一种旋风分离器的制作方法与工艺

本发明涉及离心分离设备领域，具体涉及一种具有两级分离的旋风分离器。

背景技术：
旋风分离器结构简单、制造维护成本低、灵活性好、适用面宽、分离效率高，并且可以满足不同生产中的需求。因此，在气体净化、环境保护、工业运行等领域中，通常利用旋风分离器来进行气体与杂质的分离。根据旋风分离器内气流的流动情况，可以将旋风分离器分为逆流反转式和直流式。直流式旋风分离器的进气起旋方式为轴向导叶强制气流旋转，故又称为轴流旋风分离器。轴流旋风分离器消除了传统逆流反转旋风分离器中存在的内部漩涡流，减小了运行的压力损失，故其对气体的处理量较大。并且轴流旋风分离器不改变气流的主运动方向，因此便于和管道连接安装，故其应用越来越广泛。但是，轴流旋风分离器对气体和杂质的分离效率低于逆流反转旋风分离器。并且，现有的轴流旋风分离器没有额外的过滤层，分离出的杂质不能及时排出，存在气体与杂质之间二次夹带的问题，分离不彻底，降低了轴流旋风分离器的分离效率。

技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有旋风分离器的不足，提供一种具有两级分离的旋风分离器，可以提高气体与杂质分离的效率。为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：该旋风分离器包括自上而下依次设置的出风口、分离组件、进风口以及排液、灰的装置，所述分离组件包括分离器内筒以及设置于分离器内筒外侧的分离器外筒，进风口与分离组件的下端相连，出风口与分离组件的上端相连，所述分离器外筒与分离器内筒之间留有作为回流通道的间隙，所述分离器外筒内设置有用于使沿进风口轴向进气的气流在分离器内筒内产生一级离心分离的旋流子以及对经过一级离心分离处理后的经回流通道回流的气流进行二级离心分离的二级旋风发生器，排液、灰的装置与所述二级旋风发生器相连。所述分离器内筒与分离器外筒采用同轴嵌套布置方式。所述旋风分离器还包括进口法兰以及出口法兰，所述进风口位于进口法兰上，所述出风口位于出口法兰上，所述出风口、进风口分别与所述分离器内筒的上、下两端对应连通。所述分离器内筒上不同高度处分别设置有沿周向均匀分布的回流槽，所述回流通道通过所述回流槽与所述分离器内筒相连通。所述旋流子设置于所述分离器内筒的下端，并且所述旋流子与所述分离器内筒同轴紧密连接，所述旋流子的外壁面与所述分离器外筒之间留有间隙。所述二级旋风发生器包括中空的内轴、若干个间隔设置的导流通道以及设置于所述导流通道外侧的圆筒形壁面，所述圆筒形壁面与所述旋流子的外壁面同轴紧密连接，所述导流通道的一端与所述内轴相连通，另一端与设置于所述圆筒形壁面上的导流孔相连通，所述圆筒形壁面与所述分离器外筒之间留有间隙，所述内轴的上端与所述旋流子的具有轴向中空结构的叶轴相连。所述导流通道沿所述内轴的切向均匀布置。所述内轴内设置有与所述叶轴相连通的二级旋风导流筒，所述二级旋风导流筒与所述内轴之间留有间隙，该间隙的上端密封。所述分离器内筒内设置有与所述叶轴上端相连的一级旋风导流管，使洁净的低压气体更容易从旋风分离器出风口排出。所述排液、灰的装置与所述内轴的下端相连。本发明的有益效果体现在：本发明所述旋风分离器利用旋流子、回流通道以及二级旋风发生器强制气流进行两级旋风分离，并且利用回流槽以及排液(灰)装置可以及时导出分离出的杂质，因此可以显著的提高旋风分离器对气流中杂质的分离效率。附图说明图1是现有技术中轴流旋风分离器的示意图；图2是本发明所述旋风分离器的主视图；图3是本发明所述旋风分离器的剖面图；图4是本发明所述旋风分离器的立体结构剖分图；图5是本发明所述旋风分离器的分离器内筒结构示意图；图6是在两种典型进气速度下，本发明所述旋风分离器对不同直径颗粒的分离效率的数值模拟结果；图7是本发明所述旋风分离器在不同进气速度下对杂质的分离效率的实验结果；图中：1.排液(灰)管道；2.排液(灰)斗；3.进口法兰；4.一级旋风分离区；5.分离器外筒；6.出口法兰；7.进风口；8.二级旋风导流筒；9.一级旋风导流管；10.螺栓孔；11.回流通道；12.分离器内筒；13.出风口；14.回流槽；15.旋流子；16.密封圆环；17.二级旋风发生器；18.导流孔；19.导流通道；20.圆筒形壁面；21.叶片；22.叶轴；23.内轴；24.二级旋风分离区。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。参见图1，现有的轴流旋风分离器通常采用一级分离，并且存在分离出的杂质不能及时排出的问题，降低了轴流旋风分离器的分离效率，为此，本发明提出了一种具有两级分离的旋风分离器。参见图2和图3，本发明所述旋风分离器包括分离器内筒12(圆筒形)、分离器外筒5(圆筒形)以及自下而上设置的排液(灰)管道1、排液(灰)斗2、二级旋风发生器17、旋流子15和楔形的一级旋风导流管9(切面直径向上逐渐减小)。所述分离器外筒5通过设置于旋风分离器上、下两端的出口法兰6、进口法兰3固定，所述分离器内筒12与旋流子15、二级旋风发生器17同轴紧密连接，并嵌套设置于所述分离器外筒5内部(与分离器外筒5内壁均留有间隙)，分离器内筒12顶部固定在出口法兰6上，二级旋风发生器17底部固定在进口法兰3上。所述分离器外筒5与位于其内侧的分离器内筒12之间形成回流通道11；旋风分离器的位置通过所述出口法兰6、进口法兰3进行固定，旋风分离器的进风口7位于所述进口法兰3上，旋风分离器的出风口13位于所述出口法兰6上，所述出风口13、进风口7分别与所述分离器内筒12的上、下两端对应连通。参见图3以及图4，所述旋流子15由管状叶轴22、与所述叶轴连接的均匀布置的叶片21和位于所述叶片21外侧的圆筒形壁面20组成，该圆筒形壁面20与所述分离器内筒12下端紧密贴合(直径相同)，从而将所述旋流子15同轴固定于所述分离器内筒12底部，所述二级旋风发生器17由管状内轴23(与叶轴22直径相同)、若干个导流通道19(例如四个)和位于所述导流通道19外侧的圆筒形壁面20组成，该圆筒形壁面20与所述旋流子15的圆筒形壁面的下端紧密贴合(直径相同)，从而将所述二级旋风发生器17同轴固定于所述分离器外筒5内(二级旋风发生器17与旋流子15同轴安装)，所述导流通道19沿所述内轴23切向均匀布置，一端与设置于二级旋风发生器17的圆筒形壁面20上的导流孔18(圆筒形壁面的中部)相连通。另一端与所述内轴23内部相连通。所述内轴23的下端与所述排液(灰)斗2的上端相连，排液(灰)斗2的下端自进口法兰3向外伸出，并与所述排液(灰)管道1相连，所述内轴23的上端与所述叶轴22的下端相连，所述叶轴22的上端与所述一级旋风导流管9同轴相连。在所述二级旋风发生器17的内轴23内部设置有同轴安装的且外径略小于内轴23内径的二级旋风导流筒8(高度较大于内轴高度)，所述内轴23和二级旋风导流筒8之间的区域为二级旋风分离区24；所述内轴23与所述叶轴22之间设置有密封圆环16，所述二级旋风导流筒8的上端与所述密封圆环16的端面相连，并利用所述密封圆环16将二级旋风导流筒8和内轴23的顶部密封，从而使所述二级旋风分离区24与所述叶轴22内部之间分隔(环状密封)，防止含有杂质的气体自二级旋风分离区24流入所述叶轴22内部。但所述二级旋风导流筒8与所述叶轴22内部相连通。参见图3以及图5，所述分离器内筒12内位于所述旋流子15上方的区域为一级旋风分离区4，该分离区内沿分离器内筒12壁面的不同高度设置有多行周向均布的回流槽14(回流槽为长条形，沿轴向延伸一定长度)。本发明的工作过程如下：参见图3，进口法兰3与排液(灰)斗2之间形成的环状区域为旋风分离器的进风口7，二级旋风发生器17的四个导流通道19之间互相形成空隙，来自进风口7的带有杂质的气流穿过空隙，气流流动方向为轴向，在旋流子15的作用下，流动方向被强制转换为向上的旋转运动。带有杂质的气流在一级旋风分离区4进行一级离心分离：分离器内筒12靠近壁面部分的气体压力较大，中心区域为低压区，带有杂质的气流在一级旋风分离区4进行分离时，在压力梯度的作用下，杂质颗粒向分离器内筒12壁面附近运动，分离器内筒12中心为洁净气体，杂质则位于分离器内筒12壁面附近；此外，壁面附近气流的切向速度大于分离器内筒12的中心区域，杂质颗粒受到离心力向壁面方向运动。分离器内筒壁面附近的杂质颗粒沿壁面向上运动，通过回流槽14进入分离器内筒12和分离器外筒5之间的回流通道11，并聚集在回流通道11底部，通过导流通道19进入排液(灰)斗2，从而排出旋风分离器。具体而言，压力较高的含有杂质颗粒的气流从所述分离器内筒12周向均布的回流槽14进入回流通道11，经导流孔18、导流通道19沿切向进入二级旋风导流筒8和内轴23之间的二级旋风分离区24，进行切向进气的二级旋风分离：经过二级旋风分离之后的杂质沿内轴23的壁面向下运动，流入与内轴紧密相接的排液(灰)斗2，然后从排液(灰)管道1中排出旋风分离器；经过二级旋风分离之后的洁净气体在压力梯度力的作用下从二级旋风导流筒8下方进入二级旋风导流筒8内部，依次通过旋流子15的叶轴22内部和一级旋风导流管9(与叶轴22紧密连接)。所述一级旋风导流管9将二级分离得到的洁净气体导至一级旋风分离区4的中心，洁净气体随分离器内筒12中心的低压纯净气流经出风口13排出旋风分离器。应用效果实验(1)利用Fluent软件对本发明所述旋风分离器进行了数值模拟计算。图6示出了在4m/s和10m/s两种典型进气速度下，本发明旋风分离器对不同大小颗粒的分离效率。数值计算结果表明，本发明所述旋风分离器对直径在15μm以上的杂质分离效率可以达到80％，可以完全分离直径在20μm以上的杂质；本发明对于直径在5μm以下的杂质分离效率较低。(2)旋风分离器的气液分离效果实验1)实验条件：气温：16.5℃湿度：65％实验原料：水雾化：喷嘴雾化离心风机：0～1200m3/h实验段风速：4～10m/s2)实验结果：采用喷嘴向旋风分离器进风口处喷雾，采用离心风机在旋风分离器出风口吸气，控制旋风分离器筒内气流速度。将喷嘴的喷雾量控制在2.1L/h时，通过离心风机改变旋风分离器筒内的气流速度。实验时，旋风分离器内筒气流速度从4～10m/s变化：测量了九组不同气流速度下，旋风分离器进风口杂质浓度、旋风分离器出风口杂质浓度，由此，可计算不同的筒内气流速度下，本发明旋风分离器对杂质颗粒的分离效率。参见图7，在筒内气流速度为4m/s时，本发明的旋风分离器对杂质颗粒的分离效率最小，分离效率已经可以达到91.46％。且分离效率随筒内气流速度的增加而增加，在筒内气流速度为10m/s时，分离率可以达到96％。根据本发明旋风分离器装置实施方式，可推断，本发明对杂质颗粒的分离效率较高是基于以下原因：即，本发明的旋风分离器是属于机械分离领域分离效率较高的离心分离设备，并且本发明可对带有杂质颗粒的气体进行两级旋风分离：含有杂质颗粒的气体经过旋流子进行一级分离后，分离器筒内洁净气体从管路中心排出，而壁面附近压力较高的气体，夹带着杂质从回流通道进入二级旋风分离区进行二级分离。另外，本发明旋风分离器内筒壁面设置了回流槽以及分离器底部设置了排液(灰)装置，能及时导出经两级分离得到的杂质颗粒。可防止已经分离出的杂质颗粒重新被气体夹带进入旋风分离器。