用于提高使用气态流体流的旋风分离器的分离效率的装置和方法
【专利摘要】本发明公开一种用于提高使用气态流体流的旋风分离器的分离效率的装置和方法，根据本发明，其方法特点是从输入介质流开始，采用通过组件流管的组件流，其管道穿过旋风分流器的中心管，组件流与已经形成的龙卷流相撞，在这里组件流分解了龙卷流从而阻止龙卷流携带固态物质穿过中心管进入净化的介质流的输出流中。
【专利说明】用于提高使用气态流体流的旋风分离器的分离效率的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于提高使用气态介质流的旋风分离器的分离效率的方法，其中，经过净化的气态介质流通过进气导管进入旋风分离器，最终在旋风分离器的锥形下半部分的底端，在旋风分离其内部以不断变化的旋转流运动方式进入旋转的龙卷流，流入相反的方向。
【背景技术】
[0002]在先有技术中，旋风分离器用于分离存在于气流中的固态物质。在旋风分离器中，气态介质流进入旋风分离器内部后流入旋风分离器内部旋转的离心流中，通常是从顶部向底部流动。当旋风分离器以竖立位置运行时，气态介质流的入口设置在旋风分离器的顶部边缘，在这种情况下，气态介质流的流动方式为在圆柱形的旋风分离器内部向下开始旋转运动。当旋风分离器在保持其流动速度的同时旋转介质流向下流入旋风分离器的锥形底部分时，旋转介质流以特定的角速度加速。当旋转介质流到达旋风分离器的锥形底面部分的底端时，旋转介质流将在维持其旋转方向的同时被迫向上转向。那么，众所周知，在旋风分离器的底端的最低点处就会形成所谓的龙卷风效应，例如夏季在大风旋转时即可看见。
[0003]通常，灰尘和其他固态物质会被吸入这样的龙卷风漩涡中，被龙卷风漩涡带动并被抬高到更高的位置。只有在龙卷风漩涡分解后，固态物质才能够自由落下并从龙卷风中分离出来。
[0004]原则上，在旋风分离器的锥形部分下端的内部也会形成同样的龙卷风。龙卷涡总是会携带一些灰尘或固态物质颗粒与气态介质流一起进入旋风分离器。这就是为什么通常不会将旋风分离器视为好的灰尘分离器的原因，因为随着龙卷流，甚至体积较大的灰尘颗粒都能够从旋风分离器中流出，由于这个原因，使用先有技术的旋风分离器，不能够实现特别严格的分尚限值。
[0005]目前，有大量不同的旋风解决方案在使用，其中需要提及的是所谓的低压、中压和高压旋风分离器。这是指在旋风分离器中气态介质流动时在流过标称容积时所要求的压力降。通常，低压旋风分离器的直径较大，相反地，高压旋风分离器的直径则相对较小。在高压旋风分离器中，压力降可能会高达2000帕，而在低压旋风分离器中，压力降则通常低于1000帕。高压旋风分离器的结构通常是成组的并排构造，这种情况下的该等解决方案被称为多管旋风分离器组。相对而言，这样的多管旋风分离器组的制造较为困难，因为其由许多小型的旋风分离器组成，而其尺寸精度的要求非常高。这就是为什么多管旋风分离器组的制造较为昂贵的原因。同样，由于压力降的量级不同，与低压旋风分离器的运行耗能相比，其运行需要相当多的能量。
[0006]旋风分离器的分离效率取决于旋风分离器内部形成的离心力场。通常，普遍认为气态介质流的角速度越大，离心力场的强度越强，而离心力场的强度与介质流的角速度的平方存在直接的正比例关系。这就是为什么与直径较大的旋风分离器相比，直径较小的旋风分离器是更加有效的分离器的原因。根据这一比例关系，在特殊解决方案中，即使多管旋风分离器的投资成本和能量消耗都较高，但却越来越频繁地使用多管旋风分离器。尽管如此，旋风分离器尚不能够满足高效分离的要求。
[0007]根据先有技术，通过龙卷风效应可以在合理范围内进行消减的方式了解一个解决方案。该解决方案包括在距离旋风分离器的中心管上的孔的合适距离处安装龙卷风消除板，该板能够防止龙卷流直接流入中心管内。该先有技术解决方案的缺点是消除板的集中磨损以及消除板的尺寸可能产生对旋风分离器锥形部分的过度磨损。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是对旋风分离器的先有技术解决方案进行改善。更加具体而言，本发明的目的是提供一种显著提高旋风分离器的分离效率的方法。
[0009]一种用于分离和净化气态介质流的旋风分离器，包括配有进气导管的圆柱形上部、圆锥形底部以及中心管，在中心管的管壁上布置有进入口以及在相对的圆锥形底部的下端布置有排出口的组件流管，这样处理后的组件流管延伸穿过中心管的内部，输入介质流的组件流部分从中心管的外部位置穿过并且在旋风分离器的内部穿过中心管的管壁进入组件流管，从组件流管流出并撞上在圆锥形底部的下端形成的龙卷流，这样组件流分解了龙卷流并防止固态物质与净化后的气态介质的排出流混在一起被带入中心管。
[0010]一种提高用于气态介质流的旋风分离器的分离和清洁效率的方法，在旋风分离器中，待净化的气态介质流以输入介质流形式穿过进气导管流入旋风分离器的内部并且在基本上为圆筒形的旋风分离器的上部和旋风分离器的圆锥形底部的上部的内部以旋转流运动的方式流动，在旋风分离器的圆锥形底部的下部中气态介质流的旋转流运动发生改变，成为与旋风分离器的锥形底部的上部中的旋转流运动的方向相反的方向进行旋转的龙卷流运动，固态物质从旋风分离器中的气态介质中分离出来，从而引导分离出固态物质的气态介质穿过旋风分离器的中心管，包括以下步骤:
[0011]布置组件流管，从而将中心管的管壁上的开口至少延伸至中心管的内部的位置，
[0012]使输入介质流的组件流穿过中心管的外部位置和旋风分离器的内部范围并进入组件流管，以及引导组件流管中的组件流与龙卷流方向相对，这样组件流会分解龙卷流并阻止固态物质被携带着穿过中心管进入净化后的气态介质的输出流中。
[0013]进一步地包括控制从输入介质流中分离的组件流的量的步骤，这样分离出的组件流的量会小于输入介质流体积的10%。
[0014]进一步地包括控制从输入介质流中分离的组件流的量的步骤，这样分离出的组件流的量会是输入介质流体积的0.1%至5%。
[0015]进一步地包括确定相对于圆锥形底部的下端的组件流管的下端的位置的步骤，这样就会有足够的空间形成龙卷流。
[0016]其中，组件流管的直径比中心管的直径要小。
[0017]其中，使组件流穿过并进入组件流管的步骤包括，由于旋风分离器的圆锥形底部的下端中的龙卷流而形成真空的步骤，这样在靠近旋风分离器的圆锥形底部的下端的组件流管的输出端与组件流管的输入端之间形成压力差，穿过组件流管输入介质流成为组件流。
[0018]进一步地包括确定组件流管位置的步骤，这样组件流管的圆柱形部分的中心轴与中心管的中心轴正好吻合。
[0019]其中，组件流管的布置应将中心管的外部和穿过中心管侧壁的旋风分离器的内部范围内的位置延伸至中心管的内部。
[0020]其中，组件流从位于基本上为圆柱形的旋风分离器的上部分范围内的位置的输入介质流中分离开来。
[0021]一种用于分离和净化旋风分离器中气态介质的方法，包括以下步骤:
[0022]引导使待净化的气态介质穿过进气导管以输入介质流的形式进入旋风分离器的内部，以使得输入介质流在基本上为圆柱形的旋风分离器的上部以及旋风分离器的圆锥形底部的上部以旋转流运动的方式流动，在旋风分离器的圆锥形底部的下端中的输入介质流的旋转流运动方向改变为与旋风分离器的圆锥形底部的上部中的旋转流运动方向相反的旋转龙卷流运动方向，
[0023]引导旋风分离器中经净化后的气态介质穿过贯穿旋风分离器的圆柱形上部的中心管，
[0024]布置组件流管从而将中心管的管壁上的开口至少延伸至中心管内，并且
[0025]使输入介质流的组件流部分穿过中心管外部和旋风分离器内部范围的位置并进入组件流管，以及
[0026]引导组件流管中的组件流与龙卷流方向相对，这样组件流会分解龙卷流并阻止固态物质被携带着穿过中心管进入净化后的气态介质的输出流中。
[0027]其中，组件流管的布置以将中心管的外部和穿过中心管侧壁的旋风分离器的内部范围内的位置延伸至中心管的内部，并且组件流从位于基本上为圆柱形的旋风分离器的上部分范围内的位置的输入介质流中分离开来。
[0028]一种提高用于气态介质流的旋风分离器的分离效率的方法，包括以下步骤:
[0029]引导带净化的输入气态介质流穿过进气导管进入旋风分离器，这样输入介质流最终以向下的方向流动，在输入介质流到达旋风分离器的圆锥形底部的底端前，旋风分离器内部的旋转流保持运动并变为旋转龙卷流，通常为与向下的方向相对的向上方向的旋转流运动，
[0030]引导净化后的气态介质的输出流穿过旋风分离器中的中心管，
[0031 ] 在中心管内布置组件流管，这样组件流管在中心管的管壁上有一个进入口，
[0032]输入介质流的组件流经过旋风分离器内部的传递，穿过中心管的管壁上的进入口，进入组件流管，以及
[0033]引导组件流管中的组件流与已经形成的龙卷流方向相对，这样组件流可以分解龙卷流，从而阻止固态物质被龙卷流携带着穿过中心管进入净化后的气态介质的输出流中。
[0034]进一步地包括组件流的使用步骤，该流体的体积小于输入介质流体积的10%。
[0035]进一步地包括组件流的使用步骤，使用的该流体的体积范围在输入介质流体积的0.1%至5%之间。
[0036]进一步地包括确定组件流管的下端位置的步骤，这样有充分的时间形成龙卷流。
[0037]进一步地包括组件流管的使用步骤，该管的直径小于中心管的直径。
[0038]根据本发明，其方法特点是从输入介质流开始，采用通过组件流管的组件流，其管道穿过旋风分流器的中心管，组件流与已经形成的龙卷流相撞，在这里组件流分解了龙卷流从而阻止龙卷流携带固态物质穿过中心管进入净化的介质流的输出流中。
[0039]使用本发明的解决方案，则有可能消除龙卷流中包裹的灰尘或固态物质进入旋风分离器的中心管并且进一步阻止进入输出流。使用根据本发明的方法，对于较大直径的旋风分离器，其分离程度可达到相当于或者甚至超过多管旋风分离器的分离效率，但是，虽然如此，通过旋风分离器的气体流不用必须形成超过1000帕的压力降。
[0040]本发明依据的理念是，通过组件流的流入与龙卷风相撞的方式，已经在旋风分离器的锥形部分形成的龙卷风被分解，在此过程中应采用合适的组件流，否则从旋风分离器的吸入流开始就会被自身所吸收。然后，含有杂质的龙卷流与输入的气态介质流一起再次重新循环进行净化。以合适的方式使组件流流过，使用穿过旋风分离器的中心管的组件流管并且该组件流管的直径比中心管小得多。组件流被吸入该组件流管的过程是由于旋风分离器中存在压力差异而造成的，由于在旋风分离器的锥形底部中存在的龙卷流的高速旋转运动而形成真空。使用根据本发明的解决方案，存在于龙卷流中的固态物质能够经过再次循环进行分离，并且因此旋风分离器的总体分离能力得到极大地改进，能够与多管旋风分离器的总体分离能力相媲美。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1为根据本发明所使用的旋风分离器的优选实施方案的示意剖面图。
【具体实施方式】
[0042]如图1所示旋风分离器10的组成部分包括机架部分即圆柱形外壳部分11、用于气态介质流A净化的进气流导管12以及中心管13，穿过该中心管，净化后的气态介质流以流体C的形式流出。旋风分离器10的机架部分11在其底部14为锥形。在锥形底部14的底端，有一个排出口，排出口上布置有一个关闭装置15，固态物质通过该排出口以流体B的形式被去除。这样的解决方案是常规的方案并从先有技术即可了解。
[0043]输入介质流A开始在旋风分离器10的圆柱形外壳11的内部以流体a的形式开始旋转，在其围绕中心管旋转的同时，其旋转方向是向下的。当旋转流a到达旋风分离器10的锥形底部14时，流体a开始以一个越来越小的旋转半径进行旋转，然而流体a仍然与输入的流体A的速度相对应。这就是为什么在锥形底部14处，流体a的角速度变得越来越快的原因。然后，离心力/离心力场与角速度的平方成比例地增加，而这就是为什么在不断增加的离心力场中，固态物质的颗粒被投到圆锥形底部14的筒壁上的原因，从这里开始，颗粒沉入圆锥形底部14的排出口并穿过该所述的开口进入所知的关闭部分15，从这里以流体B的形式离开。在圆锥形底部14的下端，流体a转换为方向向上的流体b，即成为所谓的龙卷流，具有与流体a—致的旋转方向，只是其运动方向是向着中心管13的下端孔口。由于锥形底部14的圆锥形状，龙卷流b穿入主要流体方向反向的流体a的内部。由于流体速度继续与输入介质流A的流体速度保持完全一致，与流体a的角速度相比，龙卷流b的角速度变为多重速度。这就造成在龙卷流b的内部以及其紧挨的附近形成密集的真空。
[0044]根据本发明，在旋风分离器10的中心管13的内部，最好是在中心管的中心轴上，布置组件流管16，其直径比中心管13的直径要小得多。组件流管16的开口下端直接指向在圆锥形底部14中形成的龙卷流b。组件流管16最好延伸超过中心管13的孔口并朝向圆锥形底部14，以此确保龙卷流b形成的真空效应能够变得足够地强大以形成组件流C，最好是离开介质流A流入旋风分离器10。
[0045]组件流管16的顶端最好延伸到中心管13的顶端的附近，在这里组件流管穿过中心管13的管壁。从这里流入组件流管16的组件流c能够分解龙卷流b以及所含的固态物质，正如组件流c从组件流管16的底端释放出来一样。因此，在龙卷流b中所含的固态物质随着流体a分散开来，从而重新循环进行分离。
[0046]当组件流c从介质流A中脱离进入旋风分离器10时，与介质流A相比其大小可以忽略不计，通常，体积小于10%，最好为体积的0.1%...5%。因此，在旋风分离器内部，完全被该组件流c所填充。这样的组件流c要求具有200-500帕的压力差，而该压力差在旋风分离器在接受其公称流A的时候在低压旋风分离器中已经形成。当然，由于出现在旋风分离器的进入口 12的压力与出现在中心管13的孔口处的压力相比，存在旋风分离器的压力降，进入组件流管16的流体在压力差下已经部分生成。组件流c已经分解了龙卷流b之后，从组件流管16排出进入流体a中在旋风分离器内部旋转。
[0047]通过使用依据本发明的方法，与常规的旋风分离器的分离效率相比，实现了非常高的分离效率。通过使用本发明，有可能完全消除目前在所有旋风分离器运行时就会出现的龙卷风效应。另一方面，依据本发明，该解决方案对旋风分离器的结构、制造成本以及外观的影响可以完全忽略不计。
[0048]圆锥形底部14的组件流管16的下端的位置，除了其他方面以外，取决于圆锥形底部14的陡度以及流体a的速度，即取决于圆锥体的荷载。
[0049]一般而言，圆锥形底部14的初始端可以考虑为合适的组件流管16的下端的位置，但是本发明绝对不需要对组件流管16的下端的位置要求精确定位。本发明的主要目的是进入组件流管16的组件流c的量应，尽可能精确地，等于完全分解旋风分离器10中形成的龙卷流b所需要的量。当然，这必须分别对各旋风分离器的结构进行计算和测量。根据本发明，经旋风分离器10净化的介质流可以在将龙卷流b中所含的固态物质清除后被逸入中心管13。在这种情况下，从旋风分离器10的中心管13中释放出的经净化的介质流C能够尽可能的保持洁净。
[0050]以上仅是对本发明的解决方案原理进行说明，并且跟显然，对于对技术娴熟的人而言，在附带的专利申请中确定的创意范围内可以对所述的解决方案进行大量的修改。
【权利要求】
1.一种用于分离和净化气态介质流的旋风分离器，包括配有进气导管(12)的圆柱形上部、圆锥形底部(14)以及中心管(13)，其特征在于: 在中心管(13)的管壁上布置有进入口以及在相对的圆锥形底部(14)的下端布置有排出口的组件流管(16)，这样处理后的组件流管(16)延伸穿过中心管(13)的内部，输入介质流的组件流部分从中心管(13)的外部位置穿过并且在旋风分离器(10)的内部穿过中心管(13)的管壁进入组件流管(16)，从组件流管(16)流出并撞上在圆锥形底部(14)的下端形成的龙卷流，这样组件流分解了龙卷流并防止固态物质与净化后的气态介质的排出流混在一起被带入中心管(13)。
2.一种提高用于气态介质流的旋风分离器的分离和清洁效率的方法，在旋风分离器(10)中，待净化的气态介质流以输入介质流形式穿过进气导管流入旋风分离器(10)的内部并且在基本上为圆筒形的旋风分离器(10)的上部和旋风分离器(10)的圆锥形底部(14)的上部的内部以旋转流运动的方式流动，在旋风分离器(10)的圆锥形底部(14)的下部中气态介质流的旋转流运动发生改变，成为与旋风分离器的锥形底部(14)的上部中的旋转流运动的方向相反的方向进行旋转的龙卷流运动，固态物质从旋风分离器中的气态介质中分离出来，从而引导分离出固态物质的气态介质穿过旋风分离器(10)的中心管(13)，其特征在于:包括以下步骤: 布置组件流管(16)，从而将中心管(13)的管壁上的开口至少延伸至中心管(13)的内部的位置， 使输入介质流的组件流穿过中心管(13)的外部位置和旋风分离器(10)的内部范围并进入组件流管(16)，以及引导组件流管(16)中的组件流与龙卷流方向相对，这样组件流会分解龙卷流并阻止固态物质被携带着穿过中心管(13)进入净化后的气态介质的输出流中。
3.根据权利要求2中所述的方法，进一步地包括控制从输入介质流中分离的组件流的量的步骤，这样分离出的组件流的量会小于输入介质流体积的10%。
4.根据权利要求2中所述的方法，进一步地包括控制从输入介质流中分离的组件流的量的步骤，这样分离出的组件流的量会是输入介质流体积的0.1%至5%。
5.根据权利要求2中所述的方法，进一步地包括确定相对于圆锥形底部(14)的下端的组件流管(16)的下端的位置的步骤，这样就会有足够的空间形成龙卷流。
6.根据权利要求2中所述的方法，其中，组件流管(16)的直径比中心管(13)的直径要小。
7.根据权利要求2中所述的方法，其中，使组件流穿过并进入组件流管(16)的步骤包括，由于旋风分离器的圆锥形底部(14)的下端中的龙卷流而形成真空的步骤，这样在靠近旋风分离器的圆锥形底部(14)的下端的组件流管(16)的输出端与组件流管(16)的输入端之间形成压力差，穿过组件流管(16)输入介质流成为组件流。
8.根据权利要求2中所述的方法，进一步地包括确定组件流管位置的步骤，这样组件流管(16)的圆柱形部分的中心轴与中心管的中心轴正好吻合。
9.根据权利要求2中所述的方法，其中，组件流管(16)的布置应将中心管(13)的外部和穿过中心管(13)侧壁的旋风分离器的内部范围内的位置延伸至中心管的内部。
10.根据权利要求2中所述的方法，其中，组件流从位于基本上为圆柱形的旋风分离器(10)的上部分范围内的位置的输入介质流中分离开来。
11.一种用于分离和净化旋风分离器中气态介质的方法，包括以下步骤:引导使待净化的气态介质穿过进气导管以输入介质流的形式进入旋风分离器(10)的内部，以使得输入介质流在基本上为圆柱形的旋风分离器(10)的上部以及旋风分离器(10)的圆锥形底部(14)的上部以旋转流运动的方式流动，在旋风分离器(10)的圆锥形底部(14)的下端中的输入介质流的旋转流运动方向改变为与旋风分离器(10)的圆锥形底部(14)的上部中的旋转流运动方向相反的旋转龙卷流运动方向， 引导旋风分离器(10)中经净化后的气态介质穿过贯穿旋风分离器的圆柱形上部的中心管(13)， 布置组件流管(16)从而将中心管(13)的管壁上的开口至少延伸至中心管内，并且 使输入介质流的组件流部分穿过中心管外部和旋风分离器内部范围的位置并进入组件流管(16)，以及 引导组件流管(16)中的组件流与龙卷流方向相对，这样组件流会分解龙卷流并阻止固态物质被携带着穿过中心管进入净化后的气态介质的输出流中。
12.根据权利要求11中所述的方法，其中，组件流管(16)的布置以将中心管(13)的外部和穿过中心管侧壁的旋风分离器(10)的内部范围内的位置延伸至中心管(13)的内部，并且组件流从位于基本上为圆柱形的旋风分离器(10)的上部分范围内的位置的输入介质流中分1?开来。
13.提高用于气态介质流的旋风分离器的分离效率的方法，包括以下步骤: 引导带净化的输入气态介质流穿过进气导管进入旋风分离器(10)，这样输入介质流最终以向下的方向流动，在输入介质流到达旋风分离器(10)的圆锥形底部(14)的底端前，旋风分离器(10)内部的旋转流保持运动并变为旋转龙卷流，通常为与向下的方向相对的向上方向的旋转流运动， 引导净化后的气态介质的输出流穿过旋风分离器中的中心管(13)， 在中心管(13)内布置组件流管(16)，这样组件流管(16)在中心管(13)的管壁上有一个进入口， 输入介质流的组件流经过旋风分离器内部的传递，穿过中心管(13)的管壁上的进入口，进入组件流管，以及 引导组件流管中的组件流与已经形成的龙卷流方向相对，这样组件流可以分解龙卷流，从而阻止固态物质被龙卷流携带着穿过中心管(13)进入净化后的气态介质的输出流中。
14.根据权利要求13中所述的方法，进一步地包括组件流的使用步骤，该流体的体积小于输入介质流体积的10%。
15.根据权利要求13中所述的方法，进一步地包括组件流的使用步骤，使用的该流体的体积范围在输入介质流体积的0.1%至5%之间。
16.根据权利要求13中所述的方法，进一步地包括确定组件流管的下端位置的步骤，这样有充分的时间形成龙卷流。
17.根据权利要求13中所述的方法，进一步地包括组件流管的使用步骤，该管的直径小于中心管的直径。
【文档编号】B04C5/30GK104437907SQ201410696418
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】林蓝晨 申请人:北京贝睿通信息咨询有限公司