CN107073486A - 包括由优化的管单元相连的两个气旋分离器的气旋分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对流体中包含的固体颗粒进行气旋分离的装置(10)，所述装置包括主气旋室(12)、次级气旋室(14)、用于载带有固体颗粒的流体的入口通道(90)、用于固体颗粒已被清除的流体的出口通道(18)以及管道单元(20)，所述入口通道通向所述主气旋室，所述出口通道连接至所述次级气旋室，所述管道单元将所述主气旋室连接至所述次级气旋室并且被所述主气旋室包围。所述管道单元包括芯部(60)以及帽(62)，所述芯部界定所述次级气旋室并且具有至少一个螺旋形的凹槽，所述螺旋形的凹槽的底部以朝向所述次级气旋室移动的方式移动远离所述次级气旋室的轴线(34)，所述帽覆盖所述芯部的一部分，以与所述凹槽一起界定出通道(82)，该通道将所述主气旋室连接至所述次级气旋室。

Description

包括由优化的管单元相连的两个气旋分离器的气旋分离装置

技术领域

本发明涉及对流体(尤其是气体)中包含的固体颗粒进行气旋分离的领域并且尤其涉及一种用于对流体(尤其是气体)中包含的固体颗粒进行气旋分离的装置，该装置包括主气旋室、次级气旋室、至少一个用于载带有固体颗粒的流体的入口通道、至少一个用于固体颗粒已被清除的流体的出口通道、以及将主气旋室连接到次级气旋室的管道单元，其中，该入口通道通向主气旋室，该出口通道连接至次级气旋室。

背景技术

这种装置通过流体的快速旋转而运转以便将流体从最初混合在流体中的微细固体颗粒分离。分离由趋于将固体颗粒移动到外壁的离心力造成。实际上，这些颗粒沿该壁的摩擦引起了所述颗粒的动能的减少，从而导致颗粒掉落到为此而设置的收集室中。

在这种装置中，有时也被称为“主气旋分离器”的主气旋室串联地连接至有时也被称为“次级气旋分离器”的次级气旋室。较大粒径的颗粒在主气旋室中被分离，而较小粒径的颗粒在次级气旋室中被分离。

专利US 4 853 008描述了一种已知的类型的气旋分离装置，其包括同轴的主气旋分离器和次级气旋分离器。

两个气旋分离器通过位于其外部的沿次级气旋分离器的壁的上部行进的管道构件而串联地连接。这些管道构件在上游连接至主气旋分离器，并且在下游终止于螺旋形偏转装置，该螺旋形偏转装置形成次级气旋分离器的入口。

这种形成次级气旋分离器的入口的装置在下述的点处在次级气旋分离器的上端处延伸：在该点处，次级气旋分离器的横向范围为最大，以这种方式使空气切线地注入到次级气旋分离器的壁。

因此，次级气旋分离器的上部必须容置在主气旋分离器的外部，以便避免流体从主气旋分离器的入口直接到达次级气旋分离器的入口并且因此使主气旋分离器的循环不足。然而，这导致装置的尺寸过大。此外，这使得必须提供复杂且具有较大长度的管道构件，从而可能引起大的水头损失。

另外，管道构件包括位于主气旋分离器内的透孔壁或网格，从而使得能够过滤在上述的管道构件附近循环的向下的流量中存在的大直径的灰尘。

该网格的存在通过管道构件和进入主气旋分离器中的载带有固体颗粒的空气的流量之间的接近度而成为必要的。然而，这种网格的缺点在于其随着装置被使用而逐渐地堵塞。

发明内容

本发明的目的尤其在于提供一种针对这些问题的简单、经济且有效的解决方案，使得能够至少部分地避免上述的缺点。

本发明为此提出了一种用于对流体中包含的固体颗粒进行气旋分离的装置，该流体例如是气体，该装置包括：

-主气旋室；

-次级气旋室；

-至少一个用于载带有固体颗粒的流体的入口通道，该入口通道通向主气旋室；

-至少一个用于固体颗粒已被清除的流体的出口通道，次级气旋室通向该出口通道；以及

-管道单元，该管道单元将主气旋室连接至次级气旋室并且被主气旋室包围。

根据本发明，管道单元包括：

-芯部，该芯部形成次级气旋室的界限，该芯部具有设置有至少一个螺旋形的凹槽的外表面，该螺旋形的凹槽具有底部，该底部沿朝向该次级气旋室的方向从次级气旋室的纵向轴线张开(diverge)；以及

-帽，该帽以如下方式覆盖芯部的一部分：与螺旋形的凹槽或每个螺旋形的凹槽一起界定出一通道，该通道具有通向主气旋室的入口以及通向次级气旋室的出口。

以本身已知的方式，主气旋室设置成将较大粒径的固体颗粒分离，而次级气旋室设置成将较小粒径的固体颗粒分离。

管道单元由主气旋室包围的事实使得能够减小装置的总体尺寸。

根据本发明的管道单元的具体构型使得管道单元的入口能够相对于该室的纵向轴线更靠近，而管道单元的出口相对于该室的径向外部区域更靠近。这使得能够将次级气旋室的入口布置地尽可能地远离主气旋室的外部的循环有载带有较大粒径的固体颗粒的流体的区域，同时在外部界定该室的壁附近将流体注入到次级气旋室中。

因此，这种固体颗粒直接进入次级气旋室中而使主气旋室循环不足的风险被减小到最小。本发明使得能够尤其在下述的构型中将该风险保持到最小程度：在该构型中，次级气旋室的入口定位成轴向地靠近主气旋室的入口。

次级气旋室相对于主气旋室的这种定位尤其在本发明的优选实施例中遇到，在该优选实施例中，次级气旋室由主气旋室整体地包围。

此外，有利地，装置的出口通道沿次级气旋室的纵向轴线延伸穿过芯部。

另外，优选地，装置的出口通道的至少一部分由设置有涡动破坏键槽的表面界定。

这种平行于次级气旋室的纵向轴线延伸的键槽使得能够破坏流体在装置的出口处的旋转。

优选地，芯部的外表面包括多个围绕次级气旋室的纵向轴线规律地分布的螺旋形的凹槽。

优选地，帽由关于次级气旋室的纵向轴线对中的回转体的壁形成。

有利地，帽以下述的方式模制：沿朝向该次级气旋室的方向从次级气旋室的纵向轴线张开。

沿穿过次级气旋室的纵向轴线行进的平面观察，帽因此具有与所述螺旋形的凹槽或每个螺旋形的凹槽的底部的曲率类似的曲率。由帽和由螺旋形的凹槽界定的通道的径向范围可因此从该通道的一个端部到另一端部保持恒定。

优选地，主气旋室在外部由外部环形壁界定，该外部环形壁关于次级气旋室的纵向轴线对中并且包括渐缩的锥形部分。

有利地，该外部环形壁包括张开的锥形部分，该张开的锥形部分在外部环形壁的颈部的水平高度处连接至外部环形壁的渐缩的锥形部分。

优选地，次级气旋室在外部由内部环形壁界定，该内部环形壁包括在内部环形壁的颈部的水平高度处相互连接的渐缩的锥形部分和张开的锥形部分。

此外，优选地，主气旋室通向主收集室，该主收集室用于接纳在该主气旋室内分离的固体颗粒。

另外，有利地，装置在主气旋室的出口处包括第一涡动破坏叶片。

这种叶片形成对涡动流体的障碍，易于破坏该流体的旋转并且因此限制微细固体颗粒的再悬浮。这些叶片因此使得能够减小主收集室中收集的固体颗粒被主气旋室内循环的涡流携带的风险。

以类似的方式，优选地，次级气旋室通向次级收集室，该次级收集室用于接纳在次级气旋室内分离的固体颗粒。

另外，有利地，装置在次级气旋室的出口处包括第二涡动破坏叶片。

这些叶片使得能够减小次级收集室中收集的固体颗粒被次级气旋室内循环的涡流携带的风险。

此外，优选地，通向主气旋室的入口通道具有螺旋形的形状。

被允许进入到装置中的流体可因此以切向于主气旋室外壁的方式并且沿相对于该室的相反的端部倾斜的方向被注入到该室中。

附图说明

根据阅读以下作为非限制性示例并且参照附图的说明，将更好地理解本发明并且本发明的其它的细节、优点和特征也将变得更清楚，在附图中：

-图1为根据本发明的优选实施例的装置的纵向截面的局部示意性视图；

-图2为图1的一部分的放大视图；

-图3为图1的装置的一部分的示意性透视图；

-图4为属于图1的装置的芯部的示意性透视图；

-图5为图1的装置的一部分的纵向截面的示意性透视图；

-图6和图7为图1的装置的分别沿图1的平面VI-VI和VII-VII的横向截面的示意性视图。

在所有这些图中，相同的附图标记可指示相同的或相似的元件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的优选实施例的用于对流体中包含的固体颗粒进行气旋分离的装置10，该流体例如为气体或液体。

为方便起见，以下的说明参照正交系X、Y、Z做出。

一般而言，装置10包括主气旋室12、次级气旋室14、用于允许载带有固体颗粒的流体进入主气旋室中的入口头部16、连接到次级气旋室14以使固体颗粒已被清除的流体能够离开的出口通道18、将主气旋室12流体连接至次级气旋室14的管道单元20、用于收集大粒径的固体颗粒的主收集室22、以及用于收集较小粒径的固体颗粒的次级收集室24。

主气旋室12在外部由外部环形壁30界定，并且在内部由内部环形壁32界定，该内部环形壁在外部界定出次级气旋室14。因此，该次级气旋室14延伸到由内部环形壁32界定的空间中并且因此完全地被主气旋室12包围。

在所示的示例中，环形壁30和32相对于平行于Z轴的同一纵向轴线34对中，该纵向轴线因此形成气旋室12和14中的每个的纵向轴线。

入口头部16安装在外部环形壁30的第一纵向端部40上，管道单元20安装在内部环形壁32的第一纵向端部42上，内部环形壁的第一纵向端部与入口头部16位于同一侧上。

环形壁30和32分别具有第二纵向端部44和46，第二纵向端部上安装有收集模块50，该收集模块使收集室22和24结合在一起。

根据本发明，管道单元20包括芯部60和帽62，该芯部和该帽在图2至图5中更清楚地显现。

芯部60(图4)具有设置有螺旋形的凹槽66的外表面64。这些凹槽由从芯部的心部70(图5)突出地延伸的螺纹68界定。在本发明的术语中，外表面64因此限定为由螺纹68的所有相应的外边缘构成。

在所示的示例中，凹槽66的数量为四个(图4)。这些凹槽66围绕芯部60的纵向轴线规律地分布，芯部的纵向轴线与气旋室的纵向轴线34重合。因此，在所示的示例中，每个凹槽66相对于在各圆周方向上与其相继的凹槽成角度地移动了90度，这种成角度的移动自然地围绕纵向轴线34限定。

芯部60以下述的方式模制：使得螺旋形的凹槽66中的每个的底部72沿朝向次级气旋室14的方向(即，沿尺寸Z减小的方向)从纵向轴线34张开。更准确地，芯部的横向截面从其位于入口头部16一侧上(即，位于尺寸Z增大的一侧上)的第一纵向端部74到其位于相反侧上的第二纵向端部76变宽(图4)。该第二纵向端部76形成次级气旋室14的界限并且内接在横向平面P1中。螺旋形的凹槽66中的每个在该横向平面P1的水平高度处通向次级气旋室14。

如图2、图3和图5所示，芯部60包括中心纵向通道78，该中心纵向通道在芯部的第一纵向端部74中和其第二纵向端部76中敞开。因此从端部到端部横穿芯部的通道78形成装置的出口通道18的一部分。

在所示的示例中，芯部60在次级气旋室14中包括空气动力学的环形喷口80，该环形喷口突出超过芯部的第二纵向端部76的方式延伸，以延长中心纵向通道78，从而将流体引导到该通道78的入口(图5)。喷口80的内表面设置有纵向键槽81，该纵向键槽在后文中被称为“涡动破坏键槽”。

帽62(图3和图5)具有与芯部的外表面64的被帽覆盖的部分的形状互补的形状。因此，有利地，帽62呈在芯部60的方向上凹入的环形壁的形状。帽62例如具有球顶、椭球顶或卵圆形的形状。帽62具有被芯部60横穿的上部开口65(图2和图5)。因此，芯部具有上部的未被覆盖的部分。

一般而言，帽62与螺旋形的凹槽66中的每个一起界定螺旋形的通道82，螺旋形的通道具有连接至主气旋室12的入口84(图5)以及连接至次级气旋室14的出口86(图3)。螺旋形的通道82的相应的入口84形成在帽62的开口65中。

因此，帽62以沿朝向次级气旋室14的方向从纵向轴线34张开的方式模制。

沿图2的穿过纵向轴线34的平面观察，帽62因此具有与每个螺旋形的凹槽66的底部的曲率相似的曲率。每个螺旋形的通道82的径向范围可因此从该通道的一个端部到另一端部保持恒定。

如图2和图3所示，入口头部16包含螺旋形的入口通道90，入口通道具有通向主气旋室12的端部以及连接至入口配件92(图3)的相反的端部，该入口配件用于连接至用于向装置供应待净化的流体的管。

入口头部16还包括例如具有锥形形状的导管94(图2)，该导管延长芯部60的中心纵向通道78并且与装置的外部连通以能够排出固体颗粒已被清除的空气。

如图1所示，外部环形壁30包括在外部环形壁30的颈部104的水平高度处相互连接的渐缩的锥形部分100和张开的锥形部分102。渐缩部分100具有直径在尺寸Z减小的方向上变窄的横向截面，而张开的锥形部分102具有直径在尺寸Z减小的方向上变宽的横向截面。外部环形壁30因此具有渐缩-张开的轮廓。

以类似的方式，内部环形壁32包括在内部环形壁32的颈部114的水平高度处相互连接的渐缩的锥形部分110和张开的锥形部分112。渐缩部分110具有直径在尺寸Z减小的方向上变窄的横向截面，而张开的锥形部分112具有直径在该同一方向上变宽的横向截面。内部环形壁32因此还具有渐缩-张开的轮廓。

内部环形壁32的颈部114定位成轴向地面对外部环形壁30的颈部104。另外，内部环形壁32的渐缩的锥形部分110定位成轴向地面对外部环形壁30的渐缩的锥形部分100，而内部环形壁32的张开的锥形部分112定位成面对外部环形壁30的张开的锥形部分102。

收集模块50包括具有圆形截面的圆筒形形状的外壁120以及也具有圆形截面的圆筒形形状的内壁124，该外壁延伸至外部环形壁30的延长部分中并且在其下端处由底部122封闭，该内壁延伸至内壁环形壁32的延长部分中。

因此，主收集室22延伸至主气旋室12的延长部分中，而次级收集室24延伸至次级气旋室14的延长部分中。每个收集室以大致气密的方式连接至相关联的气旋室。

此外，装置10在主气旋室12的出口处包括第一涡动破坏叶片130(图1和图6)。这些第一叶片130径向地延伸并且将环形壁30和32的相应的第二纵向端部44和46相互连接。这些第一叶片130围绕纵向轴线34规律地分布，并且在数量上例如为六个。在一个变型中，第一叶片可将收集室50的内壁124连接至收集室的外壁120。

以类似的方式，装置10在次级气旋室14的出口处包括第二涡动破坏叶片132(图1和图7)。这些围绕纵向轴线34规律的分布的第二叶片132径向地延伸并且在数量上例如为四个。在所示的示例中，第二叶片132将收集室50的内壁124连接至中心纵向支柱134，该中心纵向支柱固定至该模块50的底部122。

应注意的是，使流体能够移动的构件可以具有任何适合的常规的类型并且将不会在本说明书中详细地说明。这些构件通常包括布置在导管94的出口处的机动化的推进器，该推进器例如处于连接至该导管94的扩展空间中。

现在将说明装置10的运转。

载带有固体颗粒的流体由连接至入口配件92的管引导，并且穿过入口配件进入到入口通道90中，该入口通道将涡动运动传输至流体。

因此，来自入口通道90的流体进入到主气旋室中的同时具有大致切向于外部环形壁30并且相对于横向平面形成锐角的方向，使得流体的旋转运动具有沿尺寸Z减小的方向定向的分量(图1：箭头F1)。

由于管道单元20的构型，来自入口通道90的流体保持相对地远离螺旋形地通道82的通向次级气旋室14的相应的入口84，使得不论入口84和入口通道90的出口之间的轴向接近度如何，主气旋室12的“循环不足”或“旁通”的风险都减小至最小。

在主气旋室12中，大粒径的固体颗粒通过气旋效应以相反地布置离心力和由流量内的低压力梯度引起的向心力的方式而与流体分离，该离心力取决于颗粒的速度和质量以及颗粒的轨迹的曲率半径。该气旋效应由于外部环形壁30的渐缩-张开的轮廓而被最大化。大粒径的固体颗粒通过摩擦而损失其动能并且掉落到主收集室22中。另外，将次级气旋分离器定位在主气旋分离器内使得能够破坏传统的气旋分离器中通常存在的类型的任何上升涡流。因此，可避免由这种上升涡流引起的固体颗粒的风险。

第一涡动破坏叶片130使得能够中断主收集室22的入口处的涡动流动并且甚至还减小了固体颗粒返回到主气旋室12中的风险。

在芯部60的上部未被覆盖的部分的水平高度处，大粒径的固体颗粒已被清除的涡动流体呈螺旋形的形状，该螺旋形的径向内部部分贯穿到管道单元20的螺旋形的通道82的相应的入口84中。

流体流动穿过这些螺旋形的通道82的同时由螺纹68和帽62引导，螺纹和帽有助于保持流体的旋转运动并且使流体能够沿大致切向于内部环形壁32并且相对于横向平面形成锐角的定向注入到次级气旋室14中，使得流体的旋转运动在这里再次具有沿尺寸Z减小的方向定向的分量(图1：箭头F2)。

在次级气旋室14内，较小粒径的固体颗粒通过与上述的效应类似的气旋效应而与流体分离。这些固体课题通过摩擦而损失其动能并且掉落到次级收集室24中。

第二涡动破坏叶片132使得能够中断次级收集室24的入口处的涡动流量并且因此减小固体颗粒返回到次级气旋室14中的风险。

固体颗粒已被清除的流体在次级气旋室的中心处从次级气旋室的基部沿尺寸Z增大的方向流动，然后进入芯部60的中心纵向通道78中，同时由空气动力学的环形喷口80引导(图1：箭头F3)。涡动破坏键槽81使得能够扰乱流体在通道78的入口处的任何潜在的涡动运动。

流体最后经由导管94从装置离开。

本发明因此提供了一种将优化的性能与减小的尺寸结合的气旋分离装置。

Claims (12)

1.一种用于对流体中包含的固体颗粒进行气旋分离的装置(10)，所述装置包括：

-主气旋室(12)；

-次级气旋室(14)；

-至少一个用于载带有固体颗粒的流体的入口通道(90)，所述入口通道通向所述主气旋室；

-至少一个用于固体颗粒已被清除的流体的出口通道(18)，所述次级气旋室通向所述出口通道；以及

-管道单元(20)，所述管道单元将所述主气旋室连接至所述次级气旋室；

其中，所述管道单元被所述主气旋室包围；

其特征在于，所述管道单元包括：

-芯部(60)，所述芯部形成所述次级气旋室的界限，所述芯部具有设置有至少一个螺旋形的凹槽(66)的外表面(64)，所述螺旋形的凹槽具有底部(72)，所述底部沿朝向所述次级气旋室的方向从所述次级气旋室的纵向轴线(34)张开；以及

-帽(62)，所述帽以如下方式覆盖所述芯部的一部分：与所述至少一个螺旋形的凹槽一起界定出螺旋形的通道(82)，所述螺旋形的通道具有通向所述主气旋室的入口(84)以及通向所述次级气旋室的出口(86)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述次级气旋室(14)被所述主气旋室(12)整体地包围。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述装置的出口通道(18)沿所述次级气旋室的纵向轴线(34)延伸穿过所述芯部(60)。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述装置的出口通道(18)的至少一部分由设置有涡动破坏键槽(81)的表面界定。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述至少一个螺旋形的凹槽包括多个围绕所述次级气旋室的纵向轴线(34)规律地分布的螺旋形的凹槽(66)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述帽(62)由关于所述次级气旋室的纵向轴线(34)对中的回转体的壁形成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述主气旋室(12)在外部由外部环形壁(30)界定，所述外部环形壁关于所述次级气旋室的纵向轴线(34)对中并且包括渐缩的锥形部分(100)。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述外部环形壁(30)包括张开的锥形部分(102)，所述张开的锥形部分在所述外部环形壁的颈部(104)的水平高度处连接至所述外部环形壁的渐缩的锥形部分(100)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述次级气旋室(14)在外部由内部环形壁(32)界定，所述内部环形壁包括在所述内部环形壁的颈部(114)的水平高度处相互连接的渐缩的锥形部分(110)和张开的锥形部分(112)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中，所述主气旋室(12)通向主收集室(22)，所述主收集室用于接纳在所述主气旋室内分离的固体颗粒，所述装置在所述主气旋室的出口处包括第一涡动破坏叶片(130)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述次级气旋室(14)通向次级收集室(24)，所述次级收集室用于接纳在所述次级气旋室内分离的固体颗粒，所述装置在所述次级气旋室的出口处包括第二涡动破坏叶片(132)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其中，所述至少一个入口通道(90)具有螺旋形的形状。