CN102297168B - 流体变压器 - Google Patents

Abstract

流体变压器是一种通过流体压力能与速度能转换实现流体压力变换的装置。包括有喷嘴1和扩压管6，喷嘴的进口为A截面，出口为a截面，扩压管进口为c截面，出口为D截面。在喷嘴和扩压管之间依次连接有继流室3和合流室5。在喷嘴和继流室外圆周面设置有互相连接的泄流室2和吸流室4，泄流室设置有低压流体出口B，吸流室设置有低压流体进口C。优点是利用流体压力能与速度能之间的转换，实现了流体压力的过渡，尽可能地减少了节流损失，从而达到了节能的目的。能够广泛用于供热管网系统、供水管网系统等。

Description

流体变压器

(一)技术领域

本发明涉及一种通过流体压力能与速度能转换实现流体压力变换的装置，并且能减少在高压介质向低压介质过渡时产生的节流损失，具体地说，是一种流体变压器。

(二)背景技术

流体从高压向低压过渡时通常采用节流法，即通过摩擦产生阻力实现降压。这个过程中流体的压力能白白损失掉了，造成了能源的极大浪费。例如在供热管网中，高层建筑供热的回水，在与低层建筑回水汇流时一般都采用节流法。节流的手段有以下几种：例如所谓“直连供热技术”及各种节流阀，也称减压阀、水力平衡阀、控制阀等，都不能有效地利用富余压头，即压力能，而是通过节流摩擦，把由水泵提供的压力能浪费掉了，这种浪费现象很普遍，因而能源浪费的数量是很大的。

(三)发明内容

本发明的目的是克服上述技术中的缺点，提出一种流体变压器，利用流体压力能与速度能之间的转换，实现流体压力的过渡，尽可能地减少节流损失，从而达到节能的目的。

本发明目的由以下技术方案实现：该流体变压器，包括有喷嘴1和扩压管6，喷嘴的高压流体进口为A截面，出口为a截面，扩压管进口为c截面，扩压管出口，即高压流体出口为D截面，在喷嘴和扩压管之间依次连接有继流室3和合流室5，继流室的进口与喷嘴的出口在同一平面a上，继流室的出口与合流室的进口在同一平面b上，合流室的出口与扩压管的进口在同一平面c上，在喷嘴和继流室外圆周面设置有互相连接的泄流室2和吸流室4，泄流室和吸流室之间由连接继流室端部的圆锥形板分隔开成两个腔室，泄流室2的另一个端面封闭，吸流室4的另一个端面与继流室3的出口、合流室5的进口同在b截面上，泄流室设置有低压流体出口B，吸流室设置有低压流体进口C。

继流室3是渐缩型锥形管，即加速减压型，适用于流体经过继流室后需要继续加速的情况；继流室或者采用渐扩型锥形管，即减速升压型，适用于流体经过继流室后需要缓速的情况，锥形管的锥度均是0°-30°。继流室或者采用等径管，即等速型。上述特征描述适用于亚音速流动状态。对于超音速气体而言，情况相反。

上述的流体变压器，喷嘴出口是锥度为0°-90°的渐缩形锥形管，扩压管是锥度为2°-20°渐扩形锥形管。

泄流室2和低压流体出口B能够设置在靠近喷嘴的前段，吸流室4和低压流体进口C设置在靠近扩压管的后段，这种流体变压器称为先泄后吸型。而将吸流室和泄流室位置前后互换，泄流室2和低压流体出口B设置在靠近扩压管的后段，吸流室4和低压流体进口C设置在靠近喷嘴的前段，这种流体变压器称为先吸后泄型。先泄后吸型流体变压器适应于高压介质流量大于低压介质流量的场合，而先吸后泄型流体变压器适应于高压介质流量等于或小于低压介质流量的场合。

低压流体入口C和低压流体出口B可以设在吸流室、泄流室外面的同侧，也可以设在吸流室、泄流室外面不同方位上。根据设备的具体结构和安装位置的具体条件确定。

喷嘴中心设置有用于调节喷嘴截面积的节流芯7，前后调解节流芯7的位置，可以改变喷嘴进流面积，从而达到调节流量的目的。

另一种流体变压器的技术方案，包括有喷嘴1和扩压管6，喷嘴的高压流体进口为A截面，出口为a截面，扩压管进口与喷嘴出口同为a截面，扩压管的高压流体出口为D截面，在喷嘴外面设置有泄流室2，泄流室一端面与喷嘴出口、扩压管进口同在a截面，另一端面封闭，泄流室设置有低压流体出口B。在喷嘴后面直接设置扩压管扩压，由扩压管出口D出口的流体，压力升高超过喷嘴进口的压力，构成了升压器。由泄流室2上设置的低压流体出口B出口的低压流体的压力，低于喷嘴进口的压力。升压器是流体变压器的一个特例，只采用了部分功能。

流体变压器共有4个流体进出口，分别为高压流体的进口A，出口D，低压流体的进口C，出口B。将高压进出口A、D在外部连接构成高压循环回路；将低压进出口C、B在外部连接构成低压循环回路，就实现了变压流动过程。

本发明的优点是利用流体压力能与速度能之间的转换，实现了流体压力的过渡，尽可能地减少了节流损失，从而达到了节能的目的。

(四)、附图说明

图1是一种流体变压器结构示意图，继流室3是渐缩型锥形管，

图2也是一种流体变压器结构示意图，继流室3是渐扩型锥形管，

图3表示的流体变压器结构示意图，继流室3是等径直管，

图4表示的流体变压器结构示意图，在喷嘴1后面直接设置扩压管6，构成升压器，

图5表示的流体变压器中，吸流室4和低压流体进口C设置在靠近喷嘴的前段，

图6表示的流体变压器中，喷嘴中心设置有用于调节喷嘴截面积的节流芯7，

图7是普通供热管网示意图，

图8是安装有流体变压器的供热管网示意图。

(五)具体实施方式

结合附图说明实施例。图1、图2、图3、图5表示流体变压器的结构。包括有喷嘴1和扩压管6，喷嘴的进口为A截面，出口为a截面，扩压管进口为c截面，出口为D截面。在喷嘴和扩压管之间依次连接有继流室3和合流室5，在喷嘴和继流室外圆周面设置有互相连接的泄流室2和吸流室4，泄流室设置有低压流体出口B，吸流室设置有低压流体进口C。

其中喷嘴1的出口锥度为0～90°的锥形管结构，继流室3的形状不同，图1中为渐缩形的锥形管，图2中为渐扩形的锥形管结构，锥度为0～30°；图3中是等径直管。扩压管6为渐扩形锥形管，锥度为2～20°，图1、图2、图3中的泄流室2和低压流体出口B设置在靠近喷嘴的前段，吸流室4和低压流体进口C设置在靠近扩压管的后段；图5中的位置与上述三种位置相反。

图4中的流体变压器在喷嘴1后面直接设置扩压管6，构成升压器。

图6的流体变压器中，喷嘴中心设置有用于调节喷嘴截面积的节流芯7。

对于图1、图2、图3所表示的先泄后吸型结构的流体变压器的工作过程如下：

1、高压流体自进口A进入喷嘴，被加速后达到界面a。

2、在界面a，流体将动量传递给继流室3的流体，继流室内流体压力被提升。这个过程中经过喷嘴的流体，一部分进入继流室3，另一部分转向进入泄流室2，由出口B排出。反向流动的流体会产生反作用力给继流室3内的流体，在两部分动量共同作用下，继流室3内的流体的总压头，即压力能加速度能升高。此时如果直接设扩压管扩压，这部分流体会升压，并超过由进口A进入时的压力，这也就构成一个“升压器”，就是图4表示的结构。这是本发明中的一个重大而关键的创新点。如果不需要扩压，而是要继续加速、或适当缓速、或保持原速，以引射自吸流室4来的低压流体，就不必经过一个扩压再降压升速的过程。

流体在继流室3继续加速，或缓速，或保持原速达到界面b。流体经过继流室进入下一级喷射结构时的流速，由下一级设计计算确定。若下一级所需流速，即b界面处流速需要高于继流室入口，即a界面处的流速，流体需要继续加速，此时的继流室应设计成渐缩型，如图1所示结构；b界面处流速需要低于继流室入口，即a界面处的流速，流体需要继续缓速，此时继流室应设计成渐扩型，如图2所示结构；若等于，则设计成等径管，如图3所示结构。以上描述若对超音速气体而言情况相反。

3、在界面b，流体与自进口C经吸流室4来的部分流体相遇合流进入合流室，在合流室两部分流体进行动量交换，达到一个介于二者之间的流速，达到界面c，这是一个引射过程。

4、流体经过界面c进入扩压管，在扩压管内，流体被减速升压后，经出口D排出。

在以上过程中，本发明流体变压器，完成了两个高压口分别进出流体和两个低压口分别进出流体的过程。

以上所述流体变压器是先泄后吸型，即低压介质出口B和泄流室2设在前段，而低压介质进口C和吸流室4设置在后段。如果将上述两者的位置颠倒就构成了先吸后泄型，如图5所示。先泄后吸型流体变压器适应于高压介质流量大于低压介质流量的场合，而先吸后泄型流体变压器适应于高压介质流量等于或小于低压介质流量的场合。

如果要对喷嘴1的进流面积进行调节，可在喷嘴中心设节流芯7，如图6所示。通过改变节流芯7的位置改变进流面积，从而达到调节流量的目的。

例如：在一个供热管网中，高层、低层同时供热，高区供水压力高，回水压力也高，而低区压力低。管网压力一般都是按低区要求提供，高区要用升压泵才能供上水，但回水需要降压后才能汇入管网，一般做法通过节流手段解决，但节流浪费了水泵电能。如图7所示。

在供热管网中，采用流体变压器，避免了大部分节流损失，可选用扬程较低的升压水泵，从而节能。如图8所示。

此处使用的流体变压器，可称水力变压器。

该流体变压器除节能外，还有增大流量，减小温差的混水作用，本身是一台很好的混水器(供热专业术语)。

以下给出一些具体数据，以反映流体变压器的节能效果。

高温水供热管网的供水温度通常为110℃左右，设供、回水压力分别为0.3Mpa和0.2Mpa。有一高层建筑需供热，要求供、回水温度分别为60℃、50℃，供、回水压力分别为1.0Mpa和0.9Mpa，如果采用传统方法，如图7所示，工作过程如下：

1、用水泵将供水压力由0.3Mpa升压至1.0Mpa供用户；

2、回水压力0.9Mpa，回水分两部分，一部分(经热力学计算为1/6)压力降至0.2Mpa，成为回水；另一部分(5/6)降至0.3Mpa进行再循环。以上过程要求循环水泵扬程为(1.0-0.3)×10＝70(m)。

如果采用流体变压器，如图8所示，工作过程如下：

1、系统回水先进流体变压器前段进行泄流、升压。其中泄流部分成为回水，升压部分进后段引射供水。

2、在流体变压器后段，供水被上述升压部分水引射，一并进水循环水泵入口。经流体力学计算(本发明人专门编写了计算软件)。此处的压力可达0.622Mpa，这些水经循环水泵升压至1.0Mpa后，供高层建筑。

以上过程要求循环水泵扬程为(1.0-0.622)×10＝37.8(m)。

以上两个方案中循环水泵流量一样(与供热面积成正比)，但扬程不一样，节能幅度为：(70-37.8)/70×100％＝46％。

Claims (8)

1.一种流体变压器，包括有喷嘴(1)和扩压管(6)，喷嘴的高压流体进口为A截面，出口为a截面，扩压管进口为c截面，高压流体出口为D截面，其特征在于在喷嘴和扩压管之间依次连接有继流室(3)和合流室(5)，继流室的进口与喷嘴的出口同在a截面上，继流室的出口与合流室的进口同在b截面上，合流室的出口与扩压管的进口同在c截面上，在喷嘴和继流室外圆周面设置有互相连接的泄流室(2)和吸流室(4)，泄流室和吸流室之间由连接继流室端部的圆锥形板分隔开成两个腔室，吸流室(4)的另一个端面封闭，泄流室(2)的另一个端面与继流室(3)的出口、合流室(5)的进口同在b截面上，泄流室设置有低压流体出口B，吸流室设置有低压流体进口C。

2.根据权利要求1所述的流体变压器，其特征在于继流室(3)是渐缩型锥形管，即减压加速型，或者是渐扩型锥形管，即减速升压型，锥度是0°-30°，继流室或者是等径管，即等速型。

3.根据权利要求1所述的流体变压器，其特征在于喷嘴的出口段是锥度为0°-90°的渐缩形锥形管。

4.根据权利要求1所述的流体变压器，其特征在于扩压管是锥度为2°-20°的渐扩形锥形管。

5.根据权利要求1所述的流体变压器，其特征在于泄流室(2)和低压流体出口B能够设置在靠近喷嘴的前段，吸流室(4)和低压流体进口C设置在靠近扩压管的后段，或者泄流室(2)和低压流体出口B设置在靠近扩压管的后段，吸流室(4)和低压流体进口C设置在靠近喷嘴的前段。

6.根据权利要求1所述的流体变压器，其特征在于低压流体入口C和低压流体出口B可以设在吸流室、泄流室外面的同侧，也可以设在吸流室、泄流室外面的不同方位上。 

7.根据权利要求1所述的流体变压器，其特征在于喷嘴中心设置有用于调节喷嘴截面积的节流芯(7)。

8.一种流体变压器，包括有喷嘴(1)和扩压管(6)，喷嘴的高压流体进口为A截面，出口为a截面，扩压管进口与喷嘴出口同为a截面，扩压管的高压流体出口为D截面，其特征在于在喷嘴外面设置有泄流室(2)，泄流室一端面与喷嘴出口、扩压管进口同在a截面，另一端面封闭，泄流室设置有低压流体出口B。 

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