿切线方向插入，其特征在于气流的入口由筒体上方沿侧壁切线方向切入，气流的入口与筒体水平截面形成倾角α，倾角的范围是arctan(S/(D-D<sub>e</sub>))＜α＜arctan(2S/(D-D<sub>e</sub>))；式中D上部圆柱形筒体的直径；D<sub>e</sub>排气芯管的直径；S插入筒体的排气芯管的实际长度。
文档编号B04C5/04GK201399389SQ20092003600
公开日2010年2月10日 申请日期2009年3月18日 优先权日2009年3月18日
发明者孙月芹, 王爱民, 钱付平 申请人:江苏菲特滤料有限公司;钱付平