涡流导流器和旋风分离器

技术领域

本申请涉及一种用于旋风分离器的涡流导流器以及包含这种涡流导流器的旋风分离器。

背景技术

旋风分离器常被用于工业和家用设备中，用来通过旋转效应从气体分离固体颗粒和液滴，而不需要使用过滤器。

已有的旋风分离器包括旋风室，旋风室的入口设置成相对于旋风室的中心轴线错开，以便在旋风室中产生气体旋流或涡流。夹带于气体中的颗粒和液滴在涡流产生的离心力的作用下朝向旋风室的壁移动，然后落入收集室中。涡流导流器是旋风分离器中的常用部件，用于提高分离性能。各种涡流导流器被设计出来用于不同的用途，但在提高涡流导流器的分离效率和降低压降方面仍存在空间。

发明内容

本申请旨在提供一种用于旋风分离器的涡流导流器，其具有改进的综合性能。

在其一个方面，本申请提供了一种用于旋风分离器的涡流导流器，其包括：

中空的圆筒体，其限定竖直延伸的中心轴线并且形成有从中穿通的竖直通道；

顶部法兰，其从圆筒体的顶端横向向外延伸；

底部导流板，其从圆筒体的底端横向向外延伸；

圆筒壁，其围绕着圆筒体的下部；和

多个叶片，它们径向延伸并且连接在圆筒体与圆筒壁之间，在所述多个叶片和所述顶部法兰之间围绕圆筒体的上部形成圆环空间。

在一种实施方式中，底部导流板的外径小于圆筒壁的内径，圆筒壁的底缘与底部导流板的外周之间形成圆环形底部缝隙。

在一种实施方式中，底部导流板的底表面与圆筒壁的底缘在轴向上大致平齐。

在一种实施方式中，圆筒壁的外周的直径小于顶部法兰的外周的直径。

在一种实施方式中，底部导流板的上表面从内周到外周向下倾斜，倾斜角度的范围为5°至20°。

在一种实施方式中，每个叶片的叶根连接到圆筒体，叶尖连接到圆筒壁，叶顶大体面向上方，叶底大体面向下方，并且叶底在与涡流导流器中形成的气流的旋流进入方向相反的方向上位于叶顶的前侧。

在一种实施方式中，每个叶片的叶底是基本上水平的，并且所有叶底基本上共面。

在一种实施方式中，每个叶片的叶顶从对应的叶根到叶尖向下倾斜一个范围在5°至30°的角度。

在一种实施方式中，沿轴向看，叶底相对于叶顶在与所述旋流进入方向相反的方向上偏置一个偏置角度，所述偏置角度的范围为5°至30°。

在一种实施方式中，沿轴向看，叶顶的中心线和叶底的中心线中的至少一个为直线。

在一种实施方式中，沿轴向看，叶顶的中心线和叶底的中心线都是直线。

在一种实施方式中，这两条中心线的延长线都与所述中心轴线相交；或者，其中一条中心线的延长线与所述中心轴线相交，另一条中心线的延长线不与所述中心轴线相交；或者，这两条中心线的延长线都不与所述中心轴线相交。

在一种实施方式中，沿轴向看，叶顶的中心线和叶底的中心线中的至少一个为曲线。

在一种实施方式中，每个叶片是平面叶片；或者，每个叶片是曲面叶片。

在一种实施方式中，叶片的数量为8至16，并且各叶片均布围绕圆筒体。

在一种实施方式中，涡流导流器的外表面的一些部分或全部涂覆有疏水材料。

在其另一方面，本申请提供了一种旋风分离器，其包括：

壳体，其包括大致竖直的管道，所述管道具有封闭的下端和开放的上端；

如前所述的涡流导流器，其布置在管道中，涡流导流器的顶部法兰抵靠着管道的内表面固定地密封；

入口，其横向安装于所述管道，所述入口面对着圆环空间并且指向从涡流导流器的中心轴线错开的方向；和

出口，其与通道的上端流体连通。

旋风分离器的特定实施例为水(或液体)分离器，其能够将气体(例如空气)流中夹带的水(或液体)分离出来。

根据本申请，公开的涡流导流器同时提供离心力分离和底部导流板分离作用。涡流导流器紧凑、具有更高的分离效率、并且引起的压降更小，因而具有改进的综合性能。

附图说明

图1是根据本申请的一种实施方式涡流导流器的立体图；

图2是涡流导流器的示意性正视图；

图3和4分别是根据本申请的一种实施方式包括涡流导流器的旋风分离器的示意性剖视图和局部俯视图；

图5是涡流导流器的底部导流板的局部放大图；

图6是涡流导流器的示意性正视图，展示了叶片分布；

图7和8是涡流导流器的示意图，沿不同方向展示了叶片构型；

图9至12是示意性俯视图，展示了叶片的一些可行配置。

具体实施方式

下面参照附图描述本申请的一些实施方式。

本申请旨在提供一种用于旋风分离器的涡流导流器，其至少能增强旋风分离器的分离能力，还要提供一种包括这种涡流导流器的旋风分离器。根据本申请的旋风分离器可被用于从气体分离固体颗粒和/或液体液滴。旋风分离器的一种特定形式为水(或液体)分离器，其主要用于从气体(例如空气)分离水(或液体)。

本申请的一种示例性涡流导流器100示意性显示于图1和2中。从这两个图中可以看到，涡流导流器100包括：中空的圆筒体1，其限定涡流导流器100的竖直延伸的中心轴线O，并且形成有从中穿通的竖直通道2；顶部法兰3，其从圆筒体1的顶端横向向外延伸；底部导流板4，其从圆筒体1的底端横向向外延伸；圆筒壁5，其围绕着圆筒体1的下部；和多个叶片6，它们径向延伸并且连接在圆筒体1的下部和圆筒壁5之间。

涡流导流器100优选为一体件，例如由塑料模制而成。对于高温应用，涡流导流器100可以由金属或其它热稳定材料形成。

涡流导流器100的一些部分或全部的外表面可以覆盖有疏水材料以提高水分离能力。例如，涡流导流器100的全部外表面，除了顶部法兰3的上表面以外，可以涂覆疏水材料。

顶部法兰3可以具有圆环形外周，如示于图1。圆筒壁5的外周的直径可以略小于顶部法兰3的外周的直径。涡流导流器100可在其顶部法兰3固定在管道中，以将涡流导流器100安装在管道内，并且因此顶部法兰3用作涡流导流器100的安装件。可以理解，由于顶部法兰3主要用作安装件，其也可以具有除圆形之外的其它形状。

顶部法兰3和底部导流板4在轴向上彼此面对。底部导流板4的外径小于圆筒壁5的内径，使得圆筒壁5的底缘和底部导流板4的外周之间形成圆环形底部缝隙7。

底部导流板4可以完全被圆筒壁5包围。例如底部导流板4的底表面与圆筒壁5的底缘大致平齐，如示于图2。或者，底部导流板4可以在轴向上从圆筒壁5的底缘部分地或完全地暴露。

叶片6均布围绕圆筒体1。叶片6的总数可以是8至16。在所述多个叶片6和顶部法兰3之间，圆环空间8围绕圆筒体1的上部形成。圆环空间8主要用于在涡流导流器100中形成涡流流动路径，如后面所描述。

涡流导流器100可被用于构成旋风分离器。在示于图3和4的示例性实施方式中，本申请的示例性旋风分离器包括壳体和如前所述并且安装在壳体中的涡流导流器100。壳体主要包括大致竖直的管道101，其具有封闭的下端102和开放的上端103。涡流导流器100布置在管道101中，位于高于下端102的位置，在涡流导流器100的下部与下端102之间形成收集室104。涡流导流器100基本上与管道101同轴，顶部法兰3的外周固定地密封于管道101的内表面。入口105横向安装于管道101，从而开通于并且面对着圆环空间8。入口105具有横向的中心轴线，其不与涡流导流器100的中心轴线O相交，即从中心轴线O偏置(错开)，使得一旦有气体引入通过入口105管道101中，圆环空间8中将形成旋流或涡流。出口(未示出)可以组装于上端103或由上端103本身形成，与通道2的上端流体连通。

由于圆筒壁5的外周的直径小于顶部法兰3的外周的直径，在管道101的内表面和圆筒壁5的外周之间存在外周间隙9，如示于图3。

如示于图3和4，混合气流通过入口105输送到旋风分离器中混合气流主要由气体构成，其内夹带着固体颗粒和/或液体液滴。在旋风分离器中，由于入口105相对于管道101偏置设置，气体首先流经圆环空间8而在圆环空间8中形成旋流或涡流。在旋流产生的离心力作用下，一些密度高于气体的固体颗粒和/或液体液滴将径向向外移动而撞击到管道101的内表面，然后沿着管道101的内表面向下移动通过外周间隙9，随后向下朝向收集室104的底部落下。也有小部分气体流经外周间隙9进入收集室104。

然后，旋转的混合气流的主体部分到达叶片6并且被这些叶片6分隔成多个小股气流。在各叶片6的引导下，各小股气流朝向圆筒壁5、底部导流板4和底部缝隙7移动。在碰撞到圆筒壁5和底部导流板4后，气流中的一些固体颗粒和/或液体液滴将沿着圆筒壁5和底部导流板4移动，然后移动经过底部缝隙7，然后向下朝向收集室104的底部下落。

气体的小股气流还向下移动经过底部缝隙7进入收集室104。在收集室104中，气体的小股气流和流经外周间隙9的气体部分径向向内移动到通道2的底端，然后向上移动进入通道2。也就是说，收集室104中的气体流的移动方向调转180°。在这次调转方向中，气流中剩余的固体颗粒和/或液体液滴被甩掉而下落到收集室104中。现在，通道2中的向上气流基本上仅由气体组成，几乎或完全没有固体颗粒或液体液滴，因此气体可以称之为清洁气体。清洁气体将移动经过通道2并且随后通过出口离开旋风分离器。

混合气流在旋风分离器中的运动以箭头在图3和4中表示。

放泄端口(未示出)可以安装于收集室104或由收集室104的一部分形成，用于排放收集室104中收集的液体(例如水)和/或颗粒。放泄端口可以连接到排放管线，排放管线中可以布置常闭阀，用于控制定期排放掉收集的液体和/或颗粒。或者，收集室104或它的一部分可以形成为可拆卸或可打开的，使得收集的液体和/或颗粒可从旋风分离器去除。

可以看到，本申请的涡流导流器向混合气流提供两种主要分离效应，即圆环空间8中的旋流提供的离心力分离效应和圆筒壁5、叶片6和底部导流板4提供的底部导流板分离效应。还有较次要的第三种分离效应通过气流在收集室104中以180°调转方向提供。由于这些效应的组合，本申请的涡流导流器具有高分离效率。此外，通过出口排出的气体的纯度很高，对于大多数应用而言不需要在旋风分离器中添加过滤器，并且，本申请的旋风分离器可以称作两级分离器，因为它包含两级分离，即离心力分离和底部导流板分离。

为了便于固体颗粒和/或液体液滴沿着底部导流板4移动进入收集室104，底部导流板4的上表面被设计成从其内周至其外周向下倾斜，如示于图5。考虑到两个因素，第一，固体颗粒和/或液体液滴的平滑移动，第二，为气流提供底部导流作用，底部导流板的倾斜角度α被确定优选范围为5°至20°。

底部导流板4的外径被确定为使得，一方面，底部导流板4能够为气流提供充分的底部导流作用，另一方面，留出足够大的底部缝隙7以避免气体经过底部缝隙7时造成太大的压降。

再来看叶片6，同时考虑到增加分离效率并且避免太大压降这两方面的因素，它们被设计成相对于各自的径向方向倾斜，如示于图6。每个叶片6具有面向进入气流的前侧主表面和相反的后侧主表面。叶片6的定向和构型将参照图7和8描述，图中用一个叶片6作为它们的代表被考察。

每个叶片6的叶根6a连接到圆筒体1，叶尖6b连接到圆筒壁5，叶顶6c大体面向上方，叶底6d大体面向下方。

叶底6d可以是基本上水平的，并且全部叶片6的叶底6d可以基本上位于同一个水平的平面内。

在一种实施方式中(未示出)，叶顶6c是基本上水平的，而在另一种实施方式中(参看图8)，叶顶6c从叶根6a至叶尖6b向下倾斜一个角度β，其优选范围在5°至30°。

如示于图8，假定涡流导流器100的高度，从顶部法兰3的顶表面至底部导流板4的底表面测量，为H1，圆筒壁5的高度为H2，则叶片6的高度H3小于H2。例如，H3＝(0.5至0.85)×H2。圆筒壁5的高度H2的范围可以为(0.3至0.6)×H1。

在叶顶6c是水平的情况下，叶片6的高度H3基本上恒定，因此可以在叶片的任何部位测量。在叶顶6c是倾斜的情况下，叶片6的高度H3可以在叶根6a处测量，如示于图8。

叶片6相对于中心轴线O倾斜延伸，使得叶顶6c和叶底6d在涡流导流器100的轴向上看的位置不相互重合。更具体地讲，叶底6d在与旋流进入方向R相反的方向上位于叶顶6c的前侧，并且沿轴向看，叶底6d可以在与旋流进入方向R相反的方向上相对于叶顶6c偏置一个偏置角度。

图9至12中示意性展示了一些示例性实施方式，以表示叶顶6c和叶底6d的位置，这些图是在涡流导流器100的轴向上从上向下看的。

在示于图9的实施方式中，叶顶6c的中心线沿轴向看是直线的，并且其延长线与与中心轴线O相交，并且叶底6d的中心线沿轴向看也是直线的，并且其延长线也与与中心轴线O相交，在叶顶6c和叶底6d之间形成偏置角度θ，偏置角度θ是在两条中心线之间以中心轴线O为基点测量的。叶底6d在与旋流进入方向R相反的方向上从叶顶6c偏置该偏置角度θ。

在示于图10的实施方式中，叶顶6c和叶底6d的中心线沿轴向看都是直线的，并且它们的延长线都与中心轴线O不相交，叶底6d在与旋流进入方向R相反的方向上从叶顶6c偏置一个偏置角度。

在一种未示出的实施方式中，叶顶6c和叶底6d的中心线沿轴向看都是直线的，它们之一的延长线与中心轴线O相交，另一的延长线不与中心轴线O相交，叶底6d在与旋流进入方向R相反的方向上从叶顶6c偏置一个偏置角度。

可以理解，对于叶片6来说，如果其叶顶6c和叶底6d沿轴向看都具有直线中心线、并且所述中心线相对于中心轴线O偏置，则叶片6应是曲面的或扭曲的。

在示于图11的实施方式中，对于一种替代性曲面叶片，叶顶6c和叶底6d的中心线沿轴向看都是弯曲的，二者之间存在一个偏置角度。

在一种未示出的实施方式中，沿轴向看，叶顶6c和叶底6d的中心线之一是曲线、另一是直线，二者之间存在一个偏置角度。

叶顶6c和叶底6d之间的偏置角度可以定义为沿轴向看它们的中心线的角位置之间的差值。

在沿轴向看叶顶6c和叶底6d都具有直线中心线的情况下，偏置角度可以在两个竖直平面之间测量，两条直线中心分别落在相应的竖直平面中。

在叶顶6c和叶底6d之一具有直线中心线、另一具有具有曲线中心线的情况下，偏置角度可以在直线中心线所在的竖直平面和在曲线中心线上的点(例如，曲线中心线的中点，曲线中心线在叶根或叶尖处的点，或任何其它适宜的点)处与曲线中心线相切的竖直平面之间测量。

在沿轴向看叶顶6c和叶底6d都具有曲线中心线的情况下，偏置角度可以在两个竖直平面之间测量，每个竖直平面分别在相应曲线中心线上的点(例如，该曲线中心线的中点，该曲线中心线在叶根或叶尖处的点，或任何其它适宜的点)处与该曲线中心线相切。

总体而言，不论在什么点处测量，偏置(错开)角度的范围在5°至30°，优选10°至20°，最优选大约15°。

其它定义和测量叶顶6c和叶底6d之间的偏置角度的方式可以也在此使用。

在示于图12的实施方式中，叶片6是平坦的(或平面的)，叶顶6c和叶底6d的中心线沿轴向看都是直线的，并且它们的延长线都与中心轴线O相交。对于平坦叶片6，叶顶6c和叶底6d之间可以不存在偏置角度。

本领域技术人员也可以设计出采用其它叶顶6c和叶底6d位置和角方位的实施方式。相关的设计可以通过实验、计算机模拟或类似方式实现，以实现提高分离效率和减小流经涡流导流器100的压降两方面的综合优化。涡流导流器100的其它部位的尺寸和定位也可以被优化，以实现所述综合优化。

根据本申请，涡流导流器能够同时向混合气流提供离心力分离效应和底部导流板分离效应以将固体颗粒和/或液体液滴从气体分离出来。分离效率高，经过涡流导流器形成的压降可被抑制。同时，具有前面描述的配置的涡流导流器具有紧凑的轮廓。

虽然这里参考具体的示例性实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。