本發(fā)明涉及對(duì)流體(尤其是氣體)中包含的固體顆粒進(jìn)行氣旋分離的領(lǐng)域并且尤其涉及一種用于對(duì)流體(尤其是氣體)中包含的固體顆粒進(jìn)行氣旋分離的裝置，該裝置包括主氣旋室、次級(jí)氣旋室、至少一個(gè)用于載帶有固體顆粒的流體的入口通道、至少一個(gè)用于固體顆粒已被清除的流體的出口通道、以及將主氣旋室連接到次級(jí)氣旋室的管道單元，其中，該入口通道通向主氣旋室，該出口通道連接至次級(jí)氣旋室。

背景技術(shù)：

這種裝置通過流體的快速旋轉(zhuǎn)而運(yùn)轉(zhuǎn)以便將流體從最初混合在流體中的微細(xì)固體顆粒分離。分離由趨于將固體顆粒移動(dòng)到外壁的離心力造成。實(shí)際上，這些顆粒沿該壁的摩擦引起了所述顆粒的動(dòng)能的減少，從而導(dǎo)致顆粒掉落到為此而設(shè)置的收集室中。

在這種裝置中，有時(shí)也被稱為“主氣旋分離器”的主氣旋室串聯(lián)地連接至有時(shí)也被稱為“次級(jí)氣旋分離器”的次級(jí)氣旋室。較大粒徑的顆粒在主氣旋室中被分離，而較小粒徑的顆粒在次級(jí)氣旋室中被分離。

專利us4853008描述了一種已知的類型的氣旋分離裝置，其包括同軸的主氣旋分離器和次級(jí)氣旋分離器。

兩個(gè)氣旋分離器通過位于其外部的沿次級(jí)氣旋分離器的壁的上部行進(jìn)的管道構(gòu)件而串聯(lián)地連接。這些管道構(gòu)件在上游連接至主氣旋分離器，并且在下游終止于螺旋形偏轉(zhuǎn)裝置，該螺旋形偏轉(zhuǎn)裝置形成次級(jí)氣旋分離器的入口。

這種形成次級(jí)氣旋分離器的入口的裝置在下述的點(diǎn)處在次級(jí)氣旋分離器的上端處延伸：在該點(diǎn)處，次級(jí)氣旋分離器的橫向范圍為最大，以這種方式使空氣切線地注入到次級(jí)氣旋分離器的壁。

因此，次級(jí)氣旋分離器的上部必須容置在主氣旋分離器的外部，以便避免流體從主氣旋分離器的入口直接到達(dá)次級(jí)氣旋分離器的入口并且因此使主氣旋分離器的循環(huán)不足。然而，這導(dǎo)致裝置的尺寸過大。此外，這使得必須提供復(fù)雜且具有較大長度的管道構(gòu)件，從而可能引起大的水頭損失。

另外，管道構(gòu)件包括位于主氣旋分離器內(nèi)的透孔壁或網(wǎng)格，從而使得能夠過濾在上述的管道構(gòu)件附近循環(huán)的向下的流量中存在的大直徑的灰塵。

該網(wǎng)格的存在通過管道構(gòu)件和進(jìn)入主氣旋分離器中的載帶有固體顆粒的空氣的流量之間的接近度而成為必要的。然而，這種網(wǎng)格的缺點(diǎn)在于其隨著裝置被使用而逐漸地堵塞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的尤其在于提供一種針對(duì)這些問題的簡單、經(jīng)濟(jì)且有效的解決方案，使得能夠至少部分地避免上述的缺點(diǎn)。

本發(fā)明為此提出了一種用于對(duì)流體中包含的固體顆粒進(jìn)行氣旋分離的裝置，該流體例如是氣體，該裝置包括：

-主氣旋室；

-次級(jí)氣旋室；

-至少一個(gè)用于載帶有固體顆粒的流體的入口通道，該入口通道通向主氣旋室；

-至少一個(gè)用于固體顆粒已被清除的流體的出口通道，次級(jí)氣旋室通向該出口通道；以及

-管道單元，該管道單元將主氣旋室連接至次級(jí)氣旋室并且被主氣旋室包圍。

根據(jù)本發(fā)明，管道單元包括：

-芯部，該芯部形成次級(jí)氣旋室的界限，該芯部具有設(shè)置有至少一個(gè)螺旋形的凹槽的外表面，該螺旋形的凹槽具有底部，該底部沿朝向該次級(jí)氣旋室的方向從次級(jí)氣旋室的縱向軸線張開(diverge)；以及

-帽，該帽以如下方式覆蓋芯部的一部分：與螺旋形的凹槽或每個(gè)螺旋形的凹槽一起界定出一通道，該通道具有通向主氣旋室的入口以及通向次級(jí)氣旋室的出口。

以本身已知的方式，主氣旋室設(shè)置成將較大粒徑的固體顆粒分離，而次級(jí)氣旋室設(shè)置成將較小粒徑的固體顆粒分離。

管道單元由主氣旋室包圍的事實(shí)使得能夠減小裝置的總體尺寸。

根據(jù)本發(fā)明的管道單元的具體構(gòu)型使得管道單元的入口能夠相對(duì)于該室的縱向軸線更靠近，而管道單元的出口相對(duì)于該室的徑向外部區(qū)域更靠近。這使得能夠?qū)⒋渭?jí)氣旋室的入口布置地盡可能地遠(yuǎn)離主氣旋室的外部的循環(huán)有載帶有較大粒徑的固體顆粒的流體的區(qū)域，同時(shí)在外部界定該室的壁附近將流體注入到次級(jí)氣旋室中。

因此，這種固體顆粒直接進(jìn)入次級(jí)氣旋室中而使主氣旋室循環(huán)不足的風(fēng)險(xiǎn)被減小到最小。本發(fā)明使得能夠尤其在下述的構(gòu)型中將該風(fēng)險(xiǎn)保持到最小程度：在該構(gòu)型中，次級(jí)氣旋室的入口定位成軸向地靠近主氣旋室的入口。

次級(jí)氣旋室相對(duì)于主氣旋室的這種定位尤其在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中遇到，在該優(yōu)選實(shí)施例中，次級(jí)氣旋室由主氣旋室整體地包圍。

此外，有利地，裝置的出口通道沿次級(jí)氣旋室的縱向軸線延伸穿過芯部。

另外，優(yōu)選地，裝置的出口通道的至少一部分由設(shè)置有渦動(dòng)破壞鍵槽的表面界定。

這種平行于次級(jí)氣旋室的縱向軸線延伸的鍵槽使得能夠破壞流體在裝置的出口處的旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，芯部的外表面包括多個(gè)圍繞次級(jí)氣旋室的縱向軸線規(guī)律地分布的螺旋形的凹槽。

優(yōu)選地，帽由關(guān)于次級(jí)氣旋室的縱向軸線對(duì)中的回轉(zhuǎn)體的壁形成。

有利地，帽以下述的方式模制：沿朝向該次級(jí)氣旋室的方向從次級(jí)氣旋室的縱向軸線張開。

沿穿過次級(jí)氣旋室的縱向軸線行進(jìn)的平面觀察，帽因此具有與所述螺旋形的凹槽或每個(gè)螺旋形的凹槽的底部的曲率類似的曲率。由帽和由螺旋形的凹槽界定的通道的徑向范圍可因此從該通道的一個(gè)端部到另一端部保持恒定。

優(yōu)選地，主氣旋室在外部由外部環(huán)形壁界定，該外部環(huán)形壁關(guān)于次級(jí)氣旋室的縱向軸線對(duì)中并且包括漸縮的錐形部分。

有利地，該外部環(huán)形壁包括張開的錐形部分，該張開的錐形部分在外部環(huán)形壁的頸部的水平高度處連接至外部環(huán)形壁的漸縮的錐形部分。

優(yōu)選地，次級(jí)氣旋室在外部由內(nèi)部環(huán)形壁界定，該內(nèi)部環(huán)形壁包括在內(nèi)部環(huán)形壁的頸部的水平高度處相互連接的漸縮的錐形部分和張開的錐形部分。

此外，優(yōu)選地，主氣旋室通向主收集室，該主收集室用于接納在該主氣旋室內(nèi)分離的固體顆粒。

另外，有利地，裝置在主氣旋室的出口處包括第一渦動(dòng)破壞葉片。

這種葉片形成對(duì)渦動(dòng)流體的障礙，易于破壞該流體的旋轉(zhuǎn)并且因此限制微細(xì)固體顆粒的再懸浮。這些葉片因此使得能夠減小主收集室中收集的固體顆粒被主氣旋室內(nèi)循環(huán)的渦流攜帶的風(fēng)險(xiǎn)。

以類似的方式，優(yōu)選地，次級(jí)氣旋室通向次級(jí)收集室，該次級(jí)收集室用于接納在次級(jí)氣旋室內(nèi)分離的固體顆粒。

另外，有利地，裝置在次級(jí)氣旋室的出口處包括第二渦動(dòng)破壞葉片。

這些葉片使得能夠減小次級(jí)收集室中收集的固體顆粒被次級(jí)氣旋室內(nèi)循環(huán)的渦流攜帶的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，優(yōu)選地，通向主氣旋室的入口通道具有螺旋形的形狀。

被允許進(jìn)入到裝置中的流體可因此以切向于主氣旋室外壁的方式并且沿相對(duì)于該室的相反的端部傾斜的方向被注入到該室中。

附圖說明

根據(jù)閱讀以下作為非限制性示例并且參照附圖的說明，將更好地理解本發(fā)明并且本發(fā)明的其它的細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特征也將變得更清楚，在附圖中：

-圖1為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的裝置的縱向截面的局部示意性視圖；

-圖2為圖1的一部分的放大視圖；

-圖3為圖1的裝置的一部分的示意性透視圖；

-圖4為屬于圖1的裝置的芯部的示意性透視圖；

-圖5為圖1的裝置的一部分的縱向截面的示意性透視圖；

-圖6和圖7為圖1的裝置的分別沿圖1的平面vi-vi和vii-vii的橫向截面的示意性視圖。

在所有這些圖中，相同的附圖標(biāo)記可指示相同的或相似的元件。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于對(duì)流體中包含的固體顆粒進(jìn)行氣旋分離的裝置10，該流體例如為氣體或液體。

為方便起見，以下的說明參照正交系x、y、z做出。

一般而言，裝置10包括主氣旋室12、次級(jí)氣旋室14、用于允許載帶有固體顆粒的流體進(jìn)入主氣旋室中的入口頭部16、連接到次級(jí)氣旋室14以使固體顆粒已被清除的流體能夠離開的出口通道18、將主氣旋室12流體連接至次級(jí)氣旋室14的管道單元20、用于收集大粒徑的固體顆粒的主收集室22、以及用于收集較小粒徑的固體顆粒的次級(jí)收集室24。

主氣旋室12在外部由外部環(huán)形壁30界定，并且在內(nèi)部由內(nèi)部環(huán)形壁32界定，該內(nèi)部環(huán)形壁在外部界定出次級(jí)氣旋室14。因此，該次級(jí)氣旋室14延伸到由內(nèi)部環(huán)形壁32界定的空間中并且因此完全地被主氣旋室12包圍。

在所示的示例中，環(huán)形壁30和32相對(duì)于平行于z軸的同一縱向軸線34對(duì)中，該縱向軸線因此形成氣旋室12和14中的每個(gè)的縱向軸線。

入口頭部16安裝在外部環(huán)形壁30的第一縱向端部40上，管道單元20安裝在內(nèi)部環(huán)形壁32的第一縱向端部42上，內(nèi)部環(huán)形壁的第一縱向端部與入口頭部16位于同一側(cè)上。

環(huán)形壁30和32分別具有第二縱向端部44和46，第二縱向端部上安裝有收集模塊50，該收集模塊使收集室22和24結(jié)合在一起。

根據(jù)本發(fā)明，管道單元20包括芯部60和帽62，該芯部和該帽在圖2至圖5中更清楚地顯現(xiàn)。

芯部60(圖4)具有設(shè)置有螺旋形的凹槽66的外表面64。這些凹槽由從芯部的心部70(圖5)突出地延伸的螺紋68界定。在本發(fā)明的術(shù)語中，外表面64因此限定為由螺紋68的所有相應(yīng)的外邊緣構(gòu)成。

在所示的示例中，凹槽66的數(shù)量為四個(gè)(圖4)。這些凹槽66圍繞芯部60的縱向軸線規(guī)律地分布，芯部的縱向軸線與氣旋室的縱向軸線34重合。因此，在所示的示例中，每個(gè)凹槽66相對(duì)于在各圓周方向上與其相繼的凹槽成角度地移動(dòng)了90度，這種成角度的移動(dòng)自然地圍繞縱向軸線34限定。

芯部60以下述的方式模制：使得螺旋形的凹槽66中的每個(gè)的底部72沿朝向次級(jí)氣旋室14的方向(即，沿尺寸z減小的方向)從縱向軸線34張開。更準(zhǔn)確地，芯部的橫向截面從其位于入口頭部16一側(cè)上(即，位于尺寸z增大的一側(cè)上)的第一縱向端部74到其位于相反側(cè)上的第二縱向端部76變寬(圖4)。該第二縱向端部76形成次級(jí)氣旋室14的界限并且內(nèi)接在橫向平面p1中。螺旋形的凹槽66中的每個(gè)在該橫向平面p1的水平高度處通向次級(jí)氣旋室14。

如圖2、圖3和圖5所示，芯部60包括中心縱向通道78，該中心縱向通道在芯部的第一縱向端部74中和其第二縱向端部76中敞開。因此從端部到端部橫穿芯部的通道78形成裝置的出口通道18的一部分。

在所示的示例中，芯部60在次級(jí)氣旋室14中包括空氣動(dòng)力學(xué)的環(huán)形噴口80，該環(huán)形噴口突出超過芯部的第二縱向端部76的方式延伸，以延長中心縱向通道78，從而將流體引導(dǎo)到該通道78的入口(圖5)。噴口80的內(nèi)表面設(shè)置有縱向鍵槽81，該縱向鍵槽在后文中被稱為“渦動(dòng)破壞鍵槽”。

帽62(圖3和圖5)具有與芯部的外表面64的被帽覆蓋的部分的形狀互補(bǔ)的形狀。因此，有利地，帽62呈在芯部60的方向上凹入的環(huán)形壁的形狀。帽62例如具有球頂、橢球頂或卵圓形的形狀。帽62具有被芯部60橫穿的上部開口65(圖2和圖5)。因此，芯部具有上部的未被覆蓋的部分。

一般而言，帽62與螺旋形的凹槽66中的每個(gè)一起界定螺旋形的通道82，螺旋形的通道具有連接至主氣旋室12的入口84(圖5)以及連接至次級(jí)氣旋室14的出口86(圖3)。螺旋形的通道82的相應(yīng)的入口84形成在帽62的開口65中。

因此，帽62以沿朝向次級(jí)氣旋室14的方向從縱向軸線34張開的方式模制。

沿圖2的穿過縱向軸線34的平面觀察，帽62因此具有與每個(gè)螺旋形的凹槽66的底部的曲率相似的曲率。每個(gè)螺旋形的通道82的徑向范圍可因此從該通道的一個(gè)端部到另一端部保持恒定。

如圖2和圖3所示，入口頭部16包含螺旋形的入口通道90，入口通道具有通向主氣旋室12的端部以及連接至入口配件92(圖3)的相反的端部，該入口配件用于連接至用于向裝置供應(yīng)待凈化的流體的管。

入口頭部16還包括例如具有錐形形狀的導(dǎo)管94(圖2)，該導(dǎo)管延長芯部60的中心縱向通道78并且與裝置的外部連通以能夠排出固體顆粒已被清除的空氣。

如圖1所示，外部環(huán)形壁30包括在外部環(huán)形壁30的頸部104的水平高度處相互連接的漸縮的錐形部分100和張開的錐形部分102。漸縮部分100具有直徑在尺寸z減小的方向上變窄的橫向截面，而張開的錐形部分102具有直徑在尺寸z減小的方向上變寬的橫向截面。外部環(huán)形壁30因此具有漸縮-張開的輪廓。

以類似的方式，內(nèi)部環(huán)形壁32包括在內(nèi)部環(huán)形壁32的頸部114的水平高度處相互連接的漸縮的錐形部分110和張開的錐形部分112。漸縮部分110具有直徑在尺寸z減小的方向上變窄的橫向截面，而張開的錐形部分112具有直徑在該同一方向上變寬的橫向截面。內(nèi)部環(huán)形壁32因此還具有漸縮-張開的輪廓。

內(nèi)部環(huán)形壁32的頸部114定位成軸向地面對(duì)外部環(huán)形壁30的頸部104。另外，內(nèi)部環(huán)形壁32的漸縮的錐形部分110定位成軸向地面對(duì)外部環(huán)形壁30的漸縮的錐形部分100，而內(nèi)部環(huán)形壁32的張開的錐形部分112定位成面對(duì)外部環(huán)形壁30的張開的錐形部分102。

收集模塊50包括具有圓形截面的圓筒形形狀的外壁120以及也具有圓形截面的圓筒形形狀的內(nèi)壁124，該外壁延伸至外部環(huán)形壁30的延長部分中并且在其下端處由底部122封閉，該內(nèi)壁延伸至內(nèi)壁環(huán)形壁32的延長部分中。

因此，主收集室22延伸至主氣旋室12的延長部分中，而次級(jí)收集室24延伸至次級(jí)氣旋室14的延長部分中。每個(gè)收集室以大致氣密的方式連接至相關(guān)聯(lián)的氣旋室。

此外，裝置10在主氣旋室12的出口處包括第一渦動(dòng)破壞葉片130(圖1和圖6)。這些第一葉片130徑向地延伸并且將環(huán)形壁30和32的相應(yīng)的第二縱向端部44和46相互連接。這些第一葉片130圍繞縱向軸線34規(guī)律地分布，并且在數(shù)量上例如為六個(gè)。在一個(gè)變型中，第一葉片可將收集室50的內(nèi)壁124連接至收集室的外壁120。

以類似的方式，裝置10在次級(jí)氣旋室14的出口處包括第二渦動(dòng)破壞葉片132(圖1和圖7)。這些圍繞縱向軸線34規(guī)律的分布的第二葉片132徑向地延伸并且在數(shù)量上例如為四個(gè)。在所示的示例中，第二葉片132將收集室50的內(nèi)壁124連接至中心縱向支柱134，該中心縱向支柱固定至該模塊50的底部122。

應(yīng)注意的是，使流體能夠移動(dòng)的構(gòu)件可以具有任何適合的常規(guī)的類型并且將不會(huì)在本說明書中詳細(xì)地說明。這些構(gòu)件通常包括布置在導(dǎo)管94的出口處的機(jī)動(dòng)化的推進(jìn)器，該推進(jìn)器例如處于連接至該導(dǎo)管94的擴(kuò)展空間中。

現(xiàn)在將說明裝置10的運(yùn)轉(zhuǎn)。

載帶有固體顆粒的流體由連接至入口配件92的管引導(dǎo)，并且穿過入口配件進(jìn)入到入口通道90中，該入口通道將渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳輸至流體。

因此，來自入口通道90的流體進(jìn)入到主氣旋室中的同時(shí)具有大致切向于外部環(huán)形壁30并且相對(duì)于橫向平面形成銳角的方向，使得流體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)具有沿尺寸z減小的方向定向的分量(圖1：箭頭f1)。

由于管道單元20的構(gòu)型，來自入口通道90的流體保持相對(duì)地遠(yuǎn)離螺旋形地通道82的通向次級(jí)氣旋室14的相應(yīng)的入口84，使得不論入口84和入口通道90的出口之間的軸向接近度如何，主氣旋室12的“循環(huán)不足”或“旁通”的風(fēng)險(xiǎn)都減小至最小。

在主氣旋室12中，大粒徑的固體顆粒通過氣旋效應(yīng)以相反地布置離心力和由流量內(nèi)的低壓力梯度引起的向心力的方式而與流體分離，該離心力取決于顆粒的速度和質(zhì)量以及顆粒的軌跡的曲率半徑。該氣旋效應(yīng)由于外部環(huán)形壁30的漸縮-張開的輪廓而被最大化。大粒徑的固體顆粒通過摩擦而損失其動(dòng)能并且掉落到主收集室22中。另外，將次級(jí)氣旋分離器定位在主氣旋分離器內(nèi)使得能夠破壞傳統(tǒng)的氣旋分離器中通常存在的類型的任何上升渦流。因此，可避免由這種上升渦流引起的固體顆粒的風(fēng)險(xiǎn)。

第一渦動(dòng)破壞葉片130使得能夠中斷主收集室22的入口處的渦動(dòng)流動(dòng)并且甚至還減小了固體顆粒返回到主氣旋室12中的風(fēng)險(xiǎn)。

在芯部60的上部未被覆蓋的部分的水平高度處，大粒徑的固體顆粒已被清除的渦動(dòng)流體呈螺旋形的形狀，該螺旋形的徑向內(nèi)部部分貫穿到管道單元20的螺旋形的通道82的相應(yīng)的入口84中。

流體流動(dòng)穿過這些螺旋形的通道82的同時(shí)由螺紋68和帽62引導(dǎo)，螺紋和帽有助于保持流體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并且使流體能夠沿大致切向于內(nèi)部環(huán)形壁32并且相對(duì)于橫向平面形成銳角的定向注入到次級(jí)氣旋室14中，使得流體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在這里再次具有沿尺寸z減小的方向定向的分量(圖1：箭頭f2)。

在次級(jí)氣旋室14內(nèi)，較小粒徑的固體顆粒通過與上述的效應(yīng)類似的氣旋效應(yīng)而與流體分離。這些固體課題通過摩擦而損失其動(dòng)能并且掉落到次級(jí)收集室24中。

第二渦動(dòng)破壞葉片132使得能夠中斷次級(jí)收集室24的入口處的渦動(dòng)流量并且因此減小固體顆粒返回到次級(jí)氣旋室14中的風(fēng)險(xiǎn)。

固體顆粒已被清除的流體在次級(jí)氣旋室的中心處從次級(jí)氣旋室的基部沿尺寸z增大的方向流動(dòng)，然后進(jìn)入芯部60的中心縱向通道78中，同時(shí)由空氣動(dòng)力學(xué)的環(huán)形噴口80引導(dǎo)(圖1：箭頭f3)。渦動(dòng)破壞鍵槽81使得能夠擾亂流體在通道78的入口處的任何潛在的渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

流體最后經(jīng)由導(dǎo)管94從裝置離開。

本發(fā)明因此提供了一種將優(yōu)化的性能與減小的尺寸結(jié)合的氣旋分離裝置。