一种蜗壳及分离器的制作方法

本发明涉及一种蜗壳及分离器，属于分离设备领域。

背景技术：

1、分离器是重要的分离设备，主要用于不同重力介质的相间分离，广泛应用于矿石处理、化工生产、燃煤电厂、水泥生产、玻璃制造、金属冶炼、食品加工等多个领域，特别是在处理高比重、高浓度固体杂质等方面，旋流分离器相较于其他分离设备具有显著优势。

2、旋流分离器的分离机理是使流体作旋转运动，利用离心力将重质相与流体分离并捕集于器壁，再借助重力作用使重质相落入收集设备中。例如常见的旋风分离器，包括进气管、排出管、圆筒体、圆锥体和排灰管，圆筒体、圆锥体上、下分布，进气管与圆筒体连通，排灰管设置于圆锥体的底部，排出管与圆筒体的顶部连通，其结构简单，易于制作、安装和维护管理，设备投资和操作费用较低。

3、目前，分离设备仍存在无法补集小颗粒等缺陷，限制了其分离效率的进一步提高。在气-固分离，即气体除尘领域，通常通过多级旋风除尘或配合其他除尘设备才能满足除尘要求。

4、中国实用新型专利cn208712148u公开的滚筒筛除尘设备，包括将筛筒侧面覆盖的筛筒罩以及工业除尘装置；其中，所述工业除尘装置的气体进口与筛筒罩的内腔通过管道连通；所述工业除尘装置为布袋除尘器或/和旋风分离器。其通过设置在前面的旋风分离器负责分离粒径较大的颗粒，设置在后面的旋风分离器负责分离粒径较细的颗粒，经过两个旋风分离器的过滤后，剩下的微细粉尘经进入布袋除尘器中进行过滤。该除尘设备不仅设备占地大，提升了资金投入及除尘设备的维护难度，设备顺利运行率也受到不利影响，任一环节出现故障均可导致除尘设备、甚至整条作业线停产维修。

5、中国实用新型cn203791071u公开了一种蜗壳旋风除尘器，包括立式筒体，及设置在立式筒体上方的蜗壳和进气管，所述蜗壳上设有排气管，所述立式筒体下部为筒体下锥部，筒体下锥部连接有储灰斗，所述蜗壳沿立式筒体顶部垂直设置，所述排气管沿蜗壳侧部开口。含尘气体由切向进气口进入该旋风除尘器时，气流由直线运动变为圆周运动，旋转气流的绝大部分沿除尘器内壁呈螺旋形向下、朝向锥体流动，通常称此为外旋气流。含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的粉尘粒子甩向除尘器壁面。粉尘粒子一旦与除尘器壁面接触，便失去径向惯性力而靠向下的动量和重力沿壁面下落，进入排灰管。旋转下降的外旋气流到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。根据旋矩不变原理，其切向速度不断提高，粉尘粒子所受离心力也不断加强。当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从除尘器中部由下反转向上，继续做螺旋形运动，构成内旋气流。最后净化气体经排气管排出，小部分未被捕集的粉尘粒子也随之排出。该旋风除尘器的除尘效果还有进一步提升空间。

6、在液-固分离领域，同样存在类似问题，如中国实用新型cn2266041y公开了一种泥沙分离器，设有有进水管、出水管、柱形外壳、锥形外壳、接砂口、集砂罐、排砂口，柱形外壳圆周切向接有进水管，柱形外壳的顶部垂直接有伸进到柱形外壳内的出水管，柱形外壳下接锥形外壳，锥形外壳下部的接砂口接集砂罐，集砂罐上开有排砂口；流速大于5米/小时的水由进水管1切向进入分离器内，因分离器结构尺寸的合理搭配，使水在其内旋转产生离心力，推动沙石及其它比水重的固体颗粒向管壁移动形成涡流，促进泥沙进入集砂罐，与此同时，而水则向上旋转进入出水管，完成了水与泥沙的离心过滤过程。然而，重力较小的微细粒沙尘亦会被液体裹挟进入出水管，须二次，甚至多次处理方可达到理想的分离净化效果。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种具有强化分离能力的蜗壳；本发明的目的之二在于提供一种分离效率更高的旋流分离器。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种蜗壳，包括围板、蜗壳孔和设置于围板两侧的第一蜗壳盖板和第二蜗壳盖板，所述蜗壳孔设置在第一蜗壳盖板上，所述第一蜗壳盖板、第二蜗壳盖板和围板围成具有内腔的蜗壳本体，所述蜗壳本体上设有与内腔连通的出料口；所述内腔内设有多块导向板，所述多块导向板沿围板的延伸方向依次分布，导向板安装于第一蜗壳盖板和第二蜗壳盖板之间，导向板沿内腔内流体流动方向逐渐朝围板倾斜，导向板与围板之间留有间隙；还包括用于收集进入所述间隙内的物料的集料腔。

4、由此，可将含固体颗粒的流体从蜗壳孔输入蜗壳，使所述流体在蜗壳的内腔内做甩向蜗壳渐开线壁的旋转运动，在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于流体的固体颗粒被甩向围板，由于围板附近设有导向板，且导向板沿内腔内流体流动方向逐渐朝围板倾斜，导向板与围板之间留有间隙，固体颗粒到达围板后，由于围板阻挡，或动能降低沿着围板朝渐开线方向前进，或回弹至导向板后被导向板二次阻挡，折回至导向板与围板之间的区域，如此，固体颗粒只能沿着围板的内壁(呈渐开线状)与导向板之间的区域运动，最终实现汇集分离，进入集料腔；而经过分离的绝大部分流体则通过出料口排出，进而实现流体的净化。因此，本发明的蜗壳具有分离能力，特别是对于含微细粒颗粒从流体中的分离去除，可用于不同介质的相间分离。

5、进一步地，各导向板与围板之间的间隙大小相同或不相同；

6、优选地，沿内腔内流体流动方向看，各导向板与围板之间的间隙逐渐增大。沿内腔内流体流动方向看，固体颗粒在导向板与围板之间的积累量逐渐增大，通过控制各导向板与围板之间的间隙逐渐增大(即导向板整体逐渐远离围板设置)，有助于分离路径后端聚集的更大量的固体颗粒更顺畅地通过及进入集料腔，有助于保证良好的分离效果。

7、优选地，集料腔设置于围板的内壁上。

8、进一步地，部分或全部导向板固定于第一蜗壳盖板和第二蜗壳盖板之间，或者，部分或全部导向板可转动地安装于第一蜗壳盖板和第二蜗壳盖板之间；

9、优选地，导向板的一端通过第一轴与第一蜗壳盖板铰接，导向板的另一端通过第二轴与第二蜗壳盖板铰接，第一轴和第二轴共中心轴线；还包括第一扭簧和/或第二扭簧，第一扭簧包括套设在第一轴上的第一簧体，第一簧体的两端分别设有第一固定段和第一扭臂段，第一固定段与第一轴固定或相对固定，第一扭臂段固定于第一蜗壳盖板上，使得相应导向板在内腔内的流体(如气体)作用下可朝逆流方向(即流体运动方向的反方向)转动；第二扭簧包括套设在第二轴上的第二簧体，第二簧体的两端分别设有第二固定段和第二扭臂段，第二固定段与第二轴固定或相对固定，第二扭臂段固定于第二蜗壳盖板上，使得相应导向板在内腔内的流体作用下可朝逆流方向转动。由此，导向板具有一定的转动自由度，在流体作用下导向板可克服扭力作用，导向板靠近蜗壳中心线的一端沿流体运动方向转动，导向板远离蜗壳中心线一端朝逆流方向转动，内腔内的流体流动速度越大(此时，固体颗粒的量往往也越大)，导向板克服扭簧的扭力而转动的幅度越大(即β角越大)，对固体颗粒的阻挡面也随之增大，阻滞作用也越强；随着流体前进速度降低、动能降低，越往出口方向，导向板转动的幅度越小，使得导向板与围板之间的间隙逐渐增大，即携带固体颗粒的流体沿着围板运动行进过程中，受到与固体含量、前进动能动态适配、变化的导向板的阻滞作用，进而与相应流体高效分离的同时，有效保障固体颗粒顺畅地穿过间隙顺利进入集料腔，使得蜗壳具有一定的自适应能力，更好地用于不同流速、固含量的流体的处理；而且，在第一扭簧和/或第二扭簧的作用下，导向板偏转一定角度后具有回到起始状态的能力，在工业实践中由于含固体颗粒的流体的初始流速或流量往往不是唯一恒定的，通常在一定速度范围内有所波动，故在不同流体的离心分离作业及同一流体的离心作业的运行过程中，导向板会随流体类型、流体流速、固含量和流体流量的变化而动态摇摆或振动，不仅能够动态自适应于不同流体及不同阶段的分离，保障固体颗粒分离效果，还可有效防止固体颗粒附着、积累在导向板上，进而防止导向板及其附近由于积尘而堵塞，使得蜗壳可更长时间地正常服役，有助于降低检修频率。

10、更优选地，所述第一蜗壳盖板上设有与第一扭臂段配合的第一半孔，第一扭臂段远离第一簧体的一端固定在第一半孔内，所述第二蜗壳盖板上设有与第二扭臂段配合的第二半孔，第二扭臂段远离第二簧体的一端固定在第二半孔内；由此，可方便扭簧的装配。

11、优选地，第一轴具有第一缺口段，第一固定段与第一缺口段抵接；第二轴具有第二缺口段，第二固定段与第二缺口段抵接；由此，可方便地实现扭簧与相应轴的相对固定，以便扭簧为轴提供相应的扭转力。

12、优选地，第一轴上设有用于限制第一扭簧的轴向自由度的第一销，第二轴上设有用于限制第二扭簧的轴向自由度的第二销；由此，可方便地限制扭簧在相应轴向的自由度，实现扭簧与相应轴的稳定配合。优选地，销为开口销。

13、优选地，第一轴与第一蜗壳盖板的铰接处设有第一唇形密封圈或第一密封型深沟球轴承，第二轴与第二蜗壳盖板的铰接处设有第二唇形密封圈或第二密封型深沟球轴承；由此，既可实现轴与相应蜗壳盖板之间的可转动连接，又可保证连接处的密封性。

14、更优选地，所述第一蜗壳盖板的外表面设有第一密封壳体，第一密封壳体与第一蜗壳盖板围成第一密封腔体，所述第一轴穿过第一蜗壳盖板并延伸至第一密封腔体内，第一扭簧设置于第一密封腔体内；所述第二蜗壳盖板的外表面设有第二密封壳体，第二密封壳体与第二蜗壳盖板围成第二密封腔体，所述第二轴穿过第二蜗壳盖板并延伸至第二密封腔体内，第二扭簧设置于第二密封腔体内。由此，可更好地保证密封性，防止流体或固体颗粒从蜗壳盖板与相应轴之间的铰接处朝蜗壳盖板外侧运动。

15、进一步地，所述多块导向板沿围板的延伸方向依次均匀或不均匀分布；优选地，相邻的导向板之间的间距(即相邻导向板同一侧端面之间的距离)为导向板的宽度的0.8-1.5倍，更优选为0.9-1.2倍。通过控制导向板之间的间距，可进一步降低固体颗粒接触围板后回弹至导向板内侧区域的可能性，有助于更好地保证与固体颗粒分离效果。

16、进一步地，所述蜗壳孔偏心设置在第一蜗壳盖板上。

17、进一步地，导向板的宽度为蜗壳孔的直径的0.05-0.2倍，优选为0.08-0.15倍。通过控制导向板的宽度，可进一步降低固体颗粒接触围板后回弹至导向板内侧区域的可能性，有助于更好地保证与固体颗粒分离效果，也可防止导向板尺寸过大而导致内腔内流体运动阻力过大。

18、进一步地，导向板与围板之间的夹角(即导向板靠近集料腔的一侧端的切平面与该平面和围板的交界线处的切平面之间的夹角)为10-45°，优选为12-35°，更优选为15-30°。控制合适的夹角，有助于固体颗粒被离心甩出时，更多地进入并在围板与导向板之间向后端流动，保证良好的与固体颗粒分离效果。

19、进一步地，所述内腔内设有与蜗壳孔共中心轴线的叶轮；优选地，所述叶轮为离心叶轮。由此，可对含固体颗粒的流体进行加速，将固体颗粒加速甩向围板，补偿含固体颗粒的流体的动能损失，有助于进一步提高与固体颗粒分离效率。

20、优选的，所述叶轮的叶片与所述导向板同向倾斜。由此，可进一步优化从叶轮流出的含固体颗粒的流体流向，使得流体中的固体颗粒更多地进入导向板、围板之间的间隙，进而与围板碰撞，再被导向板反射/折射，形成与围板的二次碰撞，通过如此反复碰撞降低粉尘动能，并使其更好地集中在靠近围板的一侧，最终进入集料腔。

21、进一步地，所述蜗壳还包括进口管，所述进口管与所述蜗壳孔连通。

22、进一步地，所述导向板为弧形、折线形、直板型或s型曲线型中的一种或一种以上的组合。如此，可差异化以及优化含固体颗粒的流体与导向板的碰撞路径，使得固体颗粒在多个导向板与围板之间构成的区域碰撞分流，充分实现撞击阻滞。

23、作为一种实施方式，所述集料腔朝向导向板开口，所述集料腔位于沿内腔内流体流动方向的最后1块导向板的下游侧；优选的，所述集料腔与所述出料口并行设置并位于靠近所述围板的一侧；优选的，所述集料腔在所述围板上的投影为梯形或类梯形面；更优选的，所述集料腔的下部的横截面积由上至下逐渐减小；进一步优选的，所述集料腔的底部连通有汇集管。通过集料腔截面以及底部渐缩空间设计，能够使得进入集料腔的物料流以流畅的线性流进入集料腔底部，同时增加物料流流速，继而保障物料流顺利进入下游侧(如汇集管)，避免物料流受突变空间阻挡或无序反向作用，形成紊乱、阻滞的物料流态，进而影响集料效果，甚至与固体颗粒分离效果。

24、作为另一种实施方式，集料腔与所述间隙的底部连通。可选地，集料腔设置于第一蜗壳盖板的下方，第一蜗壳盖板上设有用于将集料腔与间隙连通的孔。

25、基于同一发明构思，本发明还提供一种分离器，包括依次连通的第一分离单元和第二分离单元，所述第二分离单元为如上所述的蜗壳。

26、可选地，所述第一分离单元为旋流分离器，如旋风分离器；

27、优选地，所述旋流分离器包括立式筒体、设置于立式筒体上的进口和设置于立式筒体底部的集料斗，所述立式筒体内设有排出管，所述排出管的一端延伸至立式筒体外，进口管与所述排出管延伸至立式筒体外的一端连通。

28、由此，含固体颗粒的初始流体可在立式筒体内进行一次固体颗粒分离处理，可在集料斗获得固体物料，仍然携带少量固体颗粒的一次流体在立式筒体内形成内旋流体，并从排出管旋转进入蜗壳，一次流体在蜗壳内被进行二次分离，细小的固体颗粒到达集料腔，并可通过汇集管送往目标位置，经过二次分离的流体可通过出料口排出。这样，含固体颗粒的流体经过两次分离处理，粗颗粒和细颗粒物质均可得到良好去除，有助于获得更好的分离效果。

29、进一步地，进口设置在立式筒体上端侧部，所述进口与立式筒体切向连通。

30、进一步地，所述汇集管与集料斗连通，以方便将一次分离和二次分离所得固体颗粒合批。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

32、(1)本发明的蜗壳具有良好的分离能力，应用范围广，可用于气-固分离、固-液分离，甚至气-液分离等多领域、多场景。

33、(2)本发明的蜗壳对难处理介质，如含微细粒粉尘的气体、液体，具有优异的分离效果，且结构简单，易于制造、使用及维护。

34、(3)本发明的蜗壳既可单独使用，也可与现有分离器组合使用，提升分离效率，改善其介质分离效果。

35、(4)本发明的蜗壳通过扭簧及相应轴的设置，使得导向板具有一定动态自适应偏转、摆动能力，既有助于实现对不同流速或流量的流体的处理，又可防止导向板处堆积堵塞，有助于蜗壳更长时间的稳定运行。

36、(5)本发明通过导向板角度、宽度、间距以及与围板之间间隙等参数之间的协调控制，有助于进一步优化分离效果。