CN113950364B - 旋风式空气过滤装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气过滤组(100)和一种空气过滤系统(50)，该空气过滤组和空气过滤系统用于使用在每个空气过滤组(100)中以2x2阵列布置的多个旋风式空气分级机(10)从气流中去除砂砾或杂质。系统(50)包含并排布置的多个互连的、模块化的空气过滤组(100)和砂砾收集斜槽(5)。为了改善气流效率和颗粒分离，每个旋风式空气分级机(10)包括涡流诱导入口管道(13)、抽取管(16)和锥形扩散器(15)。上部和下部旋风式空气分级机的锥形扩散器(15)具有不同的长度，使得它们的相应的废物出口不共面，这用于限制废物出口流动干扰并且导致穿过空气过滤组的较小压降，这继而导致更有效的颗粒去除。

Description

旋风式空气过滤装备

技术领域

本发明涉及通风、过滤和/或空调装备。更具体地，本发明涉及一种空气过滤系统，其包括旋风式空气分级机，用于通过分级机的离心作用从气流中分离大颗粒或重颗粒，比如灰尘颗粒或其它杂质。

背景技术

不同形式的旋风分离器在整个工业中用于不同的应用。例如，旋液分离器通常用于采矿应用中以通过使尾矿或泥浆在旋风分离器中受到离心力而从尾矿中分离出重颗粒材料。在竖直定向上，较重的颗粒被迫径向向外并且滑下旋风分离器的内部至朝向底部的底流开口，在此处，较重的颗粒从旋风分离器中排出并且通常用作压实材料来建造尾矿坝，同时较细的材料和流体被从向上设置的称为溢流开口的中心开口吸出。旋风分离器并不总是竖直定向并且也可以用于水平定向。

申请人还了解现有的利用相同原理从气流中去除灰尘颗粒或其它杂质的空气旋风分离器或分级机。在现有的空气通风系统中，旋风分离器用于材料空气过滤器上游的预过滤步骤以延长这类过滤器的寿命。通过对许多不同配置的空气旋风分离器的流体动力学分析，发明人确定了空气旋风分离器的特定几何结构对其在颗粒分离效率和能量效率方面的性能至关重要。发明人认为，现有空气旋风分离器或分级机的性能不足，是因为大多数分级机要么表现出差的能量效率，即在旋风分离器上产生大的压降，要么在一定的颗粒大小范围内经历颗粒分离不充分的情况。

US 2015/343366 A1公开了一种空气过滤组，其包括多个相邻的旋风式空气分级机，该旋风式空气分级机包括中空分级机主体，每个分级机主体具有在上游入口处的涡流诱导入口导管和管状抽取管，该管状抽取管限定了与入口轴向对齐的排放出口；以及扩散器，该扩散器从入口导管朝向抽取管延伸，使得扩散器的下游端和抽取管在横向于中空分级机主体的纵向轴线的平面中共同限定废物出口。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述缺点。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种空气过滤组，其包括：

至少两个相邻的旋风式空气分级机，每个旋风式空气分级机包括中空分级机主体，该中空分级机主体包括：

上游入口处的涡流诱导入口管道，中空分级机主体限定纵向轴线；

布置在入口下游的管状的抽取管，该抽取管限定与入口轴向对齐的排放出口；和

至少部分锥形的扩散器，其从入口管道朝向抽取管延伸，使得至少部分锥形的扩散器的下游端和抽取管在横向于中空分级机主体的纵向轴线的平面中共同限定废物出口；以及

安装旋风式空气分级机的框架，其中相邻的旋风式空气分级机的涡流诱导入口管道被配置成在相邻的旋风式空气分级机的相应中空分级机主体中诱导相反定向的涡流，并且其中相邻的旋风式空气分级机的至少部分锥形的扩散器具有不同的长度，使得它们的相应的废物出口不共面并且沿着空气过滤组纵向间隔开，这用于限制废物出口流动干扰并且导致穿过空气过滤组的较小压降，这继而导致更有效的颗粒去除。

当与其它锥形扩散器的长度相比时，具有较短锥形扩散器的旋风式空气分级机包括在废物出口下游连接到抽取管外表面的导流板。导流板远离抽取管径向向外延伸，从而进一步用于限制相邻的旋风式空气分级机之间的废物出口流动干扰。

空气过滤组可以是模块化的。空气过滤组可以连接到相邻的空气过滤组。空气过滤组可以包括四个旋风式空气分级机的2x2阵列，其中阵列中对角相对的旋风式空气分级机的入口管道被配置成在它们相应的中空分级机主体中以相同方向诱导涡流。

空气过滤组可以包括固定到框架上的向外倾斜的、可操作的上壁。上壁可以在2x2阵列中最上面的旋风式空气分级机的废物出口周围限定内腔。内腔可以被配置成防止在废物出口周围积聚过多的压力。向外倾斜的、可操作的上壁可以具有可打开的检查舱口。

每个入口管道可以包括多个等角度间隔开的、成角度的叶片。这些叶片可以被配置成在中空分级机主体内诱导涡流，并且其中空气过滤组的旋风式空气分级机的叶片配置从顶部到底部以及从一侧到另一侧在定向上交替，使得相邻的旋风式空气分级机的叶片被配置成在它们相应的中空分级机主体中以相反的方向诱导涡流。

每个入口管道可以可拆卸地连接到部分锥形的扩散器。每个入口管道可以包括八个等角度间隔开的成角度的叶片。

每个入口管道可以包括方形到圆形的入口护罩。相邻护罩的内边缘可以邻接布置。每个入口管道可以包括围绕叶片布置的轴向延伸的圆柱形护罩。方形到圆形的入口护罩可以是凹形的并且可以可拆卸地连接到圆柱形护罩。可操作的上部旋风式空气分级机对具有的锥形扩散器可以比可操作的下部旋风式空气分级机对的锥形扩散器更短。

入口管道可以包括轴向对齐的毂，该毂具有中心锥形盖以确保顺畅的气流。多个叶片可以从毂上的周向间隔开的位置径向向外延伸。每个叶片可以具有直的上游边缘，该上游边缘面向轴向方向并且垂直于纵向轴线。每个叶片可以具有相对于分级机主体的纵向轴线成大约60度角的下游边缘或后缘。每个叶片可以从毂发散到叶片的径向向外的远侧端部或末端。

空气过滤组可以包括砂砾收集斜槽或料斗，该砂砾收集斜槽或料斗与旋风式空气分级机的环形废物出口流动连通地连接以用于收集从旋风式空气分级机排出的废弃颗粒。

扩散器的锥形部分向下游方向发散。入口直径可以基本上与排放出口直径相同。抽取管可以至少部分地延伸到扩散器中并且可以与扩散器同心。抽取管的轴向外端部连结到后壁，该后壁用于将排放出口与废物出口隔离。

本发明延伸到一种空气过滤系统，其包括：

如上所述的多个空气过滤组，这些空气过滤组以内嵌方式并排布置在空气管道中；以及

至少一个砂砾收集斜槽或料斗，其布置成与相应的旋风式空气分级机的废物出口流动连通。

砂砾收集斜槽可以包括螺旋推运器或螺旋输送器，该螺旋推运器或螺旋输送器被配置成排放收集在斜槽的槽中的砂砾。砂砾收集斜槽可以包括至少一个可打开的检查舱口。砂砾收集斜槽可以气密密封到空气过滤组以防止反向气流阻碍颗粒从废物出口排放到斜槽中。

空气过滤组可以包括四个旋风式空气分级机的阵列。阵列中对角相对的旋风式空气分级机的入口管道被配置成在它们相应的中空分级机主体中以相同方向诱导涡流。该阵列可以是2x2矩阵。空气过滤组的旋风式空气分级机的叶片配置可以从顶部到底部以及从一侧到另一侧在定向上交替。

空气过滤组可以包括具有不同长度的部分锥形的扩散器的旋风式空气分级机，使得空气过滤组被配置成过滤掉不同大小的颗粒。

每个分级机的锥形扩散器可以围绕抽取管限定环形废物出口，通过该环形废物出口可操作地排出废弃颗粒，废物出口与下方的砂砾收集斜槽流动连通。

入口可以是圆形的。类似地，排放出口可以是圆形的。

空气过滤组可以可操作地与一个或更多个空气过滤器内嵌连接。空气过滤组可以包括包围框架的外部主体。外部主体可以包括可打开的检查舱口。

分级机可以由聚合材料制成。优选地，它可以由金属制成，比如由5mm钢制成。

砂砾收集斜槽可以包括用于排放排出的颗粒的螺旋输送器、旋转叶片进料器或瓣阀中的任何一种。

附图说明

现在将通过示例的方式参考附图进一步描述本发明。

附图中：

图1是根据本发明的一个方面的空气过滤组的三维视图；

图2是图1的空气过滤组的下游三维视图；

图3是图1的空气过滤组的侧视图；

图4示出了连结在一起的多个空气过滤组的三维视图；

图5示出了沿着图1所示的线A-A截取的纵向剖视图；

图6示出了根据本发明另一方面的空气过滤系统的侧视图；和

图7示出了图6的空气过滤系统的正视图。

具体实施方式

本发明的以下描述被提供作为本发明的赋能教导。相关领域的技术人员将认识到，可以对所描述的实施例进行许多改变，同时仍然获得本发明的有益结果。同样清晰明了的是，通过选择本发明的一些特征而不利用其它特征，可以获得本发明的一些期望的益处。因此，本领域的技术人员将认识到，对本发明的修改和改编是可能的并且在某些情况下甚至可能是期望的并且是本发明的一部分。因此，以下描述被提供作为本发明原理的说明，而不是对本发明的限制。

在附图中，附图标记100通常指的是根据本发明第一方面的模块化空气过滤组，其包括如图1至3所示的以2x2矩阵布置的四个旋风式空气分级机10的阵列。如图4所示，根据本发明的另一方面，并排布置的一系列模块化空气过滤组100可操作地形成空气过滤系统50的一部分(见图6和图7)。空气过滤系统50用于空气调节和/或过滤装置，以便在气流穿过材料过滤器之前，选择性地从气流中去除过大的灰尘颗粒或其它杂质。通过空气过滤系统50和空气过滤组100的气流方向由图5和图6中的箭头30指示。图5和图6中的箭头31、32指示已经被空气过滤组100过滤掉的重颗粒排放到下面的砂砾收集斜槽或料斗5中的方向。

简而言之，当带有夹带的灰尘颗粒或其它杂质的气流穿过空气过滤组100的旋风式空气分级机10时，通过涡流诱导入口管道13来诱导涡流(螺旋运动或旋风式运动)，该涡流诱导入口管道具有设置在中空分级机主体12的入口处的多个等角度间隔开的弧形叶片21。在图1至图5所示的优选实施例中，八个等角度间隔开的弧形或成角度叶片21设置在每个入口管道13.2中。叶片21成角度地彼此重叠，使得当轴向观察时，在叶片21之间没有间隙可见。言下之意，如果没有叶片21诱导涡流，空气就不能直线穿过入口管道13。因此，重的灰尘颗粒或杂质由于离心力而径向向外转向并且经由环形废物出口25(见图2和图5)从分级机10中排放，同时较小的清洁空气颗粒经由管状的抽取管16限定的中心排放出口17从分级机主体12中抽取。

每个中空分级机主体12限定纵向轴线X(见图5)。每个入口管道13包括方形到圆形的入口护罩14，该入口护罩将气流引导到叶片21上。相邻的入口护罩14的内边缘邻接，以确保顺畅的气流通过空气过滤组100。每个入口管道13还包括围绕叶片21同心布置的圆柱形护罩9。方形到圆形的入口护罩14是凹形的并且连接到圆柱形护罩9。在入口管道13的下游，分级机主体12包括锥形扩散器15，该锥形扩散器在一端连接到入口管道13，在另一端经由许多突出的支腿或支架7连接到下游后壁8。锥形扩散器15向下游方向发散。涡流诱导入口管道13可拆卸地连接到锥形扩散器15，这意味着入口管道13在磨损的情况下可以容易地拆卸和更换。即，这避免了当仅入口管道13磨损时更换整个分级机主体12。这同样适用于方形到圆形的入口护罩14。

每个分级机10具有管状的抽取管16(见图5)，其布置在入口的下游、与锥形扩散器15同心并且部分位于该锥形扩散器内。排放出口17与入口轴向对齐。空气过滤组100进一步包括框架18，每个旋风式空气分级机10安装到该框架上。每个空气过滤组100包括固定到框架18上的倾斜的、上部可操作的、向外突出的壁23，该壁在2x2阵列或矩阵中最上面的旋风式空气分级机10的废物出口25周围限定了内腔33。倾斜的上壁23包含倾斜的主壁23.1和相对的倾斜的次壁23.2，它们在顶点23.3处相交。如图1所示，倾斜的主壁23.1具有可打开的检查舱口24。废物出口25通向颗粒废弃区22(见图6)，该颗粒废弃区限定在一端处的设置在圆柱形护罩9与分级机主体12的锥形扩散器15的界面周围的上游壁6、另一端处的下游后壁8、上方的倾斜的上壁23和下方的砂砾收集斜槽5之间(见图6)。内腔33与颗粒废弃区22流体连通并且被配置成防止在最上面的废物出口25周围积聚过多的压力，因此改善了颗粒去除和通过过滤组100的气流。

为了实现通过空气过滤组100的最佳气流，涡流诱导入口管道13，特别是相邻的旋风式空气分级机10的弧形叶片21被配置成在对应的锥形扩散器15中诱导相反定向的涡流。

因此，相邻的旋风式空气分级机10的叶片21被布置成在它们相应的中空分级机主体12中以相反的方向诱导涡流。

此外，每个空气过滤组100的锥形扩散器15的可操作的上部对15.1和下部对15.2具有不同的长度，如图3和图5所示。这具有的效果是，相应的对15.1、15.2的废物出口25不共面，并且沿着空气过滤组100纵向间隔开。这用于限制废物出口流动干扰并且导致穿过空气过滤组100的较小压降，这继而导致更有效的颗粒去除。此外，由于锥形扩散器15.1、15.2的不同长度，空气过滤组100被配置成过滤掉不同大小的颗粒。可以看出，旋风式空气分级机10的可操作的上部对具有的锥形扩散器15.1比旋风式空气分级机的可操作的下部对的锥形扩散器15.2更短(见图3)。

如上所述，每个锥形扩散器15围绕抽取管16限定环形废物出口25，废弃颗粒通过该环形废物出口可操作地排出到颗粒废弃区22中。颗粒废弃区22和内腔33将废物出口25与下方的砂砾收集斜槽5流动连通地连接。此外，具有较短的锥形扩散器15.1的旋风式空气分级机10，即可操作的最上面的分级机分别包括环形导流板34，该环形导流板在废物出口25的下游连接到抽取管16的外表面。导流板34远离抽取管16径向向外延伸，从而进一步用于限制在空气过滤组100中的上部和下部旋风式空气分级机10之间的废物出口流动干扰，如图5所示。导流板34或多或少与下方锥形扩散器15.2的下游端纵向对齐。

参考图1和图5，每个入口管道13包括轴向对齐的毂，该毂具有中心锥形盖35，以确保顺畅的气流。每个叶片21从毂上的周向间隔开的位置径向向外延伸。每个叶片21具有面向轴向方向并且垂直于纵向轴线X的直的上游边缘和相对于分级机主体12的纵向轴线X成大约60度角的下游边缘或后缘。每个叶片21从毂发散到叶片21的径向向外的远侧端部或末端。

如图6可以最清楚地看出的，空气过滤系统50以内嵌方式可操作地连接到管道。通过系统50的气流方向由箭头30指示。一个或更多个材料过滤器可以设置在过滤系统50的下游以过滤掉未被空气分级机10去除的更细的颗粒。用于将空气过滤组100安装到支撑件上的一对安装支架28设置在可操作的上壁23的顶点23.3处。在示例实施例中并且如图7所示，空气过滤系统50包括初级砂砾收集斜槽5.1和相邻的次级砂砾收集斜槽5.2。螺旋输送器或螺旋推运器26.1、26.2、旋转叶片进料器或各种瓣阀布置在连接到每个斜槽5.1、5.2的远侧端部的槽27中。螺旋输送器26.1、26.2被配置成排放收集在槽27中的砂砾。每个砂砾收集斜槽具有两个可打开的检查舱口24。每个斜槽5.1、5.2的远侧端部由螺旋输送器密封以防止反向气流阻碍重颗粒从穿过过滤系统50的气流中排放。

申请人认为，根据本发明的一个方面，空气过滤系统50的具体配置包括根据本发明的另一方面并排布置的一系列模块化空气过滤组100，每个空气过滤组包括旋风式空气分级机10的阵列，该旋风式空气分级机具有不同长度的锥形扩散器15.1、15.2和相反定向的涡流诱导入口管道13，以及如上所述的其它特征，该旋风式空气分级机提供了大大改进的颗粒分离或过滤并且用于限制废物出口流动干扰，这导致穿过空气过滤组100的较小压降，这继而导致更有效的颗粒去除。由于空气过滤组100的模块化，空气过滤系统50可以被设计成满足各种操作和安装要求。例如，空气过滤系统50的过滤组100可以过滤掉10微米以上的颗粒。从维护的角度来看，空气过滤系统50具有的优点是，它不具有比如转子之类的移动零件，这些移动零件可能需要频繁维护以延长其工作寿命。此外，如上所述，涡流诱导入口管道13在磨损时可以容易地更换，而不必拆卸旋风式空气分级机10的其余部分。方形到圆形的入口护罩14导致均匀的、层流的空气流入叶片入口之间没有死点的叶片中，并且入口管道13上的磨损较小。它们还通过产生较小的气流阻力来改善入口的空气动力学。此外，申请人认为，叶片的角度、曲率和数量(八个)通过使气流的离心涡流运动最大化而产生提高的效率。此外，发散锥形扩散器15允许旋风式涡流运动的最大成熟度(maturity)，从而使总体效率最大化。导流板34进一步限制了上部和下部空气分级机之间的废物出口25气流干扰。最后，砂砾收集斜槽或料斗5防止颗粒积聚并且确保从单个出口的最有效并且最快速的颗粒去除。

Claims (14)

1.一种空气过滤组，包括：

至少两个相邻的旋风式空气分级机，每个旋风式空气分级机包括中空分级机主体，该中空分级机主体包括：

上游入口处的涡流诱导入口管道，所述中空分级机主体限定纵向轴线；

布置在所述入口下游的管状的抽取管，所述抽取管限定与所述入口轴向对齐的排放出口；和

至少部分锥形的扩散器，该至少部分锥形的扩散器从所述入口管道朝向所述抽取管延伸，使得所述至少部分锥形的扩散器的下游端和所述抽取管在横向于所述中空分级机主体的纵向轴线的平面中共同限定废物出口；以及

安装所述旋风式空气分级机的框架，其特征在于，相邻的旋风式空气分级机的涡流诱导入口管道被配置成，在相邻的旋风式空气分级机的相应中空分级机主体中诱导相反定向的涡流，并且相邻的旋风式空气分级机的至少部分锥形的扩散器具有不同的长度，使得它们的相应的废物出口不共面并且沿着所述空气过滤组纵向间隔开，这用于限制废物出口流动干扰并且导致穿过所述空气过滤组的较小压降，这继而导致更有效的颗粒去除，此外，当与其它锥形扩散器的长度相比时，具有较短锥形扩散器的旋风式空气分级机包括导流板，该导流板在所述废物出口下游连接到所述抽取管的外表面，并且所述导流板远离所述抽取管径向向外延伸，从而用于进一步限制相邻的旋风式空气分级机之间的废物出口流动干扰。

2.根据权利要求1所述的空气过滤组，其特征在于，该空气过滤组是模块化的并且能够连接到相邻的空气过滤组，并且所述空气过滤组包括四个旋风式空气分级机的2x2阵列，其中，在所述阵列中的对角相对的旋风式空气分级机的入口管道被配置成，在它们相应的中空分级机主体中以相同方向诱导涡流。

3.根据权利要求2所述的空气过滤组，其特征在于，该空气过滤组包括固定到所述框架上的向外倾斜的、上壁，所述上壁在2x2阵列中最上面的旋风式空气分级机的废物出口周围限定内腔，其中，所述内腔被配置成，防止在所述废物出口周围积聚过多的压力。

4.根据权利要求3所述的空气过滤组，其特征在于，所述向外倾斜的、可操作的上壁具有能够打开的检查舱口。

5.根据权利要求2所述的空气过滤组，其特征在于，每个入口管道包括多个等角度间隔开的、成角度的叶片，所述叶片被配置成，在所述中空分级机主体内诱导涡流，并且所述空气过滤组的旋风式空气分级机的叶片配置从顶部到底部以及从一侧到另一侧在定向上交替，使得相邻的旋风式空气分级机的叶片被配置成，在它们的相应的中空分级机主体中以相反的方向诱导涡流。

6.根据权利要求5所述的空气过滤组，其特征在于，每个入口管道能够拆卸地连接到所述部分锥形的扩散器上并且包括八个成角度的叶片。

7.根据权利要求5所述的空气过滤组，其特征在于，每个入口管道包括方形到圆形的入口护罩，相邻护罩的内边缘邻接布置，并且每个入口管道包括轴向延伸的、围绕所述叶片布置的圆柱形护罩。

8.根据权利要求7所述的空气过滤组，其特征在于，所述方形到圆形的入口护罩是凹形的并且能够拆卸地连接到所述圆柱形护罩。

9.根据权利要求2所述的空气过滤组，其特征在于，可操作的上部旋风式空气分级机对具有的锥形扩散器比可操作的下部旋风式空气分级机对的锥形扩散器更短。

10.根据权利要求5所述的空气过滤组，其特征在于，所述入口管道包括轴向对齐的毂，所述毂具有中心锥形盖以确保顺畅的气流，并且所述多个叶片从所述毂上的周向间隔开的位置径向向外延伸，每个叶片具有直的上游边缘以及下游边缘或后缘，所述上游边缘面向轴向方向并且垂直于所述纵向轴线，所述下游边缘或后缘相对于所述分级机主体的纵向轴线成60度角，并且每个叶片从所述毂发散到所述叶片的径向向外的远侧端部或末端。

11.根据权利要求2所述的空气过滤组，其特征在于，该空气过滤组包括砂砾收集斜槽或料斗，该砂砾收集斜槽或料斗与所述旋风式空气分级机的环形废物出口流动连通地连接以用于收集从所述旋风式空气分级机排出的废弃颗粒。

12.根据权利要求1所述的空气过滤组，其特征在于，所述扩散器的锥形部分向下游方向发散，并且入口直径与排放出口直径相同，并且所述抽取管至少部分地延伸到所述扩散器中并且与所述扩散器同心，并且所述抽取管的轴向外端部连结到后壁，该后壁用于将所述排放出口与所述废物出口隔离。

13.一种空气过滤系统，其特征在于，该空气过滤系统包括：

多个根据权利要求1所述的空气过滤组，这些空气过滤组以内嵌方式并排布置在空气管道中；以及

至少一个砂砾收集斜槽或料斗，该砂砾收集斜槽或料斗布置成与相应的旋风式空气分级机的废物出口流动连通。

14.根据权利要求13所述的空气过滤系统，其特征在于，所述砂砾收集斜槽包括螺旋输送器，该螺旋推运器或螺旋输送器被配置成排放收集在所述斜槽的槽中的砂砾，其中，所述砂砾收集斜槽包括至少一个能够打开的检查舱口，并且所述砂砾收集斜槽气密密封到所述空气过滤组以防止反向气流阻碍颗粒从所述废物出口排放到所述斜槽中。