CN102297112A - 一种超声水力射流空化泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声水力射流空化泵，泵体内腔由隔板和射流装置将其分隔成上、中、下三个腔室，最上方的腔室中安装有固定在泵体上方的电机主轴和联轴器，电机主轴垂直贯通至泵体底部并由轴承固定，电机主轴外部套装有加强轴套；泵体中间的腔室是均化室，均化室外壁上开有回流口且周向均匀布置4-8个超声发生器；下方的腔室外壁上分别开有吸入口和末级压力出口，两级以上的叶轮固定安装在下方的腔室内的电机主轴上；射流装置上设置有溢流阀；本发明通过集成的多级叶片及超声与水力射流发生器复合作用，使液体介质产生空化，其空化程度可控并且空化效果更均匀一致。

Description

一种超声水力射流空化泵

技术领域

本发明涉及一种超声水力射流空化泵，具体地说是在射流空化过程中加入超声发生器进行复合作用，且将两种空化发生装置与多级离心泵集成在一起，使空化条件可控，在空化循环过程中使流体介质达到均化的超声射流复合空化泵。

背景技术

水力空化是液体介质射流通过一个几何孔板、文丘里管等射流装置时产生压降，溶解在液体介质中的微小气体核会释放，当在管孔末端压力降至液体介质饱和蒸汽压及以下时由于剧烈气化作用气体核产生大量空化泡，随着压力继续降低气泡膨大，在均化室压强恢复时瞬间爆灭产生高温(1000K以上)和爆灭高压(10～50Mpa)，由此空化爆灭产生的冲击波和射流产生局部高浓度具有高化学活性的氧化OH，利用这一特性使溶液中的有机污染物发生氧化反应，将有机污染物降解为无害物质，或者利用空化时产生的高温、高压极端环境的性质将添加在液体介质的添加剂分子链裂解，产生自由基活化效应使介质与添加剂融合的化学、物理过程强化。例如在生物燃油与食品工业生产过程中，过去均利用乳化作用使其融合，但长期放置后还会分层，而采用空化生产后则达到溶液完全融合。此外还利用空化产生的羟自由基进行杀菌、生物降解，或工件、油污表面加热冲洗作用。

目前水力射流强化技术作为反应过程强化手段也应用于生物柴油制备，用于进行酯交换反应过程。机械均质搅拌和水利空化技术强化相比较，水力空化技术强化醇油互不相容体系酯交换反应传质过程，缩短酯交换反应时间，提高反应转化率。其强烈的超声乳化均质和射流空化作用是醇油两相反应界面增加互相作用加速进行，空化的局部高温高压作用影响反应平衡，促使酯交换反应更迅速彻底。有超声复合作用产生空穴效应进一步改善起始空化化条件，空化数值越低空化现象越激烈，强化反应生成物越多，转化率越高，同时达到平衡时间也缩短。

在空化状态时射流的搅拌作用和超声的均质作用可应用于食品、饮料的液体的均质灭菌消毒，同时加强乳化程度，遏制水悬浊及液体分层，同理对药品的针剂溶剂、载体中含有悬浊物的分解都能起到良好作用，减少为处理分层、悬浊所用的化学添加剂，保障食品安全起到作用。

目前在市场上还尚未有成熟的空化设备应用在食品和药品领域中。

发明内容

本发明提供一种超声水力射流空化泵，通过集成在多级离心叶片泵一体内的超声与水力射流发生器复合作用，使液体介质产生空化，其空化程度可控并且空化效果更均匀一致。

本发明的超声水力射流空化泵包括泵体、电机、加强轴套、电机主轴、射流装置、叶轮、溢流阀和超声发生器；其中泵体上端设有连接法兰，泵体内腔由隔板和射流装置将其分隔成上、中、下三个腔室，最上方的腔室中安装有固定在泵体上方的电机主轴和联轴器，电机主轴垂直贯通至泵体底部并由轴承固定，电机主轴外部套装有加强轴套，电机通过法兰与泵体上端的安装法兰固定连接；泵体中间的腔室是均化室，均化室外壁上开有回流口且周向均匀布置4-8个超声发生器；下方的腔室外壁上分别开有吸入口和末级压力出口，吸入口位于泵体的底部，末级压力出口位于射流装置的下方，两级以上的叶轮固定安装在下方的腔室内的电机主轴上；射流装置上设置有溢流阀。

其中，射流装置可为几何孔板或文丘里管；溢流阀起到超压时的溢流和调节工艺参数压力的作用。

工作过程和原理：启动电机后，叶轮的高速旋转使空化介质从吸入口进入泵体下方的腔室，空化介质的压力随叶轮的级数从零逐级升高，到最高一级的叶轮时达到最高，在压力的作用下空化介质产生离心射流直接进入几何板孔或文丘里管进行空化，空化后的液体介质进入均化室，在超声发生器组成的超声阵列的作用下，液体介质中在运动过程中就会悬浮着一批气相的微泡，超声发生器提供改变空化起始条件，加强射流空化作用，增强两相或多相介质互相反应作用，缩短交换反应时间，提高反应转化率，同时加速空化的局部高温高压影响反应平衡，促使交换反应更迅速彻底；在均化室均化后的空化介质通过回流口再循环至吸入口进行二次循环空化处理，当空化介质在末级压力出口的压力下降到设定的压力时，此时空化介质已达到了空化要求，空化介质从末级压力出口输出，同时吸入口实时补充新的空化介质以保证空化过程的连续循环。

由于在射流空化过程中，提供连续的压力和流量等参数，及其液体中的气核、杂质的多少都可能影响到过空化的产生的危害，因此超声发生器还有反馈其振动强度的功能，分析检测结果控制调频或伺服电机改变转速，以改变物理参数达到控制减少空化振动产生，减少爆震冲击破坏作用，提高设备的使用寿命和提供空化液体介质的品质。

在空化过程中本发明可以单独一个泵使用，在多次泵内循环往复空化，经物理或化学检测达到指标后从末级压力口排送到成品储罐中，也可在空化的中途排入下一级泵的吸口继续进行空化过程，组成连续生产线，使流体介质空化至所需要求的空化度。

本发明还可以每个泵单独空化多次循环方式工作，还可以数级，或数十级单次循环工作方式连接，每个泵空化循环一次，排入下一级泵中继续进行再次空化，形成连续生产线过程。也可一个泵多次内部循环，部分排出至下一级泵再多次循环的工作方式的半连续过程，直至达到空化度和理化指标的要求。本发明即可形成串联大流量生产空化液体介质的模式，也可单独循环组成网络的半连续生产空化液体介质的模式，更可以以单独一个或几个泵组成高品质空化单元形式供液体介质配方调试。

有益效果：本发明可明显改变流体介质空化的起始条件，利用超声加速空化产生，不受流体介质所局限，强化射流空化作用，增强两相或多相介质互相反应作用，缩短交换反应时间，提高反应转化率；同时加速空化的局部高温高压影响反应平衡，促使交换反应更迅速彻底，使液体介质空化程度可控和空化效果更均匀一致并完善了空化过程的控制程度；本发明还解决了射流空化过程的设备雍多繁杂的问题。

附图说明

图1是本发明一种超声水力射流空化泵的结构示意图

其中：1-电机、2-联轴器、3-轴密封、4-射流装置、5-回流口、6-叶轮、7-吸入口、8-末级压力出口、9-溢流阀、10-超声发生器、11-均化室、12-加强轴套、13-主轴、14-泵体。

具体实施方式

如附图1所示，本发明的超声水力射流空化泵包括泵体14、电机1、加强轴套12、电机主轴13、射流装置4、叶轮6、溢流阀9和超声发生器10；其中泵体14上端设有连接法兰，泵体14内腔由隔板和射流装置4将其分隔成上、中、下三个腔室，最上方的腔室中安装有固定在泵体14上方的电机主轴13和联轴器2，电机主轴13垂直贯通至泵体14底部并由轴承固定，电机主轴13外部套装有加强轴套12，电机通过法兰与泵体14上端的安装法兰固定连接；泵体14中间的腔室是均化室11，均化室11外壁上开有回流口5且周向均匀布置6个超声发生器10；下方的腔室外壁上分别开有吸入口7和末级压力出口8，吸入口7位于泵体14的底部，末级压力出口8位于射流装置4的下方，四级叶轮6依次固定安装在下方的腔室内的电机主轴13上；射流装置4上设置有溢流阀9。

其中，射流装置4采用文丘里管；溢流阀9起到超压时的溢流和调节工艺参数压力的作用。

工作原理：启动电机1后，叶轮6的高速旋转使空化介质从吸入口7进入泵体14下方的腔室，空化介质的压力随叶轮6的级数从零逐级升高，第一级叶轮6可使空化介质的压力升高0.1MP，到第四级的叶轮6时可达到最高0.4MP，在压力的作用下空化介质产生离心射流直接进入文丘里管进行空化，空化后的空化介质进入均化室11，在超声发生器10组成的超声阵列的作用下，空化介质中在运动过程中就会悬浮着一批气相的微泡，超声发生器10提供改变空化起始条件，加强射流空化作用，增强空化介质中两相或多相介质互相反应作用，缩短交换反应时间，提高反应转化率，同时加速空化的局部高温高压影响反应平衡，促使交换反应更迅速彻底；在均化室11均化后的空化介质通过回流口5再循环至吸入口7进行二次循环空化处理，当空化介质在末级压力出口的压力下降到0.32MP时，此时空化介质已达到了空化要求，空化介质从末级压力出口8输出，同时吸入口7实时补充新的空化介质以保证空化过程的连续循环。

Claims (5)

1.一种超声水力射流空化泵，包括泵体(14)、电机(1)、加强轴套(12)、电机主轴(13)、射流装置(4)、叶轮(6)、溢流阀(9)和超声发生器(10)；其特征在于所述泵体(14)上端设有连接法兰，泵体(14)内腔由隔板和射流装置(4)将其分隔成上、中、下三个腔室，最上方的腔室中安装有固定在泵体(14)上方的电机主轴(13)和联轴器(2)，电机主轴(13)垂直贯通至泵体(14)底部并由轴承固定，电机主轴(13)外部套装有加强轴套(12)，电机(1)通过法兰与泵体(14)上端的安装法兰固定连接；泵体(14)中间的腔室是均化室(11)，均化室(11)外壁上开有回流口(5)；泵体(14)下方的腔室外壁上分别开有吸入口(7)和末级压力出口(8)，叶轮(6)固定安装在下方的腔室内的电机主轴(13)上；射流装置(4)上设置有溢流阀(9)。

2.如权利要求1所述的一种超声水力射流空化泵，其特征在于所述吸入口(7)位于泵体(14)的底部，末级压力出口(8)位于射流装置(4)的下方。

3.如权利要求1所述的一种超声水力射流空化泵，其特征在于所述均化室(11)外壁上周向均匀布置4-8个超声发生器(10)。

4.如权利要求1所述的一种超声水力射流空化泵，其特征在于所述电机主轴13上的叶轮6为两级以上。

5.如权利要求1所述的一种超声水力射流空化泵，其特征在于所述射流装置(4)为几何孔板或文丘里管。

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