旋流分離器短路流抑制技術綜述

摘 要：旋流分離器具有結構簡單、無運轉部件、處理量大、效率高和壓降適中等優點。本文主要以專利全文庫數據庫中的檢索結果為分析樣本，從專利文獻角度的視角對旋流分離器短路流抑制技術的發展進行了全面的統計分析，總結了與旋流分離器短路流抑制技術相關的國外和國內專利的申請趨勢，并對各技術分支和重要申請人發展脈絡進行了梳理。

關鍵詞：旋流分離器，短路流，專利申請

前言：旋流分離器的流場中存在蓋下短路流、二次禍以及底流口旋流尾禍的擺動等現象，這些現象均會對旋流器的分離性能產生不利影響。當被處理介質進入旋流分離器后，在旋流器頂板、溢流管外壁與筒體內壁之間形成二次渦。這種二次渦會把一部分集在外壁的顆粒向上帶到頂板處而形成“頂灰環”，并且相當數量的顆粒會向內運動，沿溢流管外壁向下運動，最后隨中心上升的內旋流逸出溢流管，這部分未經分離便直接從溢流管逃逸的被處理介質，被稱作短路流[1]。

1. 旋流分離器短路流抑制技術專利申請概況

從旋流分離器短路流抑制技術全球專利申請和中國專利申請的總體趨勢來看，中國申請量明顯上升，中國相對于全球專利申請而言較晚，而其他國家的技術已相對趨于成熟。從旋流分離器短路流抑制技術申請量來源國構成來看，日本、美國和中國的申請量明顯高于其他國家，日本和美國的專利大部分集中在集塵器技術領域，且雖然中國的申請量較大，但是專利的質量與技術含量并未達到較高水準。除此之外，韓國和歐洲的申請量次之。

2. 旋流分離器短路流抑制技術分支

旋流分離器的結構并不復雜，其技術分解可以從旋流分離器的各組成部分來進行分解，因此，本文將旋流分離器短路流抑制技術分支為：改變溢流管的長度、改變導入管的位置和結構、拱形頂板及頂板結構改變、溢流管外壁結構改變、柱段內壁結構改變、溢流管外壁外力干擾、溢流管套管等組合結構。

對于溢流管外壁結構改變的技術發展，US4863605A公開了帶有開口的圓形加厚彎曲固體排放管頂部的水力旋流器;CN2183824Y中溢流管外壁的環形齒起導流和折流作用，使短路流很難發生;AU5720599 A 具有軸向伸入旋風分離器內部的渦流探測器，通過減少流入底流出口和溢流出口的短路流;JPH11325747A通過改變溢流管的長度即插入柱體的長度來降低壓力損失;CN204247405U在溢流管道內設置的帶有篩孔的球冠防止溢流管跑粗現象;CN101422757A中下擴口錐環的錐形結構又會使平衡塵粒面向外擴，有利于減少塵粒的短路;CN109107786A收縮錐的下端口直徑較其他旋風可設計的更小，并布置一定數量的孔洞以降低旋風運行阻力。

對于改變導入管位置和結構的技術發展，CN201399389Y中記載了由于旋風分離器具有一定的入口傾角后會使得粉塵由于重力和慣性力的作用直接進入到旋風分離器的芯管以下甚至是錐體部分以減小芯管底部短路流;CN204122261U中的矩形噴嘴的結構形式可最大限度的抑制短路流的發生;CN204710582U中的螺旋通道延伸段增加對由徑向速度和軸向速度在螺旋通道下端引起的氣流徑向向心流動的阻擋，從而減小氣流“側向膨脹損失”和“短路流”。

對于拱形頂板及頂板結構改變的技術發展，CA2146093A1利用拱形結構抑制短路流;CN106423594A中利用錐形面結構改善旋流器短路流的影響;CN106475238A利用設置在頂板內壁面的環形導流板或/和螺旋導流板，限制頂板短路流的流量;CN108296032A通過圓柱段中的組合結構有效防止流體的短路流動。

對于柱段內壁結構改變的技術發展，US7248743在整個水力旋流器中建立包含顆粒固體和洗滌液流的同心流型;CN101898175A中在環形分離區開有槽道，使上灰環所導致的固體顆粒的短路流降低。

對于溢流管外壁外力干擾的技術發展，CN2102803U中轉動葉柵主要用于攪拌氣流，使氣流獲得更高旋轉速度，減少二次短路流動;CN102688811A在排氣管外增設一夾層，通過夾層上的二次風進口從外界引入新鮮的空氣，對流場中的切向和徑向速度進行控制，從而較大程度上阻止了短路流的產生。

對于溢流管套管等組合結構的技術發展，US4224143A運用溢流管套管的結構來抑制短路流;CN103041936A中進口處的漏斗云狀渦旋加速器或變流腔，具有單向或多向逐漸變化的入口尺寸，有效防止含塵濃度高的上灰環流走短路造成除塵效果的降低。

3. 旋流分離器短路流抑制技術專利中國重要申請人的發展

目前中國在這方面研發力度投入較大的主要是石油技術領域以及空氣清潔的技術領域，中國專利申請人大部分布在公司和大學、學院等科研院所，其中申請量較大的申請人有中國石油大學19件以及寧波神通模塑有限公司12件。

中國石油大學的技術發展路線包括：CN2438508Y上下兩曲面b、c配合應用有效阻礙短路流;CN2848361Y排氣管下部切口能夠使旋風分離器環形空間流場更加對稱;CN2882798Y溢流管末端凹環面設計避免了由于上行流對溢流管底部環面的沖擊而造成在 溢流管底口附近產生局部流場紊亂現象;CN200991661Y 具有錐罩形排氣管結構解決現有技術存在的由于蓋下短路流導致效率下降的問題;CN204122261U矩形噴嘴的結構形式可以最大限度的抑制短路流的發生;CN204710582U排氣管插入螺線筒體內部可減少排氣管末端“短路流”;CN105214860A分流型芯管，形成第三次分離，減小短路流粉塵通過率;CN105498986A分隔進氣分流排氣的旋風分離器采用分隔式進氣方式減少分離過程的短路流。

4. 結語

本文分析了旋流分離器短路流抑制技術領域的專利申請狀況以及各技術分支的申請趨勢，并對本領域重要申請人的主要技術進行了梳理，通過以上分析可以看出，旋流分離器短路流抑制技術的重點是對溢流管外壁結構進行改變的技術方面研究較多。

參考文獻：

[1]袁惠新，陳國金，俞建峰等.水力旋流器蓋下短路流的研究[J].流體機械，2000，28（12）：10-12.

龍筱曄，女，漢，湖南長沙，1987.11，碩士研究生，助理研究員，國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心（江蘇蘇州215163），研究方向：礦物分選，寫作方向：旋流分離器