CN100360244C - 一种离心分离器 - Google Patents

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一种离心分离器,属于工业环保机械设备领域,包括中心旋转轴和外罩壳,离心分离器外罩壳内,设置有对中心旋转轴旋转对称布置并可绕转轴同步旋转的沉降管,沉降管环绕转轴排列成圆台壳形且顺着母线侧面设置,沉降管内在离转轴远的一侧的壁面为一光滑的沉降面,该沉降面可以是光滑曲面或平面,沉降面在其出口端面上对转轴的旋转半径大于在入口端面上的旋转半径。该离心分离器具有较高的分离效率,处理气体流量大,具有自清洁的功能,它还具有节能、低噪音、体积小的优点。

Description

一种离心分离器
技术领域
本发明属于工业环保机械设备领域,特别涉及工业生产中利用惯性离心力作用的一种离心分离器。
背景技术
在现有技术中,利用离心力除尘的分离器的原理主要是:用旋转的叶片使含尘气体高速旋转,含尘气体离开叶片后形成高速旋风,然后在很小的空间里利用旋转产生的离心力使尘粒沉降在固定的纳尘结构里.这种装置存在几个问题:首先气体从其中心到固定沉降壁面的空间里速度由很大变化到0,速度梯度的骤变降低了分离效果;再者尘粒在固定沉降壁面上沉积后所受离心力骤减或消失,使其很快又被高旋气体拖拽扬起;最后,由于分离空间小,往往使得远离沉降壁面的尘粒不及抵达沉降壁面就混杂在气流中而被带出了分离空间。这些问题都限制了此类装置的分离效率。采用旋转隔离空间来除尘的技术是在其设备的入口处先用雾化液体喷入含尘气体中,然后让吸附尘埃的液体在旋转空间里被甩向外壁,达到除尘目的,这些装置的隔离空间在径向上从转轴到其外壁有较长的距离,使得液珠及尘埃穿越它要花较长的时间,也使得分离空间中的惯性力场很不均匀,靠近转轴处离心力很小,导致远离外壁的尘粒不及抵达外壁就混杂在气流中被带出了分离空间,因而就降低了此类设备的效率.另外,用液体来吸纳尘埃除了设备复杂及污液的后期处理问题外,还增加了装置的功耗,这些都限制了这一技术的应用.有关的参考文献如下:(1)轴流离心除尘器(Axialflow centrifugal dust  separator),美国专利申请号:20030136094.(2)尘埃分离器(Dust separator),美国专利号:4543111。
发明内容
本发明需要解决的技术问题,是针对现有惯性离心除尘装置的分离效率不高,结构复杂,功耗大等问题而提出的,本发明的目的,在于提供一种有效的离心分离器,克服上述现有技术中的缺陷,本发明是依靠以下技术方案来实现的,一种离心分离器,包括中心旋转轴和外罩壳,离心分离器外罩壳内,设置有对中心旋转轴旋转对称布置并可绕转轴同步旋转的沉降管,所述沉降管,是由称之为分隔板的平板在圆周方面均匀分隔两个对转轴对称的内、外层圆台侧面所夹的空间,该沉降管环绕旋转轴排列成圆台壳形且顺着母线侧面设置,所述沉降管内在离旋转轴远的一侧的壁面为一光滑的沉降面,该沉降面是光滑曲面或平面,沉降面在其出口端面上对旋转轴的旋转半径大于在入口端面上的旋转半径。
沉降管的轴向长度L大于它在径向的平均宽度D。相对转轴而言,所述沉降管的轴向长度L与其径向平均宽度D的关系应满足L≥1.5D,沉降面到转轴的平均旋转半径R应满足R≥2D。为了达到较好的效果,可以选:L>3D,R>4D。为了实现长的沉降管,还可以采用连接的办法,即:所述沉降管是由2至5节相同的沉降管分段连接而成的,在连接处有分离物导出口及相应的导流板。这样使得沉降管内的尘埃都受到基本等同强度的离心力,再加上沉降距离短,确保了沉降管内不同位置的尘粒在离开沉降管之前都能抵达沉降面而被分离。
为了提高分离效率,本发明的设计还采取了另二个措施.首先,在沉降管的出口处,靠近沉降面设置有防止分离物返回,并将分离物及洁净流体分开导出的导流板,它将分离物与洁净流体分别导出,防止洁净流体被污染,而出口处流体对外部空间的正压力效应则抑制了返尘;其次,在该分离器出口处设有可将分离物中的部份流体送回分离器入口再进行循环分离的回收通道。从导流板分离出来的浓度很高的分离物可用常规方法回收,例如灰尘可用常规的旋风分离法,水膜法及布袋法回收,剩余的少量气体可返回系统总入口循环处理。
本发明所设计的另一个特点是:分离器靠自身的结构对流体实现抽运,各沉降管通过各自的通道分别与离心分离器的总入口与总出口相连,并构成一个流体总通道,每个流体总通道在出口端面上对转轴的旋转半径大于它在入口端面上的旋转半径,这样形成离心风机的结构,对入口端的流体产生抽运。
本发明的设计不仅使得流体自动流向出口端,还使得颗粒在离开沉降面之前始终受到离心力的作用.以除尘为例,它避免了现有技术中尘粒在固定沉降壁上沉积时,因为作用在其上的离心力骤减或消失而被其周围的高旋气流拖拽扬起的情况,沉降管中输运的气体此时非但不扬尘还拖拽尘粒朝出口运动,起到自清理作用,因此本发明设计的除尘分离器无需吸收液来俘获尘粒也能工作,这样一来简化了结构并降低功耗。
对于一台分离器,自清洁能力涉及到其工作效率,除了倾斜的沉降面采用光滑的表面便于被分离物滑向出口外,本发明还采取了另一措施,即将所有沉降管内的沉降面设计成对转轴旋转对称的曲面,而旋转对称的沉降面与各沉降管的分隔板绕转轴可以有相对转动,以便在相对转动过程中利用分隔板将沉降面上的沉降物刮去。
将两个对转轴对称的内、外层圆台侧面分隔为沉降管的分隔板上,沿着平行于沉降面的一条直线开有狭缝,缝宽大于0.5毫米,使得相邻沉降管区间贯通。
本发明所采用的特殊结构还使得气体在旋转沉降面上有一定的压强,在分离器入口处设置有喷液嘴,喷入雾化液体与被分离流体混合后再进入该分离器的沉降管进行处理,这样就会在沉降面上产生一层均匀的吸收液膜,这时系统可工作在扩散吸收状态下,它可对做布朗运动的超细微尘及SOx、NOx类的有害气体进行处理。
本发明所述的结构亦可在所述沉降管入口处的顶壁上开有通孔,出口处设置有反射腔空间,当分离器旋转时,此通孔与其外侧可转动的环形挡隔板上等距离设置的通孔周期性地与高压气体源连通与隔断,从而在沉降管里产生超声波,该超声波经过沉降管出口处设置的反射腔形成超声驻波。超声驻波使细微尘埃凝聚成大颗粒,然后在沉降面上沉积,从而提高系统对做布朗运动的微尘的分离能力,对于超声驻波,较有效的工作频率在12到18千赫兹。
此外,本发明提出的设计亦可对液体进行分离净化,其特点是:所设计的倾斜沉降面,使得其上的分离物受到离心力分力的作用而滑向出口,从而实现自清洁的功能,提高液体分离的工作效率。
在工作效率方面,本发明设计的装置有二个特点。首先,在技术许可范围内可最大限度地加大系统的转速,例如大于7200转/分钟,以及加大沉降管到旋转轴的距离R,例如R>1.0米,以便获得最大的分离效率及最小的尘粒切割直径,它可以达到103~104的分离因素;其二,由于作用在分离物上的离心力始终存在,沉降管里输运的流体不会将分离物扬起,因此所设计的系统在一定条件下可以有较高的处理流量而不会降低分离效率。
综上所述,本发明的有益效果为,该离心分离器具有较高的分离效率,处理气体流量大,具有自清洁的功能,它还具有节能、低噪音、体积小的优点。
附图说明
图1-1、图1-2为沉降管相互贯通的用于除尘的分离器的原理性示意图
图2-1、图2-2、图2-3、图2-4为导流板几种形式的示意图
图3-1为用于除尘的分离器的一个具体实施例
图3-2、图3-3为图3-1所述装置核心部件的示意图
图4为用于液体中杂质去除的分离器示意图
图5为分离微尘及去除SOx、NOx的分离器的示意图
图6-1、图6-2为形成超声驻波的离心分离器的示意图
图7、图8、图9为本发明设计所采用的几种沉降管结构的横向剖面示意图
图10为一种沉降管在轴平面里的剖面示意图
具体实施方式
图1-1、图1-2表示本发明用于气体除尘的离心分离
器沉降管相互贯通的纵向及横向剖面视图的原理示意图,图中,外罩壳1,内部含有沉降管2由分隔板6在圆周方向均匀分隔二个对转轴5对称的内层、外层圆台侧面所夹的空间而得,其中外层的圆台面是光滑的,它被用作沉降面3,分隔板6与沉降面3之间不连接上而是留有一条缝隙,它使得各沉降管间贯通,增大了沉降面3的面积并有利于防止积尘的聚结。
沉降面3由入口处垂直于转轴5的入口端面18连续延伸到出口处垂直于转轴5的出口端面19,沉降管2在轴向的长度为L,它在径向的平均宽度为D,沉降面3到转轴的平均旋转半径为R,它们之间的关系满足L≥1.5D,R≥2D,这样保证进入沉降管2的气体中的尘粒在离开之前都能受到有效的分离并落到沉降面3上,其导流板为4;
沉降管2与连接入口管13的通道构成系统的流体总通道,流体总通道入口的旋转半径小于出口的旋转半径,当系统高速旋转时由于离心力作用就会对其中的含尘气体产生向出口管14的抽运。含尘气体被抽入沉降管2后,离心力使得尘粒沉降在与它一起高速旋转的沉降面3上,降落在倾斜沉降面3上的尘粒受离心力分力及流动气体的拖拽而向出口管14运动,经导流板4将积尘与洁净气体分别导出。
图2-1、图2-3及图2-4所示的是不同形状与位置的导流板4安置在沉降管3上的结构形式;图2-2是导流板2固定不动的结构形式,分离物经导流板4后与洁净流体分开导出,避免了返尘污染洁净流体的可能性。
图3-1是一个较完整的离心除尘分离器的实施例,含尘气体在分离器的抽运作用下被抽入沉降管2,在沉降管2里尘粒在离心力作用下沉落在沉降面3上,由于沉降面3相对于转轴5有一定的倾角,使得沉积的尘粒受离心力分力的作用而滑向出口管14,经导流板4后被送入集尘室11,落入液体中最后被清除,仍含少量尘埃的气体则经过回流管12重新送入装置的入口端进行再处理。洁净气体从出口管14引出。
图3-1所述装置的旋转外壳上安有导流叶片10,当装置旋转时,它搅动周围空气给沉降管散热,从而使该系统能处理高温气体。
图3-2、图3-3是图3-1所述装置核心部件的结构图,沉降面3是从旋转对称圆台内面分隔而成的,分隔片6除了分隔出一系列沉降管,同时还起到风机叶片的作用,它可以是沿圆台母线由上至下的矩形平片,也可是沿圆台母线侧面弧形旋转而下的螺旋叶片,以增加气流的通畅及增加沉降面的长度。本装置采用离心风机的引出结构,使得系统可以定向输出被除尘后的洁净气体。
图4是本发明针对液体进行分离处理的示意图。沉降管2是用分隔板6均匀分隔对转轴5旋转对称的圆台面而得的,系统旋转时悬浮物受离心力作用沉积在沉降面3上,倾斜的沉降面3使沉降物受离心力分力作用而滑向导流板4并被分离出去,在此系统中使用二节相连的沉降管2,以便减小沉降物到出口的滑动距离,降低沉降物在沉降面3上产生固结的可能性,为节能把出口14设置在旋转半径比沉降面3末端的旋转半径小而比流体总通道入口旋转半径大的地方。
为进一步清洁沉降面3上的沉降物,设计使得沉降面3与包括分隔板6的内部结构能相对转动及沿转轴5方向的相对错动,以便利用分隔板刮掉沉降面3上不能自清洁的沉积物。
图5是本发明设计分离微尘及去除SOx及NOx的示意图,装置的核心部分由多层沉降管组成,每个沉降管2的轴向长度L与其径向宽度D之比都较大,L/D>5,吸收液由喷嘴7喷出,在沉降管里液滴受离心力的作用沉积在沉降面3上,本例中,沉降面3是旋转对称的圆台面由分隔板6分隔而成的,这种结构使得吸收液以一层膜的形式均布在沉降面3上,当系统高速旋转时,气体在沉降面3上产生压强,增加了气液接触及吸收,从而能去除微尘及SOx、NOx等气体。
图6-1、图6-2是按本发明设计的具有产生超声驻波功能的分离器的示意图,沉降管2的顶端开有通孔16,当系统旋转时通孔16经可旋转的遮挡环板8上的开孔17周期性地与高压气体通与断,从而在沉降管2里产生超声波。超声波经沉降管2的下端设置的反射腔15反射,在沉降管2里形成超声驻波。超声驻波可使细小尘粒聚成大尘粒,然后沉降在沉降面3上被分离。
图7、图8、图9是基于本发明设计的几种沉降管及其布局的横切剖面示意图,它们都是对旋转轴5对称布置的,并且在任一轴平面里它们的剖面都是由上至下逐渐变大,以便对气体实现抽运及利于沉降面3上的积尘下滑。
图7是沉降面为光滑平面的情形,它是6边对称布置的;图8是沉降管相互贯通结构的另一种形式,沉降面仍是光滑平面;图9是具有旋转对称布置的分立沉降管2的分离器的示意图,当需要沉降面3对转轴5的旋转半径较大,又不宜加工直径较大的圆台壳的时候,可用条板材料加工此圆台壳沿母线的一个条板,然后做成管状固定在上小下大的二个圆盘架上,  圆盘架的外侧圆弧面与条板上弧面应相配,这样就可实现旋转半径大的圆台侧壁沉降面,实现高的分离效率;
图10是一种沉降管在轴平面里的剖面示意图,沉降面3的剖面轮廓线不为直线,而是适于尘埃受离心力分力作用向下滑动的弯曲线。

Claims (9)

1、一种离心分离器,包括中心旋转轴和外罩壳,其特征在于,离心分离器外罩壳内,设置有对中心旋转轴旋转对称布置并可绕转轴同步旋转的沉降管,所述沉降管,是由称之为分隔板的平板在圆周方向均匀分隔两个对转轴对称的内、外层圆台侧面所夹的空间,该沉降管环绕旋转轴排列成圆台壳形且顺着母线侧面设置,所述沉降管内在离旋转轴远的一侧的壁面为一光滑的沉降面,该沉降面是光滑曲面,沉降面在其出口端面上对旋转轴的旋转半径大于在入口端面上的旋转半径,沉降管的轴向长度L大于它在径向的平均宽度D。
2、根据权利要求1所述的离心分离器,其特征在于,所述沉降管的轴向长度L与其径向平均宽度D的关系满足L≥1.5D,沉降面到转轴的平均旋转半径R满足R≥2D。
3、根据权利要求1所述的离心分离器,其特征在于,在沉降管的出口处,靠近沉降面设置有防止分离物返回,并将分离物及洁净流体分开导出的导流板。
4、根据权利要求1所述的离心分离器,其特征在于,所述沉降管是由2至5节相同的沉降管分段连接而成的,在连接处有分离物导出口及相应的导流板。
5、根据权利要求1所述的离心分离器,其特征在于,在所述沉降管入口处的顶壁上开有通孔,出口处设置有反射腔空间,当分离器旋转时,此通孔与其外侧可转动的环形挡隔板上等距离设置的通孔周期性地与高压气体源连通与隔断,从而在沉降管里产生超声波,该超声波经过沉降管出口处设置的反射腔形成超声驻波。
6、根据权利要求1所述的离心分离器,其特征在于,该分离器出口处设有将分离物中的部份流体送回分离器入口再进行循环分离的回收通道。
7、根据权利要求1所述的离心分离器,其特征在于,所述沉降管通过各自的通道分别与离心分离器的总入口与总出口相连,并构成一个流体总通道,每个流体总通道在出口端面上对转轴的旋转半径大于它在入口端面上的旋转半径。
8、根据权利要求1所述的离心分离器,其特征在于,在分离器入口处设置有喷液嘴,喷入雾化液体与被分离流体混合后再进入该分离器的沉降管进行处理。
9、根据权利要求1所述的离心分离器,其特征在于,所述沉降面与所述分隔板绕中心旋转轴有相对转动,以便在相对转动过程中利用分隔板将沉降面上的沉降物刮去。
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