专利名称：改进的分离装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用离心力，按照密度分离物料的装置。
背景技术：
虽然通常该技术用于将灰尘和肮脏颗粒与空气分离，但该技术同样可用于使一种流体与另一种流体(例如液体与气体(或空气))，或者一种气体与密度不同的另一种气体分离。
英国专利说明书2367774说明了主要用于将灰尘和肮脏颗粒与进入的气流分离的一种多级旋风式分离装置。旋风分离区中的一个区包含在腔40和38内。在图3中，和用锥角与腔38的锥角不同的一个浅的中间截锥部分64，从圆筒形的涡流发生腔40转变至截锥形腔38。当螺旋气流穿过腔38时，其半径的减小使在旋风中的该气流加速，而该气流继续围绕着该截锥形部分转动和向该部分下面前进。在排出后，密度更大的物料分离保留在位于阀盖74上面的阀座80内的灰尘收集腔中。
在旋风腔38大端开口下面的气流的约速突然丧失(特别是对气流中的密度较高的成分的约束)使离开该腔38的空气中的密度较高的成分非常有效地与密度较低的成分分离。特别是当回转的空气与杯78相互作用时，可产生旋风反向，这可造成螺旋形气流紧密循环，并沿轴向通过腔38的下部开放端向上升高，向上前进，和通过中心涡流起动器管58壁上的孔62，经过过滤器16通至吸入产生装置10(一般为由电机驱动的风扇)。
原来提出利用中间部分64来平缓二个腔40和38之间的过渡。然而，下面对使用这种中间部分的分离器的实验工作证明了该中间截锥形过渡部分有迄今未意识到的其他优点。本发明鉴别了在这二个腔之间使用一个中间截锥形转换区域的这些其他优点。
发明概述根据本发明的一个方面，在包括一个圆筒形的涡流发生腔和一个截锥形主旋风分离腔的旋风式分离装置中，为了减小该二个腔的总的轴向长度，在该圆筒形涡流发生腔和该截锥形主旋风腔之间设有一个中间的截锥形区域。
这样，可以制造一个具有给定的分离效率的，总高度减小的旋风式分离真空清洁器。
该中间截锥形区域的锥角比该截锥形主分离腔的锥角大。
特别是，使用诸如64一样的中间截锥形的区域可使构成二级旋风式分离器的第二旋风分离级的该二个腔(38，40)的总高度减小。
如果腔40的下端是平的，和在该截锥形腔38的入口周围与腔40的轴线垂直，则同样可使高度减小，但这种结构产生的紊流大大降低相对于在该圆筒形涡流发生腔和该截锥形主旋风分离腔之间使用一个中间的截锥形区域的结构的旋风式系统的分离效率。
如GB2367774的
图18，或在EP0042723的图1和图2中所示或者GB2321181的图5所示的分离器中，那样实验还表示，对于该中间的截锥形区域的许多锥角，分离效率比下部的主截锥形区域以相同的锥角连续向上，直至其直径相当于腔40的直径(从而避免任何形式的任何中间转换)的结构高。因此，如果不使用中间的截锥形转换部分，不但二个腔38，40的总高度大大增加，而且该装置的分离效率比具有一个中间的截锥形转换部分64的装置的分离效率低。
根据本发明的第二方面，在包括一个圆筒形涡流发生腔和截锥形主旋风式分离腔的旋风式分离装置中，在该圆筒形涡流发生腔和该截锥形主旋风式分离腔之间的转换部分位于一个中心管状件的下游端的区域中。该中心管状件在该涡流发生腔的轴向延伸，并由锥角比该主旋风腔的锥角大的中间的截锥形区域形成。
参照GB2367774的图3可看出，通过将该中间的截锥形转换部分64放置的中心涡轮开始的管状壳体58的有孔的下端的区域中，则在使用中，下降的螺旋形气流的半径迅速减小，伴随着在排出孔62的区域中和空气在进入通常的较长的旋风部分38以前，空气的回转速度相应地迅速增加。
在管58的末端的孔62附近，空气的回转速度迅速增加，如GB2367774的图18的实施例那样，与不使用这种中间的截锥形部分比较，当气流转移至该主旋风腔38时，可以更成功地将密度较大的成分保留在回转气流中。这表示密度较大小物料沿径向向内移动，通过孔62排出而不是保留在气流中和移动至该主旋风腔38的远端，与该气流分离和留在腔38以外的收集区中的机会较少。
当进入的气流包含水分和将该装置用于使液体与进入的气流分离时，这种改进更明显。
在一个优选实施例中，该旋风式分离器的主截锥形部分的锥角在16°～28°范围内，最好为20°～24°，而该分离器的该中间的截锥形部分的锥角在40°～80°范围内，最好为64°～68°。
二个特别优选的锥度组合分别为68°和20°，与64°和24°。
根据本发明的第三个方面，通过在该圆筒形涡流发生腔和截锥形的主旋风腔之间包括一个中间的截锥部分，从而减少该二个腔的总的轴向长度，可以安装该主旋风腔，使伸入主灰尘收集它的轴向长度比其他情况的小，不增加该二个腔和该仓的综合轴向长度，从而可有效地增加给定综合的总轴向长度下，用于存贮灰尘和污物的仓的容积。
该装置可用于将液体与空气分离，但非常希望该仓中收集液体的容积最大(代替污物和灰尘颗粒)，并且如上所述，为了增加这个容积而设置的该中间的截锥形区域可改善在第二旋风级中小水滴与气流的分离。该第二旋风级由上述的圆筒形起动器腔构成，并且以后，呈螺旋形转动，在轴向通过该中间的和主旋风腔。
锥角的定义如果利用形成包含锥体的中心轴的平面的一条切割线将一个实心的圆锥件切片，则该锥形件的切割面为一个等边三角形，并且其顶点的角度为锥角。当将该锥形件截断，形成一个截锥件时，该截锥件的锥角为由其得出该截锥件的锥形件的锥角。
实验结果利用使用GB2367774的图3所示的一个中间的截锥形区域的装置进行实验。其中，该圆筒形腔40的内径为65mm，该中间的截锥形部分的半锥角为34°，较长的主要部分38的半锥角为10°，该主要部分38的较小的开放端的直径为18mm，在该18mm直径的孔和平板78(见GB2367774的图4)之间的间隙约为7～8mm。
在入口14处的气流流量为41～42l/sec，在最终过滤器中的高龄土量为0.5～1gm，一次送入气流中的高岭土装填量为200gm。一般，实验后发现，在灰尘收集仓中的高岭土量为190～191gm，在旋风系统中的高岭土量为8～9gm。
在如GB2367774的图3的14那样的肮脏空气入口处，送入气流中的水为1升的情况下，同样的空气流量为41～42l/sec，在实验结束时，没有收集在该仓中的水的重量(即分离过程中的损失)大约为0.02gm。这等于室温下1升的水与相同温度下41～42l/sec的气流空气流量混合的蒸发损失。
现在参照表示体现本发明的多级式分离装置的附图，利用例子来说明本发明。
参考GB2367774对旋风式分离器的结构和工作进行说明，并对附图作进一步的说明。
在图中，风扇部件10将空气和颗粒物料(可以为液滴)吸入至入口14中。如GB2367774(参见其图1～3)所述，在该入口中，气流转换为围绕着圆筒形区域18中圆筒形涡流起动器50的空气和颗粒的循环质量。
在横向越过圆筒形仓22，32和在没有较大的颗粒下返回后，气流通过在颠倒的半球形壳体52中的孔54，通过腔44和管路46，流至第二涡流形成腔40的上端的径向入口48。基本上为圆筒形的涡流起动器58形成一个螺旋运动的气流。该气流在箭头A的方向向着腔40的下方运动，并且当达到该圆筒形腔40和该截锥形的主分离腔38之间的截锥形转换区域64时，回转速度增加。该起动器58是空心的，其下端60是实心的，并且其圆筒形的壁一般也是实心的，但在该截锥形转换区域64附近，围绕着起动器58的壁的下端，作出排出孔62。
在该起动器58的下端附近，气流的加速保证较重的颗粒/小滴保持在循环的气流的径向外部区域，因此，更可能在气流中转移至腔38中，而不是通过孔62流出通至风扇10。
万一颗粒进入起动器58的内部12中，则可在风扇10的上游设置一个过滤器16。
大部分保留在循环气流中的颗粒要移动至截锥形主分离腔38中。当该气流改变方向时，这些颗粒收集在下端，再当风扇断开，阀45打开时，从该下端倒入仓22/32中。
截锥形区域64的锥角在40°～80°范围内，而主要区域的锥度则在16°～28°范围内。
权利要求
1.一种包括一个圆筒形涡流发生腔和一个截锥形旋风式分离腔的旋风式分离装置，其特征为，该分离腔内一第一截锥形区域和一第二截锥形区域构成，并且为了减小该旋风式分离腔的总的轴向长度，该第一区域的锥角比第二区域的锥角大。
2.如权利要求1所述的分离装置，其特征为，它还包括一个中心管状件，该管状件沿该圆筒形腔的轴向延伸，并包括一个涡流发生器；该第一截锥形区域的较宽的末端在该中心管状件的下游端的区域中开始。
3.如权利要求2所述的分离装置，其特征为，该中心管状件的下游端的壁上制有孔，并且靠近该中心管状件的有孔的下端的第一区域的截锥形壁，在使用中，使循环气流的半径逐渐减小，因此，在该孔的区域中并刚好在该气流进入第二截锥形旋风部分之前，气流的回转速度相应增加，以便在气流转移至第二旋风部分时，比若不采用这种第一截锥形区域的情况，有更多密度较高的颗粒物料保留在该回转气流中，这样可以减少密度较高的物料经该管状件的孔，沿径向向内迁移排出，而不保留在该回转气流中并与其一起运动至该第二截锥形分离区域中的机会。
4.如权利要求1～3中任何一条所述的分离装置，其特征为，该第一区域的锥角在40°～80°范围内，而该第二区域的锥度在16°～28°范围内。
5.如权利要求4所述的分离装置，其特征为，该两个锥角分别为68°和20°。
6.如权利要求4所述的分离装置，其特征为，该两个锥角分别为64°和24°。
7.如权利要求1～6中任何一条所述的分离装置，其特征为，还包括一个在该第二分离区域下游的颗粒和/或液体的收集仓，其中，该旋风分离腔的轴向总长度的减小使该旋风分离腔比若采用单锥角与该第二区域相同和入口直径与该圆筒形涡流发生腔相同的单截锥的区域时伸入该收集仓中的长度较短，从而增加该仓的有效存贮容积。
8.如权利要求1～7中任何一条所述的分离装置，其特征为，用于使干燥的颗粒物料与空气分离并将该颗粒物料收集在该仓中。
9.如权利要求1～7中任何一条所述的分离装置，其特征为，用于使液体与空气分离，并将液体收集在该仓中。
全文摘要
说明了一种包括一个圆筒形涡流发生腔和一个截锥形旋风式分离腔的旋风式分离装置。该分离腔由第一和第二截锥形旋风区域构成。为了减小该旋风式分离腔的总的轴向长度，该第一区域的锥角比该第二区域的锥角大。一个中心管状件在该圆筒形腔的轴向延伸，并包括一个涡流起动器。该第一截锥形区域的较宽的末端在该中心管状件的下游端的区域中开始。该中心管状件的下游端的壁上作有孔，并且在使用中，该第一区域内截锥形壁(靠近该中心管状件的有孔的下端)使循环气流上的半径逐渐减小，因此，在该孔的区域中和气流进入第二截锥形旋风部分之前，气流的回转速度增加。这样，当密度较高的颗粒物料转移至该第二旋风区域时，比如果不使用这种第一截锥形区域的情况，有更多的密度较高的颗粒物料保留在回转气流中。这可减少密度较高的物料，通过在该管状件上的孔，沿径向向内移动排出，而不保留在该回转气流中，和运动至第二截锥形分离区域中的机会。
文档编号B04C5/13GK1681602SQ03822000
公开日2005年10月12日 申请日期2003年9月13日 优先权日2002年9月17日
发明者约翰·赫伯特·诺思 申请人:约翰·赫伯特·诺思