專利名稱：具有非平行分離通道的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器和一種分離設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以使其轉(zhuǎn)動(dòng)用于分離流體中微米級(jí)或亞微米級(jí)的固體或液體粒子的分離裝置，該分離裝置包括許多分離通道，該分離通道具有經(jīng)過(guò)軸向長(zhǎng)度主要部分的單獨(dú)連接壁。本發(fā)明還涉及由上述分離裝置構(gòu)成的分離器，在上游和下游可以將葉輪固定在該分離器上，其中分離裝置在一個(gè)外殼中，該外殼上形成流體入口和流體出口，可選擇地形成用于排出已分離微粒物質(zhì)的分離出口。
當(dāng)使流體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該流體中的液體或固體微粒將沿徑向方向移動(dòng)，微粒離轉(zhuǎn)軸的距離增加。微粒在徑向方向移動(dòng)的速度依賴于由于轉(zhuǎn)動(dòng)作用在微粒上的離心力的大小和流體作用于相對(duì)于流體運(yùn)動(dòng)的微粒上的阻力的大小?；谶@些力的作用可以計(jì)算出，在氣體以300弧度/s角速度轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，對(duì)于平均直徑1μm，平均密度約1000kg/m3和位于0.1m半徑處的微粒將以約0.03m/S的速度徑向移動(dòng)。對(duì)于平均直徑約5μm和約0.05μm的粒子在轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際的條件下將分別以約0.1m/s和約0.001m/s的速度徑向移動(dòng)。如果假定氣體和微粒保持轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間約0.2s，則意味著，如果徑向配置位于沿微粒開(kāi)始移動(dòng)的徑向平面分別移動(dòng)約20mm和約0.2mm的徑向距離處，則上述微粒將達(dá)到該徑向配置的壁。采用大量的彼此間徑向距離很短的并且沿轉(zhuǎn)軸方向軸向延伸的壁可以形成這樣的結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)便可利用離心分離法分離出大量氣體中的極小微粒。氣體平行于徑向配置壁和轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)微粒在離心力作用下徑向移動(dòng)并沉積在分離通道的外壁上，該分離通道由徑向垂直壁形成。同樣的原理也可以用于液體。
從歐洲專利說(shuō)明0286160和美國(guó)專利說(shuō)明4994097與5073177中可以了解上述微粒分離器。已知微粒分離器的缺點(diǎn)是，分離通道平行于轉(zhuǎn)軸。本發(fā)明基于這樣一種新見(jiàn)解，在確定的范圍內(nèi)，使分離通道不平行于轉(zhuǎn)軸配置將進(jìn)一步增強(qiáng)分離過(guò)程。
轉(zhuǎn)動(dòng)的并沿不平行于轉(zhuǎn)軸方向流動(dòng)的流體將受到復(fù)合向心力作用。結(jié)果，在垂直于轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)發(fā)生對(duì)流流動(dòng)。這種對(duì)流流動(dòng)可以增強(qiáng)基本上由離心力引起的微粒向分離通道壁的傳輸。在通道相對(duì)于轉(zhuǎn)軸僅有很小的傾斜角時(shí)，例如該通道壁的切面與轉(zhuǎn)軸形成僅百分之一度的角度時(shí)，對(duì)流微粒向分離壁的傳輸便對(duì)分離過(guò)程產(chǎn)生了顯著的極積的貢獻(xiàn)。


圖1用例示的方法示出在包括轉(zhuǎn)軸2的平面中分離通道壁1的截面。在各個(gè)位置示出壁與轉(zhuǎn)軸所形成的角度3。
圖2例示出圓形通道4的截面圖，該通道4形成本發(fā)明一束通道的一部分。當(dāng)該通道的壁如圖1所示不平行于轉(zhuǎn)軸時(shí)，由于復(fù)合向心力的作用形成環(huán)流5。該流圖由圖2所示的兩個(gè)小室構(gòu)成，該流圖是復(fù)合向心力6作用的結(jié)果，該復(fù)合向心力6沿轉(zhuǎn)軸的垂直方向和通過(guò)通道的流體軸向速度的垂直方向作用。由于環(huán)流的作用，微粒被載帶到更靠近分離壁的距離。由此增強(qiáng)了利用離心力徑向傳送微粒子的作用。
但是須要限制分離通道的傾斜角度。如果傾斜角太大，由于復(fù)合向心力的作用，流體的對(duì)流流動(dòng)將開(kāi)始占優(yōu)勢(shì)。在這種情況下，由于復(fù)合向心力的作用，微粒將基本上沿一個(gè)封閉的環(huán)形流流動(dòng)。在這種情況下，作用在微粒上并對(duì)將微粒移動(dòng)到徑向設(shè)置壁上起主要作用的離心力則變得很小。因而在很顯著的程度上，微粒不再到達(dá)壁，而被流體帶走。
重要的是要理解，這些環(huán)形流的強(qiáng)度必需要限制到一個(gè)對(duì)應(yīng)于微粒在離心力作用下形成的徑向遷移速度的值。這意味著，不平行通道與轉(zhuǎn)軸形成的角度、轉(zhuǎn)速、通道的徑向?qū)挾群烷L(zhǎng)度以及通過(guò)通道流動(dòng)的流體的運(yùn)動(dòng)粘滯性必需要進(jìn)行折衷的選擇，以使這些參數(shù)必須在一定值以內(nèi)。
本發(fā)明因此涉及一種可以使其轉(zhuǎn)動(dòng)從而分離出流體中微米或亞微米級(jí)的固體微?；蛞后w微粒的分離裝置，該分離裝置由許多分離通道組成，該通道在軸向長(zhǎng)度的主要部分上具有單獨(dú)連接的壁，其特征在于，至少一個(gè)分離通道的壁不平行轉(zhuǎn)軸；分離通道的切面和轉(zhuǎn)軸之間角度的正切tana、分離通道的徑向?qū)挾萪、分離通道的長(zhǎng)度L以及分離裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)速度Ω應(yīng)當(dāng)相互依賴地選擇，使得無(wú)量綱數(shù)(ΩLd tana)/v在分離通道的主要部分上位于高達(dá)192的范圍，在式中的v是流體的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)。
在分離裝置中，在徑向的分離通道數(shù)目—一般大于10，例如15～1000，最好約為20～500。非平行分離通道的數(shù)目一般大于20％～30％，例如大于60％或90％。實(shí)際上，所有的分離通道最好以上述方式不平行。
為了最好地增強(qiáng)分離過(guò)程，我們推薦，使無(wú)量綱數(shù)在1～192的范圍內(nèi)，1～140比較好，最好為1～96。該數(shù)一般低于192，最好低于140，下限一般是0.1，例如1～5或2～10。
分離裝置最好具有噴射和噴注裝置，用于使噴射或噴注介質(zhì)穿過(guò)通道從而除去分離通道中已分離的微粒，使得在操作或非操作期間，可以很快地和有效地除去每個(gè)分離通道中的已分離的微粒物質(zhì)。
微粒分離器可選擇地具有兩個(gè)或多個(gè)具有不同直徑的分離通道的分離單元。可以預(yù)分離粗粒子，由此可以避免粗粒子堵塞狹窄的分離通道。也可以用加長(zhǎng)的轉(zhuǎn)子外壁來(lái)代替外加的分離單元，在再生期間，反吹的粒子被收集在該外壁上。
在分離裝置通過(guò)一個(gè)彈性固定在框架上的馬達(dá)或傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，在由于分離裝置被懸掛在一側(cè)而產(chǎn)生不平衡的情況下，對(duì)稱軸經(jīng)過(guò)呈錐形面的路徑，在這種情況下，分離通道可以平行于對(duì)稱軸，但是由于不平衡，而相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線傾斜角a。
另外，分離裝置最好具有流體入口和/或流體出口裝置，使得離心壓力的增加等于或大于在分離裝置兩端的壓力降低，如果這樣，便可避免流體流動(dòng)短路，并可以選擇地省去密封裝置。
本發(fā)明還涉及至少具有兩個(gè)分離裝置的分離單元。
本發(fā)明還涉及可以使其轉(zhuǎn)動(dòng)從而分離流體中微米或亞微米級(jí)的固體微?；蛞后w微粒的分離裝置，上述分離裝置由許多分離通道構(gòu)成，該分離通道在軸向長(zhǎng)度的主要部分上具有單獨(dú)連接的壁，該分離裝置的特征在于，它具有噴射或噴注裝置，用于使噴射或噴注介質(zhì)通過(guò)通道而除去分離通道中已分離的微粒。
本發(fā)明還涉及可以使其轉(zhuǎn)動(dòng)從而分離流體中微米或亞微米級(jí)的固體或液體微粒的分離裝置，上述分離裝置由許多分離通道構(gòu)成，該分離通道在軸向長(zhǎng)度的主要部分上具有單獨(dú)連接的壁，該分離裝置的特征在于，分離裝置由一個(gè)彈性固定在框架上的馬達(dá)或驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明還涉及一種使其轉(zhuǎn)動(dòng)從而分離流體中微米或亞微米級(jí)固體或液體微粒的分離裝置，上述分離裝置包括許多分離通道，該分離通道在軸向長(zhǎng)度的主要部分上具有單獨(dú)連接的壁，該分離裝置的特征在于，該分離裝置具有流體入口和/或流體出口裝置，使得離心壓力的增加等于或大于分離裝置兩端的壓力降低。
在后面的一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)通道不平行不是達(dá)到本發(fā)明效果的重要條件。這意味著無(wú)量綱數(shù)小于192，沒(méi)有其下限的條件。
在本發(fā)明分離裝置的一個(gè)實(shí)施例中，分離通道由包在軸或管子上的波紋材料構(gòu)成，該材料可以是紙、紙板、箔、金屬、塑料或陶瓷。
在本發(fā)明分離裝置的另一個(gè)實(shí)施例中，分離通道由穿孔的導(dǎo)管，或軸向穿孔的物體構(gòu)成。
在本發(fā)明分離裝置的又一個(gè)實(shí)施例中，分離通道的過(guò)流直徑和分離通道中的平均流過(guò)速度相互依賴地被選擇，使得雷諾數(shù)小于2300，最好小于2000，由此保證在分離通道中的層流流動(dòng)。
按照本發(fā)明可以利用分離裝置的制造方法和/或組裝方法來(lái)形成不平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的通道。如果分離裝置具有某種程度的不平衡也可以形成不平行的位置。特別是當(dāng)分離裝置被彈性支承在外殼上，例如以類似于旋轉(zhuǎn)干燥爐結(jié)構(gòu)的方式被支承時(shí)，分離裝置由于不平衡將繞一根與分離裝置的對(duì)稱軸形成一角度的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
事實(shí)上按照本發(fā)明，分離裝置的分離通道的長(zhǎng)度與徑向?qū)挾鹊谋仁谴蟮?，在任何情況下都大于5?，F(xiàn)在考慮分離裝置以75弧度/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并且流過(guò)該分離器的空氣的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)為1.5×10-5m2/s的情況。在通道長(zhǎng)度為500mm，徑向?qū)挾葹?mm的情況下，按照本發(fā)明的分離通道的傾斜角必需限制到1.5°角。而在通道長(zhǎng)度為200mm，徑向?qū)挾葹?.5mm的情況，本發(fā)明分離通道的傾斜角必需限制到21°角。
圖3和4是具有本發(fā)明分離通道7的分離裝置構(gòu)成的微粒分離器的縱向截面圖和橫截面圖。位于通道上游和下游的是流體導(dǎo)向裝置，例如葉輪8和9，該葉輪具有可以是彎曲的或不彎曲的葉片10。流體導(dǎo)向裝置和分離通道裝在由馬達(dá)12驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸11上。整個(gè)機(jī)構(gòu)由具有螺旋形小室14的外殼13封閉。要清潔的氣體15從下側(cè)軸向進(jìn)入外殼、然后由入口葉片8使其轉(zhuǎn)動(dòng)并導(dǎo)入到轉(zhuǎn)動(dòng)的分離通道7。由于向心力以及本發(fā)明的由于通道的有限傾斜(在圖3和圖5中這種傾斜沒(méi)有明顯地表示出來(lái))引起的環(huán)流的作用，液體和固體微粒便從氣體中分離出來(lái)并沉積在分離通道的外壁上。已除去微粒的氣體通過(guò)出口葉輪9離開(kāi)通道，從而通螺旋形小室離開(kāi)外殼。收集在分離通道中的微粒物質(zhì)可以被除去，方法是將分離裝置從外殼中取出來(lái)，然后進(jìn)行清洗，或更換一個(gè)新的。分離裝置還可以在原處進(jìn)行清洗，例如用振動(dòng)法清洗，用聲波清洗，或者最好向通道噴射或噴注加壓的空氣或其它的氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)進(jìn)行清洗。安裝密封件16可以防止在出口的已清潔的氣體通過(guò)外殼13和分離裝置7之間的空間漏到入口的未清潔氣體中去的可能性，或防止通過(guò)相反方向的泄漏。在微粒分離器中適當(dāng)選擇壓力分布同樣也可以或進(jìn)一步控制這種泄漏氣流。由于向心力的作用，流過(guò)葉輪8和9的氣體在徑向方向?qū)⒊霈F(xiàn)壓力的增加。如果這種壓力的增加等于由于氣體流過(guò)通道時(shí)氣體遇到的阻力產(chǎn)生的壓力降，則在出口14的壓力將與入口15的壓力相同，因而不會(huì)發(fā)生泄漏氣體經(jīng)過(guò)中間空間。如果轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器被設(shè)計(jì)成氣體產(chǎn)生的離心壓力稍大于通道上形成的壓力降，則僅有少量的已清潔氣體回流到未清潔的氣體。此時(shí)不需要特別的或高級(jí)的密封裝置16。這一實(shí)施例的特點(diǎn)是，分離裝置和氣體導(dǎo)向裝置被制作成已清潔氣體在排出處的半徑大于待清潔氣體進(jìn)入處的半徑。
具有本發(fā)明分離裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器的另一個(gè)可能實(shí)施例的例子示于圖5和6。該實(shí)施例的特征是切向配置的入口17，該入口17位于轉(zhuǎn)動(dòng)分離裝置18的上游，該轉(zhuǎn)動(dòng)分離裝置18具有葉輪19并由馬達(dá)20驅(qū)動(dòng)。待清潔的氣流21切向流入旋流形入口外殼17，由于氣體在入口外殼中的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力的作用，氣體中較粗的微粒將被向外拋，從而通過(guò)漏斗22離開(kāi)入口外殼。較細(xì)的微粒隨后在分離裝置的分離通道中被分離。已除去微粒的氣體通過(guò)葉輪19和螺旋出口外殼23離開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器。
收集在通道中的微粒物質(zhì)可以定期地用噴射或噴注單元24除去，該單元24可以在通道的上面水平移動(dòng)，并可以從上游方向噴射或噴注空氣或其它的氣體和液體介質(zhì)通過(guò)通道。收集的微粒物質(zhì)流入入口外殼17，通過(guò)漏斗22離開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器。這種處理可以在停機(jī)期間進(jìn)行，也可以在轉(zhuǎn)動(dòng)操作期間進(jìn)行。在后一種情況下，從旋轉(zhuǎn)分離裝置吹出的微粒物質(zhì)將被拋入旋流形入口外殼17，并如同預(yù)分離較粗微粒那樣，通過(guò)漏斗22離開(kāi)入口外殼。由于以計(jì)量和定向的方式沿上游方向吹入介質(zhì)，所以僅稍在很小程度上干擾轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器的分離過(guò)程，因而可使轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器不停止操作和不中斷分離過(guò)程而進(jìn)行該分離器的再生。
馬達(dá)20利用彈簧和/或阻尼器25彈性地裝在外殼上。這樣便達(dá)到不平衡力是最小的，該不平衡力在轉(zhuǎn)動(dòng)期間作用在軸承和外殼上。彈性強(qiáng)度和/或阻尼力這樣選擇，使得在轉(zhuǎn)動(dòng)軸和分離通道壁之間的由不平衡的引起的角度α與本發(fā)明的分離裝置的特征一致。
圖5和圖6所示的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器實(shí)施例的例子特別適用于過(guò)濾具有高濃度粒子物質(zhì)的工業(yè)過(guò)程氣體，例如煤廠和廢物燃燒廠的過(guò)程廢氣，在這些廢氣中10至100g/m3的微粒物質(zhì)濃度是常見(jiàn)的。在這樣一些過(guò)程氣體中，粒子物質(zhì)的主要部分通常由直徑約10μm或更大的較粗微粒構(gòu)成。這些物質(zhì)在旋流形入口空間中被分離，因而送入本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)分離裝置的粒子物質(zhì)的濃度便顯著降低，例如到1g/m3。通道被堵塞的時(shí)間也顯著地延長(zhǎng)了，例如超過(guò)1小時(shí)以上。在此時(shí)間范圍內(nèi)，可以操作噴射或噴注單元例如空氣噴射裝置，使其迅速地清潔微粒物質(zhì)的分離裝置，從而可使分離過(guò)程可以連續(xù)不中斷的進(jìn)行。
在外部空氣中的微粒物質(zhì)濃度顯著低于在工業(yè)處理氣體中常見(jiàn)的濃度。在外部空氣中粒子物質(zhì)濃度一般低于1mg/m3。當(dāng)使用本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器過(guò)濾空氣時(shí)，分離裝置僅在超過(guò)一年以上的長(zhǎng)時(shí)間使用以后才達(dá)到飽和，因此很少需要現(xiàn)場(chǎng)清潔。圖3和4所示的具有軸向入口的實(shí)施例適合于這種應(yīng)用具有非平衡分離通道的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器適合于分離流體中的固體和液體兩種微粒。拋入分離通路的液體微粒將在分離通道的徑向壁上形成液膜。在垂直配置分離通道的壁時(shí)，液膜在重力的作用下向下移動(dòng)。液體在下側(cè)離開(kāi)通道，在該處由于離心力的作用，液體以液滴的形式被甩出。然后用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備排出這些液滴。例如在圖5和圖6所示實(shí)施例的情況下，液滴將掉入旋流形入口空間中，并經(jīng)漏斗離開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器。在圖3和4所示實(shí)施的情況下，液滴通過(guò)配置在入口葉輪徑向壁上的小孔離開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器。
當(dāng)液體微粒物質(zhì)承受向下的力時(shí)，在液體微粒物質(zhì)的情況下出現(xiàn)在分離通道壁上的液膜只有向下移動(dòng)。在通道處于傾斜位置時(shí)，可能發(fā)生這種情況，即方向向下的重力由在位于傾斜位置的通道的長(zhǎng)度方向上產(chǎn)生的離心力分量抵銷。將通道的傾斜角限制在其正切小于重力與離心力之比的一個(gè)角度可以防止這種情況。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器可以是一種化學(xué)或物理處理的部件。或者在流體進(jìn)入旋流形入口外殼以前或者利用噴射單元24使極細(xì)的微粒物質(zhì)分散到流體中，然后該極細(xì)的微粒物質(zhì)由于吸收、解吸、吸附、化學(xué)反應(yīng)或催化反應(yīng)而引起流體或部分流體的化學(xué)或物理轉(zhuǎn)化。該極細(xì)的微粒在轉(zhuǎn)動(dòng)部件中被分離。因而形成一種有效的轉(zhuǎn)動(dòng)反應(yīng)器。在這里可以用細(xì)小的微粒執(zhí)行操作這一事實(shí)相對(duì)于現(xiàn)有的反應(yīng)器提供了令人關(guān)注的前景。在流體相和固相之間的相當(dāng)大的接觸面可以縮短反應(yīng)時(shí)間和捕獲時(shí)間。這導(dǎo)致反應(yīng)器體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。
具有非平行通道的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器也可用于分離存在于流體中例如干燥空氣中的可凝聚的流體組分。在流體進(jìn)入本發(fā)明分離裝置的分離通道以前使流體轉(zhuǎn)動(dòng)，使得流體由于例如膨脹而冷卻，因而在流體中的蒸氣成分凝結(jié)為霧滴。這種霧滴在分離通道中被分離，然后干燥的流體通過(guò)出口葉片離開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器，在該出口葉輪處使干燥的流體達(dá)到需要的壓力和溫度。由此，應(yīng)用轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器還可以引起一種熱力學(xué)過(guò)程，其中，蒸氣形式的流體可以分離成較干燥的流體和較低溫度的凝聚物。這種過(guò)程尤其可以用來(lái)代替現(xiàn)有的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，這些系統(tǒng)包括基于氟里昂的冷卻系統(tǒng)、加熱設(shè)備和熱泵。
具有本發(fā)明非平行通道的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器也適合于用于流體處于高壓的情況。在這種應(yīng)用中，轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器的外殼可以結(jié)構(gòu)成耐高壓的，或者轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器可以作一個(gè)整體放在單獨(dú)的壓力容器中。轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器轉(zhuǎn)軸的端部進(jìn)入口的可能存在的密封問(wèn)題也可以采用將驅(qū)動(dòng)裝置放入壓力容器中的方法來(lái)解決。采用這種方式可以允許高達(dá)400巴的甚高壓。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇材料和配置冷卻設(shè)置還可以應(yīng)用于高溫流體。采用優(yōu)級(jí)金屬合金，可以允許流體溫度達(dá)到800℃。如果本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器的內(nèi)部構(gòu)件用陶瓷制作，則溫度可以達(dá)到1600℃。
圖3、4、5和6所示的粒子分離器僅是具有本發(fā)明粒子分離器的可能實(shí)施例的例子。根據(jù)本申請(qǐng)的類型，很多其它實(shí)施例也是可能的。本發(fā)明的特征在于，粒子分離器裝有本發(fā)明的分離裝置；葉輪可以裝在或不裝在分離裝置的上游和下游；分離裝置可以放在或不放在具有流體入口和流體出口的外殼中，而且可以選擇地配置除去已分離微粒物質(zhì)的單獨(dú)出口。
在過(guò)濾大量流體時(shí)，還可能平行放置許多本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器。待過(guò)濾的流體平行流過(guò)不同的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器，在過(guò)濾之后被收集在一個(gè)收集排出管中。因?yàn)槊總€(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器可以設(shè)計(jì)為在流體出口處的壓力至少等于在入口處的壓力，所以每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器只泵浦它自己的流體。如果在這種平行配置的多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器中有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器需要停機(jī)或被迫停機(jī)，則通過(guò)已停機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器的流體也將停止流動(dòng)。因而不需要在轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器的輸送和/或排出管道上設(shè)置閥門(mén)來(lái)例如將已停機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器與另一些正操作的轉(zhuǎn)動(dòng)分離器分開(kāi)。因此可以以相當(dāng)簡(jiǎn)單的方式平行配置許多本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器，其中為了減少成本，可以隨意選擇地使用共同的外殼。這樣即使單機(jī)停機(jī)也不會(huì)太影響過(guò)濾容量。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器以特別的效率和經(jīng)濟(jì)的方式提供了從大量和少量的壓力高的或低的熱的或冷的氣流中除去微米級(jí)和亞微米級(jí)固體和液體微粒的可能性。用各種原型機(jī)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出極好的和穩(wěn)定的分離性能，而且能耗低。其中包括用這樣的設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，這種設(shè)備的圓筒形分離裝置的直徑為0.3m，長(zhǎng)度為0.5m，裝有寬度為3mm的六角形分離通道。該裝置以300弧度/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)的流速是1000m3/h。直徑在微米和亞微米范圍的極細(xì)固體微粒被分散在入口空氣中，濃度約為1g/m3，然后在分離裝置的通道中被分離。用串聯(lián)錘碎機(jī)已經(jīng)確定，所有空氣動(dòng)力學(xué)直徑為1μm或更大的微粒在分離裝置中實(shí)際上可100％的分離。
對(duì)于空氣動(dòng)力學(xué)直徑為0.1～1μm的微粒其分離效率在85％～100％之間。在輸送1kg的微粒物質(zhì)以后通道達(dá)到飽和。總能消耗，包括壓力損失和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電能消耗在內(nèi)，以功率每單位空氣流表示總計(jì)約為1000帕。
試驗(yàn)設(shè)備的分離裝置類似于圖5所示結(jié)構(gòu)，彈性安裝在外殼上。由于不平衡，在轉(zhuǎn)動(dòng)期間便在分離通道和轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間產(chǎn)生約0.13°的角度。這與本發(fā)明分離裝置的特征一致，在這種情況下按照本發(fā)明，最大傾斜角可以允許達(dá)到約0.37°角。還進(jìn)行了這樣的試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中小心增加不平衡性，使其傾斜角達(dá)到大于0.37°角。此時(shí)觀測(cè)到微粒物質(zhì)分離程度顯著降低。
采用本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器的原型機(jī)進(jìn)行的試驗(yàn)顯示了極好的微粒分離性能。特別對(duì)于亞微米范圍的微粒，由于電力的作用增加了分離效率。由于在轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和包括微粒的流體之間發(fā)生的摩擦等原因，在轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中出現(xiàn)電場(chǎng)。這些電場(chǎng)促進(jìn)了微粒更加朝向轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器分離通道上的收集壁的遷移過(guò)程。采用產(chǎn)生電場(chǎng)的方法，例如在電極板上施加不同的電壓或插入電離劑使流體中的微粒帶電可以進(jìn)一步增加電場(chǎng)的有利作用。
具有本發(fā)明非平行分離通道的轉(zhuǎn)動(dòng)粒子分離器以極為有效和經(jīng)濟(jì)的方式提供了從少量和大量的壓力高的或低的冷的或熱的流體中除去微米和亞微米級(jí)固體和液體微粒的可能性。它是現(xiàn)有過(guò)濾方法的令人感興趣的替代方法，而且對(duì)于新的應(yīng)用領(lǐng)域宅提供了很吸引人的前景，在這些領(lǐng)域中由于物理的或經(jīng)濟(jì)的原因而不能使用現(xiàn)有的方法。
權(quán)利要求
1.一種可以使其轉(zhuǎn)動(dòng)從而可以分離流體中微米或亞微米級(jí)固體或液體微粒的分離裝置，上述分離裝置由許多分離通道構(gòu)成，該分離通道在軸向長(zhǎng)度的主要部分上具有單獨(dú)連接的壁，該裝置的特征在于，至少一個(gè)分離通道的壁不平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸；相關(guān)的選擇分離通道壁的切面和轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的角的正切tana、分離通道的徑向?qū)挾萪、分離通道的長(zhǎng)度L和分離裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)速度Ω，使得無(wú)量綱數(shù)(ΩLd tana)/v在分離通道的主要部分上位于最多到192的范圍內(nèi)，式中v是流體的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的分離裝置，其特征在于，無(wú)量綱數(shù)位于1～192的范圍內(nèi)，1～140的范圍比較好，最好在1～96的范圍。
3.如權(quán)利要求1或2所述分離裝置，該裝置具有使噴射或噴注介質(zhì)穿過(guò)通道的噴射或噴注單元，用于除去分離通道中已分離的微粒。
4.如權(quán)利要求3所述的分離器，其特征在于，噴射或噴注單元可在每個(gè)分離通道上移動(dòng)，并可定位在每個(gè)分離通道上。
5.如權(quán)利要求1～4所述的分離裝置，其特征在于，分離裝置可由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，該馬達(dá)柔性地固定在框架上。
6.如權(quán)利要求1～5所述的分離裝置，該裝置配置流體入口和流體出口裝置，使得離心壓力的增加等于或大于在分離裝置范圍內(nèi)的壓力降。
7.如權(quán)利要求1～6所述的分離裝置，其特征在于，分離通道由繞在一根軸和管子上的波紋材料構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1～7所述的分離裝置，其特征在于，分離通道由穿孔的或多孔的物體構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1～8所述的分離裝置，其特征在于，分離通道由同心圓筒構(gòu)成，其中的環(huán)形空間與切向壁交叉。
10.如權(quán)利要求1～9所述的分離裝置，其特征在于，相關(guān)地選擇分離通道的過(guò)流直徑和分離通道中的流體平均流過(guò)速度，使得雷諾數(shù)小于2300，最好小于2000，從而在分離通道中得到層流。
11.如權(quán)利要求1～10所述的分離裝置，其特征在于，分離裝置放置在外殼中，該外殼具有流體入口和流體出口，并可隨意選擇地配置微粒出口。
12.如權(quán)利要求1～11所述的分離裝置，其特征在于，外殼包括旋流形部分。
13.如權(quán)利要求11或12所述的分離裝置，該裝置具有可以允許進(jìn)行化學(xué)工藝過(guò)程、物理工藝過(guò)程和/或熱力學(xué)工藝過(guò)程的機(jī)構(gòu)。
14.如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的分離裝置，該裝置包括使待分離微粒荷電的機(jī)構(gòu)。
15.分離單元，至少配置兩個(gè)如權(quán)利要求1～14所述的分離裝置
全文摘要
一種可以使其轉(zhuǎn)動(dòng)從而可以分離流體中微米或亞微米級(jí)固體或液體微粒的分離裝置，上述分離裝置由許多分離通道構(gòu)成，該分離通道在軸向長(zhǎng)度的主要部分上具有單獨(dú)連接的壁，至少一個(gè)分離通道的壁不平行轉(zhuǎn)動(dòng)軸；相關(guān)地選擇分離通道壁的切面和轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的角的正切tanα、分離通道的徑向?qū)挾萪、分離通道的長(zhǎng)度L和分離裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)速度Ω，使得無(wú)量綱數(shù)(ΩLd tanα)/v在分離通道的主要部分上位于最多到192的范圍內(nèi)，式中v是流體的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)。
文檔編號(hào)B01D45/12GK1124462SQ9419221
公開(kāi)日1996年6月12日 申請(qǐng)日期1994年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月16日
發(fā)明者約瑟夫·約漢尼斯·赫伯圖斯·布勞沃斯 申請(qǐng)人:羅密科霍爾德公司