强制涡压制边条翼与旋风除尘器

1.本发明属于节能环保用的除尘设备技术领域，涉及旋风除尘器，特别涉及一种强制涡压制边条翼与旋风除尘器。


背景技术：

2.旋风除尘器是工业中广泛使用过的一种除尘设备，与过滤、沉降等分离方式相比，它具有结构简单，成本低廉，可以在高温、高压环境下工作，分离效率高等优点。旋风除尘器是利用含尘气体旋转时所产生的离心力将粉尘从气体中分离出的一种干式气固分离装置。正因为旋风除尘器结构简单、运行费用及维修费用低等优点，在工业除尘上得到广泛应用。然而旋风除尘器阻力偏高，针对旋风除尘器这一缺点，人们提出了达到不同程度减阻效果的措施。许多学者通过在旋流器中心安放内置件(如空气和压制结构、组合涡压制结构等)以降低其阻力，但大多以牺牲气固分离效率为代价。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种强制涡压制边条翼与旋风除尘器，以期在保证分离效率的基础上降低旋风除尘器的压力损失，使旋风除尘器的总耗能进一步降低，达到节能减排的目的。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种强制涡压制边条翼，包括第一翼片、第二翼片和悬挂梁；
6.所述第一翼片与第二翼片为板状结构，形状大小完全相同，具有前后板面、上下端面和左右侧面，并关于上端面与下端面的中心连线对称；所述左右侧面包括弧形面，所述弧形面与所述中心连线的距离从上向下渐增；
7.所述第一翼片与第二翼片沿所述中心连线正交组合为一体；
8.所述悬挂梁安装于所述上端面。
9.在一个实施例中，所述下端面为水平面，构成十字型翼棱，所述悬挂梁为十字型悬挂梁。
10.在一个实施例中，所述十字型悬挂梁的十字结构分别向下投影至所述第一翼片与第二翼片的下端面。
11.在一个实施例中，所述左右侧面在上端面汇聚，并连接于所述十字形悬挂梁的中心。
12.在一个实施例中，所述左右侧面在上端面的汇聚点至下端面十字型翼棱的四个顶点均为流线型圆弧过渡。
13.在一个实施例中，所述弧形面的外缘各点距所述中心连线的垂直距离y与中心连线的长x满足如下关系，即边条翼弧形面外缘线型函数为：
14.y＝y0+αe-x/β
15.式中，y0为边条翼基础定宽常数，其值为186.986
±
0.486；α为边条翼弧度系数，其
值为-11.164
±
0.27；β为边条翼收敛因子，其值为-564.146
±
4.81。
16.在一个实施例中，所述左右侧面还包括竖直面，所述竖直面的上部与所述弧形面相接，所述竖直面与所述中心轴线的距离和所述弧形面与所述中心轴线的距离最大值相等。
17.本发明还提供了一种旋风除尘器，在排气管下端安装有所述的强制涡压制边条翼，其中所述悬挂梁的侧面满焊固定于所述排气管的底部内壁上，所述强制涡压制边条翼向下伸出排气管，底端位于旋风除尘器的筒体。
18.在一个实施例中，所述筒体由位于上部的圆柱筒体和位于下部的圆锥筒体连接组成，所述排气管伸入至所述圆柱筒体，且所述强制涡压制边条翼的下端面位于所述圆锥筒体。
19.在一个实施例中，所述强制涡压制边条翼的长度根据如下公式确定：
[0020][0021]
式中：x为边条翼上端面和下端面中心连线的长度；η为效率因子，取值为1.0～1.5；q为旋风除尘器处理的含尘气体量；ca为气流沿旋风除尘器全截面通过时的平均流速。
[0022]
在一个实施例中，所述强制涡压制边条翼的最大翼展即下端面宽度与排气管的内径等同或为所述内径的4/5～5/6。
[0023]
与现有技术相比，本发明通过边条翼结构使得强制涡破碎，并逐渐引导强制涡的旋转流动路径由旋转流转化为轴向直流，把部分动压转化为静压，从而在保证分离效率的基础上降低旋风除尘器的压力损失，使旋风除尘器的总耗能进一步降低，达到节能减排的目的。
[0024]
实验证明，在保证气固分离效率的前提下，本发明可降低旋风除尘器的运行阻力约30％，从而减小引风机等动力设备的功率输出。
附图说明
[0025]
图1为本发明强制涡压制边条翼结构示意图(立体图)。
[0026]
图2为本发明强制涡压制边条翼结构示意图(主视图)。
[0027]
图3为本发明强制涡压制边条翼结构示意图(俯视图)。
[0028]
图4为本发明强制涡压制边条翼结构示意图(仰视图)。
[0029]
图5为本发明边条翼弧形面外缘线型函数曲线图。
[0030]
图6为本发明安装强制涡压制边条翼的旋风除尘器透视图。
[0031]
图7为含尘气体在普通旋风除尘器与内置强制涡压制边条翼旋风除尘器中运动路径的仿真模拟对比。其中左图为含尘气体在普通旋风除尘器中的运动路径，右图为含尘气体在含强制涡压制边条翼旋风除尘器中的运动路径。
[0032]
图8为本发明验证性实验场景示意图。其中左图是普通旋风除尘器对氧化铁粉收集的实例，右图是含强制涡压制边条翼旋风除尘器对氧化铁粉收集的实例。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0034]
本发明的第一方面，提供了一种强制涡压制边条翼，其用于安装在旋风除尘器中心轴线上以降低其运行阻力。
[0035]
如图1、图2、图3和图4所示，本发明的强制涡压制边条翼，包括第一翼片1、第二翼片2和悬挂梁4；或者也可仅由第一翼片1、第二翼片2和悬挂梁4组成。上述构件全部由耐磨钢制作，并满焊成型。
[0036]
其中第一翼片1与第二翼片2的形状大小完全相同，为板状结构。具有前后板面、上下端面和左右侧面，并关于上端面与下端面的中心连线对称；其左右侧面包括弧形面，所述弧形面与所述中心连线的距离从上向下渐增，即呈自上而下的渐阔形状。由此构成一种类似于“半枣核形”的翼片形状。第一翼片1与第二翼片2沿该中心连线正交组合为一体的结构。悬挂梁4安装于上端面，其作用是用于与旋风除尘器组装。
[0037]
根据该结构，翼片的正交组合以及其左右侧面形状设计，能够强制涡破碎，同时引导强制涡由旋转流动转化为轴向直流，从而将部分动压转化为静压，一方面降低了阻力，另一方面又不会导致分离效率下降。
[0038]
在本发明的实施例中，所述下端面为水平面，构成典型的十字型翼棱3。相应地，所述悬挂梁4为十字型悬挂梁。显然，十字型悬挂梁的十字结构分别向下投影至所述第一翼片1与第二翼片2的下端面，也即投影至十字型翼棱3。
[0039]
本实施例的结构使得边条翼处于旋风除尘器筒体的中心轴线上，此布置形式可对强制涡进行有效压制，所述十字型翼棱3可将强制涡的涡流打碎，破坏其旋流流场，并强制将旋流转化为直流。
[0040]
在本发明的实施例中，左右侧面在上端面汇聚，并连接于所述悬挂梁4的中心。
[0041]
本实施例给出了悬挂梁4的具体安装形式，该安装形式简单、可靠，仅需将悬挂梁的四个侧面满焊固定于所述旋风处理器排气构件的内壁，可节省投资或改造费用。
[0042]
在本发明的实施例中，左右侧面在上端面的汇聚点至十字型翼棱3的四个顶点均为流线型圆弧过渡。
[0043]
本实施例符合流线型的圆弧过渡结构可减小边条翼对起除尘作用的自由涡流场的影响，保证除尘效率。
[0044]
进一步地，本实施例弧形面的外缘各点距所述中心连线的垂直距离y与中心连线的长x满足如下关系，即边条翼弧形面外缘线型函数为：
[0045]
y＝y0+αe-x/β
[0046]
式中，y0为边条翼基础定宽常数，其值为186.986
±
0.486；α为边条翼弧度系数，其值为-11.164
±
0.27；β为边条翼收敛因子，其值为-564.146
±
4.81。该函数所限定的曲线可参考图5所示。
[0047]
在本发明的实施例中，左右侧面还可进一步包括竖直面，并且该竖直面的上部与弧形面相接，即竖直面在弧形面的下方，此处竖直面的含义为，其与中心连线的距离和弧形面与中心连线的距离最大值相等。
[0048]
通过该结构，可以在打碎强制涡涡流后形成一段缓冲区，使旋流的部分动能逐渐转化为直流，同时部分动压逐渐转化为静压，以避免造成乱流。
[0049]
本发明的第二方面，提供了旋风除尘器，参考图6，旋风除尘器具有竖向的排气管5，在其排气管5的下端安装有前述的强制涡压制边条翼7，具体地，所述悬挂梁4的侧面满焊固定于所述排气管5的底部内壁上，所述强制涡压制边条翼7向下伸出排气管5，进入至旋风除尘器的筒体6中。
[0050]
其工作原理为：
[0051]
含尘气体以切向形式进入旋风除尘器，随即其运动形式变为旋转气流并呈螺旋形自上而下运动，称为自由涡，粉尘颗粒通过自由涡的离心力从而完成气固两相分离。当自由涡达到旋风除尘器的筒体6的圆锥形下端时，将立即以同样的旋转方向由下反转向上继续做螺旋形运动，称为强制涡。强制涡对气固分离过程起不到积极作用，反而会由于气流旋转向上运动增加了设备运行阻力。而在本发明的结构中，当强制涡接触到两片相互正交的第一翼片1与第二翼片2，二者的下端面结构例如十字形翼棱3，可直接打碎强制涡，迫使整股旋转气流转变为直流运动。即，本发明通过符合流线的弧形边条翼压制强制涡，将强制涡原本的旋转流运动形式转变为直流运动形式，把部分动压转化为静压，以此来达到降低总体阻力的目的，经实验验证，本发明可降低旋风除尘器阻力30％以上。
[0052]
在本发明的实施例中，强制涡压制边条翼的长度需满足使强制涡压制边条翼的主体位于旋风除尘器的筒体6中，且其底端面置于筒体6的圆锥形部分中。其中，筒体6是位于排气管5下方或中下方的结构，其上部一般为柱形，下部为圆锥形。
[0053]
具体地，强制涡压制边条翼的长度根据如下公式确定：
[0054][0055]
式中：η为効率因子，取值为1.0～1.5；q为旋风除尘器处理的含尘气体量，va为气流沿旋风除尘器全截面通过时的平均流速。
[0056]
本实施例经验公式对边条翼中心长度x的计算，可适应处理含尘气体量0～100000m3/h的各种场合。
[0057]
在本发明的实施例中，所述强制涡压制边条翼的最大翼展即下端面宽度与排气管5的内径等同或为该内径的4/5～5/6。其中，强制涡压制边条翼的中心连线优选为与排气管5和筒体6同轴。
[0058]
本实施例的参数设定可减小边条翼对起除尘作用的自由涡流场的影响，保证除尘效率。
[0059]
下面结合验证性实验对本发明进行进一步说明。
[0060]
如图7所示，将3d打印出的旋风除尘器模型加上17.5m/s的风速时，用皮托管和量程为0.3的倾斜式微差压计测量进风口及出风口的全压，由此算出的压降与数值模拟结果在误差允许的范围内一致，实验过程与结果如图8所示，压力测量结果见表1：
[0061]
表1压降实验验证结果
[0062]
类别进气口全压pa排气口全压pa压降pa降阻率％空白组128573—压制边条翼15655031.51
[0063]
通过观察有色粉末的流动路径，对比旋风除尘器内含尘气流的运动状态，发现压
制边条的存在，并没有影响外旋流即自由涡的运动，所以对于旋风除尘器的整体作用及效率无绝对影响。后又利用捕集和逃逸的粒子定量计算出其分离效率，如表2所示。
[0064]
表2分离效率实验验证结果
[0065]
类别粉尘总质量g分离粉尘质量g分离效率％空白组10.07.6276.18压制边条翼10.09.0089.80
[0066]
据此，在相同规格的旋风除尘器中，加入强制涡压制边条翼在保证除尘效率不降低的前提下，可减小旋风除尘器运行阻力30％以上。

技术特征：
1.一种强制涡压制边条翼，其特征在于，包括第一翼片(1)、第二翼片(2)和悬挂梁(4)；所述第一翼片(1)与第二翼片(2)为板状结构，形状大小完全相同，具有前后板面、上下端面和左右侧面，并关于上端面与下端面的中心连线对称；所述左右侧面包括弧形面，所述弧形面与所述中心连线的距离从上向下渐增；所述第一翼片(1)与第二翼片(2)沿所述中心连线正交组合为一体；所述悬挂梁(4)安装于所述上端面。2.根据权利要求1所述强制涡压制边条翼，其特征在于，所述下端面为水平面，构成十字型翼棱(3)，所述悬挂梁(4)为十字型悬挂梁，所述左右侧面在上端面汇聚，并连接于所述十字形悬挂梁(4)的中心。3.根据权利要求2所述强制涡压制边条翼，其特征在于，所述十字型悬挂梁的十字结构分别向下投影至所述第一翼片(1)与第二翼片(2)的下端面。4.根据权利要求2或3所述强制涡压制边条翼，其特征在于，所述左右侧面在上端面的汇聚点至下端面十字型翼棱(3)的四个顶点均为流线型圆弧过渡。5.根据权利要求1所述强制涡压制边条翼，其特征在于，所述弧形面的外缘各点距所述中心连线的垂直距离y与中心连线的长x满足如下关系，即边条翼弧形面外缘线型函数为：y＝y0+αe-x/β
式中，y0为边条翼基础定宽常数，其值为186.986
±
0.486；α为边条翼弧度系数，其值为-11.164
±
0.27；β为边条翼收敛因子，其值为-564.146
±
4.81。6.根据权利要求1所述强制涡压制边条翼，其特征在于，所述左右侧面还包括竖直面，所述竖直面的上部与所述弧形面相接，所述竖直面与所述中心轴线的距离和所述弧形面与所述中心轴线的距离最大值相等。7.旋风除尘器，其特征在于，在排气管(5)下端安装有权利要求1至7任一权利要求所述的强制涡压制边条翼，其中所述悬挂梁(4)的侧面满焊固定于所述排气管(5)的底部内壁上，所述强制涡压制边条翼向下伸出排气管(5)，底端位于旋风除尘器的筒体(6)。8.根据权利要求7所述旋风除尘器，其特征在于，所述筒体(6)由位于上部的圆柱筒体和位于下部的圆锥筒体连接组成，所述排气管(5)伸入至所述圆柱筒体，且所述强制涡压制边条翼的下端面位于所述圆锥筒体。9.根据权利要求7所述旋风除尘器，其特征在于，所述强制涡压制边条翼的长度根据如下公式确定：式中：x为边条翼上端面和下端面中心连线的长度；η为效率因子，取值为1.0～1.5；q为旋风除尘器处理的含尘气体量；v
a
为气流沿旋风除尘器全截面通过时的平均流速。10.根据权利要求7所述旋风除尘器，其特征在于，所述强制涡压制边条翼的最大翼展即下端面宽度与排气管(5)的内径等同或为所述内径的4/5～5/6。

技术总结
一种强制涡压制边条翼，包括第一翼片、第二翼片和悬挂梁；第一翼片与第二翼片为板状结构，形状大小完全相同，具有前后板面、上下端面和左右侧面，并关于上端面与下端面的中心连线对称；左右侧面包括弧形面，弧形面与中心连线的距离从上向下渐增；第一翼片与第二翼片沿中心连线正交组合为一体；悬挂梁安装于上端面。本发明还提供了一种旋风除尘器，在排气管下端安装有的强制涡压制边条翼，其中悬挂梁的侧面满焊固定于排气管的底部内壁上，强制涡压制边条翼向下伸出排气管，本发明能够降低旋风除尘器运行阻力。器运行阻力。器运行阻力。


技术研发人员：吴锋 李辉 杨康
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/14