旋流除尘离心机 本发明属于除尘技术领域，涉及对废气除尘装置的改进。
独联体专利SU1808360-AI“喷水旋刷烟气净化装置”(以下简称专利1)公开了一种除尘装置，属于洗涤法除尘，耗水量大，能耗大。而且针轮中心部分有除尘死角，影响除尘效率。中国专利CN96219594.4“管道转子式除尘装置”(以下简称专利2)是本发明申请人在前获得的专利。该装置的除尘路径较小，仅限于针轮厚度，从20至50厘米以内，限制了除尘效率的提高。
本发明的目的是提供一种旋流除尘离心机，以提高管道除尘装置的效率，降低能耗。
本发明的技术方案是：一种旋流除尘离心机，包括一个由初旋腔、除尘腔和灰斗组成的壳体，初旋腔带有切向进气的进气口1，在初旋腔上固定着一个电机11，可以通过轴12带动一个或一组针轮3旋转，有一个与灰斗连接的做为出气口的弯头8，其特征在于，
(1)在除尘腔内固定着一个芯筒7，它是由金属或非金属材料制成的空心筒，其形状可以是直筒、或者锥台、或者直筒与锥台的组合，筒壁上有孔，孔的形状不限，单孔的口径为3～50毫米，筒壁的开孔率为1～80％，芯筒7与针轮3保持同轴，芯筒7与除尘腔之间的间隙以上端最小，为3～50毫米，在下端最大，为弯头直径地0.5～1.5倍，芯筒7的上端口紧邻初旋腔下缘，下端口与弯头8同轴相对，芯筒7下端口直径大于等于弯头8的直径，
(2)芯筒7由固定在除尘腔和/或弯头上的、由杆件或者板条制成的支撑部件支撑，
(3)在芯筒7内固定着一个空心的芯锤6，它由上部、喉部和下部三段组成，上部是球面或者旋转抛物面，喉部为直圆筒形，下部为旋转抛物面，芯锤6的长短轴长度比为1～4，芯锤6喉部的最大直径为弯头8直径的0.25～1.5倍。
本发明的优点是：与专利1相比，本发明属于干法或者半干半湿法除尘，耗水量少或者不耗水，能耗小；针轮中心无除尘死角，除尘率高。与专利2相比，气流进入的方向和方式更加合理，有利于除尘；除尘腔体长度增大，设置了芯筒和芯锤，提高了除尘效率，使本发明的除尘效率高于专利2。
附图说明。
图1是本发明一种实施例“立式旋流除尘离心机”结构简图。
图2是图1的A-A剖面图。
图3是本发明另一种实施例“斜卧式旋流除尘离心机”结构简图。
图4是旋流除尘离心机除尘原理图。
图5是旋流除尘离心机除尘腔内旋流场特征图。
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。参见图1、2。图1给出根据本发明方案设计的立式旋流除尘离心机的实施例结构。有一个由初旋腔、除尘腔和灰斗组成的壳体。初旋腔位于壳体上部，其上带有切向进气的进气口1。参见图2，进气口1与初旋腔呈切流蜗壳状相接。在初旋腔顶端外部固定着一个电机11，它可以通过伸进初旋腔的传动轴12带动针轮3旋转。为了有利于气流初步的旋转，同时为了减小轴承与针轮3之间的距离，在初旋腔内可以安装一个与针轮3同轴的、空心的助旋柱2。其上部为圆筒状，固定在初旋腔顶端面，其下部为锥筒形。电机传动轴12穿过助旋柱2与针轮3连接。可以在传动轴12与助旋柱2下部的锥筒之间安装轴承，减小了轴承与针轮3之间的距离，使驱动轴12成为两点支撑，有利于旋转部件的动平衡。
立式旋流除尘离心机的壳体中段是除尘腔。在除尘腔内固定着一个芯筒7，一种芯筒7的实施例呈倒锥台形，筒壁上打孔，开孔率为25～80％。其锥度范围是2～20度，其上端口与除尘腔连接，紧邻初旋腔的下缘，其下端口与壳体或者弯头8连接。
芯筒7的第二种实施例由上下两段组成，上段是一个直筒，下段是一个倒锥台。上段直筒的开孔率为25～80％，与除尘腔之间的间隙为10～300毫米，下段锥台的开孔率为25～80％。芯筒7上端口与除尘腔壁通过杆件固定，芯筒7下端口与壳体或者弯头8连接。
芯筒7的第三种实施例由上、中、下三段组成，参见图1。上、下段为倒锥台形，中段为直圆筒。上段锥台的开孔率为10～30％，中、下段的开孔率为25～80％。芯筒中段与除尘腔之间的间隙δ为10～300毫米。芯筒7的上端口紧邻初旋腔下缘，与除尘腔壁之间保持1～5毫米的间隙连接，下段与弯头8连接。
上述芯筒7的三种实施例中，都可以由固定在除尘腔和/或弯头上的、由杆件、耳片或者板条制成的支撑部件将芯筒7支撑在除尘腔中央，支撑件的数量和位置不限。当使用板条支撑时，为减小对气流的阻力，板面应平行于芯筒纵轴线。在满足强度要求的前提下，将支撑件置于芯筒7的两端更有利。芯筒7的上端口与除尘腔壁之间仅有不大的间隙，很容易实现支撑连接，例如使用点焊或者耳片连接。芯筒7的下端口与弯头8的端口同轴相对，其位置关系可以是下述几种情况之一：其一、芯筒7下端口略大于弯头8的端口，此时芯筒7下端口套住弯头8的端口，芯筒壁与弯头壁之间将出现一定的间隙，此间隙的范围是0～300毫米。此时最好将芯筒7连接在除尘腔壁上。其二、芯筒7下端口等于弯头8的端口，此时可以将芯筒7与弯头8直接连接。其三、芯筒7与弯头8两端口之间允许保持2～300毫米的距离。此时可将芯筒7连接在除尘腔壁或者弯头8上。
推荐采用由上、中、下三段组成的芯筒，它具有很高的除尘效率和较好的工艺性。
表1给出几个三段组成的芯筒设计参数选择实例。 δ(mm)上段开孔率中段开孔率下段开孔率 孔型 例1 30 5％ 40％ 40％ 长孔 例2 50 5％ 35％ 35％ 圆孔 例3 50 30％ 30％ 30％ 圆孔 例4 100 10％ 40％ 30％ 长孔
表1芯筒7设计参数实例
芯筒7三段长度的选择范围是：上段100～500毫米，中段500～3000毫米，下段100～2000毫米。具体数值视设计处理的气量而确定。芯筒7在设计时以中段为主，上段依据中段与壳体之间的间隙而定，以尽量降低对旋流的阻力为原则。下段根据中段直径、弯头8直径和芯锤6尾部的位置确定，也以尽量降低对旋流的阻力为原则。
芯筒7的作用是：
第一、形成狭缝效应。流体力学的实验早已验证了“只要狭缝足够小，气流对缝外空间就没有影响”这一规律。芯筒7上的孔相当于狭缝，因此，芯筒能极大地限制旋转气流对芯筒外区的影响，同时，又能让离心到达芯筒壁的颗粒物在离心力作用下，穿过芯筒壁上的孔进入沉降区。
第二、形成颗粒沉降区。如图4、5中的③，在芯筒7与除尘腔之间的环形空间是一个旋流场强很小、动量很小的空间。颗粒物聚集于这个区域，很容易在重力作用下沉降。
针轮3安装在驱动轴12端头，与芯筒7同轴。针轮3可以位于芯筒7之外，也可以伸进芯筒7内。伸进芯筒7内的好处在于，有利于减轻高速旋流对壳体的磨损。
在芯筒7内固定着一个空心的芯锤6，它由上部、喉部和下部三段组成。上部是球面或者旋转抛物面，喉部为直圆筒形，下部为旋转抛物面。芯锤6的长轴是从其上部到下部的最大长度，短轴是喉部直径，长短轴长度比为1～4。芯锤6喉部的最大直径为弯头8直径D的0.25～1.5倍。表2给出几种芯锤6的设计参数实例。 D(mm) 喉部直径 (mm) 长短轴比上部型面 (mm)下部型面 壁厚 例5 360 260 2Φ400球面抛物面 6 例6 500 280 1.9Φ480球面抛物面 12 例7 620 300 1.8Φ500球面抛物面 12 例8 720 350 1.6Φ520球面抛物面 10
表2芯锤6设计参数实施例
芯锤6与芯筒7的连接形式可以多种多样，其设计原则是保证足够的刚性、尽量减小对气流的阻力和抵抗磨损与腐蚀。一般可以用2～6根杆件或者板条均布在与纵轴垂直的一个或者两个平面内。例如用三根杆件沿圆周均布，一端固定在芯筒7内壁上，另一端与芯锤6连接。芯锤6较长时可以使用四根杆件，三根在芯锤6前部沿圆周均布，第四根固定芯锤6的尾部。使用板条支撑时，板面应沿气流旋转方向有一定的倾斜角，以减小对旋流的阻力。对较小的芯锤可以用两根板条固定；较大的芯锤可以用三根板条沿圆周均布固定。
芯锤6的位置越接近针轮3，除尘效率越高。当需要使用喷嘴5喷射液体时，需要留出安装喷嘴5的空间。
芯锤6对除尘的贡献可以从理论上进行分析。参见图4、5，图4中vo是颗粒的轴向速度，①是强制涡旋区，②是自由涡旋区，③是扩展边界层，也叫颗粒沉降区。曲线a是没有芯锤6时简化的颗粒离心曲线，曲线b是设置芯锤6以后简化的颗粒增旋离心曲线。图5中，vt是颗粒切向速度，ar是径向加速度，ra是弯头半径，ω是旋流场角速度，r是颗粒的径向位置。以轴向速度vo进入除尘腔的颗粒，经过针轮3后，获得了大小相差很大的切向速度vt。越靠近针轮3的轮毂，切向速度越小。vt＝ωr，ω是旋流场角速度，r是颗粒的径向位置。切向速度vt越大，离心加速度ar越大，颗粒获得的离心力越大，越容易从强制涡旋区①进入自由涡旋区②。进入自由涡旋区②的颗粒就不容易流出弯头8。颗粒初始进入旋流场的位置r越小，越容易从弯头8流出。由图4可以清楚地看出，设置了芯锤6以后，使颗粒的离心曲线由a变为b，颗粒物在旋流场中通过的场位提高到芯锤6喉部半径以上，颗粒获得的切向速度大大提高，因而更容易到达自由涡旋区②。
芯筒7的下端口与作为出气口的弯头8的上端口相对。弯头8相贯固定在壳体下部的灰斗9上，灰斗9的下部有出灰口10。
本发明可以不用水进行干法除尘，也可以用少量水进行半干半湿法除尘。可以在针轮3与芯锤6之间固定一个喷嘴5，朝向针轮3。液流由喷嘴锥面转为环向呈薄膜状喷射出去，与旋流相遇后，在离心场内均匀雾化。雾化效率高，雾珠仅用于捕集细微尘粒，故气液比可控制在1∶0.005以下，相对耗水量大大减小。
参见图3。这是根据本发明设计的斜卧式旋流除尘离心机实施例。其中，仅壳体形状有些变化。壳体仍由初旋腔、除尘腔和灰斗组成，与立式旋流除尘离心机所不同之处在于，灰斗9与除尘腔的侧面连接。在被灰斗9覆盖的除尘腔侧壁上也开有孔，使除尘腔与灰斗连通。所开孔的形状及其组合形式不限，一般可采用圆孔。开孔率为10～90％。除此之外，其他部件的结构和作用与立式旋流除尘离心机相应的部分相同。由于除尘腔较长，允许在其侧面连接两个灰斗，以利于排灰。
本发明旋流除尘离心机的除尘过程是：含尘气流从进气口1切流进入初旋腔，利用进气速度进行初步的旋风除尘。若有助旋柱，可辅助气流旋转。所除的尘粒从芯筒7上锥台与除尘腔的间隙中落入尘粒沉降区③。在除尘腔内，旋风在针轮3的加速下，调整成为稳定均匀的旋流，加剧尘粒的离心运动。离心穿过自由涡旋区②、到达芯筒7的颗粒，穿过芯筒7上的孔，进入尘粒沉降区③自由沉降，落入灰斗9。当安装了喷嘴时，从喷嘴喷出的液体被旋流雾化，雾粒捕集细微的尘粒，加大了颗粒的直径，加快其离心运动。芯锤将所有的尘粒限制到芯锤喉部半径以上位置流过，获得显著增大的切向速度，从而更快地运动到芯筒壁。经过芯锤7喉部的气流，至少在芯锤喉部直径投影区范围内成为无尘气流，由弯头8导出。从沉降区③沉降下来的尘粒落入灰斗9，经过出灰口10收集进入灰箱。
本发明可将除尘分割粒径d50降至0.6微米以下，使除尘效率达到96％以上。