CN1113704C - 旋流分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋流分离装置(50)，其包括：一个具有一较大端部和一较小端部的锥形旋流器(60)；一流体入口(66)和一个定位于旋流器之较大端部上的流体出口(74)，该流体出口(74)与旋流器(60)同轴设置；一个与所述流体出口联通的切向排放管(22)，切向排放管(22)和旋流器(60)的较小端之间的距离沿切向排放管(22)的下游方向增加。切向排放管(22)最好沿一基本为螺旋形的路线延伸。这样就减少了在切向排放管(22)内所产生的紊流并允许排出流体的动能以压力能形式被回收。

Description

旋流分离装置
本发明涉及一种旋流分离装置。具体地非唯一地，本发明涉及一种用于真空吸尘器上的旋流分离装置。
通过高离心力将颗粒材料从通常为气体的流体中分离出来的旋流分离装置已是公知的技术。这种分离装置包括一个锥形的旋流器主体，在该旋流器主体的较大端上设置有一流体入口，该流体入口用于将流体沿切线方向导入旋流器主体的内表面上。旋流器主体的较小端被一个集尘器所包围或被异向一个颗粒材料出口。以旋涡定向器形式存在的流体出口设置于旋流器主体之较大端部的中央。使用时，流体入口将流体及夹带在流体中的颗粒材料沿切线方向导向旋流器主体的内部。旋流器主体的锥度使流体沿旋流器主体的长度方向加速，这将使颗粒材料从流体中分离出来并被收集在一个集尘器中，如果合适，那么颗粒材料将通过材料出口离开该装置。流体一般沿旋流器主体的纵向轴线形成涡流并通过位于旋流器主体之较大端中心位置上的旋涡定向器排出该装置。
当排出的流体通过旋涡定向器时，其将以很高的角速度旋转。如果引自涡旋定向器的排放管与涡旋定向器成直线关系(即排放管的中心轴线与涡旋定向器的中心轴线成连续关系)，那么当沿排放导管移动时流出的流体将继续旋转，但在最后，流体将恢复为线性流动，并且与旋转运动相关的流体流动能将可能以摩擦损失的形式损失掉。有人尝试着通过使用引自旋涡定向器的切向排放管来回收旋转流出的流体的部分动能。排放管被定位于与旋涡定向器的一侧相切的位置上，从而使旋转流体能够以直线方式流入排放管内。与旋流分离装置结合使用的切向排放管已被公开并在T.O’Doherty，M.Biffin及N.Syred撰写的题目为“切向排放管在加工工业中节约能量方面的应用”的论文(见《加工机械工程杂志》，第206卷第99页)中加以说明。该论文中的装置试图将流体流的部分动能转化为压力能。但是，压力回收并未获得完全成功。部分原因在于从旋流分离装置内排出的流体流仍然需要沿一条包含方向突变的路线流动。在上述的论文中，切向排放管分别被定位于水平面内，这就要求排出流体的轴向速度分量在短距离内转向90°。这就使旋涡定向器的下游产生紊流，从而导致流体的能量损失。
这种分离装置的一种应用就是真空吸尘器，灰尘颗粒在真空吸尘器内从空气流中分离出来，从而当含有灰尘的空气被吸入吸尘器内时，灰尘颗粒将从空气流中被分离并保留下来等待处理，同时干净的空气被排出。这种真空吸尘器已在许多公开的专利中被披露，例如EP0042723，EP0636338和EP0134654。从旋流分离装置排出的流体内回收较高比例的动能将使真空吸尘器具有更高的效率和高好的性能。
本发明的一个目的在于提供一种能够从排出的流体内回收较高比例动能的旋流分离装置。本发明的另一目的在于提供一种当安装到真空吸尘器内时将使真空吸尘器具有更高效率和/或更好性能的旋流分离装置。
本发明提供旋流分离装置，其包括：一个具有一轴线，一较大端和一较小端的锥形旋流器；一个流体入口和一个定位于旋流器较大端部上的流体出口，该流体出口与旋流器同轴设置；一个与流体出口联通的切向排放管，其中：切向排放管和旋流器较小端之间的并平行于所述轴线测得的距离沿切向排放管的下游方向(逐渐)增加。切向排放管最好沿一条位于流体出口下游的大体为螺旋形的路线延伸。这种设置方式允许从分离装置排出的流体在方向无突变的前提下逐渐转过一所需的角度。这样就降低了由方向变化而在流体流内产生的紊流量，从而降低由摩擦而产生的能量损失。
切向排放管的中心轴线最好相对旋流器主体的纵向轴线倾斜35°至70°，最好为60°。这种设置方式能够使排出的流体转过一个所需的角度，而不会明显增加当流体通过切向排放管时产生分离的可能性。这种设置方式还允许旋转流体的动能以压力能的形式被回收，从而提供一种用于将颗粒从流体中分离出来的高效装置。
在一最佳实施例中，包括一个旋涡定向器的中心体定位于流体出口内。切向排放管与由流体出口外侧和中心体内侧限定而成的环形腔室相联通。围绕中心体设置一个环形腔室可确保所有排出空气都与切向排放管对准，从而使在入口处导向切向排放管的紊流量保持最小。
现参照附图，通过实施例对本发明的实施例作出说明，其中附图：
图1为安装有根据本发明之旋流分离装置的真空吸尘器之侧视图；
图2为图1所示之真空吸尘器沿箭头A的视图；
图3为图1所示的包括旋流分离装置的真空吸尘器的局部剖视图；
图4为构成根据本发明之旋流分离装置的一部分的切向排放管和中心体的侧视图；
图5为图4所示的切向排放管和中心体的平面视图。
根据本发明的旋流分离装置能够以很好的效果安装到真空吸尘器上。结合有根据本发明的旋流分离装置的真空吸尘器如图1和2所示。该真空吸尘器10设置有一底架12，底架12支承着一个电机和风扇单元14及旋流分离装置50。支持轮16在接近底架后部的位置上安装于底架12上，一小脚轮18在接近底架前部的位置上设置于底架12之下方，以允许吸尘器10通过需要打扫的表面。电机和风扇单元14大体设置于支持轮16之间，以使吸尘器10具有高度的机动性。
旋流分离装置50被设计成能够有效地将灰尘颗粒从被电机和风扇单元14吸入吸尘器10内的空气流中分离出来的结构形式。一个携带有地板工具的软管(未示出)与旋流分离装置50的空气入口20相连接，从而使含有灰尘的空气流被吸入机器内。含有灰尘的空气进入到旋流分离装置50内，该分离装置50以公知的方式工作，并首先从空气流中吸入较大的灰尘和蓬松物，接着吸入较小的灰尘。已被除去灰尘的空气流流出旋流分离装置50，接着通过排放管22进入电机和风扇单元14内。空气流穿过风扇并围绕电机流出，从而以公知的方式产生冷却作用。可在壳体24、26上设置前置和后置电机过滤器(未示出)，目的是保护电机并防止从电机电刷上散落的颗粒进入到大气中。洁净的空气通过一洁净空气出口28排放到大气中。
一外盖部分30围绕一铰链32被铰接到底架12上，以提供进入前置电机过滤器之壳体24的入口，从而使前置的电机过滤器能够被周期性更换。外盖部分30还能够释放旋流分离装置，以允许其从底架12上拆卸下来，当需要时可将其排空。外盖部分30包括排放管22和一个搬运手柄34。
上面已对真空吸尘器10的基本结构和操作情况作出了说明，现参照图3详细说明旋流分离装置50。应该理解：分离装置本身即旋流器装置是公知的，其具体细节见EPO134654B。实质上说，旋流分离装置50必须包括一外部旋流器52和一内部旋流器54，外部旋流器包括一大体为圆筒形的容器或箱仓56，容器56设有一侧壁56a、一底部56b和一切向入口58。内部旋流器54包括一悬挂在分离装置50之上表面62上的截锥形旋流器主体60。内部旋流器54包括一个设置于其下端的圆锥形开口64和一个切向入口66。悬挂在外部旋流器52之侧壁56a和内部旋流器主体60之间的是一个大体为圆筒形的护罩68，该护罩68包括多个设置于护罩68之圆筒形区段68a内的通孔。护罩68被一个延伸在护罩68和外部旋流器52的上部之间的凸缘68a所支承。护罩68还与位于护罩68下端的旋流器主体60之外表面相密封(sealed)。护罩68之内部的上部与切向入口66联通。在护罩68之下设置有一细尘收集器72，以使其包围圆锥形开口64。细尘收集器72与容仓56的底部56b及旋流器主体60密封，从而围绕锥形口64形成一个封闭的收集器。一个圆筒形的旋涡定向器74定位于上表面62的中央位置上，以使其沿截锥形旋流器主体60的轴线延伸到内部旋流器54的内部。
从现有技术中可以了解，使用时，含有灰尘的空气通过切向入口58进入旋流分离装置50内。入口58的切向特性将迫使进入的空气流沿一螺旋路线以围绕容器56之内表面的涡流移动，从而使较大的灰尘和蓬松物颗粒从空气流中分离出来并收集在容器56的下部区域内，而容器56位于细尘收集器72的顶部。空气流朝向细尘收集器72的上部向里移动，接着，仍在涡旋的空气流向上移动到护罩68的外表面上。接下来，空气流穿过护罩68的通孔70，然后通过切向入口66被导向内部旋流器54的内部。该入口66的切向特性还迫使空气流沿另一螺旋路线在旋流器主体60内移动。当空气流向下流过旋流器主体60时，截锥形的旋流器主体60将使空气流的速度增加，而且空气流这样获得的高速将使非常小的灰尘颗粒从空气流中分离出来并收集在细尘收集器72内。然后，洁净的空气沿旋流器主体60的纵向轴线形成涡旋，最后通过涡旋定向器74从内部旋流器54排出。
如上所述，这种分离装置的结构和操作已经公知，因此没有必要对其细节作出进一步的说明。本发明在于涡旋定向器74和紧接地定位于涡旋定向器74之下游的排放管22。因此，本发明可应用于任何具有截锥形旋流器主体的旋流分离装置上，其中涡流产生于旋流器主体内，而且要排出的空气通过一涡旋定向器从该分离装置内排出。
从图3中可看到，涡旋定向器74为圆筒形并通过一个倾斜的支承壁62a从上表面62下垂延伸到内部旋流器54内。涡旋定向器74还从支承壁62a向上延伸，以使涡旋定向器74终止于上表面62所在的平面高度上，但这并非很严格。沿涡旋定向器74的中心轴线延伸的是一个中心体76，该中心体76大体为圆筒形，但可从上端沿朝向其下端的方向略呈锥形。中心体76具有一半球形的远端76a，该远端终止于涡旋定向器74内，但未超出定向器的下端。这一点也不是非常严格的。涡旋定向器74与紧接地定位于涡流定向器74之上方并位于切向排放管22之上游端的腔室78相联通。该腔室具有一弧形的外壁80，外壁80大体呈螺旋状，以使腔室78与切向排放管22以涡管形方式相联通。
中心体76与被加工成一定形状的支承部分84一体制成，从而能够装配在腔室78的上端内部并抵靠在腔室78的顶板上。支承部分84限定了腔室78的上边界，而且还为中心体76提供支承。支承部分84的下表面86的形状大体为螺旋形，从而形成一个截面面积大体恒定的涡管；而且其下表面还与切向排放管22相邻接。切向排放管22以类似涡管的形式与腔室78联通，接着沿一条在空气流的方向上距锥形口64的距离逐渐增加的路线延伸。切向排放管22在平面视图中略成弧形，如图2所示。在一预定距离之后，部分切向排放管22中断，以增加相对锥形开口64的距离；接着被引向前置电机过滤器的壳体24。切向排放管22在入口88处通向壳体24。
适用于图1和图2所示的真空吸尘器10上的螺旋形排放管122在图4和5中被分别示出。图中还示出了形成相同结构件部分的腔室178和中心体176。中心体176沿轴线200突出，使用时，该轴线200与图3所示的涡旋定向器74的轴线同轴。一圆筒形的颈部190包围该中心体176并支承一密封件192，在使用时，该密封件192抵靠在涡旋定向器74的上部唇缘上，从而与该上部唇缘一起形成密封。颈部分190通向腔室178，从图5中可看到，腔室178为螺旋形，从而允许切向排放管22以涡管的形式与腔室178联通。切向排放管22相对中心体的轴线200以一锐角离开腔室178。切向排放管122具有一个中心轴线202，该轴线202最好以约60°但也可在35°至70°之间变化的角度与轴线200相交。切向排放管122和中心体176的半球形端部176a之间的距离(平行于轴线200测量的距离)随沿切向排放管122的距离(增加)而增加。图5中清楚示出了弧形的切向排放管122。排放管122的远端122a被加工成形并被设置成直接与前置电机过滤器的壳体24(见图1)相联通的形式。如果需要，可围绕排放管122之远端122a上的开口设置一个密封件。
当流体通过涡旋定向器74离开图3所示的旋流分离装置50时，流体将以很高的角速度旋转。当流体流进入腔室178内时，该角速度仍然非常大。但是，该切向排放管122和腔室178之间的涡管式连接允许旋转流体沿切线进入排放管122并以线性流沿排放管22移动。螺旋形的支承部分84之下表面86将旋转流体导入切线排放管22的开口端内。此外，由于切线排放管22相对涡旋定向器74的轴线倾斜，从而增加了排放管22沿下游方向距锥形开口64的距离，因此流体流不会通过一个90°的急弯转向，这就意味着在流体流中所产生的紊流小于在通过90°急弯转向的情况下所产生的紊流。螺旋形的排放管22为离开分离装置的流体提供了一条平滑的通道，从而将旋转流体内尽可能多的动能以压力能进行回收。这种能力回收将使整个装置具有更高的效率。
应该理解：螺旋形或倾斜的切向排放管可被应用于那些分离作用产生于旋流器中、同时用一涡旋定向器为流体提供出口的所有情况。将本发明应用于真空吸尘器上的情形如上所述，但是不能认为本发明仅局限于这种应用。也可以想象其它应用，例如本发明可用于其它类型的将颗粒从流体中分离出来的分离或过滤装置，比如柴油机排气系统和空调系统。

Claims (11)

1、旋流分离装置，其包括：一个具有一轴线、一较大端部和一较小端部的锥形旋流器；一流体入口和一个定位于旋流器之较大端部上的流体出口，该流体出口与旋流器同轴设置；一个与所述流体出口联通的切向排放管，其中：平行于所述轴线测得的并位于切向排放管和旋流器较小端之间的距离沿切向排放管的下游方向增加。
2、根据权利要求1的旋流分离装置，其特征在于：所述切向排放管沿位于流体出口下游的大体为螺旋形的路线延伸。
3、根据权利要求2的旋流分离装置，其特征在于：所述切向排放管以一个介于35 °与70°之间的角度相对旋流器主体的纵向轴线倾斜配置。
4、根据权利要求3的旋流分离装置，其特征在于：所述切向排放管的中心轴线以一个介于50°与65°之间的角度相对旋流器主体的纵向轴线倾斜配置。
5、根据权利要求4的旋流分离装置，其特征在于：所述中心轴线以大体为60°的角度相对旋流器主体的纵向轴线倾斜配置。
6、根据上述权利要求之一所述的旋流分离装置，其特征在于：所述流体出口包括一涡旋定向器。
7、根据上述权利要求之一所述的旋流分离装置，其特征在于：一中心体定位于流体出口内。
8、根据权利要求7的旋流分离装置，其特征在于：所述切向排放管与一个由流体出口外侧与中心体内侧限定而成的环形腔室相联通。
9、一种组装有上述权利要求之一所述的旋流分离装置的真空吸尘器。
10、根据权利要求9的真空吸尘器，其特征在于：所述分离装置适合于将灰尘从空气流中分离出来。
11、根据权利要求9或10的真空吸尘器，其特征在于：所述切向排放管与一个直接定位于电机和风扇单元上游的前置电机过滤器相联通。
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