專利名稱：旋流分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋流分離裝置。具體地非唯一地，本發(fā)明涉及一種用于真空吸塵器上的旋流分離裝置。
通過(guò)高離心力將顆粒材料從通常為氣體的流體中分離出來(lái)的旋流分離裝置已是公知的技術(shù)。這種分離裝置包括一個(gè)錐形的旋流器主體，在該旋流器主體的較大端上設(shè)置有一流體入口，該流體入口用于將流體沿切線方向?qū)胄髌髦黧w的內(nèi)表面上。旋流器主體的較小端被一個(gè)集塵器所包圍或被異向一個(gè)顆粒材料出口。以旋渦定向器形式存在的流體出口設(shè)置于旋流器主體之較大端部的中央。使用時(shí)，流體入口將流體及夾帶在流體中的顆粒材料沿切線方向?qū)蛐髌髦黧w的內(nèi)部。旋流器主體的錐度使流體沿旋流器主體的長(zhǎng)度方向加速，這將使顆粒材料從流體中分離出來(lái)并被收集在一個(gè)集塵器中，如果合適，那么顆粒材料將通過(guò)材料出口離開該裝置。流體一般沿旋流器主體的縱向軸線形成渦流并通過(guò)位于旋流器主體之較大端中心位置上的旋渦定向器排出該裝置。
當(dāng)排出的流體通過(guò)旋渦定向器時(shí)，其將以很高的角速度旋轉(zhuǎn)。如果引自渦旋定向器的排放管與渦旋定向器成直線關(guān)系(即排放管的中心軸線與渦旋定向器的中心軸線成連續(xù)關(guān)系)，那么當(dāng)沿排放導(dǎo)管移動(dòng)時(shí)流出的流體將繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，但在最后，流體將恢復(fù)為線性流動(dòng)，并且與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的流體流動(dòng)能將可能以摩擦損失的形式損失掉。有人嘗試著通過(guò)使用引自旋渦定向器的切向排放管來(lái)回收旋轉(zhuǎn)流出的流體的部分動(dòng)能。排放管被定位于與旋渦定向器的一側(cè)相切的位置上，從而使旋轉(zhuǎn)流體能夠以直線方式流入排放管內(nèi)。與旋流分離裝置結(jié)合使用的切向排放管已被公開并在T.O’Doherty,M.Biffin及N.Syred撰寫的題目為“切向排放管在加工工業(yè)中節(jié)約能量方面的應(yīng)用”的論文(見《加工機(jī)械工程雜志》，第206卷第99頁(yè))中加以說(shuō)明。該論文中的裝置試圖將流體流的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。但是，壓力回收并未獲得完全成功。部分原因在于從旋流分離裝置內(nèi)排出的流體流仍然需要沿一條包含方向突變的路線流動(dòng)。在上述的論文中，切向排放管分別被定位于水平面內(nèi)，這就要求排出流體的軸向速度分量在短距離內(nèi)轉(zhuǎn)向90°。這就使旋渦定向器的下游產(chǎn)生紊流，從而導(dǎo)致流體的能量損失。
這種分離裝置的一種應(yīng)用就是真空吸塵器，灰塵顆粒在真空吸塵器內(nèi)從空氣流中分離出來(lái)，從而當(dāng)含有灰塵的空氣被吸入吸塵器內(nèi)時(shí)，灰塵顆粒將從空氣流中被分離并保留下來(lái)等待處理，同時(shí)干凈的空氣被排出。這種真空吸塵器已在許多公開的專利中被披露，例如EP0042723,EP0636338和EP0134654。從旋流分離裝置排出的流體內(nèi)回收較高比例的動(dòng)能將使真空吸塵器具有更高的效率和高好的性能。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種能夠從排出的流體內(nèi)回收較高比例動(dòng)能的旋流分離裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種當(dāng)安裝到真空吸塵器內(nèi)時(shí)將使真空吸塵器具有更高效率和/或更好性能的旋流分離裝置。
本發(fā)明提供旋流分離裝置，其包括一個(gè)具有一較大端和一較小端的錐形旋流器；一個(gè)流體入口和一個(gè)定位于旋流器較大端部上的流體出口，該流體出口與旋流器同軸設(shè)置；一個(gè)與流體出口聯(lián)通的切向排放管，其中切向排放管和旋流器較小端之間的距離沿切向排放管的下游方向(逐漸)增加。切向排放管最好沿一條位于流體出口下游的大體為螺旋形的路線延伸。這種設(shè)置方式允許從分離裝置排出的流體在方向無(wú)突變的前提下逐漸轉(zhuǎn)過(guò)一所需的角度。這樣就降低了由方向變化而在流體流內(nèi)產(chǎn)生的紊流量，從而降低由摩擦而產(chǎn)生的能量損失。
切向排放管的中心軸線最好相對(duì)旋流器主體的縱向軸線傾斜35°至70°，最好為60°。這種設(shè)置方式能夠使排出的流體轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)所需的角度，而不會(huì)明顯增加當(dāng)流體通過(guò)切向排放管時(shí)產(chǎn)生分離的可能性。這種設(shè)置方式還允許旋轉(zhuǎn)流體的動(dòng)能以壓力能的形式被回收，從而提供一種用于將顆粒從流體中分離出來(lái)的高效裝置。
在一最佳實(shí)施例中，包括一個(gè)旋渦定向器的中心體定位于流體出口內(nèi)。切向排放管與由流體出口外側(cè)和中心體內(nèi)側(cè)限定而成的環(huán)形腔室相聯(lián)通。圍繞中心體設(shè)置一個(gè)環(huán)形腔室可確保所有排出空氣都與切向排放管對(duì)準(zhǔn)，從而使在入口處導(dǎo)向切向排放管的紊流量保持最小。
現(xiàn)參照附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作出說(shuō)明，其中附圖

圖1為安裝有根據(jù)本發(fā)明之旋流分離裝置的真空吸塵器之側(cè)視圖；圖2為圖1所示之真空吸塵器沿箭頭A的視圖；圖3為圖1所示的包括旋流分離裝置的真空吸塵器的局部剖視圖；圖4為構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明之旋流分離裝置的一部分的切向排放管和中心體的側(cè)視圖；圖5為圖4所示的切向排放管和中心體的平面視圖。
根據(jù)本發(fā)明的旋流分離裝置能夠以很好的效果安裝到真空吸塵器上。結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的旋流分離裝置的真空吸塵器如圖1和2所示。該真空吸塵器10設(shè)置有一底架12，底架12支承著一個(gè)電機(jī)和風(fēng)扇單元14及旋流分離裝置50。支持輪16在接近底架后部的位置上安裝于底架12上，一小腳輪18在接近底架前部的位置上設(shè)置于底架12之下方，以允許吸塵器10通過(guò)需要打掃的表面。電機(jī)和風(fēng)扇單元14大體設(shè)置于支持輪16之間，以使吸塵器10具有高度的機(jī)動(dòng)性。
旋流分離裝置50被設(shè)計(jì)成能夠有效地將灰塵顆粒從被電機(jī)和風(fēng)扇單元14吸入吸塵器10內(nèi)的空氣流中分離出來(lái)的結(jié)構(gòu)形式。一個(gè)攜帶有地板工具的軟管(未示出)與旋流分離裝置50的空氣入口20相連接，從而使含有灰塵的空氣流被吸入機(jī)器內(nèi)。含有灰塵的空氣進(jìn)入到旋流分離裝置50內(nèi)，該分離裝置50以公知的方式工作，并首先從空氣流中吸入較大的灰塵和蓬松物，接著吸入較小的灰塵。已被除去灰塵的空氣流流出旋流分離裝置50，接著通過(guò)排放管22進(jìn)入電機(jī)和風(fēng)扇單元14內(nèi)?？諝饬鞔┻^(guò)風(fēng)扇并圍繞電機(jī)流出，從而以公知的方式產(chǎn)生冷卻作用?？稍跉んw24、26上設(shè)置前置和后置電機(jī)過(guò)濾器(未示出)，目的是保護(hù)電機(jī)并防止從電機(jī)電刷上散落的顆粒進(jìn)入到大氣中。潔凈的空氣通過(guò)一潔凈空氣出口28排放到大氣中。
一外蓋部分30圍繞一鉸鏈32被鉸接到底架12上，以提供進(jìn)入前置電機(jī)過(guò)濾器之殼體24的入口，從而使前置的電機(jī)過(guò)濾器能夠被周期性更換。外蓋部分30還能夠釋放旋流分離裝置，以允許其從底架12上拆卸下來(lái)，當(dāng)需要時(shí)可將其排空。外蓋部分30包括排放管22和一個(gè)搬運(yùn)手柄34。
上面已對(duì)真空吸塵器10的基本結(jié)構(gòu)和操作情況作出了說(shuō)明，現(xiàn)參照?qǐng)D3詳細(xì)說(shuō)明旋流分離裝置50。應(yīng)該理解分離裝置本身即旋流器裝置是公知的，其具體細(xì)節(jié)見EP0134654B。實(shí)質(zhì)上說(shuō)，旋流分離裝置50必須包括一外部旋流器52和一內(nèi)部旋流器54，外部旋流器包括一大體為圓筒形的容器或箱倉(cāng)56，容器56設(shè)有一側(cè)壁56a、一底部56b和一切向入口58。內(nèi)部旋流器54包括一懸掛在分離裝置50之上表面62上的截錐形旋流器主體60。內(nèi)部旋流器54包括一個(gè)設(shè)置于其下端的圓錐形開口64和一個(gè)切向入口66。懸掛在外部旋流器52之側(cè)壁56a和內(nèi)部旋流器主體60之間的是一個(gè)大體為圓筒形的護(hù)罩68，該護(hù)罩68包括多個(gè)設(shè)置于護(hù)罩68之圓筒形區(qū)段68a內(nèi)的通孔。護(hù)罩68被一個(gè)延伸在護(hù)罩68和外部旋流器52的上部之間的凸緣68a所支承。護(hù)罩68還與位于護(hù)罩68下端的旋流器主體60之外表面相密封(sealed)。護(hù)罩68之內(nèi)部的上部與切向入口66聯(lián)通。在護(hù)罩68之下設(shè)置有一細(xì)塵收集器72，以使其包圍圓錐形開口64。細(xì)塵收集器72與容倉(cāng)56的底部56b及旋流器主體60密封，從而圍繞錐形口64形成一個(gè)封閉的收集器。一個(gè)圓筒形的旋渦定向器74定位于上表面62的中央位置上，以使其沿截錐形旋流器主體60的軸線延伸到內(nèi)部旋流器54的內(nèi)部。
從現(xiàn)有技術(shù)中可以了解，使用時(shí)，含有灰塵的空氣通過(guò)切向入口58進(jìn)入旋流分離裝置50內(nèi)。入口58的切向特性將迫使進(jìn)入的空氣流沿一螺旋路線以圍繞容器56之內(nèi)表面的渦流移動(dòng)，從而使較大的灰塵和蓬松物顆粒從空氣流中分離出來(lái)并收集在容器56的下部區(qū)域內(nèi)，而容器56位于細(xì)塵收集器72的頂部?？諝饬鞒蚣?xì)塵收集器72的上部向里移動(dòng)，接著，仍在渦旋的空氣流向上移動(dòng)到護(hù)罩68的外表面上。接下來(lái)，空氣流穿過(guò)護(hù)罩68的通孔70，然后通過(guò)切向入口66被導(dǎo)向內(nèi)部旋流器54的內(nèi)部。該入口66的切向特性還迫使空氣流沿另一螺旋路線在旋流器主體60內(nèi)移動(dòng)。當(dāng)空氣流向下流過(guò)旋流器主體60時(shí)，截錐形的旋流器主體60將使空氣流的速度增加，而且空氣流這樣獲得的高速將使非常小的灰塵顆粒從空氣流中分離出來(lái)并收集在細(xì)塵收集器72內(nèi)。然后，潔凈的空氣沿旋流器主體60的縱向軸線形成渦旋，最后通過(guò)渦旋定向器74從內(nèi)部旋流器54排出。
如上所述，這種分離裝置的結(jié)構(gòu)和操作已經(jīng)公知，因此沒(méi)有必要對(duì)其細(xì)節(jié)作出進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明在于渦旋定向器74和緊接地定位于渦旋定向器74之下游的排放管22。因此，本發(fā)明可應(yīng)用于任何具有截錐形旋流器主體的旋流分離裝置上，其中渦流產(chǎn)生于旋流器主體內(nèi)，而且要排出的空氣通過(guò)一渦旋定向器從該分離裝置內(nèi)排出。
從圖3中可看到，渦旋定向器74為圓筒形并通過(guò)一個(gè)傾斜的支承壁62a從上表面62下垂延伸到內(nèi)部旋流器54內(nèi)。渦旋定向器74還從支承壁62a向上延伸，以使渦旋定向器74終止于上表面62所在的平面高度上，但這并非很嚴(yán)格。沿渦旋定向器74的中心軸線延伸的是一個(gè)中心體76，該中心體76大體為圓筒形，但可從上端沿朝向其下端的方向略呈錐形。中心體76具有一半球形的遠(yuǎn)端76a，該遠(yuǎn)端終止于渦旋定向器74內(nèi)，但未超出定向器的下端。這一點(diǎn)也不是非常嚴(yán)格的。渦旋定向器74與緊接地定位于渦流定向器74之上方并位于切向排放管22之上游端的腔室78相聯(lián)通。該腔室具有一弧形的外壁80，外壁80大體呈螺旋狀，以使腔室78與切向排放管22以渦管形方式相聯(lián)通。
中心體76與被加工成一定形狀的支承部分84一體制成，從而能夠裝配在腔室78的上端內(nèi)部并抵靠在腔室78的頂板上。支承部分84限定了腔室78的上邊界，而且還為中心體76提供支承。支承部分84的下表面86的形狀大體為螺旋形，從而形成一個(gè)截面面積大體恒定的渦管；而且其下表面還與切向排放管22相鄰接。切向排放管22以類似渦管的形式與腔室78聯(lián)通，接著沿一條在空氣流的方向上距錐形口64的距離逐漸增加的路線延伸。切向排放管22在平面視圖中略成弧形，如圖2所示。在一預(yù)定距離之后，部分切向排放管22中斷，以增加相對(duì)錐形開口64的距離；接著被引向前置電機(jī)過(guò)濾器的殼體24。切向排放管22在入口88處通向殼體24。
適用于圖1和圖2所示的真空吸塵器10上的螺旋形排放管122在圖4和5中被分別示出。圖中還示出了形成相同結(jié)構(gòu)件部分的腔室178和中心體176。中心體176沿軸線200突出，使用時(shí)，該軸線200與圖3所示的渦旋定向器74的軸線同軸。一圓筒形的頸部190包圍該中心體176并支承一密封件192，在使用時(shí)，該密封件192抵靠在渦旋定向器74的上部唇緣上，從而與該上部唇緣一起形成密封。頸部分190通向腔室178，從圖5中可看到，腔室178為螺旋形，從而允許切向排放管22以渦管的形式與腔室178聯(lián)通。切向排放管22相對(duì)中心體的軸線200以一銳角離開腔室178。切向排放管122具有一個(gè)中心軸線202，該軸線202最好以約60°但也可在35°至70°之間變化的角度與軸線200相交。切向排放管122和中心體176的半球形端部176a之間的距離(平行于軸線200測(cè)量的距離)隨沿切向排放管122的距離(增加)而增加。圖5中清楚示出了弧形的切向排放管122。排放管122的遠(yuǎn)端122a被加工成形并被設(shè)置成直接與前置電機(jī)過(guò)濾器的殼體24(見圖1)相聯(lián)通的形式。如果需要，可圍繞排放管122之遠(yuǎn)端122a上的開口設(shè)置一個(gè)密封件。
當(dāng)流體通過(guò)渦旋定向器74離開圖3所示的旋流分離裝置50時(shí)，流體將以很高的角速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)流體流進(jìn)入腔室178內(nèi)時(shí)，該角速度仍然非常大。但是，該切向排放管122和腔室178之間的渦管式連接允許旋轉(zhuǎn)流體沿切線進(jìn)入排放管122并以線性流沿排放管22移動(dòng)。螺旋形的支承部分84之下表面86將旋轉(zhuǎn)流體導(dǎo)入切線排放管22的開口端內(nèi)。此外，由于切線排放管22相對(duì)渦旋定向器74的軸線傾斜，從而增加了排放管22沿下游方向距錐形開口64的距離，因此流體流不會(huì)通過(guò)一個(gè)90°的急彎轉(zhuǎn)向，這就意味著在流體流中所產(chǎn)生的紊流小于在通過(guò)90°急彎轉(zhuǎn)向的情況下所產(chǎn)生的紊流。螺旋形的排放管22為離開分離裝置的流體提供了一條平滑的通道，從而將旋轉(zhuǎn)流體內(nèi)盡可能多的動(dòng)能以壓力能進(jìn)行回收。這種能力回收將使整個(gè)裝置具有更高的效率。
應(yīng)該理解螺旋形或傾斜的切向排放管可被應(yīng)用于那些分離作用產(chǎn)生于旋流器中、同時(shí)用一渦旋定向器為流體提供出口的所有情況。將本發(fā)明應(yīng)用于真空吸塵器上的情形如上所述，但是不能認(rèn)為本發(fā)明僅局限于這種應(yīng)用。也可以想象其它應(yīng)用，例如本發(fā)明可用于其它類型的將顆粒從流體中分離出來(lái)的分離或過(guò)濾裝置，比如柴油機(jī)排氣系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.旋流分離裝置，其包括一個(gè)具有一較大端部和一較小端部的錐形旋流器；一流體入口和一個(gè)定位于旋流器之較大端部上的流體出口，該流體出口與旋流器同軸設(shè)置；一個(gè)與所述流體出口聯(lián)通的切向排放管，其中切向排放管和旋流器的較小端之間的距離沿切向排放管的下游方向增加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的旋流分離裝置，其特征在于所述切向排放管沿位于流體出口下游的大體為螺旋形的路線延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的旋流分離裝置，其特征在于所述切向排放管以一個(gè)介于35°與70°之間的角度相對(duì)旋流器主體的縱向軸線傾斜配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的旋流分離裝置，其特征在于所述切向排放管的中心軸線以一個(gè)介于50°與65°之間的角度相對(duì)旋流器主體的縱向軸線傾斜配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的旋流分離裝置，其特征在于所述中心軸線以大體為60°的角度相對(duì)旋流器主體的縱向軸線傾斜配置。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的旋流分離裝置，其特征在于所述流體出口包括一渦旋定向器。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的旋流分離裝置，其特征在于一中心體定位于流體出口內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的旋流分離裝置，其特征在于所述切向排放管與一個(gè)由流體出口外側(cè)與中心體內(nèi)側(cè)限定而成的環(huán)形腔室相聯(lián)通。
9.基本如附圖所示的旋流分離裝置。
10.一種組裝有上述權(quán)利要求之一所述的旋流分離裝置的真空吸塵器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的真空吸塵器，其特征在于所述分離裝置適合于將灰塵從空氣流中分離出來(lái)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的真空吸塵器，其特征在于所述切向排放管與一個(gè)直接定位于電機(jī)和風(fēng)扇單元上游的前置電機(jī)過(guò)濾器相聯(lián)通。
13.一種基本如附圖所示的真空吸塵器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種旋流分離裝置(50),其包括:一個(gè)具有一較大端部和一較小端部的錐形旋流器(60);一流體入口(66)和一個(gè)定位于旋流器之較大端部上的流體出口(74),該流體出口(74)與旋流器(60)同軸設(shè)置;一個(gè)與所述流體出口聯(lián)通的切向排放管(22),切向排放管(22)和旋流器(60)的較小端之間的距離沿切向排放管(22)的下游方向增加。切向排放管(22)最好沿一基本為螺旋形的路線延伸。這樣就減少了在切向排放管(22)內(nèi)所產(chǎn)生的紊流并允許排出流體的動(dòng)能以壓力能形式被回收。
文檔編號(hào)B04C5/12GK1324271SQ9981264
公開日2001年11月28日 申請(qǐng)日期1999年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月26日
發(fā)明者J·戴森, S·C·朱普, A·馬克萊德 申請(qǐng)人:戴森有限公司