旋流分離器短路流抑制技術(shù)綜述

摘 要：旋流分離器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)轉(zhuǎn)部件、處理量大、效率高和壓降適中等優(yōu)點(diǎn)。本文主要以專利全文庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的檢索結(jié)果為分析樣本，從專利文獻(xiàn)角度的視角對(duì)旋流分離器短路流抑制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)了與旋流分離器短路流抑制技術(shù)相關(guān)的國(guó)外和國(guó)內(nèi)專利的申請(qǐng)趨勢(shì)，并對(duì)各技術(shù)分支和重要申請(qǐng)人發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行了梳理。

關(guān)鍵詞：旋流分離器，短路流，專利申請(qǐng)

前言：旋流分離器的流場(chǎng)中存在蓋下短路流、二次禍以及底流口旋流尾禍的擺動(dòng)等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象均會(huì)對(duì)旋流器的分離性能產(chǎn)生不利影響。當(dāng)被處理介質(zhì)進(jìn)入旋流分離器后，在旋流器頂板、溢流管外壁與筒體內(nèi)壁之間形成二次渦。這種二次渦會(huì)把一部分集在外壁的顆粒向上帶到頂板處而形成“頂灰環(huán)”，并且相當(dāng)數(shù)量的顆粒會(huì)向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，沿溢流管外壁向下運(yùn)動(dòng)，最后隨中心上升的內(nèi)旋流逸出溢流管，這部分未經(jīng)分離便直接從溢流管逃逸的被處理介質(zhì)，被稱作短路流[1]。

1. 旋流分離器短路流抑制技術(shù)專利申請(qǐng)概況

從旋流分離器短路流抑制技術(shù)全球?qū)＠暾?qǐng)和中國(guó)專利申請(qǐng)的總體趨勢(shì)來(lái)看，中國(guó)申請(qǐng)量明顯上升，中國(guó)相對(duì)于全球?qū)＠暾?qǐng)而言較晚，而其他國(guó)家的技術(shù)已相對(duì)趨于成熟。從旋流分離器短路流抑制技術(shù)申請(qǐng)量來(lái)源國(guó)構(gòu)成來(lái)看，日本、美國(guó)和中國(guó)的申請(qǐng)量明顯高于其他國(guó)家，日本和美國(guó)的專利大部分集中在集塵器技術(shù)領(lǐng)域，且雖然中國(guó)的申請(qǐng)量較大，但是專利的質(zhì)量與技術(shù)含量并未達(dá)到較高水準(zhǔn)。除此之外，韓國(guó)和歐洲的申請(qǐng)量次之。

2. 旋流分離器短路流抑制技術(shù)分支

旋流分離器的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，其技術(shù)分解可以從旋流分離器的各組成部分來(lái)進(jìn)行分解，因此，本文將旋流分離器短路流抑制技術(shù)分支為：改變溢流管的長(zhǎng)度、改變導(dǎo)入管的位置和結(jié)構(gòu)、拱形頂板及頂板結(jié)構(gòu)改變、溢流管外壁結(jié)構(gòu)改變、柱段內(nèi)壁結(jié)構(gòu)改變、溢流管外壁外力干擾、溢流管套管等組合結(jié)構(gòu)。

對(duì)于溢流管外壁結(jié)構(gòu)改變的技術(shù)發(fā)展，US4863605A公開了帶有開口的圓形加厚彎曲固體排放管頂部的水力旋流器;CN2183824Y中溢流管外壁的環(huán)形齒起導(dǎo)流和折流作用，使短路流很難發(fā)生;AU5720599 A 具有軸向伸入旋風(fēng)分離器內(nèi)部的渦流探測(cè)器，通過減少流入底流出口和溢流出口的短路流;JPH11325747A通過改變溢流管的長(zhǎng)度即插入柱體的長(zhǎng)度來(lái)降低壓力損失;CN204247405U在溢流管道內(nèi)設(shè)置的帶有篩孔的球冠防止溢流管跑粗現(xiàn)象;CN101422757A中下擴(kuò)口錐環(huán)的錐形結(jié)構(gòu)又會(huì)使平衡塵粒面向外擴(kuò)，有利于減少塵粒的短路;CN109107786A收縮錐的下端口直徑較其他旋風(fēng)可設(shè)計(jì)的更小，并布置一定數(shù)量的孔洞以降低旋風(fēng)運(yùn)行阻力。

對(duì)于改變導(dǎo)入管位置和結(jié)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展，CN201399389Y中記載了由于旋風(fēng)分離器具有一定的入口傾角后會(huì)使得粉塵由于重力和慣性力的作用直接進(jìn)入到旋風(fēng)分離器的芯管以下甚至是錐體部分以減小芯管底部短路流;CN204122261U中的矩形噴嘴的結(jié)構(gòu)形式可最大限度的抑制短路流的發(fā)生;CN204710582U中的螺旋通道延伸段增加對(duì)由徑向速度和軸向速度在螺旋通道下端引起的氣流徑向向心流動(dòng)的阻擋，從而減小氣流“側(cè)向膨脹損失”和“短路流”。

對(duì)于拱形頂板及頂板結(jié)構(gòu)改變的技術(shù)發(fā)展，CA2146093A1利用拱形結(jié)構(gòu)抑制短路流;CN106423594A中利用錐形面結(jié)構(gòu)改善旋流器短路流的影響;CN106475238A利用設(shè)置在頂板內(nèi)壁面的環(huán)形導(dǎo)流板或/和螺旋導(dǎo)流板，限制頂板短路流的流量;CN108296032A通過圓柱段中的組合結(jié)構(gòu)有效防止流體的短路流動(dòng)。

對(duì)于柱段內(nèi)壁結(jié)構(gòu)改變的技術(shù)發(fā)展，US7248743在整個(gè)水力旋流器中建立包含顆粒固體和洗滌液流的同心流型;CN101898175A中在環(huán)形分離區(qū)開有槽道，使上灰環(huán)所導(dǎo)致的固體顆粒的短路流降低。

對(duì)于溢流管外壁外力干擾的技術(shù)發(fā)展，CN2102803U中轉(zhuǎn)動(dòng)葉柵主要用于攪拌氣流，使氣流獲得更高旋轉(zhuǎn)速度，減少二次短路流動(dòng);CN102688811A在排氣管外增設(shè)一夾層，通過夾層上的二次風(fēng)進(jìn)口從外界引入新鮮的空氣，對(duì)流場(chǎng)中的切向和徑向速度進(jìn)行控制，從而較大程度上阻止了短路流的產(chǎn)生。

對(duì)于溢流管套管等組合結(jié)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展，US4224143A運(yùn)用溢流管套管的結(jié)構(gòu)來(lái)抑制短路流;CN103041936A中進(jìn)口處的漏斗云狀渦旋加速器或變流腔，具有單向或多向逐漸變化的入口尺寸，有效防止含塵濃度高的上灰環(huán)流走短路造成除塵效果的降低。

3. 旋流分離器短路流抑制技術(shù)專利中國(guó)重要申請(qǐng)人的發(fā)展

目前中國(guó)在這方面研發(fā)力度投入較大的主要是石油技術(shù)領(lǐng)域以及空氣清潔的技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)專利申請(qǐng)人大部分布在公司和大學(xué)、學(xué)院等科研院所，其中申請(qǐng)量較大的申請(qǐng)人有中國(guó)石油大學(xué)19件以及寧波神通模塑有限公司12件。

中國(guó)石油大學(xué)的技術(shù)發(fā)展路線包括：CN2438508Y上下兩曲面b、c配合應(yīng)用有效阻礙短路流;CN2848361Y排氣管下部切口能夠使旋風(fēng)分離器環(huán)形空間流場(chǎng)更加對(duì)稱;CN2882798Y溢流管末端凹環(huán)面設(shè)計(jì)避免了由于上行流對(duì)溢流管底部環(huán)面的沖擊而造成在 溢流管底口附近產(chǎn)生局部流場(chǎng)紊亂現(xiàn)象;CN200991661Y 具有錐罩形排氣管結(jié)構(gòu)解決現(xiàn)有技術(shù)存在的由于蓋下短路流導(dǎo)致效率下降的問題;CN204122261U矩形噴嘴的結(jié)構(gòu)形式可以最大限度的抑制短路流的發(fā)生;CN204710582U排氣管插入螺線筒體內(nèi)部可減少排氣管末端“短路流”;CN105214860A分流型芯管，形成第三次分離，減小短路流粉塵通過率;CN105498986A分隔進(jìn)氣分流排氣的旋風(fēng)分離器采用分隔式進(jìn)氣方式減少分離過程的短路流。

4. 結(jié)語(yǔ)

本文分析了旋流分離器短路流抑制技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)狀況以及各技術(shù)分支的申請(qǐng)趨勢(shì)，并對(duì)本領(lǐng)域重要申請(qǐng)人的主要技術(shù)進(jìn)行了梳理，通過以上分析可以看出，旋流分離器短路流抑制技術(shù)的重點(diǎn)是對(duì)溢流管外壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變的技術(shù)方面研究較多。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁惠新，陳國(guó)金，俞建峰等.水力旋流器蓋下短路流的研究[J].流體機(jī)械，2000，28（12）：10-12.

龍?bào)銜希瑵h，湖南長(zhǎng)沙，1987.11，碩士研究生，助理研究員，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心（江蘇蘇州215163），研究方向：礦物分選，寫作方向：旋流分離器