CN100435976C - 叶片式脉动发生器 - Google Patents

Abstract

一种叶片式脉动发生器，包括阀壳、贯穿阀壳的流体通道及位于阀壳两侧的安装端面，还包括安装在阀壳内的一对圆锥齿轮、固定安装在阀壳上的静叶片、与静叶片配合的动叶片，静叶片与动叶片上开有通孔，静叶片上的通孔与动叶片上的通孔同轴安装，流体通道为直通道，静叶片与动叶片垂直安装在流体通道内，一对圆锥齿轮为固接的水平圆锥齿轮和竖直圆锥齿轮，竖直圆锥齿轮的转动轴穿过静叶片的中心与动叶片中心固接，水平圆锥齿轮的转动轴穿出阀壳连接外接的调速电机。本发明叶片式脉动发生器结构简单、加工方便、能量损耗小、脉动频率可直接调节。

Description

叶片式脉动发生器

(一)技术领域

本发明涉及一种叶片式脉动发生器。

(二)背景技术

叶片式脉动发生器主要应用于脉动流强化传热、传质及某些化学反应的管路中，为这些过程提供脉动流。

脉动流是指速度、压力或流量等特性参数由于受到外界激励而发生周期性变化的流体。这种流体在工程实际和日常生活中并不少见，如人类的动脉血液和呼吸气流都是脉动流。该流体与普通的稳态流动流体在流动和传热传质方面有很大程度的不同，它能够非常有效的强化流体流动和传热传质效果。目前已有文献中实验证明该流体强化传热最高可达20倍以上，而传质效果更佳，可以成几个数量级的提高传质效果。而相应的脉动流(或振荡流)强化传热传质和化学反应的应用范例不胜枚举，如换热器、干燥过程、电子冷却、航空航天、生物医学、海洋工程、扩散式化学反应、混合气体的分离等。

能够为工程强化过程提供脉动流体或对流体实现脉动激励的装置被称为脉动发生器，这是实现脉动流强化作用的前提。也就是说，各种脉动流强化过程必须存在脉动式流动的流体，而这一过程的实现是通过脉动发生器来完成的。

脉动发生器被安装的位置通常是流体源(提供流体的装置)和作用设备(流体发生传热传质的位置)之间，脉动发生器通过与调速电机连接实现可调频脉动，前端与流体源连接，后端与工作段相连接。

目前已经检索到的国内外相关专利主要有两项：提供脉动流体的装置和方法(申请号99804701.5)和“Mechanically-driven pulsating flow valve for heat andmass transfer enhancement”(Patent Number：6053203)。以上两项专利分别出自国家知识产权局和美国专利网，二者申请人分别为美国新墨西哥州加利福尼亚大学董事会和美国人David J.Sailor&Daniel J.Rohli。中国专利99804701.5公开的提供脉动流体的装置和方法，应用背景比较专一，主要用于清除在制造集成电路或其它电子元器件(如电路板、光波导和平板显示器)时使用的光刻胶材料。该专利中生成脉动流的装备为以高压脉冲与低压脉动形式交替的泵，且该专利中并无任何关于此种泵的具体描述。

美国专利6053203，公开了一种机械驱动脉动阀：主要包括入口(jet inlet)、出口(jet outlet)、阀壳(cap)、驱动转轴(driven shaft)、气体通道(machinedpassage)几部分组成，其结构图如图2所示。由流体源提供稳态流动流体，从入口进入该脉动发生器，由于驱动转轴通过电机带动会周期性的使气体通道与进出口连通和关闭，这样也就实现了对原始流体的脉动激励，使其流量、压力、速度等物性参数发生周期性的变化，从而具有了脉动流的特性。

这种脉动阀结构复杂、加工困难，由于流体通道有折弯，能量损耗大。调速电机或电动机的通用单位为转每分钟(r/min)，而流体脉动频率的单位通常采用赫兹(Hz)，即每秒钟实现多少次脉动，这样对输入转速和输出频率之间造成了一定的麻烦，需要通过关系换算来实现输入前后频率数值的统一，不利于研究和生产，操作繁琐。

(三)发明内容

为了克服已有技术中结构复杂、加工困难、能量损耗大、脉动频率与激励机构的转速之间的关系需通过换算来实现，操作繁琐的不足，本发明提供一种结构简单、加工方便、能量损耗小、脉动频率可直接调节的叶片式脉动发生器。

本发明的技术方案是：

一种叶片式脉动发生器，包括阀壳、贯穿阀壳的流体通道及位于阀壳两侧的安装端面，还包括安装在阀壳内的一对圆锥齿轮、固定安装在阀壳上的静叶片、与静叶片配合的动叶片，所述的静叶片与动叶片上开有通孔，静叶片上的通孔与动叶片上的通孔同轴安装，所述的流体通道为直通道，静叶片与动叶片垂直安装在流体通道内，所述的一对圆锥齿轮为固接的水平圆锥齿轮和竖直圆锥齿轮，竖直圆锥齿轮的转动轴穿过静叶片的中心与动叶片中心固接，水平圆锥齿轮的转动轴穿出阀壳连接外接的调速电机。

所述的一对圆锥齿轮外设有圆锥齿轮防尘罩。

圆锥齿轮传动比与脉动叶片通孔个数的乘积为60，所述的静叶片与动叶片上的通孔形状相似或相同。

所述的阀壳通过螺栓直接固定在管路的两法兰之间。

所述的阀壳两端面为法兰，通过法兰连接安装在管路中。

本发明叶片式脉动发生器的工作原理为：静叶片固定在发生器阀壳上，而动叶片则是由调速电机通过水平圆锥齿轮的转轴经锥齿传递转动作用，围绕竖直圆锥齿轮的转轴周期性转动，使静叶片和动叶片上的通孔实现周期性的开启和关闭。流动介质从脉动发生器通道的入口流至出口，遇到周期性开闭的通道结构，从而实现了对该流动工质的脉动激励，也就产生了具有周期性变化特性的脉动流。

通过叶片开孔个数和齿轮传动比的组合，实现输入转速与输出流体脉动频率的数值相等。例如，调速电机输入转速为50r/min，经过1∶10的齿轮传动比后，转速变为500r/min，又因脉动叶片通孔个数为6个，即动叶片每转动一周，与静动叶片之间开闭6次，系统对通过阀体的流体实现6次脉动激励，这样对应频率为3000次/分钟，换算为标准单位为50Hz。此频率数值与调速电机转速的数值相同，在工程使用中就不需要进行由于转速单位与脉动频率单位不同及齿轮传动比、开孔个数而带来的相关关系转换了。上述范例中齿轮传动比与开孔个数的组合除例中所述外还包括其他工程实际允许的其他方案，如传动比为20，开孔个数为3个和在调速电机与叶片式脉动发生器转动输入转轴之间设置调速装置等。

本发明所述的叶片式脉动发生器的有益效果主要表现在：1、结构简单、加工方便，能够保证转轴之间转动与传动稳定可靠，较其他脉动发生器更容易实现脉动激励；2、流体通道直线布置，能量损耗小；3、通过锥齿传动比与叶片孔数的共同作用，实现了所连接调速电机的转速数值等于流体脉动频率的数值，转速与频率数值量统一，无需换算，同时由于使用了调速电机，也就实现了流动工质脉动频率的可调性；4、即可采用“夹持式”安装，也可采用“法兰式”安装结构，尤其是“夹持式”安装不会造成由于法兰标准尺寸的限制而仅限与某一种管路配套使用，增强了通用性。

(四)附图说明

图1是叶片式脉动发生器工作流程示意图。

图2是现有叶片式脉动发生器的结构示意图。

图3是本发明叶片式脉动发生器的结构示意图。

图4是本发明实施例一的管路安装图。

图5是本发明实施例一的静叶片结构示意图。

图6是本发明实施例一的动叶片结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例一

参见附图：一种叶片式脉动发生器，包括阀壳、贯穿阀壳的流体通道及位于阀壳两侧的安装端面，还包括安装在阀壳内的一对圆锥齿轮、固定安装在阀壳上的静叶片3、与静叶片配合的动叶片4，所述的静叶片与动叶片上开有6个相同个数的通孔，静叶片上的通孔与动叶片上的通孔同轴安装，所述的流体通道为直通道，静叶片与动叶片竖直安装在流体通道的出口处前端，所述的一对圆锥齿轮为固接的水平圆锥齿轮1和竖直圆锥齿轮2，竖直圆锥齿轮的转动轴5穿过静叶片的中心与动叶片中心固接，水平圆锥齿轮的转动轴6穿出阀壳连接外接的调速电机。

所述的一对圆锥齿轮外设有圆锥齿轮防尘罩。

所述的阀壳通过螺栓直接固定在管路的两法兰之间。

实施例二

所述的阀壳两边为法兰，通过法兰连接安装在管路中。

本实施例其余结构与实现方式与实施例一相同。

Claims (6)

1、一种叶片式脉动发生器，包括阀壳、贯穿阀壳的流体通道、位于阀壳两侧的安装端面、固定安装在阀壳上的静叶片和与静叶片配合的动叶片，所述的静叶片与动叶片上开有通孔，静叶片上的通孔与动叶片上的通孔同轴安装，所述的流体通道为直通道，静叶片与动叶片垂直安装在流体通道内，其特征在于：还包括安装在阀壳内的一对圆锥齿轮，所述的一对圆锥齿轮为固接的水平圆锥齿轮和竖直圆锥齿轮，竖直圆锥齿轮的转动轴穿过静叶片的中心与动叶片中心固接，水平圆锥齿轮的转动轴穿出阀壳连接外接的调速电机。

2、如权利要求1所述的叶片式脉动发生器，其特征在于：所述的一对圆锥齿轮外设有圆锥齿轮防尘罩。

3、如权利要求1所述的叶片式脉动发生器，其特征在于：圆锥齿轮传动比与脉动叶片通孔个数的乘积为60，所述的静叶片与动叶片上的通孔形状相似或相同。

4、如权利要求2所述的叶片式脉动发生器，其特征在于：圆锥齿轮传动比与脉动叶片通孔个数的乘积为60，所述的静叶片与动叶片上的通孔形状相似或相同。

5、如权利要求1-4之一所述的叶片式脉动发生器，其特征在于：所述的阀壳通过螺栓直接固定在管路的两法兰之间。

6、如权利要求1-4之一所述的叶片式脉动发生器，其特征在于：所述的阀壳两端面为法兰，通过法兰连接安装在管路中。

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