螺旋流旋風式氣體分離器的製作方法
2023-07-29 14:42:41 2
專利名稱：螺旋流旋風式氣體分離器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體分離器，特別是一種螺旋流旋風式氣體分離器。
背景技術：
甲烷氣體在空氣中的自然浮升和對流浮升現象是人們早已熟知的自然現象。對多元混合流體的分層流動的研究都是基於流體力學的連續性方程、紊流流動方程和擴散方程，對複雜流動則增加紊流能量方程和狀態方程。國內有關瓦斯富集的專利主要有ZL 200520024727. X，名稱為選煤廠煤倉瓦斯積聚治理裝置，以及專利號為ZL200810236122. 5，專利名稱為低濃度瓦斯熱對流浮升收集裝置。綜合國內外對多元混合氣體的密度分層流動尤其是低濃度瓦斯氣體的分層流動和低濃度瓦斯氣體富集分層技術的研究情況，可以發現研究的重點主要是礦井瓦斯在工作區、通風巷道、採空區的積聚、運移規律；在較高壓力梯度下的擴散和浮升；剪切力和速度梯度對濃度擴散和密度分層流穩定性的影響等。對均勻混合氣體中輕組分的浮升與運移、局部積聚與密度分層的研究只是從分子運移、局部積聚與密度分層是重要的研究方向。例如專利號為ZL201010109154. 6公開的一種鱗片式螺旋流氣體濃縮分離器，包括內圓柱體、外圓筒體和螺旋面板，螺旋面板安裝在內圓柱體的外表面和外圓柱體的內表面之間，螺旋面板和內圓柱體、外圓柱體構成了螺旋流道；螺旋面板由首尾相互重疊的螺旋道短板構成，在螺旋道短板相接處，螺旋道短板之間設置有空隙。這樣的氣體分離器，利用流體在螺旋流動過程中產生的慣性力，使密度不同的氣體或固體達到分離的目的。另外，利用狹窄矩形截面螺旋流道和短板縫隙所形成的吸氣和吹氣現象，使螺旋流動的氣流始終處於層流狀態。上述結構的氣體分離器結構簡單，對於使用場所的要求不高，能將密度不同的混合氣體進行分離、濃縮，特別對於密度差別較大的二元混合氣體的濃縮與離心分離，而且在 使用過程中氣體處理量大，能耗很低。但是，此種結構的氣體分離器對氣體的濃縮、富集仍不十分理想，科研人員一直致力於研究更高富集效率的氣體分離器。
發明內容
本發明的目的是提供一種分離效率更高的旋風式螺旋流氣體分離器。為了達到上述的技術目的，本發明的技術方案是一種螺旋流旋風式氣體分離器，包括由外管道和外管道內的外螺旋片構成的外螺旋流道，在外螺旋流道的兩端分別設置有入口、出口，在所述的外管道內還設置有內管道，內管道和內管道內部設置的內螺旋片構成內螺旋流道，外螺旋流道和內螺旋流道氣體的流動方向相反，在內管道的出口處，內管道內部設置有收集管；在外管道出口處連接有錐形旋風流道。所述錐形旋風流道出口處設置有閥門。所述收集管與內管道的軸心重合。所述內螺旋片為由三片螺旋片組成的起旋器，三片螺旋片在圓周上均布，包角均為120°，螺旋升角為30°。所述收集管的直徑為Φ 120mm，內管道直徑為Φ200mm，外管道直徑為Φ360πιπι，收集管長度為650mm，內管道長度為2975mm，外管道長度為4625mm，內螺旋片的螺距為300mm，外螺旋片的螺距為100mm。本發明採用三層管道設計，在其內部包含有兩層不同大小和螺距的螺旋葉片，在很高的螺旋速度下，利用甲烷和空氣的密度差原理，實現甲烷和空氣的一次分離和二次分離，最終降低了排到空氣中的瓦斯濃度並實現了瓦斯氣體的提純和二次利用。本發明氣體分離器將兩個螺旋分離流道和錐形旋風流道有機結合起來，結構緊湊，對氣體進行二次分離富集，分離效率高。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖I為本發明結構簡圖。圖2為本發明的左視剖視圖。圖3為內管道和外螺旋片結構示意圖。圖4為內管道和內螺旋片結構示意圖。圖5為螺旋流旋風式氣體分離器結構示意圖。
具體實施例方式如圖1、2及5所示，螺旋流旋風式氣體分離器，包括由外管道3和外管道3內的外螺旋片2構成的外螺旋流道，在外螺旋流道的兩端分別設置有入口 I、出口。如圖3、4所示，在所述的外管道3內還設置有內管道7，內管道7和內管道7內部設置的內螺旋片6構成內螺旋流道，外螺旋流道和內螺旋流道氣體的流動方向相反，這樣才能滿足在入口I的一端實現收集氣體的目的.在內管道7的出口處，內管道7的內部中心(即內管道7的軸心)設置有收集管8 ;在外管道3的出口處，外管道3上連接有錐形旋風流道4。收集管8也可以不處於內管道7的軸心，但是這樣收集有效氣體的效率將會降低。這是因為欲收集的甲烷類氣體的分子質量比空氣品質小，其會向螺旋流道中間富集，若收集管不處於內管道7的中心部位將會影響收集效率。收集管8的直徑遠小於內管道7的直徑，其最優的尺寸由所收集的有效氣體的富集程度來確定。這樣可有效地將兩種密度差別顯著的氣體在濃度上實現分層，從而實現對某種氣體的有效收集。上述各部件的具體尺寸可以為收集管8的直徑為Φ120πιπι，內管道7直徑為Φ 200mm，外管道3直徑為Φ 360mm，收集管8長度為650mm，內管道7長度為2975mm，外管道3長度為4625mm，內螺旋片6為起旋器結構，外螺旋片2的螺距為100mm。每個起旋器採用3片螺旋片構成，螺旋片可以採用平板式螺旋片，外螺旋片2採用焊接而成的連續式螺旋片。乏風瓦斯從分離器的入口 I進入外螺旋流道，在高速的螺旋運動時，由於甲烷的分子質量比空氣品質小，在螺旋流場慣性力作用下，它將會向外螺旋流道中間富集；當經過外螺旋流道的高速氣流進入錐形旋風流道4後，由於離心力的繼續作用，甲烷氣體也會繼續向錐形旋風流道4管道的中部富集，同時由於錐形旋風流道4管道直徑比較大，且直接與內管道7相通，在錐形旋風流道4中心負壓的作用下，靠近錐形旋風流場中心將產生與外圍錐形旋風流場旋轉方向相反的流動，將部分氣體送入內管道7中。在此過程中，處在錐形旋風流道4最外圍的部分氣體就會從該錐形旋風流道4右端的閥門5 口排出，而中間一部分氣體將會在外圍氣體的擠壓和旋風流道軸心負壓的聯合作用下，從中間的內管道7向左運動，進入內螺旋流道，進行二次分離富集，最後在內管道7的左端出口處插入的一根收集管8，將內管道7的中間部分氣體收集，其餘氣體排出。此設備是將兩個螺旋分離管道和錐形旋風流道複合起來，結構緊湊、分離效率高。
本發明的關鍵是將外螺旋流道、錐形旋風流道、內螺旋流道相結合，在經過外螺旋流道和錐形旋風流道的離心分離後，剩餘部分富集甲烷的氣體進入內螺旋流道進行二次離心分離。為了控制流出的錐形旋風流道4內部的氣體量，進而控制回流到內管道7內的氣體量，錐形旋風流道4的末端設置有閥門5，採用對閥門5的開、關以及閥門5開的大小進行控制。本發明螺旋流旋風式氣體分離器是一種能夠將排出的乏風瓦斯富集、濃縮、收集，進而大大降低排到空氣中的瓦斯濃度，同時也為富集起來的乏風瓦斯二次利用創造條件的新型實用裝置，實現甲烷和空氣的一次分離和二次分離，最終降低了排到空氣中的瓦斯濃度並實現了瓦斯氣體的提純和二次利用。本發明的外螺旋片、內螺旋片原理如專利ZL201010109154. 6公開的一種鱗片式螺旋流氣體濃縮分離器中螺旋面板一樣，也可以採用上述專利中的螺旋面板，其設置的目的是形成螺旋流道。上述實施例不以任何方式限制本發明，凡是採用等同替換或等效變換的方式獲得的技術方案均落在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種螺旋流旋風式氣體分離器，包括由外管道(3)和外管道(3)內的外螺旋片(2)構成的外螺旋流道，在外螺旋流道的兩端分別設置有入口(I)、出口，其特徵在於在所述的外管道⑶內還設置有內管道(7)，內管道(7)和內管道(7)內部設置的內螺旋片(6)構成內螺旋流道，外螺旋流道和內螺旋流道氣體的流動方向相反，在內管道(7)的出口處，內管道(7)內部設置有收集管(8);在外管道(3)出口處連接有錐形旋風流道(4)。
2.根據權利要求I所述的螺旋流旋風式氣體分離器，其特徵在於所述錐形旋風流道(4)出口處設置有閥門(5)。
3.根據權利要求I所述的螺旋流旋風式氣體分離器，其特徵在於所述收集管(8)與內管道(X)的軸心重合。
4.根據權利要求I所述的螺旋流旋風式氣體分離器，其特徵在於所述內螺旋片(6)為由三片螺旋片組成的起旋器，三片螺旋片在圓周上均布，包角均為120°，螺旋升角為30。。
5.根據權利要求I所述的螺旋流旋風式氣體分離器，其特徵在於所述收集管(8)的直徑為Φ 120mm，內管道(7)直徑為Φ200mm，外管道(3)直徑為Φ360mm，收集管⑶長度為650mm，內管道(7)長度為2975mm，外管道(3)長度為4625mm，內螺旋片(6)的螺距為300mm，外螺旋片(2)的螺距為100mm。
全文摘要
本發明公開了一種螺旋流旋風式氣體分離器，包括由外管道(3)和外管道(3)內的外螺旋片(2)構成的外螺旋流道，在外螺旋流道的兩端分別設置有入口(1)、出口，其特徵在於在所述的外管道(3)內還設置有內管道(7)，內管道(7)和內管道(7)內部設置的內螺旋片(6)構成內螺旋流道，外螺旋流道和內螺旋流道氣體的流動方向相反，在內管道(7)的出口處，內管道(7)內部設置有收集管(8)；在外管道(3)出口處連接有錐形旋風流道(4)，本發明在其內部包含有兩層不同大小和螺距的螺旋葉片，在很高的螺旋速度下，利用甲烷和空氣的密度差原理，實現甲烷和空氣的一次分離和二次分離，最終降低了排到空氣中的瓦斯濃度並實現了瓦斯氣體的提純和二次利用，分離效率高。
文檔編號B01D53/24GK102626581SQ201210128128
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者左志全, 陳啟東, 馬利江 申請人:蘇州金塔金屬製品有限公司, 陳啟東