轴流式旋流分离器研究进展

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锥角对导叶式旋流器分离性能影响试验研究

中图分类号：ＴＨ１３７；ＴＱ０５１．８文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０３２９．２０１３．０３．００１
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆＳｅｐａｒａｔｉｎｇＰｒｏｐｅｒｔｙＣｏｎｃｅｒｎｉｎｇＴａｐｅｒＡｎｇｌｅｏｆＶａｎｅ－＃ｄｅｌａＨｙｄｒｏｃｙｄｏｎｅ
ＹＵＫａｉ，ＷＡＮＧＺｈｅｎ — ｂｏ，ＪＩＮＹｏｕ — ｈａｉ，ＳＵＮＺｈｉ — ｑｉａｎ，ＨＯＵＳｈｅｎｇ — ｃｈａｏ（ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（ＥａｓｔＣｈｉｎａ），Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５８０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖａｎｅ－ｇｕｉｄｅｄｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄｓｅｐａｒａｔｉｏｎｈｙｄｒｏｅｙｃｌｏｎｅｗｉｔｈｔｈｒｅｅｄｉｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｔａｐｅｒａｎｇｌｅｓｉｎｔｅｒｍｓｏｆ５。，７。ａｎｄ
ｄｅｍｏｎｓ￣ａｔｅｔｈａｔｖａｎｅ－ｕｉｇｄｅｄｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｉｔｗｈｔａｐｅｒａｎｌｇｅｓｏｆ７。ｉｓｂｅｓｔｃｈｒａａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｓｅｐａｒａｔｉｏｎｅｉｃｆｉｅｎｃｙ，ａｃｏｍｐｒａａｔｉｖｅｌｙｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐ；ｔｈｅｒｅｉｓａｄｅｆｉｎｉｔｅｌｉｎｋｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｎｇａｌｅｏｆｃｏｎｅａｎｄｔｈｅｓｅｐｒａａｔｉｏｎｅｉｃｆｉｅｎｃｙｏｆｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓ

旋风除尘器的研究进展

旋风除尘器的研究进展白玉 20100970旋风除尘器作为一种气固分离装置，具有结构简单、无运动部件、造价便宜、除尘效率较高、维护管理方便，可在高温、高压环境下工作等特点。

其应用于工业生产以来，已有百余年的历史，对于捕集、分离5一l0µm以上的尘粒颗粒效率较高，其除尘效率可达90％左右。

广泛应用于能源动力、化工等行业，是目前应用最广的气固分离装置之一。

但是传统的旋风除尘器普遍存在排气口短路流、锥体部分二次扬尘以及上灰环夹带等问题，而且放大效应显著。

工业应用表明对于粒径为3µm以下的颗粒分离效率很低，即便是3～10µm粒径范围内的颗粒，分离效率也仅在80％～90％左右。

随着工业装置生产规模的提高，各项粉体工业的发展对大气环境的污染也越来越多，同时人们对大气环境的保护洁净意识也越来越强，对大气环境有着更高的要求。

因此无论是大气环境保护，还是粉体工程都要求不断提高旋风除尘器的性能。

一方面要求旋风除尘器有更强的捕集细粉的能力；另一方面要求旋风除尘器的压降进一步减少，以降低能耗。

所以，迫切需要研究出高效能且低能耗的新型旋风除尘器。

近年来，国内外已有许多学者基于这两方面对旋风除尘器做了大量试验研究，也提出了很多可行的措施和设计方案并已应用于实际工程中。

在此，对近几年国内外有关提高旋风除尘器捕集细粉能力和降压力损失改进措施的研究进展进行综述。

1 旋风除尘器的结构及工作原理是一种典型的旋风除尘器的结构示意图，由切向人口、圆筒、圆锥、排气管、排灰口等几部分组成。

含尘气流从直筒段下部以切向方式进人内筒，做旋转上升运动，含尘气流中所含较大的固体颗粒在重力作用下直接沉人锥体。

中等直径的固体颗粒随气流旋转上升时，由于离心作用而被甩向内简壁，然后沿内筒壁沉降进人锥体，一次分离后的大部分纯净气体直接从顶部排气管排出。

而较小的固体颗粒随流体旋出内筒上端后，被甩向内外筒体间的环隙，连同部分气体环流而下进入锥体，在锥体内得到二次分离，被分离后的纯净气体沿轴向返回内筒，亦由排气管排出，最终固体颗粒在锥筒体底部富集，并由底部排灰口排出，从而使气固两相得到分离。

旋风分离器发展及工作原理

旋风分离器发展及工作原理摘要：综述了旋风分离器的发展概况，并从气体、粉尘运动的工作原理以及分类等方面介绍了。

一、旋风分离器的发展旋风分离器的应用已有近百年的历史，因其结构简单，造价低廉，没有活动部件，可用多种材料制造，操作条件范围宽广，分离效牢较高，所以至今仍是化工、采矿、冶金、机械、轻工等工业部门里最常用的一种除尘、分离设备。

随着工业发展的需要，为使旋风分离器达到高效低阻的目的，自1886年Morse的第一台圆锥形旋风分离器问世以来百余年里，由于分离器的结构、尺寸、流场特性的不同，出现了许多不同用途的旋风分离器，现从两个方面来进行概述。

1.气体、粉尘运动的研究旋风分离器内颗粒流体的流动属于稀浓度颗粒流体力学，故可先分析纯气体流场，再计及颗粒在其中的运动。

在1949年，TerLinden研究得出切向速度轴对称分布，在同一断面随其与轴心的距离减小而增大，达到最大值后又逐渐减小；径向速度在中心区方向朝外，在外围区方向朝内，形成源汇流；轴向速度在外部区域气流向下，在轴心区域气流向上；压力分布是壁面处大于中心处。

1962年，Lewellen把不可压缩流体的连续性方程和Navier-stokes方程在圆柱坐标系和轴对称定常流动下进行了简化，通过引入流函数和环量，得到了强旋转简化层流模型。

1975年Bloor、Ingham运用普朗特提出的混合长理论确定湍流表观粘度，并对水力旋流器流场进行了分析，建立了适合于工程应用的初级湍流模型。

1982年Boysan等人利用Rodi推得的关于雷诺应力的近似代数关系式，得到了高级湍流模型。

用这些模型计算得到的切向速度数值解与实验测定结果较吻合。

2.旋风分离器内气固流况的剖析通过对旋风分离器内气固流况的剖析，针对影响旋风分离器效率的顶部上涡流和下部的二次带尘，影响动力消耗的进口膨胀损失和出口旋转摩擦等因素，人们进行改进。

为了消除因上涡流而引起粉尘从出口管短路逃逸的现象，Cardiff 大学的Biffin等人研制的新型带集涡室的旋风分离器、德国西门子公司顶端带导向叶片的旋流分离器、日本专利多头切向进口的多管分离器，以及国内的倾斜螺旋形进口的CLT/A、CLG、DⅠ型等也都是为了削弱上涡流的带尘。

液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展

液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展液—固水力旋流器广泛应用于各个行业，如石油化工、选矿、造纸、医药卫生、环境保护和食品等。

近年来，随着各工业领域的不断发展，对液固分离技术与装备提出了新的挑战和更高的要求同时，为了适应当今不断高涨的降低能耗的要求，目前迫切需要开发出高分离速度、高脱水度、高分离精度的高性能液—固分离技术然而，由于实验条件的限制，单纯通过实验来研究旋流器的性能不仅周期长而且费用高，如果辅助以理论分析计算和流场模拟等方法来研究旋流器内部流体流动规律，以及结构尺寸变化对分离性能和压力特性的影响等，则可缩短研究周期和实验费用，具有重要的理论研究和工程应用价值。

液—固水力旋流器结构及工作原理图1所示为典型的液—固旋流器，主要由进料口、溢流口、底流口和器壁组成。

其工作原理为，当液体高速旋转受离心力作用时，轻相向轴心迁移，从溢流口排出，重相向壁面运动，由底流口排出，从而实现轻相( 液) 和重相( 固) 分离的目的。

图1 典型液—固旋流器两相流场数值模拟研究进展液—固水力旋流器中液固分离的问题在数值模拟中定义为液体和固体不相容的两相流问题。

由于液固两相之间的相互作用和每一相的运动，传热传质和反应等的影响，颗粒相的模拟基本分为两类：一类是Euler方法，该方法除将流体作为连续介质外，把颗粒群也作为拟连续介质或拟流体，设其在空间有连续的速度和温度分布及等价的输运性质( 粘性扩散导热等) ；另一类是Lagrange方法，该方法把流体作为连续介质，而将颗粒群看作离散体系，并以此来探讨颗粒动力学颗粒轨道等基于这两种方法，研究者采用了不同的模型对旋流器内的两相分离过程进行了模拟研究。

K T Hsien和R K Rajamani( 1991)根据颗粒的受力平衡，用代数逼近法求出固体颗粒的滑移速度和轨迹，P He，M Salcudean和I S Gartshore(1997 )分别用二维和三维模型计算了旋流器的分离效率。

旋流分离理论在气_液分离器设计中的应用_宋杰

本文从研究旋流分离理论出发，阐述了二相流分离器的设计基础，并根据自己设计经验，提出了提高二相流分离器效率的结构性设计措施，供从事水力旋流器、旋风除尘器的工程技术人员在设计过程中参考。

１旋流概述１．１旋流形成条件流体质点一方面沿轴线向前移动，同时，又绕该轴旋转运动便称之为旋流运动。

这种运动由涡流和轴向流叠加而成，具体包括自由涡和强制涡。

其产生条件主要包括以下三个条件：（１）流体不是理想流体；（２）作用在流体上的力中有无势的质量力；（３）流体是非正压性流体。

在这三种情况下流体中运动中才能形成旋流。

１．２旋流分离原理旋流分离的原理为：气流以一定的速度由进气口进入分离器时，由直线运动转化为圆周运动，旋转的气流绝大部分沿器壁自筒体呈螺旋形向下朝锥体流动形成外旋流，气流在旋转过程中产生离心力，将密度较大的介质甩向筒壁，一旦与筒壁接触便失去惯性力，并依靠入口气流速度产生的动量和向下分离介质自身的重力共同作用，推动被分离颗粒沿壁面下落，进入排尘口（排液口）分离出去，当旋转下降的外旋流在到达锥体时，因圆锥体的收缩面向分离器的中心靠拢。

根据旋转矩不变定理，其切向速度不断提高，当到达锥体某一截面时，即以同样的旋转方向从分离器的中部由下反转而上继续做螺旋方向流动，形成内旋流，最后被净化后的气流由溢流管２排出旋流器外，即达到了分离的目的。

具体见旋流分离原理图１。

１．３旋流器的特点（１）结构简单，设备本身无运动件，不需特殊的附属设备，安装占用空间小。

（２）操作、维护方便，流阻适中、节能、修理费用低。

（３）操作弹性较大，性能稳定，不受温度、浓度的限制。

２影响气－液分离器性能指标的因素气－液分离器是根据旋流分离理论进行设计的，具体结构主要包括旋流器、介质进口、分离后气体的出口（溢流管）、排液口等。

该类产品的关键性指标主要包括流阻及分离效率，因此，在产品设计时，尽可能的降低产品的流阻，提高产品的分离效率作为设计的关键。

２．１流阻分析流阻是气－液分离器的重要技术指标，流阻的产生由几种原因，其中最主要的是旋流器内流体旋转时产生的离心力，流体具有粘性，又在旋转，因而旋流分离理论在气－液分离器设计中的应用宋杰（新航集团设计一所，河南新乡４５３０４９）摘要：从研究旋流器分离理论出发，阐明了影响二相流分离设备性能指标的几个关键因素，提出二相分离器结构设计措施，从而为气液、气固分离器设计提供了重要的理论基础，使二相流分离器的效率得到提高。

催化裂化第三级旋风分离器的现状和发展方向

催化裂化第三级旋风分离器的现状和发展方向通过分析我国目前所采用的多管式三旋分离器在运行过程中的问题，并对烟气轮机正常运转的影响进行研究，分析导致问题出现的原因，结合国外常用的一种旋风式三旋方案进行解决，提高催化裂化第三级旋风分离器的运行状态，并且介绍旋风式三旋分离器的主要结构特点。

标签：催化裂化;第三级旋风分离器;现状催化裂化第三级旋风分离器的正常运行可以确保催化裂化装置的长期运行，并且帮助装置实现节能降耗。

通过对催化裂化第三级旋风分离器技术的现状进行分析，并提出相应的改进措，有助于提高我国催化裂化三级旋风分离器技术的进步。

1我国多管式三旋的现状和存在的问题第三级旋风分离器是催化裂化装置中最为关键的设备之一，第三级旋风分离器的结构形式主要包括：多管立式三旋、多管卧式三旋、布埃尔式三旋以及旋流式三选。

与我国对于多管式三旋的引用胶为频繁，并且从20世纪70年代后期就开始研究催化炼化能量回收系统多管式第三级旋风分离器，通过不断引进西方的技术结合自主研发技术，我国已经开发出了具有独自特点和自主知识产权的多管三旋技术，并且在旋风分离器的应用水平较为广泛，因此多管第三级旋风分离器的应用，可以确保催化裂化装置的安全运行和节能降耗。

经过我国广大科研人员的不懈努力，我国催化裂化装置第三级旋风分离器已经达到了比较先进的水平，可以有效提高单管的抗返混能力和多管式三旋的整体效率，但是从实际使用情况来看，多管式三旋的使用也存在一些问题。

近几年以来，我国的催化裂化装置技术发展迅速，催化裂化装置的大型化原料的掺渣比例不断增加，烧焦温度呈明显上升趋势，装置的操作因此会变得十分不稳定，因此有些炼油厂的第三级旋风分离器会出现一些问题，其中主要包括以下几种问题：（1）单管在进行冷态试验时分离效率较高，但是在实际工业生产过程中单管并不能单独使用，需要进行并联使用，在并联使用过程中，提高整体的分离效率才是最终的目标。

但是在实际应用过程中单管并联后的整体分离效率并不理想，出现这种情况的原因在于单管抗返混能力较差，将单管组合以后，单管内的压降不均匀，造成部分单管不能够正常运作，从而导致组合效率出现下降。

新型高效涡旋管分离器的原理、结构及应用

新型高效涡旋管分离器的原理、结构及应用摘要：根据当前国内外气固分离设备的研发背景，详细介绍了WF新型高效涡旋管分离器的工作原理、结构及其在实际用户中的应用情况，有效解决了发酵行业中压缩空气管道锈粉粒子等固体粒子的处理问题，大幅度提高了空气过滤器使用寿命，保证了生产的稳定运行。

关键词：涡旋管；气固分离；轴流式；涡旋管分离器0 引言在生物、医药等发酵行业中，压缩空气中含有大量的尘埃粒子，发酵企业的空气管道多为碳钢管，其含有锈粉粒子等，这些都是产生固体粒子的主要来源。

对无菌空气净化系统来说，如何去除气体中含有的固体粒子，保证膜过滤器正常运行是非常重要的。

在空气压缩气体净化系统中，固体粒子通常作为细菌的载体，随压缩空气进入发酵罐，导致产生染菌的现象。

虽然进入过滤器前端的混合气体，已经处于无油、无水、干燥的状态，但若不能有效去除游离其中的固体粒子，就会导致过滤器非正常运行，缩短使用寿命，进而影响发酵生产的稳定性，这既增加了染菌的机会，又造成经济上的损失。

1 研发背景在发酵行业中，如何通过压缩气体中的气固分离有效去除固体粒子，延长空气过滤器使用寿命，维持生产稳定，是必须解决的问题。

碳钢管道中的锈粉粒子，是产生固体粒子的主要来源，为解决这个难题，迫切需要高效、可靠、经济的气固分离设备。

为满足市场需求，在参考国内外同类先进产品和专利查询的基础上，我院研发了国内先进的气固分离装置WF新型高效涡旋管分离器。

含这种设备的空气净化系统流程示意如图1所示。

气固分离装置的工业应用按其目的要求可分为三大类：（1）回收有用的物料；（2）获得洁净的气体；（3）净化废气，保护环境。

上述三类目的不是截然分开的，对于某一工业应用可能三者兼而有之。

目前，气固分离装置的结构有多种形式，通常使用的有：旋风分离器、过滤分离器、电除尘装置等。

但是，上述装置基本都存在如下缺点：（1）除尘效率低，阻力大；（2）结构复杂，维修费用高；（3）易损耗，寿命短等。

旋风分离器的发展与理论研究现状

旋风分离器的发展与理论研究现状刘金红(南通职业大学化工系,南通市226007) 摘　要　综述了旋风分离器的发展概况,并从气体、粉尘运动的研究和结构改进两个方面介绍了旋风分离器的理论研究现状。

关键词　旋风分离器　除尘　气固分离旋风分离器是一种使含有固体颗粒的气体旋转,并依靠离心力达到气固分离的装置。

由于它具有对10L m以上的粉体分离效率高、结构简单紧凑、操作维护方便等优点,故在石油化工、冶金、采矿、轻工等领域得到广泛应用。

随着工业发展的需要,为使旋风分离器达到高效低阻的目的,自1886年Mo rse的第一台圆锥形旋风分离器问世以来百余年里,国内外众多学者对分离器的结构、尺寸、流场特性等进行了大量的研究,出现了许多不同用途的旋风分离器,现从两个方面来进行概述。

1　气体、粉尘运动的研究旋风分离器内颗粒流体的流动属于稀浓度颗粒流体力学,故可先分析纯气体流场,再计及颗粒在其中的运动。

在1949年,T er Linden[1]对旋风分离器内三维流场用球形毕托管作了比较出色的实验测试研究并得出:切向速度轴对称分布,在同一断面随其与轴心的距离减小而增大,达到最大值后又逐渐减小;径向速度在中心区方向朝外,在外围区方向朝内,形成源汇流;轴向速度在外部区域气流向下,在轴心区域气流向上;压力分布是壁面处大于中心处。

他的测试结果,无论切向、径向、轴向都有一定的规律性,轴对称性也相当好。

在国内,中科院力学研究所[2]、上海化工研究院[3]在Á400及Á830旋风分离器模型上,用五孔球形探针及热线风速仪进行了测试。

许宏庆[4]在Á288模型上,用双色激光多普勒测速仪进行了测试。

这些流场测试图呈现出的规律大致与T er Linden所得结果相同,但他们都认为非对称的切向进口造成了旋涡中心与几何中心不一致,径向速度分布呈现非轴对称性等现象,同时还证实了上涡流的存在。

至于气体运动的理论计算研究,由于流动的复杂性,一般均假定为轴对称流动,早期曾进一步假定为层流流动,近年来才考虑湍流的影响。

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的两相流进行旋流分离。由于轴向人口结构采用
周向对称布置，使其相对于切向入１３结构有效降
低了人口处循环流的影响，提高了分离效率，同时入口处湍流作用减弱，减小了入口处的压力损失。
类型、结构参数及操作参数等诸多方面做了很多研究。具体包括应用计算流体动力学的方法对旋
螺旋叶片入口形式的小处理量、小尺寸、用于细颗
口是由６个倾斜的平板组成的倾斜平板式叶片；入口是单头连续的螺旋叶片；在单头连续螺旋叶片的基础上加集液锥的结构 ¨ 。并对３种结构形式做了对比实验，最终根据实验数据的分析得出了能够预测分离效率的数学模型。ＨｓｉａｏＴａ－Ｃｈｉｈ等对轴入式旋流器的结构类型做了研究，认为不同入口形式下的分离效果是由两种旋流器内不同的流形造成的Ⅲ 。并通过实验确定了一种最佳的轴入式分离器结构形式。目前，研究报道的导流叶片形式多种多样，但由于叶片在入口处起到导流的作用，是入口处压力急剧增大的部分，往往是轴流式分离器中较易损坏的部件，因此在导流叶片设计上除了要考虑叶片的导流效果外，还要考虑到叶片应用的可靠性，另外导流叶片的加工难度也是影响其能否广泛应用的重要因素，因此综合考虑，导流叶片的设
轴流式旋流分离器又被称为轴入式、导流叶片式、导叶式旋流分离器。目前已有部分学者对采用轴向入口形式的旋流分离器进行了研究。较
国家“ ８６３ ” 计划课题资助项目（２０１２ＡＡ０６１３０３）。
流器内部流场进行模拟分析，加工样机进行室内实验或现场实验分析等。目前对切向入口水力旋流器的研究居多，对
轴向人口旋流器的研究偏少。轴流式旋流分离器与常规切向人口的旋流分离器相比具有径向尺寸小、结构紧凑、压力损失小、改善入口处循环流、分
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化
工机
械
２０１４焦
轴流式旋流分离器研究进展
赵立新料宋民航蒋明虎李枫张勇
（东北石油大学机械科学与工程学院）
摘要介绍了轴向入口旋流分离技术的研究进展，包括导流叶片的结构形式、数值模拟研究及实验研
多研究人员投入到对旋流器的研究中。ＹｕａｎＨ和ＴｈｅｗＭＴ率先开始研究用于油水分离的水力
旋流器 … ，ＰｅｔｔｙＣＡ等对旋流器提出了反向出流的结构类型，贺杰等研究人员对旋流器的结构
常见的导流叶片类型包括直螺旋叶片、圆弧叶片及倾斜平板式叶片（图１）等。虽然叶片的形式多
种多样，但从分离原理来说，都是利用人口结构产生对流体的导向作用，使人流的轴向速度转变为
利于两相分离的有效切向速度，从而对密度不同
赵立新，男，１９７２年６月生，教授。黑龙江省大庆市，１６３３１８。
第４１卷
第１期
化
工机械
２１
Байду номын сангаас
进行了数值模拟，分析了螺旋叶片的结构参数对分离器内部速度场和压力场的影响，并通过实验分析了不同操作参数对其分离效率的影响，证明了该导向式入口类型具有很高的分离效率和较低的压力损失。ＶａｕｇｈａｎＮＰ也提出了一种基于
旋流器的应用领域。笔者对轴流式旋流器的研究
张荣克和廖仲武对旋风分离器的正交直母线
导向叶片的设计参数进行了具体的介绍，包括常见导流叶片的类型、部分叶片准线方程的推导及
概况进行了简要的分析总结，意在提出今后对轴
究等。对轴流式旋流分离器的发展趋势进行了简要分析，并指出今后应从哪些方面开展对轴流式旋流
分离器的研究工作。
关键词旋流分离器轴向入口结构趋势
中图分类号
ＴＱ０５１．８
文献标识码Ａ
文章编号
０２５４ — ６０９４（２０１４）０１ — ００２０ — ０６
水力旋流器因其结构简单、分离效率高、经济适用及易于维护等多方面的优点，已经在石油、化工等行业得到越来越广泛的应用。国内外已有很
离效率高且流场更加稳定的优点。对轴流式人口旋流器的深入研究有利于提高旋流分离器内部流
ａ．直螺旋叶片ｈ．圆弧叶片
ｃ．倾斜平板式叶片
圉
图１导流叶片类型
场的稳定性，提高分离效率，简化安装工艺并拓宽
流式人口旋流器的研究和创新方向。
１导流叶片结构形式研究进展
叶片出１３面积的计算等。并根据实例介绍了
具体叶片参数在计算和加工时的展开下料图。目前采用直螺旋叶片的入口导流形式应用较多。蒋明虎等研究介绍了一种轴流式分离器，入口结构采用螺旋叶片的形式，并且对该结构类型