CN113453603A - 用于旋风分离器的涡流探测器 - Google Patents

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Abstract

一种用于旋风分离器的涡流探测器(F)，涡流探测器包括多个固定的叶片(V)，叶片具有圆形凸前端，进入的空气(A)围绕圆形凸前端被引导到涡流探测器(F)中，其中在空气在涡流探测器(F)内部与叶片(V)分离的位置处，叶片(V)的横截面只有一个锐边(E)。优选地，叶片(V)的横截面的中线(M)在横截面的上游半部不与弦线(C)交叉。优选地，叶片(V)面向进入的空气(A)的一侧，在驻点(S)处设置有突起(P)。突起(P)可以被定形以引导进入的空气(A)进入涡流探测器(F)，并可以具有遵循邻近叶片的形状的凹侧，和圆形顶部。优选地，突起(P)的高度在叶片(V)之间的间隙宽度的70％到130％之间的范围，更优选地在85％到115％之间的范围。优选地，相邻叶片(V)之间的间隙宽度从涡流探测器(F)的外侧向内侧增加。一种吸尘器包括优选具有这样的涡流探测器(F)的旋风分离器。

Description

用于旋风分离器的涡流探测器
技术领域
本发明涉及用于旋风分离器的涡流探测器，并且涉及包括涡流探测器的吸尘器。
背景技术
无袋吸尘器使用旋气分离器以从空气中分离出灰尘颗粒。旋气分离器由柱形室组成，在该柱形室中气流快速旋转。由循环气流产生的离心力将灰尘颗粒抛向旋气分离器腔的壁，它们从那里落入收集腔。净化的气流沿相反的方向，通过旋气分离器的中心，并且经由涡流探测器被排放到旋气分离器的出口。涡流探测器的功能是确保稳定旋转流动以提高分离性能。涡流探测器通常有多个叶片，它们将空气引导到出口。
US2012167336公开了具有分离模块的吸尘器，其包括排气格栅，被流动地定位在分离腔和空气出口之间。排气格栅包括主体，其具有多个百叶窗，并且限定在相邻的百叶窗之间的多个入口。至少一个百叶窗包括翼型，被配置从多个入口中的至少一个入口将灰尘颗粒偏转。在百叶窗的首端，可以包括一个翼型尖端，其被配置用于使灰尘颗粒从间隙偏离。在一个实施例中，翼型尖端通过在上游(upstream)表面形成的弯曲引导表面被形成。引导表面可以放置在上游表面的最外面的部分。引导表面朝向首端具有更小的曲率半径，比较于上游表面朝向尾端的曲率半径。引导表面包括过渡点，其定义点在过渡点靠近引导端侧的第一切线斜度小于在过渡点靠近尾端侧的第二切线斜度，其导致凹月牙形在翼型尖端的上游表面。
WO2015150435公开了一种旋风分离器的涡流探测器，其被在螺旋路径的流动空气，围绕旋气分离器腔的轴，通达出口。涡流探测器包括多个固定重叠叶片沿着轴向延伸，并围绕轴径向分布，叶片相对于彼此放置，使得空气的螺旋流动围绕旋气分离器腔轴通过叶片的外表面，部分气流围绕每个叶片的首边重定向，并且通过邻近的叶片之间间隙到达出口。沿着轴的任一点，每个叶片的外表面的部分位于圆环上，其具有与轴同轴的中心，每个叶片的外表面有部分通向引导边，其内向伸展远离圆环，使得每个叶片的引导边，其被通过叶片之间间隙的被重定向空气围绕，位于受圆环约束的区域边界的内部，以创造在间隙附近的邻近叶片的外表面的超压区域。
发明内容
除其他外，本发明的目标是提供一种改进的涡流探测器。本发明通过独立权利要求限定。优选的实施例在从属权利要求限定。
本发明的一个方面是提供一种旋风分离器的涡流探测器，涡流探测器包括多个固定的叶片，具有圆形凸前端，进入的空气围绕其被引导到涡流探测器中，其中在该空气在涡流探测器内部与叶片分离的位置处，叶片的截面只有一侧锐边。优选的，叶片截面的中线在上游半部不与弦线交叉。优选地，面向进入的空气的叶片一侧，在驻点处被设置有突起。突起被定形以引导进入的空气进入涡流探测器中，并有遵循相邻叶片形状的凹侧，和圆形顶部。优选地，突起的高度在叶片之间的间隙宽度的70％至130％范围，更优选地在85％到115％之间范围。在另一优选的实施例，相邻叶片的间隙宽度从涡流探测器外侧到内侧逐渐增加。一种吸尘器包括优选地设置有这样地涡流探测器的旋风分离器。
涡流探测器的现有技术叶片导致与叶片分离的气流中产生相对较大的湍流。湍流通常是一种消耗能量的流动行为。本发明的实施例提供了一种新的涡流探测器叶片几何形状，其显著降低了流动湍流，同时仍保持了易于制造的特性。在本发明的实施例中，涡流探测器的叶片具有液滴或翼型的形状。它只有一个锐边，在此处流动与形状分离。
很大程度上来说，本发明的实施例相似于在此引入作为参考的WO2015150435的实施例。主要区别在于涡流探测器叶片的形状，其中本发明的实施例包括具有叶片的液滴形截面的叶片，即在液滴的前端具有圆形表面，并且在液滴的后端仅具有一个锐边。
在US2012167336中，叶片的形状被配置为将灰尘从涡流探测器的多个空气入口中的至少一个处偏离。为此，这些现有技术的叶片在叶片顶端的上游表面上具有凹新月形。现有技术形状的明显缺点是，不仅灰尘，而且空气都偏离了涡流探测器的空气入口，而空气最终应该进入这些入口。因此，需要大量的吸入能量来使空气转向以进入涡流探测器的空气入口，并且鉴于对真空吸尘器的日益严格的能耗要求，这种吸入能量损失尤其成问题。在本发明的实施例中，由圆形凸前端产生的叶片的液滴状形状确保了空气不会首先被引导至远离涡流探测器的错误方向，而是空气能够直接且平稳地进入涡流探测器的叶片之间的间隙。
本发明的这些和其他方面将会通过参考下面描述的实施例变得显而易见并被阐明。
附图说明
图1-3示出了根据本发明的涡流探测器的第一实施例的横截面；
图4在更详细地示出了气流；以及
图5A-7B示明了根据本发明设置了突起的涡流探测器的进一步实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的涡流探测器F的第一实施例的横截面。涡流探测器具有多个叶片V。进入的气流A环绕涡流探测器F。
图2更详细地示出了图1叶片部分，在图2的理想表示中，由于风扇(未示出)的吸入，空气A在叶片之间进入到涡流探测器内。由于惯性，灰尘颗粒D或者不进入涡流探测器A但随着直线到旋风分离器的外壳，或者由接下来的叶片V被反弹。使用这种方法，灰尘D从空气被分离。在叶片V的尾边，空气A从叶片分离的位置，叶片只有一个锐边E。采用翼型形状的叶片横截面，一个锐边意味着在横截面的下游半部，翼型的上下表面以小于90度的角度相交。尽管在实践中，生产限制可能导致轻微的倒圆，它仍然保证，在叶片横截面的下游半部，在该下游半部中逼近翼型的上下表面的直线，以小于90度的角度相交。
图3示出了在叶片V中的一个叶片中画出的中线M和弦线C。保持和维基百科条目在翼型上使用的定义一致，翼型的几何形状通过多种属于来描述：
首边是位于翼型前方的点，其有最大曲率(最小半径)。
尾边被相似的定义是翼型的尾端有最大曲率的点。
弦线是连接首边和尾边的直线。弦的长度、或简称弦，是弦线的长度。
中弧线或中线M是在翼型的上下表面之间中间点的轨迹。其形状取决于厚度沿弦的分布。
在所示实施例，中线M具有C形，其不与弦线C交叉。它至少保持在叶片V的上游半部，中线不穿过弦线。相反，在现有技术US2012167336中，中线设置有S形并且在叶片的上游半部与弦线交叉至少一次。由于是现有技术的在翼型尖端的上游表面的凹形月牙形，空气并不平滑地进入涡流探测器，导致高额压力损失。
由于根据本发明的叶片的形状，空气A平滑地进入涡流探测器F，因此使压力损失最小化，使得吸入能量被最有效率的利用。这积极效果由在它们尾端的特征所得到的结果，叶片只有一个锐边。使得来自钝的尾端的振动能被避免。如此的振动也会导致不被期待的压力损失。
有利的是，涡流探测器的形状为圆柱形，这使得叶片的期望形状可以通过模制容易地制造。
图4更详细地示出了气流。虽然在图2的理想表示中提出，大部分空气流由于真空吸尘器(未示出)的电机风扇集合的吸入而进入涡流探测器F，但实际上，一些空气流撞击叶片V，另一部分围绕叶片V。在空气撞入叶片V的位置，灰尘得到累积。空气撞击叶片V的地方称为驻点S，驻点S通常被定义为流体的局部速度为零的流场中的一个点(例如参见维基百科)。驻点存在于流场中物体的表面，在该处液体被物体静止。
根据本发明的优选实施例，面向进入的空气A的叶片V的一侧，在驻点S设置有突起P，由此阻止灰尘在累积在叶片V的驻点S上。通过此方案，污染能够显著地减少，而不会影响分离性能或压力损失。
应当注意的是尽管本文在叶片V语境下描述的突起P设置有一锐边E，在该位置空气从在涡流探测器的叶片V的内侧分离，在驻点，空气撞入涡流探测器的叶片内的位置，的灰尘累积问题，和提供具有突起的叶片边的解决方案，并不限于这样的叶片，并且申请人保留单独保护(参见申请EP20150969.2，参考2019PF00905)不同叶片(例如US2012167336或WO2015150435中所述叶片)以防止灰尘堆积的权利。
突起P被尽可能近的放置在驻点S是重要的。WO2015150435的图12b示出了外部后端边缘45，其是由从叶片41上切下一部分的结果。然而，该解决方案并不有助于阻止灰尘累积在尾端面42的空心部分，其为驻点所在的位置。因此，在该现有技术的解决方案中，在驻点处，没有阻止灰尘在驻点累积的突起，但有收集灰尘的空心形状。
图5A和5B示出了设置有突起以阻止灰尘累积的叶片的第一实施例。在此，突起P的两边均是凹形的。
图6A和6B示出了设置有突起以阻止灰尘累积的叶片的第二实施例。这里，面向涡流探测器P内部的突起P的边为凹形，并且面向涡流探测器外F的突起P的边为凸形的。
图5A-6B的凹形形状用于保证突起P被塑形以引导进入的空气A相对平滑进入涡流传感器F。
突起P优选设置有圆形顶部，其在制造公差方面比锐顶更为宽松。然而，尖锐顶部也是可行的。
在实践的实施例中，叶片由间隙隔开，间隙宽度大约为1.75mm；对于不同的间隙宽度，以下讨论的其他尺寸的尺寸需要相应调整。
在图5A和5B的实施例中，将突起P定位在尽可能靠近驻点的设计目标，意味着突起优选地与驻点偏离少于1mm。突起P的任何圆形顶部的直径，优选地在0.25mm到0.35mm之间的范围，例如大约0.3mm。相比于图1-4所示的叶片的基础形状，突起P的高度优选地在0.75到1.25mm之间的范围，例如大约1mm。突起P的足迹优选地在2.5mm到3.5mm之间的范围，例如大约3mm。
在图6A和6B的实施例中，突起P的凹侧，优选地以如下方式定形，使得相邻叶片V之间的间隙宽度是基本恒定的，即，这些凹形边遵循相邻叶片V的形状。相比较于图1-4所示的叶片的基本形状，突起P的高度优选地在1.25mm(1.75mm间隙宽度的70％)到2.25mm(1.75mm的115％)之间的范围，例如大约1.75mm，其非常好地使得突起P被定位在驻点S处。突起P的凹形边优选地以如下方式定形，使得从叶片的基本形状向突出部P的顶部呈连续曲线。突起P的任何圆形顶部的直径优选地在0.15mm到0.25mm之间的范围，例如大约0.2mm。
在图7A和图7B的实施例中，突起P被塑形使得相邻叶片V的间隙宽度从涡流探测器F的外侧到内侧增加。间隙宽度优选地逐步和/或连续增加。结果是，间隙获得类似扩散器的形状。扩散器在例如I.E.Idel’schik液压阻力手册(1960)中已知。间隙宽度增加(此处在相邻叶片V弯曲形状之间)，优选地可比较于以在5度到30度之间的角度，更优选地大约12度，放置的平板之间隙宽度增加。在一示例中，间隙具有0.9mm的初始宽度Wi，并且，超过突起P，具有1.75mm的端部宽度We。突起P具有圆形顶部，2.3mm的高度，以及7mm的足迹FP。
应当注意上述实施例示明而非限制本发明，本领域技术人能够在不脱离权利要求范围设计替代实施例。在权利要求中，任何放置在括号间的参考符号，不应当被解释为限制权利要求。词语“包括”并不排除除了在权利要求列举的要素或步骤的存在。在元素之前的词语“一”或“一个”并不排除多个元素的存在。主张的特点，叶片在驻点有突起P，并不意味着突起P必须恰好地在驻点S，但仅仅是突起P被定位在靠近驻点S。在不同从属权利要求中相互引用的方案可以优选地在组合中被使用。

Claims (10)

1.一种用于旋风分离器的涡流探测器(F)，所述涡流探测器包括：
多个固定叶片(V)，具有圆形凸前端，进入的空气(A)围绕所述圆形凸前端被引导到所述涡流探测器(F)中，其中在空气在所述涡流探测器(F)内部与所述叶片(V)分离的位置处，所述叶片(V)的横截面只有一个锐边(E)。
2.根据权利要求1所述的涡流探测器(F)，其中所述叶片(V)的横截面的中线(M)在所述横截面的上游半部中不与弦线(C)交叉。
3.根据前述权利要求中任一项所述的涡流探测器(F)，其中所述叶片(V)面向所述进入的空气(A)的一侧在驻点(S)处被设置有突起(P)。
4.根据权利要求3所述的涡流探测器(F)，其中所述突起(P)被定形以便将所述进入的空气(A)引导到所述涡流探测器(F)中。
5.根据权利要求3或4所述的涡流探测器(F)，其中所述突起(P)具有遵循邻近的叶片的形状的凹侧。
6.根据权利要求3、4或5所述的涡流探测器(F)，其中所述突起(P)具有圆形顶部。
7.根据前述权利要求3至6中任一项所述的涡流探测器(F)，其中所述突起(P)的高度在所述叶片(V)之间的间隙宽度的70％与130％之间的范围内。
8.根据权利要求7所述的涡流探测器(F)，其中所述突起(P)的高度在所述叶片(V)之间的间隙宽度的85％与115％之间的范围内。
9.根据前述权利要求3至6中任一项所述的涡流探测器(F)，其中在相邻的所述叶片(V)之间的间隙宽度从所述涡流探测器(F)的外部向内部增加。
10.一种吸尘器，包括旋风分离器，所述旋风分离器具有根据前述权利要求中任一项所述的涡流探测器。
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