CN1950154B - 旋风分离设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供旋风分离设备(10)，其具有分离腔(12)，与该分离腔(12)相通的入口(14)和出口(20)，出口(20)由与分离腔(12)内部相通的导管(24)形成，并具有纵向轴线(26)，其中单个平面挡板(30)从导管(24)的内表面(22b)向纵向轴线(26)径向向内突出。挡板(30)位于出口中具有降低由设备(10)在使用时产生的噪音，还改善了压力恢复。

Description

旋风分离设备

本发明涉及旋风分离设备。众所周知，旋风分离设备用于使物质彼此分离，虽然优选地使用这种旋风分离设备将较重的气体或液体从较轻的气体或液体中分离，但这些物质通常处于不同的状态下(例如，固体从气体，固体从液体，或液体从气体分离)。已知的旋风分离设备还能很好地应用于真空吸尘器，其中固体物质(脏物、灰尘和碎屑)从气流中分离出来并在处理之前保留在展开吸尘器中，而被清洁的空气排放到大气中。本发明尤其地但不单一地适用于真空吸尘器。

已知的与真空吸尘器有关的问题之一是噪音。还可以认识到具有较高“空气瓦特”量(其与吸尘器在其入口处吸气量有关)的吸尘器将比具有较低“空气瓦特”量的吸尘器执行得更好。关于后者，可以很好地理解吸尘器中最小的摩擦损失和压降将导致最大的空气瓦特量。

通常，旋风分离设备的出口一般由圆柱形管组成，还公知为旋涡溢流管。现有技术表示公知在旋风分离设备中通过在其出口中提供对称的刃或叶片，使螺旋气流变直而恢复压力。例如US 2,771,157中所示。这些刃或叶片通常被成形成上游端弯曲成基本为螺旋形。但是，这些布置不能解决真空吸尘器或其它设备中的噪音问题。

本发明的一个目标是提供旋风分离设备，其在使用时，相当安静，而且在用于真空吸尘器中时，使真空吸尘器具有相当高的空气瓦特量。本发明的另一个目标是提供一种简单和经济的方式以实现这些改进。

本发明提供旋风分离设备，其具有分离腔，与该分离腔相通的入口，和出口，该出口由与分离腔内部相通的导管形成，并具有纵向轴线，其中单个平面挡板从导管的内表面向纵向轴线径向向内突出。

已经表明，在导管中提供单个挡板与没有这种挡板的旋风分离器相比，降低了旋风分离器的压降。如果期望，该挡板很容易与旋涡溢流管一体地制造。

由提供挡板而实现的所观察到的优点，特别是与噪音有关的优点的原因还没有完全理解。可以认为可能是当气流流出该设备时，挡板的存在干涉了围绕导管的内部旋涡运动，从而降低了由这些旋涡产生的噪音量。但是，可以得知其它解释将在以后发现。

优选地，挡板突出导管直径的至少四分之一，更优选地突出导管直径的大约三分之一。优选地，挡板沿着导管长度的四分之一延伸，更优选地沿着导管长度的二分之一延伸，且进一步优选地沿着导管的全部长度延伸。实验已经表明这些布置产生良好的效果。

在一个优选实施例中，挡板的上游端位于导管的上游端附近。这是因为如果挡板朝着导管上游端，则挡板关于噪音降低的效果最大。

挡板的上游和下游端还有优选地弯曲或逐渐变小，使得缠在挡板上的绒毛或线最少。

在另一个优选实施例中，挡板提供成与至少一个形成在导管内表面上纵向延伸槽结合。这种结合使能实现的噪音降低最大。

下面将参考附图说明本发明的实施例，附图中：

图1是根据本发明的旋风分离设备的示意性侧视图；

图2是根据现有技术的旋涡溢流管的透视图；

图3是形成图1中旋风分离设备一部分的旋涡溢流管的透视图；

图4a是通过图3中旋涡溢流管的水平剖视图；

图4b是通过图3中旋涡溢流管的垂直剖视图；

图5是通过与图4a中所示类似的第一种改进旋涡溢流管的垂直剖视图；

图6a是通过与图4b中所示类似的第二种改进旋涡溢流管的纵向剖视图；

图6b是通过与图6a中所示类似的第三种改进旋涡溢流管的纵向剖视图；

图6c是通过与图6a中所示类似的第四种改进旋涡溢流管的纵向剖视图；

图7a是通过与图5中所示类似的第五种改进旋涡溢流管的水平剖视图；

图7b是通过与图5中所示类似的第六种改进旋涡溢流管的水平剖视图；

图8是通过与图7b中所示类似的第七种改进旋涡溢流管的纵向剖视图；而

图9a，9b和9c表示真空吸尘器，其中可以采用根据本发明的旋风分离设备。

图1中示意性地表示了根据本发明的旋风分离设备。该设备10总体上包括具有入口14和出口或旋涡溢流管20的旋风体12。旋风体12在这里显示为具有上圆柱形部分12a和从上圆柱形部分12a逐渐变小的下截头圆锥体部分12b。截头圆锥体部分12b在与收集器(图中未表示)相通的锥形开口12c处结束。但是，可以理解旋风体可以相等地为完整的圆柱形，完整的锥形或者甚至是向外的锥形。而且，锥形部分的长度与圆柱形部分相比，随着锥形角度的变化，可以对图1中所表示的进行改变。旋风体12的精确外形不是本发明的实质。

入口14在这里表示为大体上与旋风体12成切向地放置。但是，可以提供改变的入口布置。所必需的是使进入的流体以涡流的方式在旋风体12中运动，从而在其中形成旋涡。切向入口14可以用具有其它用于形成必要涡流的装置的径向或轴向入口代替，例如，螺旋叶片(图中未表示)。入口14形成为简单的管并与旋风体12内部在其上端连通。虽然旋涡溢流管20设计的其它细节将在下文中说明，但旋涡溢流管20也可以大致形成为简单管的形式，并形成导管。旋涡溢流管20布置在旋风体12的中间，也在其上端，即，与入口14在同一端。

上述类型的旋风分离设备10的操作很好理解。其中含有物体的流体(在真空吸尘器情况中，为其中含有污垢、灰尘和碎片的气流)通过入口14进入旋风体12。入口14的布置使流体围绕旋风体12内部旋转，从而在其中形成旋涡。流体中含有的物体从流体中分离，并在其退出旋风体12的地方通过锥形开口12c落到旋风体12的下端，并落入收集器(图中未表示)中。如果没有锥形开口或收集器，则分离出来的物体可以在旋风体12内部收集在其下端处。

同时，物体已经从其中分离的流体朝着旋风体12的纵向轴线16向里流动，并通过旋涡溢流管20流出该设备10。当流体流出设备10时，其仍然以非常高的角速度旋转，且当该旋转流体流过旋涡溢流管20时，产生很大的噪音。

为了比较，图2中表示了现有技术中的旋涡溢流管18。该已知的旋涡溢流管18为中空圆柱形，并具有光滑的外壁和内壁18a，18b。

图3，4a和4b更详细地表示了图1中所示设备的旋涡溢流管20。旋涡溢流管20通常为圆柱形，且由塑料成型为具有纵向轴线26的导管24。圆柱形壁22具有外表面22a和内表面22b。内表面22b带有从其上向导管24纵向轴线26延伸的单个挡板30。如图4a所示，挡板30位于沿着导管24的直径延伸的平面内。挡板30大致延伸过导管24直径的三分之一，并可以与导管24一体地成型。

从图4b中可以看出，挡板30的上游和下游端30a，30b位于旋涡溢流管20的上游和下游端20a，20b附近。从而挡板30的总长度与旋涡溢流管20的总长度相同。但是，上游端30a成形为在流过导管24的方向上深度增大，从而在其上游端30a处具有向外的锥形。该形状有助于阻碍较大，较轻的碎片(例如纤维和绒毛)留在挡板30的上游端30a上，这可能会导致堵塞。下游端30b还成形为在流动方向上深度减小，并具有如图4b中所示的弯曲或弓形形状。该形状有助于避免气流中的扰动流出旋涡溢流管20。

图3，4a和4b中所示的旋涡溢流管20用在设备10中，以提供能够从气流中分离污垢和灰尘的改进分离设备。挡板30在旋涡溢流管20中的存在避免了当气流流出该设备时产生过大的噪音。而且，挡板30的存在实现了这一点，而不会显著减小设备10能实现的空气瓦特量。

图5，6a，6b和6c表示适于用在根据本发明的旋风分离设备中的替代旋涡溢流管。图5中所示的旋涡溢流管120与图3，4a和4b中所示的非常相似，除了挡板130仅向纵向轴线126延伸大约导管124直径的四分之一。否则，挡板130具有与图4b中所示挡板30一样的形状，具有向外的锥形上游端和弓形的下游端，每一端位于导管124相应端部附近。

图6a中所示的旋涡溢流管220与图4b中所示的旋涡溢流管120仅在挡板230的形状上不同。在图6a的旋涡溢流管220中，挡板230具有与弓形下游端230b形状相似的弓形上游端230a。挡板230向纵向轴线226延伸大约导管224直径的三分之一，且具有与导管224相同的总长度。

图6b表示另一种变化，其中挡板330与图6a中所示的挡板230形状相似。但是，挡板330仅延伸大约导管324直径的四分之一。挡板330的总长度大约等于导管324长度的一半。而且，挡板330位于导管324的中间区域，即，挡板330的上游和下游端330a，330b与导管324的相应端大致相等。

图6c表示对图4a和4b中所示旋涡溢流管20的改进，其中挡板430的长度大约是导管424长度的四分之三。挡板430的上游端430a位于旋涡溢流管420上游端420a附近，而挡板430的下游端430b与旋涡溢流管420的下游端420b隔开。因而，旋涡溢流管420的上游端420a具有直到外表面422a的圆角。该改进可以应用到上述任一实施例中。

图7a表示另一种替代旋涡溢流管520，其与图3，4a和4b中所示的类似。旋涡溢流管520与上述附图中所示的不同之处在于多个槽500形成在圆柱形壁522的内表面522b上。槽500为三角形，并从内表面522b向外表面522a延伸。在所示实施例中，具有七个槽500，且这些槽围绕轴线526均布在挡板530的两侧。挡板530与图4b中所示的相同。槽500沿着导管524的全部长度延伸。挡板530和槽500的结合效果使采用了旋涡溢流管520的设备产生的噪音最小。

另一种改进如图7b中所示，其中旋涡溢流管620包括图4b中所示类型的挡板630(虽然该挡板可以等价替换为其它任意附图中所示类型)和圆柱形壁622内表面622b中的槽600。在这种情况下，只有四个槽600，且这些槽围绕轴624均布，挡板630位于两个相邻槽600中间。槽600形成为具有矩形截面，且沿着导管624的全部长度延伸。

图8表示对图7b中所示旋涡溢流管进行的改进，其中槽700仅沿着导管724的三分之二延伸。槽700从旋涡溢流管720的上游端720a延伸，并终止在距其下游端720b一定距离处。

图9a，9b和9c表示三种不同类型的真空吸尘器，其中可以有利地采用根据本发明的旋风分离设备。图9a中所示的圆柱形真空吸尘器包括两个串联布置的单独的旋风体32，34，其中之一布置在另一个内部。可以想象本发明将利用关于内部旋风体34的最佳优点。图9b和9c分别表示圆柱形和立式真空吸尘器，在其中每一个中单个上游旋风体36跟着多个平行布置的下游旋风体38。可以预期当采用一些或全部下游旋风体38时，本发明将具有最大的优点。

已经发现，通过用具有沿着其至少一部分长度延伸的内部挡板的旋涡溢流管代替传统圆柱形旋涡溢流管，由旋风分离设备产生的噪音，至少在用于真空吸尘器中时，可以降低。而且，挡板能够在气流流出旋风分离设备时，在气流中实现显著的压力恢复量。这对消费者具有显著的好处，因为真空吸尘器可以得到的空气瓦特量增大，这反过来对吸尘器的吸尘性能具有有益的效果。

本发明不限于附图中所示实施例的具体细节。修改和改进对于本领域技术人员是显而易见的。例如，挡板的长度不需要与图中完全一样，且其每一端的锥形/弓形形状可以改变。所具有的槽的数量可以改变，且它们的形状也可以采用除矩形或三角形以外的其它形状。

Claims (18)

1.旋风分离设备，其具有分离腔，与该分离腔相通的入口，和出口，该出口由与分离腔内部相通的导管形成，并具有纵向轴线，其中单个平面挡板从导管的内表面向纵向轴线径向向内突出。

2.根据权利要求1所述的旋风分离设备，其中挡板突出越过纵向轴线至少直径的四分之一。

3.根据权利要求2所述的旋风分离设备，其中挡板突出越过纵向轴线至少直径的三分之一。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的旋风分离设备，其中挡板至少沿着导管长度的一半延伸。

5.根据权利要求4所述的旋风分离设备，其中挡板至少沿着导管长度的四分之三延伸。

6.根据权利要求5所述的旋风分离设备，其中挡板的长度与导管的长度大致相同。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的旋风分离设备，其中挡板的上游端位于导管上游端附近。

8.根据权利要求1至3中任意一项所述的旋风分离设备，其中挡板的上游端径向地向内伸出，该径向地向内伸出的长度在流体流过导管的方向上增大。

9.根据权利要求8所述的旋风分离设备，其中挡板的上游端在流体流过导管的方向上为锥形。

10.根据权利要求1至3中任意一项所述的旋风分离设备，其中挡板的下游端径向地向内伸出，该径向地向内伸出的长度在流体流过导管的方向上减小。

11.根据权利要求10所述的旋风分离设备，其中挡板的下游端为弓形。

12.根据权利要求1所述的旋风分离设备，其中至少一个纵向延伸的槽位于导管的内表面上。

13.根据权利要求12所述的旋风分离设备，其中该槽或每一个槽平行于挡板延伸。

14.根据权利要求12或13所述的旋风分离设备，其中该槽或每一个槽大致沿着挡板的全部长度延伸。

15.根据权利要求12或13所述的旋风分离设备，其中具有至少四个槽。

16.根据权利要求15所述的旋风分离设备，其中至少具有六个槽。

17.根据权利要求1至3中任意一项所述的旋风分离设备，其中导管的上游端在其外表面上成圆周倒角。

18.一种真空吸尘器，包含权利要求1至3中任意一项所述的旋风分离设备。

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