摘 要：旋流分离器具有结构简单、无运转部件、处理量大、效率高和压降适中等优点。本文主要以专利全文库数据库中的检索结果为分析样本，从专利文献角度的视角对旋流分离器短路流抑制技术的发展进行了全面的统计分析，总结了与旋流分离器短路流抑制技术相关的国外和国内专利的申请趋势，并对各技术分支和重要申请人发展脉络进行了梳理。

关键词：旋流分离器，短路流，专利申请

前言：旋流分离器的流场中存在盖下短路流、二次祸以及底流口旋流尾祸的摆动等现象，这些现象均会对旋流器的分离性能产生不利影响。当被处理介质进入旋流分离器后，在旋流器顶板、溢流管外壁与筒体内壁之间形成二次涡。这种二次涡会把一部分集在外壁的颗粒向上带到顶板处而形成“顶灰环”，并且相当数量的颗粒会向内运动，沿溢流管外壁向下运动，最后随中心上升的内旋流逸出溢流管，这部分未经分离便直接从溢流管逃逸的被处理介质，被称作短路流[1]。

1. 旋流分离器短路流抑制技术专利申请概况

从旋流分离器短路流抑制技术全球专利申请和中国专利申请的总体趋势来看，中国申请量明显上升，中国相对于全球专利申请而言较晚，而其他国家的技术已相对趋于成熟。从旋流分离器短路流抑制技术申请量来源国构成来看，日本、美国和中国的申请量明显高于其他国家，日本和美国的专利大部分集中在集尘器技术领域，且虽然中国的申请量较大，但是专利的质量与技术含量并未达到较高水准。除此之外，韩国和欧洲的申请量次之。

2. 旋流分离器短路流抑制技术分支

旋流分离器的结构并不复杂，其技术分解可以从旋流分离器的各组成部分来进行分解，因此，本文将旋流分离器短路流抑制技术分支为：改变溢流管的长度、改变导入管的位置和结构、拱形顶板及顶板结构改变、溢流管外壁结构改变、柱段内壁结构改变、溢流管外壁外力干扰、溢流管套管等组合结构。

对于溢流管外壁结构改变的技术发展，US4863605A公开了带有开口的圆形加厚弯曲固体排放管顶部的水力旋流器;CN2183824Y中溢流管外壁的环形齿起导流和折流作用，使短路流很难发生;AU5720599 A 具有轴向伸入旋风分离器内部的涡流探测器，通过减少流入底流出口和溢流出口的短路流;JPH11325747A通过改变溢流管的长度即插入柱体的长度来降低压力损失;CN204247405U在溢流管道内设置的带有筛孔的球冠防止溢流管跑粗现象;CN101422757A中下扩口锥环的锥形结构又会使平衡尘粒面向外扩，有利于减少尘粒的短路;CN109107786A收缩锥的下端口直径较其他旋风可设计的更小，并布置一定数量的孔洞以降低旋风运行阻力。

对于改变导入管位置和结构的技术发展，CN201399389Y中记载了由于旋风分离器具有一定的入口倾角后会使得粉尘由于重力和惯性力的作用直接进入到旋风分离器的芯管以下甚至是锥体部分以减小芯管底部短路流;CN204122261U中的矩形喷嘴的结构形式可最大限度的抑制短路流的发生;CN204710582U中的螺旋通道延伸段增加对由径向速度和轴向速度在螺旋通道下端引起的气流径向向心流动的阻挡，从而减小气流“侧向膨胀损失”和“短路流”。

对于拱形顶板及顶板结构改变的技术发展，CA2146093A1利用拱形结构抑制短路流;CN106423594A中利用锥形面结构改善旋流器短路流的影响;CN106475238A利用设置在顶板内壁面的环形导流板或/和螺旋导流板，限制顶板短路流的流量;CN108296032A通过圆柱段中的组合结构有效防止流体的短路流动。

对于柱段内壁结構改变的技术发展，US7248743在整个水力旋流器中建立包含颗粒固体和洗涤液流的同心流型;CN101898175A中在环形分离区开有槽道，使上灰环所导致的固体颗粒的短路流降低。

对于溢流管外壁外力干扰的技术发展，CN2102803U中转动叶栅主要用于搅拌气流，使气流获得更高旋转速度，减少二次短路流动;CN102688811A在排气管外增设一夹层，通过夹层上的二次风进口从外界引入新鲜的空气，对流场中的切向和径向速度进行控制，从而较大程度上阻止了短路流的产生。

对于溢流管套管等组合结构的技术发展，US4224143A运用溢流管套管的结构来抑制短路流;CN103041936A中进口处的漏斗云状涡旋加速器或变流腔，具有单向或多向逐渐变化的入口尺寸，有效防止含尘浓度高的上灰环流走短路造成除尘效果的降低。

3. 旋流分离器短路流抑制技术专利中国重要申请人的发展

目前中国在这方面研发力度投入较大的主要是石油技术领域以及空气清洁的技术领域，中国专利申请人大部分布在公司和大学、学院等科研院所，其中申请量较大的申请人有中国石油大学19件以及宁波神通模塑有限公司12件。

中国石油大学的技术发展路线包括：CN2438508Y上下两曲面b、c配合应用有效阻碍短路流;CN2848361Y排气管下部切口能够使旋风分离器环形空间流场更加对称;CN2882798Y溢流管末端凹环面设计避免了由于上行流对溢流管底部环面的冲击而造成在 溢流管底口附近产生局部流场紊乱现象;CN200991661Y 具有锥罩形排气管结构解决现有技术存在的由于盖下短路流导致效率下降的问题;CN204122261U矩形喷嘴的结构形式可以最大限度的抑制短路流的发生;CN204710582U排气管插入螺线筒体内部可减少排气管末端“短路流”;CN105214860A分流型芯管，形成第三次分离，减小短路流粉尘通过率;CN105498986A分隔进气分流排气的旋风分离器采用分隔式进气方式减少分离过程的短路流。

4. 结语

本文分析了旋流分离器短路流抑制技术领域的专利申请状况以及各技术分支的申请趋势，并对本领域重要申请人的主要技术进行了梳理，通过以上分析可以看出，旋流分离器短路流抑制技术的重点是对溢流管外壁结构进行改变的技术方面研究较多。

参考文献：

[1]袁惠新，陈国金，俞建峰等.水力旋流器盖下短路流的研究[J].流体机械，2000，28（12）：10-12.

龙筱晔，女，汉，湖南长沙，1987.11，硕士研究生，助理研究员，国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心（江苏苏州215163），研究方向：矿物分选，写作方向：旋流分离器