CN113018989A - 一种辐条及其动态拦截装置 - Google Patents

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高永升
王俊
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Abstract

本发明涉及一种用于除尘净化空气装置的部件，尤其是用物理的方法除去废气中颗粒物质(含固体颗粒物与液体颗粒物)的动辐条及其动态拦截装置。一种辐条，其特征在于，所述辐条呈杆状，辐条具有第一端和第二端，所述第一端的水力直径大于第二端，且第一端的水力直径向第二端递减,用以解决边缘拦截性能不足的问题。

Description

一种辐条及其动态拦截装置
技术领域
本发明涉及一种用于除尘净化空气装置的部件，尤其是用物理的方法除去废气中颗粒物质(含固体颗粒物与液体颗粒物)的动辐条及其动态拦截装置。
背景技术
机械分离装置被广泛应用于油烟机中用于捕集和拦截油烟颗粒物，以免排放入大气中对环境造成危害；其种类包括了静态分离装置如金属过滤网、动态分离装置如旋风分离器、动态旋转盘。发明专利CN 101288817A：新型动态物理屏蔽净化器、制作方法及专用夹具，公开了动态旋转盘的设计结构和原理，揭示了最基本的动态旋转盘形式。动态旋转盘由中心盘和辐条构成，辐条往往为等截面的长条形金属杆；当旋转盘沿中心轴旋转时，油烟垂直于旋转盘平面经过，其中的油烟颗粒物与辐条实体体积碰撞被截留，实现油烟分离的功能。因动态旋转盘的转速较高，其油烟截留能力要远大于常用的金属滤网，现已广泛使用于商用的油烟净化设备中。
然而，如专利CN 101288817A所示及其类似的动态旋转盘的辐条往往等直径(延长度方向各处截面相同)，在应用中存在性能上的矛盾之处，一方面，若辐条的直径(或截面沿烟气流动方向及垂直于烟气流动方向)过小，则烟气流动方向上的拦截距离不够且离转盘中心越远的地方相邻辐条的间隙越大，总体拦截性能不足；另一方面，若辐条的直径或截面沿烟气流动方向及垂直于烟气流动方向)过大，则因辐条的实体体积使得相同外径的动态旋转盘中可布置的辐条数量过少，拦截能力减弱，或因烟气流通面积减小，造成烟气流速大幅增大，极大的增加了风阻，对油烟机的空气性能造成不利影响，不利于动态旋转盘特别是在家用小型油烟机中的推广和应用。
辐条直径越大、数量越多、旋转盘外径越大、转速越高、风量越大，均能增加旋转盘的拦截效率，但是实际设计中，增大辐条直径、数量、旋转盘外径极大地影响风阻来恶化转速和风量，各参数间相互影响和制约，导致了动态拦截装置在设计上仍有优化空间。
基于以上背景，本发明提出一种辐条及其动态拦截装置，旨在弱化现有动态拦截装置风阻和拦截性能之间的矛盾，解决现有动态拦截装置风阻过大、拦截性能不足的问题，使其在拦截性能较好的同时具有较低的风阻。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种辐条,用以解决边缘拦截性能不足的问题。
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种动态拦截装置。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种辐条，其特征在于，所述辐条呈杆状，辐条具有第一端和第二端，所述第一端的水力直径大于第二端，且第一端的水力直径向第二端递减。
在上述辐条中，所述辐条为非等截面长条杆状。
在上述辐条中，所述第一端水力直径为3～5mm之间，所述第二端水力直径为1～3mm之间。
在上述辐条中，所述第一端的水力直径向第二端线性递减。
在上述辐条中，所述线性递减为曲线型递减或者直线型递减。
在上述辐条中，所述第一端的水力直径向第二端阶梯递减。
在上述辐条中，所述辐条的截面呈辐条的截面呈圆形、正方形或长方形。
在上述辐条中，所述辐条上具有沿杆体设弧形槽。
在上述辐条中，所述辐条上具有沿杆体设设方形槽。
在上述辐条中，所述辐条的材料可以为不锈钢、铝合金、耐高温塑料或者陶瓷。
一种动态拦截装置，其特征在于，包括若干上述辐条，还包括中心盘，若干所述辐条的第二端周向阵列连接于所述中心盘上。
在上述动态拦截装置中，还包括固定盘，所述中心盘上具有环形的限位部以及定位辐条用的定位槽，所述辐条的第二端处设有适配限位部的限位槽，所述固定盘与中心盘固定相连并将所述辐条的第二端限位于所述限位槽内。
在上述动态拦截装置中，所述中心盘具有周向阵列设的插孔，所述辐条插入所述插孔内。
在上述动态拦截装置中，所述辐条采用注塑方式与中心盘连接。
在上述动态拦截装置中，所述辐条数量为80～160根。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.辐条靠近旋转盘圆心处的直径小，增大了布置辐条的数量，同时增大烟气流通面积，降低风阻；
2.辐条远离旋转盘圆心处的直径大，减小了远端辐条间隙，增加拦截性能。
附图说明
图1是动态拦截装置。
图2是辐条截面圆形的示意图。
图3是动态拦截装置可以存在的俯视图类型。
图4是动态拦截装置的方案一中的安装方式。
图5是各种辐条的示意图。
图中，1、辐条；1a、第一端；1b、第二端；1d、限位槽；2、中心盘；2a、定位槽；2b、限位部；2c、轴孔；3、固定盘；4、动态拦截装置；5、紧固件。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
其中，图3中，a为圆形截面辐条1，b为阶梯递减辐条1，c，单边阶梯递减辐条1。
其中，图5中，(1)为圆形辐条1，(2)为圆形全阶梯辐条1，(3)为圆形半阶梯辐条1，(4)为带弧形槽的圆形辐条1，(5)为带弧形槽半阶梯辐条1，(6)为带弧形槽的正方形或长方形辐条1，(7)为方形或长方形辐条1，(8)为方形或者长方形全阶梯辐条1，(9)方形或者长方形半阶梯辐条1，以上几种示意图，不包括所有情况，如果还具有类型情况，也包含在本发明的情况内，例如，辐条1截面为三角形、多边形。
如图1至图5所示，一种辐条1，辐条1呈杆状，辐条1具有第一端1a和第二端1b，第一端1a的水力直径d1大于第二端1b，且第一端1a的水力直径d1向第二端1b递减。
辐条1的制造方式可以为精加工、铸造、3D打印。
具体地，辐条1为非等截面长条杆状。本发明中的辐条1为完全不截面，每个部分的位置的水力直径均不同。
具体地，第一端1a水力直径d1为3～5mm之间，第二端1b水力直径d2为1～3mm之间。优选的，第一端1a水力直径d1为4mm，第二端1b水力直径d2为2mm，也可以根据实际情况进行调节改变。
如图5中(1)、(4)、(6)、(7)所示，具体地，第一端1a的水力直径向第二端1b线性递减。线性递减为曲线型递减或者直线型递减。
如图5中(2)、(3)、(5)、(8)、(9)所示，另一种情况，第一端1a的水力直径向第二端1b阶梯递减。以上几种递减情况，都可以保证在安装在中心盘2上后，由中心位置向外侧、两个辐条1之间的间距相比与传统的两个辐条1之间的距离变化更小，在距离更小的情况下，在拦截性能怎么更加优异。而本案例中，阶梯递减情况分为两种，一种是全阶梯辐条1，即辐条1的截面积整体进行阶梯式减小，另一情况是半阶梯辐条1，即辐条1的径向方向上，只有一半进行阶梯式减小。全阶梯辐条，如图5中(2)、(8)所示，半阶梯辐条，如图5中(3)、(5)、(9)所示。
优选的，辐条1的截面呈圆形、正方形或长方形。其中，正方形、长方形截面的辐条1选择其中一面作为拦截面，或者选择相邻两面之间的角部位作为拦截部。圆形，如图5中(1)、(2)、(3)所示；正方形，如图5中(7)、(8)、(9)所示。
进一步的，所述辐条1上具有沿杆体设弧形槽。在弧形槽的背离面作为拦截部。如图5中(3)、(4)、(5)所示。
进一步的，所述辐条1上具有沿杆体设设方形槽。在方形槽的背离面作为拦截部。
在辐条1上开设弧形槽或者方形槽，不仅能够降低辐条1的重量，同时能够加强辐条1本身强度，避免辐条1在高速转动过程中剧烈晃动，从而导致变形。
优选的，辐条1的材料可以为不锈钢、铝合金、耐高温塑料或者陶瓷。
方案一：
一种动态拦截装置4，包括若干上述任一种辐条1，还包括中心盘2，若干辐条1的第二端1b周向阵列连接于中心盘2上。通过有内至外逐渐变大的辐条1，能够在降低辐条1之间的距离，提高拦截性能。相比于现有技术中的采用相同直径的辐条1下，本发明具有更好的拦截性。
具体地，中心盘2中部具有轴孔2c。
具体地，还包括固定盘3，中心盘2上具有环形的限位部2b以及定位辐条1用的定位槽2a，辐条1的第二端1b处设有适配限位部2b的限位槽1d，固定盘3与中心盘2固定相连并将辐条1的第二端1b限位于限位槽1d内。相比与现有技术，本发明具有更好的装配方式，不需要采用焊接的方式，在其中一个辐条1损坏、变形情况下，更容易进行拆卸、组装。固定盘3可以通过焊接、铆接、紧固件5连接、卡接等方式固定在中心盘2上。
优选的，辐条1数量为80～160根。
方案二：
一种动态拦截装置4，包括若干上述任一种辐条1，还包括中心盘2，若干辐条1的第二端1b周向阵列连接于中心盘2上。通过有内至外逐渐变大的辐条1，能够在降低辐条1之间的距离，提高拦截性能。相比于现有技术中的采用相同直径的辐条1下，本发明具有更好的拦截性。
另一种情况，中心盘2具有周向阵列设的插孔，辐条1插入插孔内。通过插接的方式进行连接中心盘2和辐条1。
优选的，辐条1数量为80～160根。
方案三：
一种动态拦截装置4，包括若干上述任一种辐条1，还包括中心盘2，若干辐条1的第二端1b周向阵列连接于中心盘2上。通过有内至外逐渐变大的辐条1，能够在降低辐条1之间的距离，提高拦截性能。相比于现有技术中的采用相同直径的辐条1下，本发明具有更好的拦截性。
另一种情况，辐条1采用注塑方式与中心盘2连接。通过注塑的放置直接连接中心盘2。此外，中心盘2可以直接注塑成型。
具体情况下：
一种动态拦截装置4，包括若辐条1，辐条1呈杆状，辐条1具有第一端1a和第二端1b，第一端1a的水力直径d1大于第二端1b，且第一端1a的水力直径d1向第二端1b递减；还包括中心盘2，若干辐条1的第二端1b周向阵列连接于中心盘2上。还包括中心盘2，若干辐条1的第二端1b周向阵列连接于中心盘2上。通过有内至外逐渐变大的辐条1，能够在降低辐条1之间的距离，提高拦截性能。相比于现有技术中的采用相同直径的辐条1下，本发明具有更好的拦截性。
具体地，辐条1为非等截面长条杆状。本发明中的辐条1为完全不截面，每个部分的位置的水力直径均不同。
具体地，第一端1a水力直径d1为3～5mm之间，第二端1b水力直径d2为1～3mm之间。优选的，第一端1a水力直径d1为4mm，第二端1b水力直径d2为2mm，也可以根据实际情况进行调节改变。
如图5中(1)、(4)、(6)、(7)所示，具体地，第一端1a的水力直径向第二端1b线性递减。线性递减为曲线型递减或者直线型递减。
如图5中(2)、(3)、(5)、(8)、(9)所示，另一种情况，第一端1a的水力直径向第二端1b阶梯递减。以上几种递减情况，都可以保证在安装在中心盘2上后，由中心位置向外侧、两个辐条1之间的间距相比与传统的两个辐条1之间的距离变化更小，在距离更小的情况下，在拦截性能怎么更加优异。而本案例中，阶梯递减情况分为两种，一种是全阶梯辐条1，即辐条1的截面积整体进行阶梯式减小，另一情况是半阶梯辐条1，即辐条1的径向方向上，只有一半进行阶梯式减小。全阶梯辐条，如图5中(2)、(8)所示，半阶梯辐条，如图5中(3)、(5)、(9)所示。
优选的，辐条1的截面呈圆形、正方形或长方形。其中，正方形、长方形截面的辐条1选择其中一面作为拦截面，或者选择相邻两面之间的角部位作为拦截部。圆形，如图5中(1)、(2)、(3)所示；正方形，如图5中(7)、(8)、(9)所示。
进一步的，所述辐条1上具有沿杆体设弧形槽。在弧形槽的背离面作为拦截部。如图5中(3)、(4)、(5)所示。
进一步的，所述辐条1上具有沿杆体设设方形槽。在方形槽的背离面作为拦截部。
在辐条1上开设弧形槽或者方形槽，不仅能够降低辐条1的重量，同时能够加强辐条1本身强度，避免辐条1在高速转动过程中剧烈晃动，从而导致变形。
优选的，辐条1的材料可以为不锈钢、铝合金、耐高温塑料或者陶瓷。
具体地，中心盘2中部具有轴孔2c。
具体地，还包括固定盘3，中心盘2上具有环形的限位部2b以及定位辐条1用的定位槽2a，辐条1的第二端1b处设有适配限位部2b的限位槽1d，固定盘3与中心盘2固定相连并将辐条1的第二端1b限位于限位槽1d内。相比与现有技术，本发明具有更好的装配方式，不需要采用焊接的方式，在其中一个辐条1损坏、变形情况下，更容易进行拆卸、组装。固定盘3可以通过焊接、铆接、紧固件5连接、卡接等方式固定在中心盘2上。
优选的，辐条1数量为80～160根。
另一种情况，中心盘2具有周向阵列设的插孔，辐条1插入插孔内。通过插接的方式进行连接中心盘2和辐条1。
另一种情况，辐条1采用注塑方式与中心盘2连接。通过注塑的放置直接连接中心盘2。此外，中心盘2可以直接注塑成型。
通过理论分析，我们发现，在动态拦截装置4的设计中，辐条1虽然截面积较小(一般辐条1直径几毫米，旋转盘外径200mm以上)，但却不可忽略(往往在计算时直接被等效成线，忽略了厚度)，其实体体积对拦截性能起到了非常关键的影响。在分析时发现，离转盘圆心越近的地方能够拦截到的颗粒物直径越小，拦截能力越高(这是结构上辐条1的实体体积及拦截颗粒物直径共同导致的，若忽略这两者的实体体积，则理论上圆盘各处可拦截到的颗粒物直径相同)，如表所示为其中一个例子(1微米颗粒物拦截效率)的计算结果：
Figure BDA0003023501840000091
Figure BDA0003023501840000101
拦截性能主要的矛盾在于：辐条1直径小，则拦截距离不够性能差；辐条1直径大，则烟气流通面积不足，风阻大，恶化烟机风机性能，且可布置的辐条1数量减少，拦截能力下降。我们发现了“离转盘圆心越近的地方能够拦截到的颗粒物直径越小，拦截能力越高”的特性，则可以采用离旋转盘中心越近的地方，辐条1直径越小的方式，形成的优点包括：辐条1靠近旋转盘圆心处的直径小，增大了布置辐条1的数量，同时增大烟气流通面积，降低风阻；辐条1远离旋转盘圆心处的直径大，减小了远端辐条1间隙，增加拦截性能。
而本方案的思路在于：采用近端直径小，远端直径大的辐条1来起到降低远端辐条1间隙的同时能够保证所需的辐条1布置数量；相比于与远端直径相等的等径辐条1旋转盘，能有更多的辐条1数量及更小的风阻。
具体实际测试：
相比于传统等截面辐条1的主要优势(同上描述)：
1.相同风阻下有更好的拦截性能；
2.相同拦截性能下有更低的风阻。
给出了实施例2的一种性能计算例：分别与等圆截面，直径为1、2、3、3.12、3.18、3.25、3.35、4mm的圆形辐条1进行对比。表中2转4锥形意为辐条1为锥形辐条1，一端直径为2mm，一端为4mm。
Figure BDA0003023501840000111
Figure BDA0003023501840000121
其中，表格里的数据，位于上部％数据为总体拦截率，而下部()内的数据为风速，例如，辐条1直径1mm，辐条1数量40根，在风速为4.75m/s下，拦截率为17.29％。上述表格中的风速指吸油烟速度。
结果显示：
1、2-4mm锥形杆相比于2mm圆杆的性能大幅提升，相比于3mm圆杆的性能有提升，略低于4mm圆杆，可见相同性能下锥形杆的用材应小于圆杆。(旋转盘质量轻)。
2、在相同迎面风速下，2-4mm锥形杆比圆杆的拦截性能高1-5％，由此可见相同性能下锥形杆的风阻应小于圆杆。(旋转盘风阻小+性能高)。
以上部件均为通用标准件或本技术领域人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种辐条，其特征在于，所述辐条呈杆状，辐条具有第一端和第二端，所述第一端的水力直径大于第二端，且第一端的水力直径向第二端递减。
2.根据权利要求1所述的辐条，其特征在于，所述辐条为非等截面长条杆状。
3.根据权利要求1所述的辐条，其特征在于，所述第一端水力直径为3～5mm之间，所述第二端水力直径为1～3mm之间。
4.根据权利要求1所述的辐条，其特征在于，所述第一端的水力直径向第二端线性递减。
5.根据权利要求1所述的辐条，其特征在于，所述第一端的水力直径向第二端阶梯递减。
6.根据权利要求4或5所述的辐条，其特征在于，所述辐条的截面呈辐条的截面呈圆形、正方形或长方形。
7.根据权利要求6所述的辐条，其特征在于，所述辐条上具有沿杆体设弧形槽。
8.根据权利要求6所述的辐条，其特征在于，所述辐条上具有沿杆体设设方形槽。
9.一种动态拦截装置，其特征在于，包括任一项权利要求1-8所述辐条，还包括中心盘，若干所述辐条的第二端周向阵列连接于所述中心盘上。
10.根据权利要求1所述的动态拦截装置，其特征在于，还包括固定盘，所述中心盘上具有环形的限位部以及定位辐条用的定位槽，所述辐条的第二端处设有适配限位部的限位槽，所述固定盘与中心盘固定相连并将所述辐条的第二端限位于所述限位槽内。
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