CN102059070B - 水力/超声耦合空化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水力/超声耦合空化装置，包括水力空化机构和超声波功能机构，所述的水力空化机构上安装有超声波功能机构；超声波功能机构包括超声换能器、连接法兰、变幅杆以及功能夹具，超声换能器通过连接法兰与变幅杆连接，变幅杆与功能夹具连接，水力空化机构设置在功能夹具内，水力空化机构可以是文丘里管、孔板或者液哨。本发明具有的优点是：电超声空化装置与水力空化装置相结合，超声空化和水力空化的耦合协同作用会大大增强空化的效果，使空化能量、声压、声强、效率都得到大幅提高。可有效的用于污水降解处理，油水破乳处理、液体灭活处理、中药提取、诱导结晶处理、酒类陈化处理以及物料的均匀分散处理等工业生产过程中。

Description

水力/超声耦合空化装置
技术领域
本发明涉及空化技术领域，是一种结构简单、可用于规模生产、能实现空化功能、全面、综合、互补的水力/超声耦合空化装置。
背景技术
空化是指当液体的压强下降到足够低时液体中空泡的生成、发展和溃灭及其后续的动力学行为。
研究表明：在空化场中，在液体内部形成无数的空泡，空泡溃灭时在空泡内部及空泡周围的极小空间内产生瞬时高温、高压，并在空泡周围的液体中形成强烈的冲击波和高速微射流。因此，空泡溃灭时将伴随着极其复杂的物理、化学效应，如机械效应、热效应、光效应和活化效应等。机械效应主要表现在非均相反应界面的复杂激烈运动增强；化学效应主要表现在空化过程中产生的高温高压使有机物降解，使分子微粒有效碰撞增加化学键断裂和产生自由基等。机械效应过程包括吸附、结晶、物料微细化、过滤以及超声清洗等，化学效应的过程主要包括电化学、非均相化学反应有机物质的降解、加速化学反应以及产生自由基等。
按照空化的产生方式大致分为超声空化和水力空化。
“超声空化”是指在声场的作用下，液体内部压力周期性变化，在液体内部微小气核瞬间膨胀并瞬间溃灭的持续不断的激烈而复杂运动。“超声空化”是一种复杂的流体动力学现象，是液体所特有的。
应用电动式换能器，包括配用变幅杆的加强功能组合及反应器罐外壁附贴式换能器在内的超声装置，在实验室和小规模小容器的有限空间条件下，效果较好，但是将应用放大至中试规模或更大规模时，就会出现很不稳定的功能削弱现象。上述“超声空化”效应所产生的声化学等功能，只局限于接近超声换能器端面的很小空间内，并且空化场不均匀，空化效应不明显，放大难度较大。
水力空化是指流体与固体作相对高速剪切运动时(如流体流经孔板)，在流体内部产生局部低压，当压力降至空化初生压力时，就会产生大量不断产生又不断溃灭的空泡。相对于超声空化而言水力空化，设备简单、成本低廉，能产生大规模的空化场(如孔板、文丘里管、各种哨等)，但是水力空化的空化强度不及超声空化，往往不足以进行某些声化学反应。
鉴于超声空化和水力空化的优点和不足，有必要结合水力空化装置对现有的超声波空化装置进行结构的改进，以适应大规模空化处理的需求。
发明内容
针对上述现有技术存在的局限和不足，本发明的目的是提供一种能产生空化效应，结构简单、应用广泛，适用于大规模生产需要的水力/超声耦合空化装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：空化装置，包括水力空化机构和超声波功能机构，水力空化机构上安装有超声波功能机构。
所述的超声波功能机构包括超声换能器，连接法兰，变幅杆以及功能夹具，超声换能器通过连接法兰与变幅杆连接，变幅杆与功能夹具连接，水力空化机构由功能夹具夹持。
所述的变幅杆与功能夹具通过连接螺杆连接。
所述的功能夹具由上夹套和下夹套组成，上夹套与下夹套之间通过螺栓连接固定。
所述的水力空化机构为文丘里管、孔板、液哨中的一种或它们的组合。
本发明具有的优点是：在水力空化机构文丘里管或者是孔板上加上超声波辅助装置，通过超声波辅助装置产生的超声空化作用与传统水力空化装置产生的水力空化作用叠加，当有一定流速的液体在管内定向流经文丘里管段，或流经孔板结构状管段，或流经有液哨装设的管段时，产生高剪切相对运动和局部低压，所产生的空化效应与管外功能夹具聚焦辐照的超声波耦合所产生的叠加效应，令流液中瞬猛而大量产生气核，继而瞬即长大破碎溃灭，两种空化耦合互彰，很大程度地增大了空化强度，使空化能量、声压、声强、效率都得到大幅提高。可以有效地应用于污水降解处理，油水破乳处理、液体灭活处理、中药提取、诱导结晶处理、酒类陈化处理以及物料的均匀分散处理等工业生产过程中。
附图说明
图1为本发明水力/超声耦合空化装置实施例1的立体结构图；
图2为本发明水力/超声耦合空化装置实施例1的局部剖视结构图；
图3为本发明水力/超声耦合空化装置实施例1的左视结构图；
图4为本发明水力/超声耦合空化装置实施例1中的机械式超声波液哨的左视图；
图5为本发明水力/超声耦合空化装置实施例1中的机械式超声波液哨的局部剖视图；
图6为本发明水力/超声耦合空化装置实施例2的立体结构图；
图7为本发明水力/超声耦合空化装置实施例2的左视结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明超声空化装置进行详细的说明。
实施例1
水力/超声耦合空化装置，如图1～3所示，包括水力空化机构和超声波功能机构，在水力空化机构上安装有超声波功能机构。水力空化机构可以是文丘里管6。超声波功能机构包括超声换能器1、连接法兰2、变幅杆3以及功能夹具5，超声换能器1通过连接法兰2与变幅杆3连接，变幅杆3与功能夹具5连接，文丘里管6由功能夹具3夹持。连接法兰2设置在节点位上。功能夹具5夹持在文丘里管6的液哨或偏下的部位，通过压电超声空化与文丘里管6自身的水力空化有机组合，在互不干扰的情况下，空化能量、声压、声强以及效率将得到大步提高。在有效的强化文丘里管的空化作用后，使其应用效果更好，范围更广。变幅杆3与功能夹具5通过连接螺杆4连接。功能夹具5可以由上夹套和下夹套组成，上夹套与下夹套之间通过螺栓10连接固定。在超声换能器1上预留有冷却接口7和固定螺栓8。在文丘里管6的端口部设置有连接管牙，以便于连接。
文丘里管6内的液哨为机械式超声波液哨，如图4和图5所示，其包括设置有射流孔的连接头9和连接体，连接头9与连接体组成空腔11，在空腔内设置有簧片10固定在连接体上，簧片10正对着射流孔。超声波功能机构夹持在机械式超声波液哨的空腔11部位。
实施例2
水力/超声耦合空化装置，如图6～7所示，在功能夹具5内夹持的是孔板9，加持点位于孔板处或孔板偏下位置。在孔板9的端口部设置有密孔法兰，以便于连接。
以上所述的超声换能器1可以是压电陶瓷型与磁致伸缩型的，其频带为：10khz～130khz，单个功率：5～5000w。
上述实施例并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。

Claims (2)

1.水力和超声耦合空化装置，包括水力空化机构和超声波功能机构，其特征在于：所述的水力空化机构上安装有超声波功能机构；所述的超声波功能机构包括超声换能器、连接法兰、变幅杆以及功能夹具，超声换能器通过连接法兰与变幅杆连接，变幅杆与功能夹具连接，水力空化机构由功能夹具夹持；所述的功能夹具由上夹套和下夹套组成，上夹套与下夹套之间通过螺栓连接固定；所述的水力空化机构为文丘里管、孔板、液哨中的一种或它们的组合。
2.如权利要求1所述的水力和超声耦合空化装置，其特征在于：所述的变幅杆与功能夹具通过连接螺杆连接。
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