CN110681501A - 直流旋风分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流旋风分离器，其包括：中空的壳体，壳体具有相对的第一端和第二端，密封穿设在第一端的进气管，进气管的内部设置有导流结构；进气管具有相对的第一首端和第一尾端，第一首端位于壳体外，第一首端设置有进气口；第一尾端位于壳体内；密封穿设在第二端的排气管，排气管具有相对的第二首端和第二尾端，第二尾端位于壳体外，第二尾端设置有出气口；设置在壳体中的锥形罩，锥形罩位于进气管和排气管之间；锥形罩包括空心的圆锥体，圆锥体的尖部指向第一尾端，锥形罩的侧壁与进气管的第一尾端之间形成环形间隙，第二首端伸入圆锥体的底部开口内。本发明能够将全部气体导入后进行高效分离，较佳地满足天然气长输管道送气的需求。

Description

直流旋风分离器

技术领域

本发明涉及工业除尘技术领域，尤其涉及一种直流旋风分离器。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

天然气长输管道需要在沿途建立增压站，增压站中设置有压缩机，通过压缩机多级压缩，实现天然气长距离输送。压缩机是天然气管道输送的“心脏”,其运行的安全性和可靠性将关系到机组能否长周期稳定工作，一旦机组因密封失效发生故障，将直接影响下游供气。

为了防止或抑制密封失效产生的这些气体沿压缩机旋转轴端泄露到大气中去，就必须采用各种轴端密封装置，以便维持压缩机主机的正常运行，降低物料和能源的消耗，并防止环境污染和保护设备安全。

现有技术中，为了解决上述问题，可以采用在压缩机轴端设置干气密封系统。但是，天然气长输管道中存在的固态或液态杂质，这些介质若进入离心式压缩机干气密封系统，将造成干气密封动、静环损坏，从而导致输气管道压气站压缩机组的干气密封滤芯更换频繁，缩短干气密封滤芯的使用寿命；此外，还会导致天然气泄漏量升高，进而导致压缩机停机，严重影响压缩机组的安全运行，并对下游的调压器、流量计等精密设备造成破坏。整体上，流通介质不能满足压缩机干气密封系统进气的要求，因此现有干气密封系统不能保证压缩机组的安全运行。

对于天然气长输管道站场，一般在过滤分离器前设置一级重力分离器或旋风分离器，以减轻过滤分离器的负担，延长干气密封滤芯使用寿命，减少更换频次。天然气长输管道送气的特点是低流速、高压力。为了减小输送过程中的能量损失，要求在净化过程中压力损失小，而流通介质中杂质状态多样，气、固态都有。常用的环流式旋风分离器无法满足这些要求。

直流式旋风分离器作为旋风除尘器的一种，因其设计上在除尘器内没有上升的内涡旋气流，压力损失较小。但是，直流式旋风分离器也具有除尘效率不高的特点。另外，因为现有的直流式旋风分离器的结构特点，在排杂的同时会有部分逃逸的气体从排杂通道回流，或直接将未经净化处理的逃逸气体送进排气通道，造成夹带、返混。

发明内容

为了克服现有技术中的至少一个缺陷，本发明提供了一种新的直流旋风分离器，能够将全部气体导入后进行高效分离，较佳地满足天然气长输管道送气的需求。

本申请实施方式公开了一种直流旋风分离器，该直流旋风分离器包括：中空的壳体，所述壳体具有相对的第一端和第二端，密封穿设在所述壳体第一端的进气管，所述进气管的内部设置有导流结构；所述进气管具有相对的第一首端和第一尾端，所述第一首端位于所述壳体外，所述第一首端设置有进气口；所述第一尾端位于所述壳体内；密封穿设在所述壳体第二端的排气管，所述排气管具有相对的第二首端和第二尾端，所述第二尾端位于所述壳体外，所述第二尾端设置有出气口；设置在所述壳体中的锥形罩，所述锥形罩位于所述进气管和所述排气管之间；所述锥形罩包括空心的圆锥体，所述圆锥体的尖部指向所述第一尾端，所述锥形罩的侧壁与所述进气管的第一尾端之间形成环形间隙，所述第二首端伸入所述圆锥体的底部开口内。

在一个优选的实施方式中，所述进气管具有第一中心轴、所述排气管具有第二中心轴，所述锥形罩具有第三中心轴、所述第一中心轴、所述第二中心轴、所述第三中心轴与所述壳体的轴线重合。

在一个优选的实施方式中，所述进气管靠近所述第一尾端的管壁上设置有至少一条侧缝，所述侧缝的延伸方向为与气流的运动方向相同的螺旋线方向。

在一个优选的实施方式中，所述侧缝具有一定的高度，所述侧缝具有靠近所述进气口的顶端和靠近所述第一尾端的底端，所述圆锥体的尖部不超过所述顶端的位置。

在一个优选的实施方式中，所述导流结构包括导向叶片和导流体，所述导流体包括呈圆柱型的本体以及位于所述本体两端的导流锥，所述导向叶片环绕在所述导流体上。

在一个优选的实施方式中，所述锥形罩的底部设置有过渡直筒，所述排气管与所述锥形罩的过渡直筒之间设置有连接部。

在一个优选的实施方式中，所述排气管自所述第二首端至所述第二尾端依次包括：直筒段、锥筒段、本体段和所述出气口，所述直筒段位于所述过渡直筒段中。

在一个优选的实施方式中，所述直筒段与所述过渡直筒之间设置有金属丝网。

在一个优选的实施方式中，所述壳体上设置有排污口，所述排污口的高度低于所述圆锥体的底部开口的高度。

在一个优选的实施方式中，所述壳体沿着高度方向纵长排布，所述第一端位于所述壳体的顶部，所述第二端位于所述壳体的底部，所述进气口设置于所述壳体的底部，所述排气口设置于所述壳体的顶部。

本发明的特点和优点是：本申请实施方式中所提供的直流旋风分离器，打破了传统的直流式旋风分离器的设计思路，通过设计锥形罩将所有进气管送来的旋转气体全部导入壳体内，在壳体内导向叶片的作用下进行螺旋加速，在离心力的作用下气体和颗粒进行分离，其中，颗粒杂质先经过与进气管内壁摩擦碰撞减速，再经过与壳体内壁摩擦碰撞减速后沉降，而气体再经过折流进入锥形罩底部开口中的排气管。由于进气管和壳体的内径不同，因此能有效增强了对杂质的分离的效果；锥形罩在进气管和排气管之间进行遮挡，轴线上运动的杂质在遇到锥形罩后会被强制推挤远离轴心，再经过气流旋转离心分离沉降下来，避免发生“漏灰”现象；能够形成多级分离，使气体经过多次分离作用，提高分离效率。

附图说明

图1为本申请实施方式中提供的一种直流旋风分离器的结构示意图；

图2为图1中直流旋风分离器的导流体结构示意图；

图3为本申请实施方式中提供的另一种直流旋风分离器的结构示意图；

图4为图3中直流旋风分离器的导流体结构示意图。

附图标记说明：

1、进气口；2、出气口；3、壳体；31、排污口；4、进气管；41、侧缝；5、排气管；51、直筒段；52、锥筒段；6、锥形罩；61、过渡直筒；7、导流体；710、中心孔；71、导向叶片；8、金属丝网；9、连接部。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

现有的直流式旋风除尘器利用气流旋转使气流内的杂质离心到周边，取用中心部分的气体输到下一工序，将周边部分的杂质连同气体一起排出，这样造成了大量的目标气体的损失。若将排出的含杂气体再次净化不仅需要额外的成本，而且压力损失大。

天然气的输送要求不能有气体排出，本申请通过结构改进能将周边部分的含杂气体密封在壳体内。进一步的，随着分离的进行，当进气管、排气管内外气压达到平衡后，部分含杂气体会通过排杂的通道返流回来，造成夹带和返混。

请结合参阅图1和图2，或者图3和图4，本说明书实施方式中所提供的一种直流旋风分离器，其整体在结构上主要包括壳体3，密封穿设在壳体3两端的进气管4和出气管，位于进气管4中的导流结构，位于所述壳体3中且位于所述进气管4和出气管之间的锥形罩6。

直流式旋风分离器可以包括：壳体3、进气管4、导流结构、排气管5、锥形罩6。

其中，该壳体3可以为中空的腔体结构，具体的，该壳体3可以为两端具有开孔的圆柱型壳体3。该壳体3具有相对的第一端和第二端。其中，第一端密封穿射有进气管4。

该进气管4为中空的管体，密封穿设在所述壳体3的第一端。该进气管4的内径小于所述壳体3的内径。所述进气管4具有相对的第一首端和第一尾端，所述第一首端位于所述壳体3外，所述第一首端设置有进气口1；所述第一尾端位于所述壳体3内。该进气口1具体可以为法兰接口，用于和外部供气接口进行密封对接。该进气管4内设置有导流结构。

该导流结构可以包括导流体7和导向叶片71。所述导流体7包括呈圆柱型的本体以及位于所述本体两端的导流锥，所述导向叶片71环绕在所述导流体7上。如图2或图4所示，所述导向叶片71中部具有贯通的中心孔710，用于安装导流体7。具体的，该导流体7中间的圆柱型的本体起支撑作用，导向叶片71可以通过环绕的方式固定在该圆柱型的本体上。导流锥可以避免产生气流涡旋，减少能量损失。在导向叶片71前后，气流的状态发生改变，通过在本体两端增加导流锥可以减少涡旋造成的能量损失。

该排气管5为中空的管体，密封穿设在所述壳体3的第二端。该排气管5具有相对的第二首端和第二尾端，所述第二尾端位于所述壳体3外，所述第二尾端设置有出气口2。该出气口2具体可以为法兰接口，用于和外部出气接口进行密封对接。

锥形罩6设置在该进气管4和排气管5之间。所述锥形罩6包括空心的圆锥体，所述圆锥体的尖部指向所述第一尾端，所述锥形罩6的侧壁与所述进气管4的第一尾端之间形成环形间隙，所述圆锥体的底部开口指向所述第二首端。具体的，该锥形罩6可以通过连接部9与所述排气管5相连接。

具体的，所述进气管4具有第一中心轴、所述排气管5具有第二中心轴，所述锥形罩6具有第三中心轴、所述第一中心轴、所述第二中心轴、所述第三中心轴与所述壳体3的轴线重合。也就是说，该进气管4、锥形罩6、排气管5的中心轴在一条直线上，且该直线与壳体3的轴线相重合，从而保证气体中的杂质能够被均匀高效的分离出。

整体上，本申请打破了传统的直流式旋风分离器的设计思路，通过设计锥形罩6将所有进气管4送来的旋转气体全部导入壳体3内，在壳体3内继续旋转，使杂质先经过与进气管4内壁摩擦碰撞减速，再经过与壳体3内壁摩擦碰撞减速后沉降，然后气体再经过折流进入锥形罩6底部开口中的排气管5。由于进气管4和壳体3的内径不同，因此能有效增强了对杂质的分离的效果；锥形罩6在进气管4和排气管5之间进行遮挡，轴线上运动的杂质在遇到锥形罩6后会被强制推挤远离轴心，再经过气流旋转离心分离沉降下来，避免发生“漏灰”现象；能够形成多级分离，使气体经过多次分离作用，提高分离效率。

在本说明书中，结合不同的实施例和附图，对本申请进行详细阐述。

请参阅图1，图1所示的直流式旋风分离器，其可以包括：壳体3、进气管4、设置在进气管4中的导流体7、导向叶片71、排气管5。进气管4的首端为进气口1，排气管5的尾端为出气口2，进气口1和出气口2均贯穿壳体3侧壁伸出壳体3之外。导流体7设置于进气管4内靠近进气口1处设置，导向叶片71设置于导流体7外侧面，排气管5的首端指向进气管4的尾端。进气管4与排气管5之间还设置有锥形罩6。锥形罩6呈空心圆锥状，锥形罩6的尖部指向进气管4的尾端，锥形罩6的底部开口指向排气管5的首端。

在壳体3的底部设置有排污口31。该排污口31上一般处于常闭状态。当该直流式旋风分离器使用一段时间后，可以打开该排污口31，进行排污。所述排污口31的高度低于所述圆锥体的底部开口的高度，从而不影响气体的正常流动。

排气管5的首端伸入锥形罩6的底部开口内。因为整个装置内气流始终处于旋转状态，将排气管5的首端伸入锥形罩6的底部开口内能够让气体进入排气管5前再经过锥形罩锥形内面壁的离心分离，如此形成多级分离，使气体经过多次分离作用，提高分离效率。

在进气管4的侧壁上设置有侧缝41，侧缝41在进气管4管壁上沿与气流运动方向相同的螺旋线方向开设。侧缝41的条数可以为多条，多条侧缝41绕进气管4圆周方向均匀间隔设置。通过在进气管4上设置多条侧缝41，不仅能够帮助快速排出进气管4内贴在管壁运动的杂质，更重要的是在增加进气管4内气体外逸通道的同时还保持足够多的壁面供杂质碰撞减速使用，这样能够减少整个旋风分离器的压力损失。

具体的，侧缝41设置于进气管4的尾端，锥形罩6的尖部伸入进气管4的尾端。所述侧缝41具有一定的高度，所述侧缝41具有靠近所述进气口1的顶端和靠近所述第一尾端的底端，所述圆锥体的尖部不超过所述顶端的位置。

整体上，锥形罩6的尖部顶端位置不超过侧缝41靠近进气口1一端的位置。锥形罩6的尖部伸入进气管4能够使整个分离器结构更加紧凑，在锥形罩6的侧壁与进气管4尾端之间形成环形间隙。这样锥形罩6占据了进气口1尾端中心“无效”区域，迫使气流向周边运动，经过环隙使气流中的杂质得到有效分离，锥形罩6尖部与侧缝41位置重叠设置，能够有效降低因锥形罩6伸入进气管4带来的气阻，且更多的气体由侧缝41流出时能够促进进气管4内壁上的分离的杂质快速排出。假如锥形罩6过高，会影响气流的旋转，影响气流从侧缝41流出，甚至无法在锥形罩6与进气管4尾端之间形成环形间隙。

在一个实施方式中，在锥形罩6底部开口处还设置有过渡直筒61。通过设置该过渡直筒61能够有效减小气流经过锥形罩6外侧时的压降。所述排气管5与所述锥形罩6的过渡直筒61之间设置有连接部9，该锥形罩6通过该连接部9固定在所述排气管上。具体的，该连接部9的形式可以为多个沿着圆周方向均匀分布的连接杆，该连接杆的一端固定在该过渡直筒61的内壁上，另一端固定在排气管5上。当然，该连接部9还可以为其他形式，本申请在此并不作具体的限定。

过渡直筒61内壁与排气管5外壁之间还设置有金属丝网8，金属丝网8能够有效防止液滴进入排气管5内。

排气管5首端设置有进气结构，进气结构由锥筒段52和直筒段51构成，使得该所述排气管5自所述第二首端至所述第二尾端依次包括：直筒段51、锥筒段52、本体段和所述出气口2。其中，锥筒段52内径较小的一端与直筒段51连接，锥筒段52内径较大的一端与排气管5主体连接。

如图2所示，在本实施方式中，该导向叶片71具体可以为导叶式叶片的形式。

在另一个实施方式中，请参阅图3，图3所示的直流式旋风分离器，其可以包括：包括进气管4、排气管5、导流体7和导向叶片71，进气管4的首端为进气口1，排气管5的尾端为出气口2，导流体7设置于进气管4内靠近进气口1处设置，导向叶片71设置于导流体7外侧面，排气管5的首端指向进气管4的尾端。进气管4与排气管5之间还设置有锥形罩6。锥形罩6呈空心圆锥状，锥形罩6的尖部指向进气管4的尾端，锥形罩6的底部开口指向排气管5的首端。

直流式旋风分离器设置有壳体3，进气管4、排气管5、锥形罩6均设置与壳体3内，进气口1和出气口2均贯穿壳体3侧壁伸出壳体3之外。

现有的直流式旋风除尘器利用气流旋转使气流内的杂质离心到周边，取用中心部分的气体输到下一工序，将周边部分的杂质连同气体一起排出，这样造成了大量的目标气体的损失，将排出的含杂气体再次净化又需要额外的成本，而且压力损失大。天然气的输送要求不能有气体排出，本申请所提供的直流式旋风分离器，通过对结构的改进能将周边部分的含杂气体密封在壳体3内。在壳体3的底部设置有排污口31。

进一步的，随着分离的进行，当进气管4、排气管5内外气压达到平衡后，部分含杂气体会通过排杂的通道返流回来，造成夹带和返混。

本申请所提供的直流式旋风除尘器打破了传统的直流式旋风分离器的设计思路，通过设计锥形罩6将所有进气管4送来的旋转气体全部导入壳体3内，在壳体3内导向叶片71的作用下进行螺旋加速，在离心力的作用下气体和颗粒进行分离，其中，颗粒杂质先经过与进气管4内壁摩擦碰撞减速，再经过与壳体3内壁摩擦碰撞减速后沉降，而气体再经过折流进入锥形罩6底部开口中的排气管5，由于进气管4和壳体3的内径不同，这样有效增强了对杂质的分离的效果。

由于管长的限制，在传统直流式旋风分离器中一些靠近轴线运动的杂质还没有来得及运动到周边就直接进入到了排气管。本申请由于锥形罩6在进气管4和排气管5之间进行遮挡，使得这一现象得到彻底避免，轴线上运动的杂质在遇到锥形罩6后会被强制推挤远离轴心，再经过气流旋转离心分离沉降下来。

在本实施方式中，与上一实施方式主要不同之处在于：进气口1设置于壳体3的底部，排气口设置于壳体3的顶部。通过倒置设置，气流的运动方向与杂质的沉降方向相反，杂质在被甩出进气管4后，在重力的作用下下降，由于进气管4外侧气流速度很小，这样杂质不会被气流夹带，使被分离出去的杂质不会形成二次返混。

排气管5的首端伸入锥形罩6的底部开口内。因为整个装置内气流始终处于旋转状态，将排气管5的首端伸入锥形罩6的底部开口内能够让气体进入排气管5前再经过一段锥形面内壁的离心分离，如此形成多级分离，使气体经过多次分离作用，提高分离效率。

在进气管4的侧壁上设置有侧缝41，侧缝41在进气管4管壁上沿与气流运动方向相同的螺旋线方向开设。侧缝41设置有不止一条，不止一条侧缝41绕进气管4对称设置。多条侧缝41的设计不仅能够帮助快速排出进气管4内贴在管壁运动的杂质，更重要的是在增加进气管4内气体外逸通道的同时还保持足够多的壁面供杂质碰撞减速使用，这样能够减少整个旋风分离器的压力损失。

侧缝41设置于进气管4的尾端，锥形罩6的尖部伸入进气管4的尾端，锥形罩6的尖部顶端位置不超过侧缝41靠近进气口1一端的位置。锥形罩6的尖部伸入进气管4能够使整个装置设计更加紧凑，在锥形罩6的侧壁与进气管4尾端之间形成环隙，这样锥形罩6占据了进气口1尾端中心“无效”区域，迫使气流向周边运动，经过环隙使气流中的杂质得到有效分离，锥形罩6尖部与侧缝41位置重叠设计，能够有效降低因锥形罩6伸入进气管4带来的气阻，且更多的气体由侧缝41流出时能够促进进气管4内壁上的分离的杂质快速排出。

在锥形罩6底部开口处还设置有过渡直筒61。过渡直筒61的设计能够有效减小气流经过锥形罩6外侧时的压降。

排气管5首端设置有进气结构，进气结构由锥筒段52和直筒段51构成，锥筒段52内径较小的一端与直筒段51连接，锥筒段52内径较大的一端与排气管5主体连接。进气结构的设计能够兼顾分离效率和压降损失。

如图4所示，在本实施方式中，该导向叶片71可以为螺旋式叶片。

本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流旋风分离器，其特征在于，包括：

中空的壳体，所述壳体具有相对的第一端和第二端，

密封穿设在所述壳体第一端的进气管，所述进气管的内部设置有导流结构；所述进气管具有相对的第一首端和第一尾端，所述第一首端位于所述壳体外，所述第一首端设置有进气口；所述第一尾端位于所述壳体内；

密封穿设在所述壳体第二端的排气管，所述排气管具有相对的第二首端和第二尾端，所述第二尾端位于所述壳体外，所述第二尾端设置有出气口；

设置在所述壳体中的锥形罩，所述锥形罩位于所述进气管和所述排气管之间；所述锥形罩包括空心的圆锥体，所述圆锥体的尖部指向所述第一尾端，所述锥形罩的侧壁与所述进气管的第一尾端之间形成环形间隙，所述第二首端伸入所述圆锥体的底部开口内。

2.如权利要求1所述的直流旋风分离器，其特征在于，所述进气管具有第一中心轴、所述排气管具有第二中心轴，所述锥形罩具有第三中心轴、所述第一中心轴、所述第二中心轴、所述第三中心轴与所述壳体的轴线重合。

3.如权利要求1所述的直流旋风分离器，其特征在于，所述进气管靠近所述第一尾端的管壁上设置有至少一条侧缝，所述侧缝的延伸方向为与气流的运动方向相同的螺旋线方向。

4.如权利要求3所述的直流旋风分离器，其特征在于，所述侧缝具有一定的高度，所述侧缝具有靠近所述进气口的顶端和靠近所述第一尾端的底端，所述圆锥体的尖部不超过所述顶端的位置。

5.如权利要求1所述的直流旋风分离器，其特征在于，所述导流结构包括导向叶片和导流体，所述导流体包括呈圆柱型的本体以及位于所述本体两端的导流锥，所述导向叶片环绕在所述导流体上。

6.如权利要求1所述的直流旋风分离器，其特征在于，所述锥形罩的底部设置有过渡直筒，所述排气管与所述锥形罩的过渡直筒之间设置有连接部。

7.如权利要求6所述的直流旋风分离器，其特征在于，所述排气管自所述第二首端至所述第二尾端依次包括：直筒段、锥筒段、本体段和所述出气口，所述直筒段位于所述过渡直筒段中。

8.如权利要求7所述的直流旋风分离器，其特征在于，所述直筒段与所述过渡直筒之间设置有金属丝网。

9.如权利要求1所述的直流旋风分离器，其特征在于，所述壳体上设置有排污口，所述排污口的高度低于所述圆锥体的底部开口的高度。

10.如权利要求1所述的直流旋风分离器，其特征在于，所述壳体沿着高度方向纵长排布，所述第一端位于所述壳体的顶部，所述第二端位于所述壳体的底部，所述进气口设置于所述壳体的底部，所述排气口设置于所述壳体的顶部。

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