CN102626581A - 螺旋流旋风式气体分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺旋流旋风式气体分离器，包括由外管道(3)和外管道(3)内的外螺旋片(2)构成的外螺旋流道，在外螺旋流道的两端分别设置有入口(1)、出口，其特征在于：在所述的外管道(3)内还设置有内管道(7)，内管道(7)和内管道(7)内部设置的内螺旋片(6)构成内螺旋流道，外螺旋流道和内螺旋流道气体的流动方向相反，在内管道(7)的出口处，内管道(7)内部设置有收集管(8)；在外管道(3)出口处连接有锥形旋风流道(4)，本发明在其内部包含有两层不同大小和螺距的螺旋叶片，在很高的螺旋速度下，利用甲烷和空气的密度差原理，实现甲烷和空气的一次分离和二次分离，最终降低了排到空气中的瓦斯浓度并实现了瓦斯气体的提纯和二次利用，分离效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体分离器，特别是一种螺旋流旋风式气体分离器。
背景技术
甲烷气体在空气中的自然浮升和对流浮升现象是人们早已熟知的自然现象。对多元混合流体的分层流动的研究都是基于流体力学的连续性方程、紊流流动方程和扩散方程，对复杂流动则增加紊流能量方程和状态方程。
国内有关瓦斯富集的专利主要有：ZL 200520024727.X，名称为选煤厂煤仓瓦斯积聚治理装置，以及专利号为ZL200810236122.5，专利名称为低浓度瓦斯热对流浮升收集装置。综合国内外对多元混合气体的密度分层流动尤其是低浓度瓦斯气体的分层流动和低浓度瓦斯气体富集分层技术的研究情况，可以发现研究的重点主要是矿井瓦斯在工作区、通风巷道、采空区的积聚、运移规律；在较高压力梯度下的扩散和浮升；剪切力和速度梯度对浓度扩散和密度分层流稳定性的影响等。对均匀混合气体中轻组分的浮升与运移、局部积聚与密度分层的研究只是从分子运移、局部积聚与密度分层是重要的研究方向。
例如专利号为ZL201010109154.6公开的一种鳞片式螺旋流气体浓缩分离器，包括内圆柱体、外圆筒体和螺旋面板，螺旋面板安装在内圆柱体的外表面和外圆柱体的内表面之间，螺旋面板和内圆柱体、外圆柱体构成了螺旋流道；螺旋面板由首尾相互重叠的螺旋道短板构成，在螺旋道短板相接处，螺旋道短板之间设置有空隙。
这样的气体分离器，利用流体在螺旋流动过程中产生的惯性力，使密度不同的气体或固体达到分离的目的。另外，利用狭窄矩形截面螺旋流道和短板缝隙所形成的吸气和吹气现象，使螺旋流动的气流始终处于层流状态。
上述结构的气体分离器结构简单，对于使用场所的要求不高，能将密度不同的混合气体进行分离、浓缩，特别对于密度差别较大的二元混合气体的浓缩与离心分离，而且在使用过程中气体处理量大，能耗很低。但是，此种结构的气体分离器对气体的浓缩、富集仍不十分理想，科研人员一直致力于研究更高富集效率的气体分离器。
发明内容
本发明的目的是提供一种分离效率更高的旋风式螺旋流气体分离器。
为了达到上述的技术目的，本发明的技术方案是：一种螺旋流旋风式气体分离器，包括由外管道和外管道内的外螺旋片构成的外螺旋流道，在外螺旋流道的两端分别设置有入口、出口，在所述的外管道内还设置有内管道，内管道和内管道内部设置的内螺旋片构成内螺旋流道，外螺旋流道和内螺旋流道气体的流动方向相反，在内管道的出口处，内管道内部设置有收集管；在外管道出口处连接有锥形旋风流道。
所述锥形旋风流道出口处设置有阀门。
所述收集管与内管道的轴心重合。
所述内螺旋片为由三片螺旋片组成的起旋器，三片螺旋片在圆周上均布，包角均为120°，螺旋升角为30°。
所述收集管的直径为Φ120mm，内管道直径为Φ200mm，外管道直径为Φ360mm，收集管长度为650mm，内管道长度为2975mm，外管道长度为4625mm，内螺旋片的螺距为300mm，外螺旋片的螺距为100mm。
本发明采用三层管道设计，在其内部包含有两层不同大小和螺距的螺旋叶片，在很高的螺旋速度下，利用甲烷和空气的密度差原理，实现甲烷和空气的一次分离和二次分离，最终降低了排到空气中的瓦斯浓度并实现了瓦斯气体的提纯和二次利用。本发明气体分离器将两个螺旋分离流道和锥形旋风流道有机结合起来，结构紧凑，对气体进行二次分离富集，分离效率高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明结构简图。
图2为本发明的左视剖视图。
图3为内管道和外螺旋片结构示意图。
图4为内管道和内螺旋片结构示意图。
图5为螺旋流旋风式气体分离器结构示意图。
具体实施方式
如图1、2及5所示，螺旋流旋风式气体分离器，包括由外管道3和外管道3内的外螺旋片2构成的外螺旋流道，在外螺旋流道的两端分别设置有入口1、出口。
如图3、4所示，在所述的外管道3内还设置有内管道7，内管道7和内管道7内部设置的内螺旋片6构成内螺旋流道，外螺旋流道和内螺旋流道气体的流动方向相反，这样才能满足在入口1的一端实现收集气体的目的.
在内管道7的出口处，内管道7的内部中心(即内管道7的轴心)设置有收集管8；在外管道3的出口处，外管道3上连接有锥形旋风流道4。收集管8也可以不处于内管道7的轴心，但是这样收集有效气体的效率将会降低。这是因为欲收集的甲烷类气体的分子质量比空气质量小，其会向螺旋流道中间富集，若收集管不处于内管道7的中心部位将会影响收集效率。
收集管8的直径远小于内管道7的直径，其最优的尺寸由所收集的有效气体的富集程度来确定。这样可有效地将两种密度差别显著的气体在浓度上实现分层，从而实现对某种气体的有效收集。
上述各部件的具体尺寸可以为：收集管8的直径为Φ120mm，内管道7直径为Φ200mm，外管道3直径为Φ360mm，收集管8长度为650mm，内管道7长度为2975mm，外管道3长度为4625mm，内螺旋片6为起旋器结构，外螺旋片2的螺距为100mm。每个起旋器采用3片螺旋片构成，螺旋片可以采用平板式螺旋片，外螺旋片2采用焊接而成的连续式螺旋片。
乏风瓦斯从分离器的入口1进入外螺旋流道，在高速的螺旋运动时，由于甲烷的分子质量比空气质量小，在螺旋流场惯性力作用下，它将会向外螺旋流道中间富集；当经过外螺旋流道的高速气流进入锥形旋风流道4后，由于离心力的继续作用，甲烷气体也会继续向锥形旋风流道4管道的中部富集，同时由于锥形旋风流道4管道直径比较大，且直接与内管道7相通，在锥形旋风流道4中心负压的作用下，靠近锥形旋风流场中心将产生与外围锥形旋风流场旋转方向相反的流动，将部分气体送入内管道7中。在此过程中，处在锥形旋风流道4最外围的部分气体就会从该锥形旋风流道4右端的阀门5口排出，而中间一部分气体将会在外围气体的挤压和旋风流道轴心负压的联合作用下，从中间的内管道7向左运动，进入内螺旋流道，进行二次分离富集，最后在内管道7的左端出口处插入的一根收集管8，将内管道7的中间部分气体收集，其余气体排出。此设备是将两个螺旋分离管道和锥形旋风流道复合起来，结构紧凑、分离效率高。
本发明的关键是将外螺旋流道、锥形旋风流道、内螺旋流道相结合，在经过外螺旋流道和锥形旋风流道的离心分离后，剩余部分富集甲烷的气体进入内螺旋流道进行二次离心分离。
为了控制流出的锥形旋风流道4内部的气体量，进而控制回流到内管道7内的气体量，锥形旋风流道4的末端设置有阀门5，采用对阀门5的开、关以及阀门5开的大小进行控制。
本发明螺旋流旋风式气体分离器是一种能够将排出的乏风瓦斯富集、浓缩、收集，进而大大降低排到空气中的瓦斯浓度，同时也为富集起来的乏风瓦斯二次利用创造条件的新型实用装置，实现甲烷和空气的一次分离和二次分离，最终降低了排到空气中的瓦斯浓度并实现了瓦斯气体的提纯和二次利用。
本发明的外螺旋片、内螺旋片原理如专利ZL201010109154.6公开的一种鳞片式螺旋流气体浓缩分离器中螺旋面板一样，也可以采用上述专利中的螺旋面板，其设置的目的是形成螺旋流道。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种螺旋流旋风式气体分离器，包括由外管道(3)和外管道(3)内的外螺旋片(2)构成的外螺旋流道，在外螺旋流道的两端分别设置有入口(1)、出口，其特征在于：在所述的外管道(3)内还设置有内管道(7)，内管道(7)和内管道(7)内部设置的内螺旋片(6)构成内螺旋流道，外螺旋流道和内螺旋流道气体的流动方向相反，在内管道(7)的出口处，内管道(7)内部设置有收集管(8)；在外管道(3)出口处连接有锥形旋风流道(4)。
2.根据权利要求1所述的螺旋流旋风式气体分离器，其特征在于：所述锥形旋风流道(4)出口处设置有阀门(5)。
3.根据权利要求1所述的螺旋流旋风式气体分离器，其特征在于：所述收集管(8)与内管道(7)的轴心重合。
4.根据权利要求1所述的螺旋流旋风式气体分离器，其特征在于：所述内螺旋片(6)为由三片螺旋片组成的起旋器，三片螺旋片在圆周上均布，包角均为120°，螺旋升角为30°。
5.根据权利要求1所述的螺旋流旋风式气体分离器，其特征在于：所述收集管(8)的直径为Φ120mm，内管道(7)直径为Φ200mm，外管道(3)直径为Φ360mm，收集管(8)长度为650mm，内管道(7)长度为2975mm，外管道(3)长度为4625mm，内螺旋片(6)的螺距为300mm，外螺旋片(2)的螺距为100mm。
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