CN101962108B - 龙卷风式吹扫方法及其旋流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种龙卷风式吹扫方法及其旋流装置，通过旋流装置喷射龙卷风式扰动流对堆放物料进行吹扫干预；本发明根据龙卷风的袭击具有突发性且具有猛烈的破坏力，产生的风能够在很小的区域内集中释放出巨大的能量的特点和原理，在局部空间范围内，如密封灰罐筒体或其它容器中，采用短时间制造出能集中释放巨大能量的粉尘物料搅动模式，借助其猛烈破坏力的功能，既可减少气体消耗量，又高效地干预粉尘物料初始自然堆放状态，是一种简单、方便、高效的疏尘方法；与磨损率极高、提高爆炸危险度的机械转动叶轮或导流板等方式相比，本发明更加贴近龙卷风形成环境、可靠和安全。

Description

龙卷风式吹扫方法及其旋流装置

技术领域

本发明涉及一种吹扫方法，特别涉及一种用于松散、搅动、混匀或清除物料的外部干预吹扫方式及其装置。

背景技术

在物料输送及储存容器中，粉尘物料具有流动性差、易粘附和易板结的特点，因而，存在容器中的粉尘物料在外部无法检测到其真实的料面高度，则需要外界干扰主动改变粉尘的堆积排布方式，达到准确检测灰位高度以及疏通送灰的目的。

现有技术中，对密度的非均匀性、起伏堆放、粉尘相互间凝并、易板结的粉尘类物料进行主动干预其初始自然堆放状态，改善灰位检测外部工作环境、克服卸灰不畅等状况，通常有下面几种作法：

1）物料容器壁振动：此种方式在一定程度上能改变粉尘的排布方式，起到抚平堆放的尖峰，消除板结或悬留造成的空洞的作用；但是，由于振动的作用，粉尘的堆放随着振动的持续将越来越密实，由此变得更易板结，极其不利于后续的卸灰操作。

2）直通气体吹扫：通过气体吹扫吹动搅拌粉尘起到主动干预粉尘物料自然堆放的作用，此种方式局部效果较明显，但气体吹扫不到的区域则成为死角；同时吹扫气体受压力、温度、喷嘴特性、物料颗粒度、密度等限制，在粉尘中吹动的有效距离有限。

3）采用空气（氮气）炮：利用发射脉冲气体产生震荡破坏性更强的特点，尽可能大的搅动粉尘物料，配合喷嘴形状的改变，以及发射角度的调整等措施，取得了较好的预期效果，但当粉尘颗粒缝隙中含有水分，造成板结后，各类喷嘴的气体出口断面积都较小无论圆形、椭圆形、鸭嘴形、多孔等，由于提高气体喷射速度，气体直接接触粉尘物料的面积很小，使得实际有效搅动粉尘物料区域受限，上述含有较多水分而严重板结的粉尘中实施气体喷射的结果是形成一个与喷嘴断面积形状类式的细长空洞，无法使容器内物料平整，从而无法检测到真实的物料料位。

4）机械搅拌：属于直接有效的一种方式，但耗能、磨损造成运行成本偏高，另外引发的火花、飞尘直接将爆炸危险度提高，能应用的场所有限。

5）摇动或倾翻罐体：使物料重新堆积排布粉尘结构，但是对于工业大型设备则不易实现。

因此，需要一种适用于对容器内粉尘物料进行主动干扰的方式，能够简单、方便、高效的使初始自然堆放状态的非均匀性、起伏堆放、粉尘相互间凝并、易板结的粉尘类物料改变为平整的堆积排布方式，达到准确检测灰位高度以及疏通送灰的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种龙卷风式吹扫方法及其旋流装置，能够简单、方便、高效的使初始自然堆放状态的非均匀性、起伏堆放、粉尘相互间凝并、易板结的粉尘类物料改变为平整的堆积排布方式，达到准确检测灰位高度以及疏通送灰的目的。

本发明的龙卷风式吹扫方法，通过喷射龙卷风式扰动流对堆放物料进行吹扫干预。

进一步，龙卷风式扰动流由在物料堆放空间较低位置向上喷射的上升喷射流和沿上升喷射流切向喷射的旋流构成；切向喷射流沿高度方向依次分布排列，使切向喷射流之间以接力方式向上依次传递喷射，加强核心旋流和向上延伸，组成龙卷风的形成环境；

进一步，所述上升喷射流和切向喷射流均为旋流流体，所述切向喷射流的旋转方向在中心区域与上升气流相遇时同向，所述上升喷射流和切向喷射流均由环缝状旋流出口喷射形成；

进一步，所述切向喷射流的环缝状旋流出口为同心斜切口，可通过安装时绕轴线旋转斜切口方向，调整气体局部喷射量和喷射角度；

进一步，通过龙卷风式扰动流对物料进行吹扫干预时，具体包括以下步骤：

a.启动上升喷射流，发出窄带和高频率气体喷射脉冲，疏化粉尘结构；从低到高使切向喷射流逐个发出多个窄带和高频率气体喷射脉冲，向周边的粉尘注射气体，使其疏松和流化；切向喷射流依次传递到最高点一个后，根据物料疏松和流化情况重复；窄带和高频率的喷射模式是现有技术中用于疏松物料的窄带和高频率标准；

b.所有环缝状旋流出口同步喷射，发出多个宽带和低频率气体喷射脉冲，上升喷射流起到悬浮物料的作用，切向喷射流喷出切向旋转高速气体，切割粉尘带动物料翻腾旋转，再次强化物料流动性；宽带和低频率的喷射模式是现有技术中用于疏松物料的窄带和高频率标准；

c. 进行龙卷风机理粉尘干预模式，上升喷射流形成中心区域夹带粉尘强烈上升气流，切向喷射流发出多个宽带和低频率气体脉冲喷射工作方式，从低到高使切向喷射流依次传递，直至切向喷射流依次传递到最高点，根据物料疏松情况重复本步骤。

本发明还公开了实施一种龙卷风式吹扫方法的旋流装置，包括环缝旋流器，所述环缝旋流器包括外套管和内套于外套管的内套管，所述内套管外圆与外套管内圆之间形成旋流喷射腔体，所述旋流喷射腔体一端为由内套管外圆端头部与外套管内圆端头部之间形成的旋流环缝出口。

进一步，所述内套管靠近旋流环缝出口设置径向压力平衡通孔；所述内套管与旋流环缝出口侧相对应的端头部为喇叭口结构，所述径向压力平衡通孔设置于喇叭口结构处；

进一步，所述旋流喷射腔体的旋流结构通过呈螺旋状态自由缠绕于内套管外圆的导流管形成，所述螺旋状导流管可轴向伸缩；

进一步，所述内套管和外套管同心设置，所述旋流喷射腔体位于物料容器外侧的端尾部密封，所述导流管密封穿过外套管壁进入旋流喷射腔体；所述内套管内套轴向设有导流杆或者料位计检测杆，所述导流杆或者料位计检测杆通过配对法兰与内套管和外套管外侧端部固定连接；

进一步，环缝旋流器上位于旋流环缝出口中心部位设有直吹出口，用于旋流器单独形成龙卷风式扰动流。

本发明的有益效果是：本发明的一种龙卷风式吹扫方法及其旋流装置，采用对物料喷射龙卷风式扰动流对物料进行吹扫干预的方式，利用类似龙卷风机理的袭击具有突发性且具有猛烈的破坏力，产生的风能够在很小的区域内集中释放出巨大的能量的特性和原理，在局部空间范围内，采用短时间制造出能集中释放巨大能量的粉尘物料搅动模式，增大粉尘物料局部的翻滚力度，同时旋流发散后扩大了喷射的有效区域，促使粉尘碰撞、移动加剧，进而带动物料重新堆积排布，尽可能消除死角范围；借助其猛烈破坏力的功能，破坏板结物料，既可减少气体消耗量，又高效地干预粉尘物料初始自然堆放状态，因此，本发明用于主动干扰容器内粉尘物料，能够简单、方便、高效的使初始自然堆放状态的非均匀性、起伏堆放、粉尘相互间凝并、易板结的粉尘类物料改变为平整的堆积排布方式，达到准确检测灰位高度以及疏通送灰的目的；与磨损率极高、提高爆炸危险度的机械转动叶轮或导流板等方式相比，本发明更加贴近龙卷风形成环境、可靠和安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明龙卷风模式形成机理示意图；

图2为本发明龙卷风模式形成机理切向示意图；

图3为本发明旋流装置的结构剖面示意图；

图4为图1沿A向视图。

具体实施方式

图1为本发明龙卷风模式形成机理示意图，图2为本发明龙卷风模式形成机理切向示意图，如图所示：本实施例的龙卷风式吹扫方法，通过喷射龙卷风式扰动流对堆放物料进行吹扫干预；所述龙卷风式扰动流的流体为气体、蒸汽、液体、添加颗粒的气体、添加颗粒的蒸汽、添加颗粒的液体或者其至少两种的混合物，增加颗粒可以实现击打效应，液体主要用于坚固物料的溶解和清洗；还可在流体内添加药剂起到化学溶解或者清洗作用；一般情况下采用惰性气体，达到对物料干扰的目的，还能够避免粉尘爆炸；龙卷风式扰动流即是包括中心气流和周边气流的龙卷风式流动模式，可通过任何一种能使流体实现类似龙卷风形式流动的机械、喷吹方式实现。

本发明根据龙卷风的袭击具有突发性且具有猛烈的破坏力，产生的风能够在很小的区域内集中释放出巨大的能量的特点和原理，适合在局部空间范围内，如密封灰罐筒体或其它容器中，采用短时间制造出能集中释放巨大能量的粉尘物料搅动模式，借助其猛烈破坏力的功能，既可减少气体消耗量，又高效地干预粉尘物料初始自然堆放状态。

龙卷风式扰动流与自然界中龙卷风原理相同，形成的第一步是需要强烈的上升气流和切变风造成的中部开始旋转，第二步是需要核心旋流加强和上下的延伸；可在局部空间（容器中）范围内人为制造环境实现。

本实施例中，如图1和图2所示，图中点画线中箭头所示，龙卷风式扰动流由在物料堆放空间较低位置向上喷射的上升喷射流和沿上升喷射流切向喷射的旋流构成；切向喷射流沿高度方向依次分布排列，使切向喷射流之间以接力方式向上依次传递喷射，加强核心旋流和向上延伸，组成龙卷风的形成环境；搅动和推动粉尘物料作圆周运动的控制方式，从中部区域开始向上和沿圆周方向依次传递直到最高点的切向喷射流完成；因此，本发明通过持续制造上升喷射气流和中部旋转气流，接力方式向上依次传递喷射旋转气流加强核心旋流和向上延伸，一系列的措施共同营造出龙卷风初始形成环境，形成龙卷风机理粉尘干预模式；在龙卷风机理粉尘干预模式作用下粉尘物料在容器中心区域在上升喷射流作用下由下至上随上升喷射流持续移动，而从切向喷射流区域开始通过切向喷射流推动粉尘作圆周旋转运动，并逐级向上延伸，形成物料搅动和旋转。

本实施例中，所述上升喷射流和切向喷射流均为旋流流体，所述切向喷射流的旋转方向在中心区域与上升气流相遇时同向，所述上升喷射流和切向喷射流均由环缝状旋流出口喷射形成；旋流流体能够实现龙卷风模式的初期对物料进行有效扰动和疏松，为其形成提供良好的环境；环缝状气体出口能有效扩散直接接触粉尘物料的面积区域，增大了针对板结粉尘的驱动效能，耗气量基本相等时，增大了针对板结粉尘的搅动效能气体以螺旋状喷射，通过增大粉尘物料局部的翻滚力度，进而带动重新堆积排布，环状缝隙中浅导流槽的开口角度对螺旋发散起作用外。

本实施例中，所述切向喷射流的环缝状旋流出口为同心斜切口，也就是环缝状旋流出口平面与其中心线的角度不是90°，可通过安装时绕轴线旋转斜切口方向，调整气体局部喷射量和喷射角度；另外配合环缝状旋流出口的喷吹位置，能够确保螺旋状气流在容器中心区域的旋转方向朝上起到强化上升气流的作用；同时，根据所需的流体喷射量和喷射方向计算并合理取得环缝状旋流出口斜切角度。

本实施例中，通过龙卷风式扰动流对物料进行吹扫干预时，采用惰性气体为流体，具体包括以下步骤：

a.启动上升喷射流，发出窄带和高频率气体喷射脉冲，疏化粉尘结构；从低到高使切向喷射流逐个发出多个窄带和高频率气体喷射脉冲，向周边的粉尘注射气体，使其疏松和流化；切向喷射流依次传递到最高点一个后，根据物料疏松和流化情况重复；a步骤是首先疏化粉尘结构，使切向喷射流向周边的粉尘注射气体，起到疏松、流化粉尘的作用；

b.所有环缝状旋流出口同步喷射，发出多个宽带和低频率气体喷射脉冲，上升喷射流起到悬浮物料的作用，切向喷射流喷出切向旋转高速气体，切割粉尘带动物料翻腾旋转，再次强化物料流动性；切向喷射流沿灰罐筒体切向旋转高速气体，气钻“切割”粉尘带动物料翻腾旋转，实现再次强化物料流动性的目的；

c. 进行龙卷风机理粉尘干预模式，上升喷射流形成中心区域夹带粉尘强烈上升气流，切向喷射流发出多个宽带和低频率气体脉冲喷射工作方式，从低到高使切向喷射流依次传递，直至切向喷射流依次传递到最高点，根据物料疏松情况重复本步骤；由于受到供气量的约制，避免气源压力出现减少，降低切向喷吹的气体推动粉尘的效果，中、上部环缝状旋流吹扫装置仍采取发出多个宽带、低频率气体脉冲喷射工作方式；逐个脉冲喷射沿容器切向旋转高速气体，搅动（推动）粉尘物料翻腾旋转，并向上和沿圆周方向依次传递，反复进行若干循环周期，在减少耗气量的同时，尽可能地营造出龙卷风形成机理所必须的环境。

图3为本发明旋流装置的结构剖面示意图，图4为图1沿A向视图，如图所示：本实施例的实现龙卷风式吹扫方法的旋流装置，本实施例中，物料设置于一容器内，介质采用惰性气体；如图所示，旋流装置包括环缝旋流器，所述环缝旋流器包括向内穿过物料容器6壁的外套管2和内套于外套管2的内套管1，所述内套管1外圆与外套管2内圆之间形成旋流喷射腔体9，所述旋流喷射腔体9一端头（位于物料容器6内的一端）为由内套管1外圆端部与外套管2内圆端部之间形成的旋流环缝出口8；本发明通过旋流环缝出口8喷出旋转气流，增大接触粉尘面积，降低耗气量，增大了针对板结粉尘的驱动效能；同时气体发散后扩大了喷射的有效区域，促使粉尘碰撞、移动加剧。

本实施例中，所述内套管1靠近旋流环缝出口8设置径向压力平衡通孔10；所述内套管1与旋流环缝出口8相对的端头部为喇叭口结构，所述径向通孔10设置于喇叭口结构处；旋流环缝出口8引导喷射气体喷射行进过程中旋流喷射腔体内压力较高，少量气体会从径向通孔泄出，搅动局部死角，形成相对洁净的小环境；喷射过程结束时，旋流喷射腔体9瞬间产生负压，气体由径向压力平衡通孔10进入旋流喷射腔体9平衡压力，避免旋流喷射腔体回吸大量的粉尘；同时，一台旋流装置单独使用时，在环缝中央再开一个小孔，独自组成龙卷风的形成环境，适用于小流量、管道（狭小空间）吹扫应用工作环境中；喇叭口结构使旋流环缝出口面积小于旋流喷射腔体的横截面积，喇叭口结构的角度能够对流体螺旋发散起作用外，形成较好面积较大的喷射效果，增加搅动动力。

本实施例中，所述旋流喷射腔体9的旋流结构通过呈螺旋状态自由缠绕于内套管外圆的导流管3形成，所述导流管3出气口与旋流环缝出口8之间留有设定间距；如图所示，导流管3向旋流环缝出口8方向螺旋缠绕，导流管3进气口端通过快装接头5固定且与气源连通；螺旋盘绕的导流管具备一定的伸缩能力，能够自适应调整气体旋转角度；在遇到较大粉尘喷射阻力时，喷射反作用力导致弹簧状导流管压缩变形量多，使得喷射的气体旋转性更强，短距离气钻“切割”粉尘的能力将提高；在粉尘背压较小时，弹簧状导流管压缩变形少，喷射的气体旋转性减弱，气体总体动能不变的情况下，长距离喷吹“推动”粉尘的能力将提高；当然，也可以采用在内套管外圆或外套管内圆加工旋流槽的结构，可实现发明目的，但无法实现动力的自适应调整。

本实施例中，所述旋流喷射腔体9位于物料容器6外侧的端尾部密封，所述导流管3密封穿过外套管1壁进入旋流喷射腔体9；结构简单紧凑，易于实现。

如图1和图2所示，本实施例中，所述物料堆积空间（物料容器6）的底部和侧面均分布有环缝旋流器，位于物料堆积空间底部的环缝旋流器12的旋流环缝出口向上；位于侧面的环缝旋流器11的旋流环缝出口方向与位于底部的环缝旋流器12的旋流环缝出口流体旋流方向一致且相切；所述位于侧面的环缝旋流器11的旋流环缝出口为与其内套管和外套管径向截面呈夹角的斜切口；形成容器内整体的龙卷风模式，对整个容器内的物料进行有效搅动；容器中通过位于物料容器底部的环缝旋流器来持续制造上升喷射气流，以及通过侧壁的环缝旋流器制造中部旋转气流，由于位于侧面的环缝旋流器11的旋流环缝出口为斜切口，因此可以向斜上方引导气流，使接力方式向上依次向上传递喷射，形成加强核心旋流和向上延伸，造出龙卷风初始形成环境；本实施例中，斜切口与其内套管和外套管径向截面之间的夹角a为5°，当然，也可以根据需要进行调整；本结构一方面使得环状缝隙过气开口面积非均匀，即喷射出的气量会不相同，相应搅动粉尘的能力也随夹角a不相同；另外一方面，根据容器的直径大小，调整切向气体喷射路由。

实际上，根据具体需要，侧壁分布的环缝旋流器可以为多层次布置，可以沿圆周方向布置多个，且上下错开分布；本实施例中为沿圆周方向均布三个，底部设置一个；配对或多套复合使用时，在容器中通过上升气流，切向脉冲式旋转气流，加强核心旋流和向上延伸，适用于主要应用于大流量吹扫工作状况。

本实施例中，所述内套管2内套设有导流杆或者料位计检测杆，所述导流杆或者料位计检测杆通过配对法兰4与内套管1和外套管2外侧端尾部固定连接；本实施例中采用料位计检测杆7，具有一定的引导气流作用，同时用于检测物料料位，结构简单紧凑；本实施例中，所述内套管1和外套管2同心设置；易于气量和吹扫位置的精确控制。

同时，如果对于较为狭窄或者空间较小的环境中，环缝旋流器上位于旋流环缝出口中心部位设有直吹出口，也就是位于旋流环缝出口的圆心处，用于形成上升气流，与旋流环缝出口的旋流气配合，使旋流器单独形成龙卷风式扰动流。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或/和等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种龙卷风式吹扫方法，其特征在于：通过旋流装置喷射龙卷风式扰动流对堆放物料进行吹扫干预；

龙卷风式扰动流由在物料堆放空间较低位置向上喷射的上升喷射流和沿上升喷射流切向喷射的旋流构成；切向喷射流沿高度方向依次分布排列，使切向喷射流之间以接力方式向上依次传递喷射，加强核心旋流和向上延伸，组成龙卷风的形成环境；

所述上升喷射流和切向喷射流均为旋流流体，所述切向喷射流的旋转方向在中心区域与上升气流相遇时同向，所述上升喷射流和切向喷射流均由环缝状旋流出口喷射形成；

所述切向喷射流的环缝状旋流出口为同心斜切口，可通过安装时绕轴线旋转斜切口方向，调整气体局部喷射量和喷射角度；

通过龙卷风式扰动流对物料进行吹扫干预时，具体包括以下步骤：

a.启动上升喷射流，发出窄带和高频率气体喷射脉冲，疏化粉尘结构；从低到高使切向喷射流逐个发出多个窄带和高频率气体喷射脉冲，向周边的粉尘注射气体，使其疏松和流化；切向喷射流依次传递到最高点一个后，根据物料疏松和流化情况重复；

b.所有环缝状旋流出口同步喷射，发出多个宽带和低频率气体喷射脉冲，上升喷射流起到悬浮物料的作用，切向喷射流喷出切向旋转高速气体，切割粉尘带动物料翻腾旋转，再次强化物料流动性；

c. 进行龙卷风机理粉尘干预模式，上升喷射流形成中心区域夹带粉尘强烈上升气流，切向喷射流发出多个宽带和低频率气体脉冲喷射工作方式，从低到高使切向喷射流依次传递，直至切向喷射流依次传递到最高点，根据物料疏松情况重复本步骤。

2.一种实现权利要求1所述的龙卷风式吹扫方法的旋流装置，其特征在于：包括环缝旋流器，所述环缝旋流器包括外套管和内套于外套管的内套管，所述内套管外圆与外套管内圆之间形成旋流喷射腔体，所述旋流喷射腔体一端为由内套管外圆端头部与外套管内圆端头部之间形成的旋流环缝出口。

3.根据权利要求2所述的旋流装置，其特征在于：所述内套管靠近旋流环缝出口设置径向压力平衡通孔；所述内套管与旋流环缝出口侧相对应的端头部为喇叭口结构，所述径向压力平衡通孔设置于喇叭口结构处。

4.根据权利要求3所述的旋流装置，其特征在于：所述旋流喷射腔体的旋流结构通过呈螺旋状态自由缠绕于内套管外圆的导流管形成，所述螺旋状导流管可轴向伸缩。

5.根据权利要求4所述的旋流装置，其特征在于：所述内套管和外套管同心设置，所述旋流喷射腔体位于物料容器外侧的端尾部密封，所述导流管密封穿过外套管壁进入旋流喷射腔体；所述内套管内套轴向设有导流杆或者料位计检测杆，所述导流杆或者料位计检测杆通过配对法兰与内套管和外套管外侧端部固定连接。

6.根据权利要求5所述的旋流装置，其特征在于：环缝旋流器上位于旋流环缝出口中心部位设有直吹出口，用于旋流器单独形成龙卷风式扰动流。

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