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气体旋流分离器的结构详解
来源: 鑫流环保   发布时间: 15-05-07   点击次数:
与水力旋流器类似,按照截面形状进气管可以分为圆形和矩形两种。圆管型切向入口的旋流分离器大多数用在小型的采样旋风分离器中。相较于圆形进口形状,矩形进气口的断面紧贴旋流器柱段壁面,能消除引起进气短路的死区,使进气口处流体的瑞动和扰动程度减弱。Kelsell最早对这两种具有相同截面面积的进料口进行了比较,发现狭长型的矩形进料口(长边平行于旋流分离器轴线)能使分离效率得到明显改善。

进气管的作用是将直线运动的气流在旋流器柱段进口处转变为圆周运动。通常的连接形式为切线型,然而这种型式的进料管局部能量损耗较大。除了切线形式外,还有渐开线、弧线型、螺旋线、同心圆以及多管堆成进料等多种型式。此进口形式有效地避免了气流对溢流管外壁的冲刷,减小了流体的能量损耗,使流场更加稳定,可有效提升旋流器的分离性能。

气体旋流器中溢流管作为净化气体的排出管,其设计因素主要包括溢流管插入深度、管径以及溢流管结构外形。众所周知,短路流是旋流分离器内流体的特征流动之一,会引起溢流跑出、分离产品中粗细粒混杂等现象,进而影响旋流分离器的分离性能。研究表明,特殊结构的溢流管外形可减少短路流量,提升旋流器的分离性能。旋流器内流场由准强制涡外旋流和准自由涡内旋流组成,溢流管内径变小意味着内旋流区变小,最大切向速度值增大,离心力场增强,因此分离效率会有所提升,但是随着气速的增大,压力降也会上升。

柱锥段主要作为旋流分离器的分离腔,其尺寸大小影响着旋流器中内部流场的强弱,进而对分离性能产生影响。其结构参数主要包括柱段直径(通常作为旋流器的公称直径)、柱段长度、锥段角度、锥段数量等。柱段直径过小,气流场在旋流器内瑞动性增强,不利于旋流器的分离;柱段直径过大,离心场会减弱,因此也会对分离性能产生不利影响。

旋流分离器的长度亦是影响分离性能的关键尺寸之一,随着旋流分离器长度的增加,其压降会逐渐降低。实际上长度增加后,器壁的面积将增加,对流动而言相当于施加了一个附加的摩擦力,摩擦力的增加会降低内旋涡的旋转速度,使气体进入溢流管后具有很高的静压,从而降低了进口与溢流口之间的压降。此外,相关研究表明旋流器长度的增加可有效降低旋流器的切割粒径。但是旋流器长度过长的话,漩涡尾端位于分离腔锥段内的摆动,使得漩涡沿壁面高速旋转。如果是气固旋流分离,则会发现在漩涡尾端附近壁面产生沉积物,甚至出现抛光环或环形沟槽。鉴于可靠性和分离性能两方面因素,Maclean等人曾提出旋流器的最优长度应使得分离性能更好和磨损更小。

锥段结构有抛物线形式、螺旋线形式、普通光滑直锥、双曲线形等型式,通常切向式旋流分离器采用普通光滑直锥型式。研究表明,锥角越大,液滴下行的速度越小,增加了返混的可能性,对分离产生不利影响。

底流口一般连接直段液封管,是影响旋流器分离指标的重大影响因素之一。底流口尺寸减小时,底流气体分流比减小、返混现象严重,造成分离效率降低;尺寸增大时固然有利于提高分离性能,但超过限度时亦会恶化其分离效果、破坏其分离作用。为了消除气体漩涡尾部在底流口的摆动现象,常常在底流口中心内置返混锥结构,其目的是向漩涡尾部提供一个平滑的表面,使漩涡附着在上面,并帮助稳定在中心处,减少底流口液滴的返混现象,提升气体旋流器的分离效果。

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