[发明专利]一种全旋流超声速分离装置

权利要求书

1.一种全旋流超声速分离装置，其特征在于，包括外壳以及中心旋流部件；

所述外壳包括由前向后依次连接的稳流收缩段以及扩压分离段；

稳流收缩段包括直管稳流段以及Laval喷管渐缩段；

直管稳流段位于Laval喷管渐缩段的前侧，且与所述Laval喷管渐缩段相连；

直管稳流段采用柱状结构；Laval喷管渐缩段采用维托辛斯曲线结构，即Laval喷管渐缩段以与直管稳流段的连接处为起点，朝向扩压分离段按照维托辛斯曲线逐渐收缩；

扩压分离段包括Laval喷管扩张段、环形集液槽以及二次扩压段；

Laval喷管扩张段与Laval喷管渐缩段相连；

Laval喷管扩张段采用锥形结构，即由前向后逐渐成扩张趋势；

环形集液槽与二次扩压段嵌套为一体，且环形集液槽位于二次扩压段的外侧；

环形集液槽与二次扩压段为同轴连接；

由环形集液槽和二次扩压段组成的整体位于Laval喷管扩张段的后侧，且Laval喷管扩张段与由环形集液槽和二次扩压段组成的整体连接；

直管稳流段、Laval喷管渐缩段、Laval喷管扩张段以及环形集液槽同轴连接；

中心旋流部件包括前中心旋流部件以及后中心旋流部件；其中，前中心旋流部件位于直管稳流段以及Laval喷管渐缩段内，后中心旋流部件位于Laval喷管扩张段内；

前中心旋流部件包括前端旋流叶片支撑体以及多个前端旋流叶片；

前端旋流叶片支撑体的前部位于直管稳流段内，且呈半椭球型；前端旋流叶片支撑体的后部位于Laval喷管渐缩段内，且具有与所述Laval喷管渐缩段相适应的形状；

各个前端旋流叶片分别安装于前端旋流叶片支撑体的前部表面；其中，前端旋流叶片的最外侧点与直管稳流段内表面接触，前端旋流叶片的最外侧卡在直管稳流段的内表面；

后中心旋流部件包括后端旋流叶片支撑体以及多个后端旋流叶片；

后端旋流叶片支撑体与前端旋流叶片支撑体连接；

后端旋流叶片支撑体采用直杆结构，其长度与Laval喷管扩张段的长度相等；

各个后端旋流叶片沿所述后端旋流叶片支撑体的长度方向依次安装，且沿着后端旋流叶片支撑体的长度方向，各个后端旋流叶片的尺寸由前向后依次增大。

2.根据权利要求1所述的全旋流超声速分离装置，其特征在于，

所述稳流收缩段的后端与所述扩压分离段的前端通过法兰连接。

3.根据权利要求1所述的全旋流超声速分离装置，其特征在于，

所述Laval喷管渐缩段的后端出口与Laval喷管扩张段的前端入口截面半径相同。

4.根据权利要求1所述的全旋流超声速分离装置，其特征在于，

所述环形集液槽包括环形集液槽外侧壁和环形集液槽内侧壁；环形集液槽外侧壁的前端与Laval喷管扩张段的后端相连；环形集液槽内侧壁的前端与二次扩压段的前端相连。

5.根据权利要求1或4所述的全旋流超声速分离装置，其特征在于，

所述二次扩压段为圆台形，且二次扩压段的张角与Laval喷管扩张段的张角相同。

6.根据权利要求1所述的全旋流超声速分离装置，其特征在于，

所述Laval喷管渐缩段的曲线满足如下方程：

式中，x表示由Laval喷管渐缩段的入口处算起由前向后的轴向距离；

其中，Laval喷管渐缩段入口处x＝0；

r表示Laval喷管渐缩段轴向距离x处的截面半径；

L为Laval喷管渐缩段的长度；

r₁为Laval喷管渐缩段入口处截面半径；r_cr为Laval喷管渐缩段的后端出口处截面半径。

7.根据权利要求6所述的全旋流超声速分离装置，其特征在于，

所述Laval喷管扩张段的长度满足以下公式：

式中，为Laval喷管扩张段的张角；

r₂表示Laval喷管扩张段出口的截面半径；l₂表示Laval喷管扩张段的长度。