CN109985808A - 气动离心式颗粒物分级筛分装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气动离心式颗粒物分级筛分装置，其包括入口旋流器，用于接收裹挟颗粒物的气流和起稀释作用的洁净气体并使二者流经所述入口旋流器时产生旋流；整流段，所述整流段的前端与所述入口旋流器的后端轴向平滑连接；筛分工作段，所述筛分工作段的前端与所述整流段的后端轴向平滑连接，在所述筛分工作段实现不同粒径的颗粒物的捕获和存储；出口增压段，所述出口增压段的前端与所述筛分工作段的后端轴向平滑连接，用于将已经分离出部分颗粒物的工质气流总压升高，使工质气流循环利用。本发明不仅可以实现颗粒物的筛分，在工作过程中不需要额外动力源，结构简单紧凑，易于操作维护，应用范围广。

Description

气动离心式颗粒物分级筛分装置

技术领域

本发明属于筛分技术领域，具体而言，本发明涉及一种颗粒物分级筛分装置，尤其是一种气动条件下的可分级的颗粒物筛分装置。

背景技术

目前市场上主要的筛分装置或者结构都比较复杂，往往只能筛分某一特定粒径范围的颗粒物，颗粒物筛分装置结构复杂则需要额外的能源驱动，实际使用过程中操作和维护都不方便，需要额外的能耗，经济性比较低。或者可筛分的颗粒物粒径范围固定而不够灵活，适用范围较小。市场上的颗粒物筛分装置精度较低或者精度范围较小，且一般只能够筛分较小特定窄粒径范围内的颗粒物，可用于筛分颗粒物的粒径范围小，局限性明显。

现有技术中筛分装置有很多，如申请日为2003年8月11日、申请号为03820732.X、名称为“从承载颗粒物和载液材料的流体中分离该载液材料的系统”的专利文件，申请日为2006年11月8日、申请号为200680038707.5、名称为“用于筛分颗粒物料的筛分装置”的专利文件，申请日为2014年12月31日、申请号为201410854806.7、名称为“一种分离装置”的专利文件，申请日为2015年12月11日、申请号为201510915093.5、名称为“自稀释气溶胶筛分标定装置”的专利文件，申请日为2016年1月29日、申请号为201610065479.2、名称为“一种基于电迁移率的1-3纳米气溶胶筛分装置及应用”的专利文件，上述专利文件都存在装置结构复杂、流动效率低下、筛分精度低，应用范围狭窄等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气动离心式颗粒物分级筛分装置，以至少解决现有技术中筛分装置存在结构复杂、流动效率低下、筛分精度低，应用范围狭窄的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种气动离心式颗粒物分级筛分装置，其技术方案如下：

一种气动离心式颗粒物分级筛分装置，其包括入口旋流器，用于接收裹挟颗粒物的气流和起稀释作用的洁净气体并使二者流经所述入口旋流器时产生旋流；整流段，所述整流段的前端与所述入口旋流器的后端轴向平滑连接；筛分工作段，所述筛分工作段的前端与所述整流段的后端轴向平滑连接，在所述筛分工作段实现不同粒径的颗粒物的捕获和存储；出口增压段，所述出口增压段的前端与所述筛分工作段的后端轴向平滑连接，用于将已经分离出部分颗粒物的工质气流总压升高，使工质气流循环利用。

如上述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，进一步优选为：所述整流段的前端与所述入口旋流器的后端接口处密封；所述筛分工作段的前端与所述整流段的后端接口处密封，所述出口增压段的前端与所述筛分工作段的后端接口处密封。

如上述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，进一步优选为：所述入口旋流器包含内外两个流道，裹挟颗粒物的气流流经外流道，起稀释作用的洁净气体流经内流道，所述入口旋流器使裹挟颗粒物的气流和起稀释作用的洁净气体获得切向速度成为旋流。

如上述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，进一步优选为：所述整流段为整流加速装置，用于使气流掀加速到音速再加速到超音速，获得足够的动能。

如上述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，进一步优选为：在所述整流段内设有整流锥，所述整流锥与所述整流段的管壁形成先收缩再扩张的喷管。

如上述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，进一步优选为：在所述筛分工作段的管壁上开有逃逸槽，在所述逃逸槽内形成储气室，所述逃逸槽用于捕获颗粒物，所述储气室用于储存捕获的颗粒物，

如上述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，进一步优选为：所述逃逸槽沿工质流动方向分布。

如上述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，进一步优选为：所述逃逸槽为环形逃逸槽。

如上述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，进一步优选为：所述出口增压段是一个超音速扩压管。

本发明正是着眼于这些现有技术缺陷，努力设计一种高效、节能、可应用于宽粒径范围的气动离心式颗粒物筛分装置，该装置能够利用工质气流自身动能驱动完成筛分工作，流动损失小，并可使待筛分工质在较宽粒径范围内被筛分，特别是各段筛分的精度高且粒径范围灵活可调，也即是可通过一定的调整在较宽的大粒径范围内选择性的筛分出该粒径范围内的任意较小粒径范围的颗粒物，并且该较小的粒径范围可以根据实际需要去调整。

附图说明

图1为本发明优选实施例的气动离心式颗粒物分级筛分装置的整体侧视图；

图2为本发明优选实施例的入口旋流器的结构示意图；

图3为本发明优选实施例的整流段的结构示意图；

图4为本发明优选实施例的筛分工作段的结构示意图；

图5为本发明优选实施例的出口增压段的结构示意图。

图中：1-入口旋流器；2-整流段；21-整流锥；3-筛分工作段；31-逃逸槽；32-储气室；4-出口增压段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，本发明优选实施例的气动离心式颗粒物分级筛分装置主要包括入口旋流器1，用于接收工质气流并使工质气流流经入口旋流器1时产生旋流；整流段2，整流段2的前端与入口旋流器1的后端轴向平滑连接；筛分工作段3，筛分工作段3的前端与整流段2的后端轴向平滑连接，在筛分工作段3实现不同粒径的颗粒物的捕获和存储；出口增压段4，出口增压段4的前端与筛分工作段3的后端轴向平滑连接，用于将已经分离出部分颗粒物的工质气流总压升高，使工质气流循环利用。

总而言之，本发明提供的气动离心式颗粒物分级筛分装置通过将入口旋流器1、整流段2、筛分工作段3、出口增压段4相结合，就能达到颗粒物筛分的目的；本发明精简了整体外部和内部结构，使本发明具有使用操作简单方便的特点，本发明设置的出口增压段4,力求降低工质气流的流动损失，提升工质气流流动效率，使得本发明本身不采用额外的动力源，体现节能的特点；本发明在筛分工作段3内实现了不同粒径的颗粒物的捕获和存储，使得本发明提升颗粒物筛分粒径精度范围，可以高效精准的对颗粒物进行筛分；同时，本发明提高产品的利用率和应用灵活性，使筛分工作段3的粒径范围可根据应用需要灵活可调。即本发明克服了现有筛分技术存在装置结构复杂、流动效率低下、筛分精度低，应用范围狭窄等缺陷，满足实际技术和市场需求。

为了使本发明的整个工作过程处于密封环境，本发明的整流段2的前端与入口旋流器1的后端接口处密封；筛分工作段3的前端与整流段2的后端接口处密封，出口增压段4的前端与筛分工作段3的后端接口处密封。

如图1、图2所示，本发明的入口旋流器1可以使入口气流产生旋流。如图2所示，当工质气流流经入口旋流器1时即可产生旋流，另外通过选择不同的旋流器或者改变入口气流的流动参数(即改变速度矢量的各分量)可以使工质获得不同的旋流度。

本发明的入口旋流器1包含内外两个流道，包含颗粒物的工质气流流经外流道，稀释颗粒物的气流流经内流道，入口旋流器1使包含颗粒物的工质气流和稀释颗粒物的气流获得切向速度成为旋流。

如图1、图3所示，本发明的整流段2为整流加速装置，用于使气流掀加速到音速再加速到超音速，获得足够的动能。优选为，在整流段2内设有整流锥21，整流锥21与整流段2的管壁形成先收缩再扩张的喷管，可以使气流掀加速到音速再加速到超音速，获得足够的动能。本发明的整流锥21的设计是加速工质气流的设计，正是这一先收缩再扩张流道形状使工质流动加速并不需要在流道内增加额外的动力源，使该设计结构简单，易于维护和操作。

如图1、图4所示，本发明的筛分工作段3的管壁上开有逃逸槽31，在逃逸槽31内形成储气室32，逃逸槽31用于捕获颗粒物，储气室32用于储存捕获的颗粒物，并根据需要进一步将这些颗粒物转移到其他装置中。储气室32内的压强与主流压强相同，不影响主流在装置内的流动参数。为了使本发明实现捕获颗粒物，本发明的逃逸槽31沿工质流动方向分布。本发明的逃逸槽31为环形逃逸槽。为了使本发明实现捕获不同粒径的颗粒物，本发明的逃逸槽31的开度为可调节设置，开度大时可捕捉的颗粒物粒径分布范围宽，开度小时可捕捉的颗粒物粒径范围窄，因此可以实现灵活的小粒径范围的颗粒物筛分。对于不需要的逃逸槽31可以封闭，并且封闭时能保证流道内壁光滑。由于不同粒径大小的颗粒物跟随性不同，旋流贴壁的颗粒物按照粒径大小依次在筛分工作段3从逃逸槽31分离出主流。

本发明的筛分工作段3包含一系列的环形逃逸槽，环形逃逸槽沿着筛分装置内流体流动方向分布，环形逃逸槽的开口大小可以在一定范围内微调以捕捉不同粒径范围内的颗粒物。每个环形逃逸槽与其它环形逃逸槽之间都是密闭的，每个环形逃逸槽环形出口外都有一个环状储气室以暂时存储捕捉到的相应粒径范围的颗粒物。每个环形储气室内的颗粒物都可以在保持本发明内压力稳定不变的条件下导出做进一步的检测。筛分工作段3不影响该本发明内部的压力变化，环形逃逸槽和环形储气室的存在不影响该本发明内部的压力变化和流动特性，能够保证本发明内部的压力和流动稳定，储气室32的压力与主流道的压力能过保持一致。

如图1、图5所示，本发明的出口增压段4是一个超音速扩压管，可以使已被筛分的超音速混合气流速度降低压力升高。本发明的出口增压段4能够使已经分离出部分颗粒物的工质气流总压升高降低压力损失，再次循环利用工质气流。

本发明的入口旋流器1后端与整流段2前端，整流段2后端与筛分工作段3前端，筛分工作段3后端与出口增压段4前端的三处轴向平滑连接且接口处密封是指该三处接连接不仅确保整个流道的密封，而且三处连接处能够保证不影响流道内部的光滑，不对流道内的流动产生任何影响。

如图1至图5所示，下面对本发明的整个工作过程进行详细说明：

本发明涉及一种气动离心式颗粒物分级筛分装置，包括入口旋流器、整流段、筛分工作段和出口增压段。裹挟颗粒物的气流和起稀释作用的洁净气体(鞘气，可选择氮气或者纯净空气)先通过旋流器产生旋流，因为整流锥和装置管壁形成类似拉瓦尔喷管的流道，混合的旋流在通过整流锥时加速成超音速的旋流，该流道设计不需要额外的动力源，可实现节能环保的目的，并且精简装置使设备结构简单，易于操作、使用和维护。由于颗粒物的密度远大于气体的密度，在旋流的离心作用下颗粒物被“甩”至流道的边缘贴壁流动。直径较大的颗粒物流动跟随性比较差，直径较小的颗粒物流动跟随性比较好，因此当流体流至筛分工作段时，筛分工作段上的逃逸槽首先“捕捉到”较大直径的颗粒物，在流场下游较小直径的颗粒物依次被逃逸槽捕捉，从而实现对不同粒径的颗粒物进行筛分被筛选的颗粒物通过逃逸槽后立即被储气室存储，并可根据实际需要导入特定的收集容器内进一步存储或处理。另外，逃逸槽的开度可以在小范围内调节，以调整该逃逸槽可捕捉的颗粒物的粒径范围，从而十分灵活的实现对大粒径范围的颗粒物进行可调的小粒径范围的分级筛分。整个装置除进口和出口外都是密封的，可保证工质在装置内的流动没有额外的压力损失。该装置通过试验测量和数据反演来标定粒径范围，逃逸槽的开度调节范围很小从而实现精确的定量测量。此外，考虑到本发明流道设计可使工质达到超音速流动，而流动过程中使颗粒物贴壁，因此流道的内表面充分光滑，一是减少流动损失，二是避免流道壁面与颗粒物发生摩擦。

分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

本发明提供的气动离心式颗粒物分级筛分装置的入口旋流器1、整流段2、筛分工作段3和出口增压段4各个部分的连接处足够平滑并且密封良好，不会影响流道内的流场。裹挟颗粒物的气流和起稀释作用的洁净气体先通过入口旋流器1产生旋流，混合的旋流在通过整流段2时加速成超音速的旋流，流道足够光滑不会引起流动损失，也不会和颗粒物发生摩擦。由于颗粒物的密度远大于气体的密度，在旋流的离心作用下颗粒物被“甩”至流道的边缘贴壁流动。直径较大的颗粒物流动跟随性比较差，直径较小的颗粒物流动跟随性比较好。因此当流体流至筛分工作段3时，筛分工作段3上的逃逸槽31首先“捕捉到”较大直径的颗粒物，在流场下游较小直径的颗粒物依次被捕捉，从而实现对不同粒径的颗粒物进行筛分，被筛选的颗粒物通过逃逸槽31后立即被储气室32存储，并可根据实际需要导入特定的收集容器内进一步存储。很明显，逃逸槽31开度大时，捕捉到的颗粒物的粒径范围就大，开度小时捕捉到的颗粒物粒径范围就小。逃逸槽31的开度可以在小范围内调节，以调整该逃逸槽31可捕捉的颗粒物的粒径范围，十分灵活的实现大粒径范围的颗粒物、小粒径范围的颗粒物分级筛分。通过试验测量和数据反演来标定筛分工作段3对应的筛分粒径范围，把逃逸槽31的开度调整到对应粒径刻度即可进行筛分粒径选择，筛分结果精确，适用范围灵活可靠。综上所述，本发明不仅可以实现颗粒物的筛分，而且可以通过调整逃逸槽31的开度来改变每个逃逸槽31所能捕捉的颗粒物的粒径范围，工作裕度大应用方便，在工作过程中不需要额外动力源，结构简单紧凑，易于操作维护，应用范围广。

整体而言，本发明结构简单，材料价格低廉，节约成本。能有效利用工质自身流动的动能，节约资源和能源，而且操作简单，使用方便易于安装使用和维护，本发明能够高效的解决颗粒物筛分问题，具有很好的实际应用价值，可以大为推广，有效的契合了实际需求，市场前景十分可观。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种气动离心式颗粒物分级筛分装置，其特征在于，包括：

入口旋流器，用于接收裹挟颗粒物的气流和起稀释作用的洁净气体并使二者流经所述入口旋流器时产生旋流；

整流段，所述整流段的前端与所述入口旋流器的后端轴向平滑连接；

筛分工作段，所述筛分工作段的前端与所述整流段的后端轴向平滑连接，在所述筛分工作段实现不同粒径的颗粒物的捕获和存储；

出口增压段，所述出口增压段的前端与所述筛分工作段的后端轴向平滑连接，用于将已经分离出部分颗粒物的工质气流总压升高，使工质气流循环利用。

2.根据权利要求1所述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，其特征在于：

所述整流段的前端与所述入口旋流器的后端接口处密封；所述筛分工作段的前端与所述整流段的后端接口处密封，所述出口增压段的前端与所述筛分工作段的后端接口处密封。

3.根据权利要求1或2所述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，其特征在于：

所述入口旋流器包含内外两个流道，裹挟颗粒物的气流流经外流道，起稀释作用的洁净气体流经内流道，所述入口旋流器使裹挟颗粒物的气流和起稀释作用的洁净气体获得切向速度成为旋流。

4.根据权利要求1或2所述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，其特征在于：

所述整流段为整流加速装置，用于使气流掀加速到音速再加速到超音速，获得足够的动能。

5.根据权利要求4所述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，其特征在于：

在所述整流段内设有整流锥，所述整流锥与所述整流段的管壁形成先收缩再扩张的喷管。

6.根据权利要求1或2所述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，其特征在于：

在所述筛分工作段的管壁上开有逃逸槽，在所述逃逸槽内形成储气室，所述逃逸槽用于捕获颗粒物，所述储气室用于储存捕获的颗粒物。

7.根据权利要求6所述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，其特征在于：

所述逃逸槽沿工质流动方向分布。

8.根据权利要求6所述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，其特征在于：

所述逃逸槽为环形逃逸槽。

9.根据权利要求1或2所述的气动离心式颗粒物分级筛分装置，其特征在于：

所述出口增压段是一个超音速扩压管。