CN103567095B - 一种粘性液体均流分布器 - Google Patents

Abstract

一种液体均流分布器，为一端封闭、一端进液、底部开有出流孔的流道，流道截面为高度不变但宽度渐变的矩形，宽度为：<maths num="0001"></maths>具体由位于下面逐渐变宽度、开有一列等间距等直径出流孔的下盖板、与下盖板外形尺寸一致的上盖板、上、下盖板之间的两个侧面封板构成，进液端为大端设有可拆卸的进液端盖、与进液端盖连接的进液法兰管组合，封闭端为小端设有可拆卸的末端盖板，上盖板顶面固设有加强杆。本发明与现有的分段变截面的均流结构相比，本发明能够实现分布器长度方向上有密集喷嘴时的更均匀地出流。

Description

一种粘性液体均流分布器

技术领域

本发明涉及一种粘性液体的均匀分配装置，尤其是涉及一种用于大型燃煤电厂露天煤堆自燃防护剂喷洒设备中的粘性液体均匀分配装置。

背景技术

在大型燃煤电厂中，为保证正常生产，必须储备十几万吨至数十万吨的煤炭，储存期可长达数月。由于很多电厂都使用高挥发分原煤，因此其自燃现象比较普遍。煤堆的自燃不仅造成了巨大的经济损失，也严重污染了周围的环境，成为煤炭贮存最大的安全隐患。

众所周知，燃烧所需要的条件是燃料、氧化剂和温度。其中，煤自身的热物理性质和低温氧化动力学特性是不可控因素，堆积的几何特征（高度、坡度、粒度分布及孔隙度）受到空间和输送条件，可控的范围很小。因此，近年来国内外都在试图采用煤堆与空气隔离的方法来抑制煤堆的自燃，并提出了诸如在煤堆表面喷洒水灰浆、结壳剂等方法隔离空气，但是因效果或成本问题未被广泛采用。近年来国内开发了一种新型的粘性液体阻燃覆盖剂，将其覆盖在煤堆上以后，能够在常温下形成致密的薄膜，可以有效地隔离将煤堆与空气隔离。

由于实际的煤堆尺寸较大（通常从几十米到几百米），将粘性液体喷洒在煤堆的表面需要大型行车、压力输送设备和能够均匀分布液体的分布器。其中流体分布器的均流特性决定着阻燃覆盖剂的用量和阻燃效果，成为整个煤堆自燃抑制措施成败的关键。

流体的均匀分布问题在流体工程中会经常遇到。例如在空调风管和供热流道中，通常采用分段变截面的输送方法，以保证各个风口或用户得到均匀分布的风量或水量。这类系统的特点是流体的出流点之间距离相对较远，出流点的数目较少，采用分段变截面的方法在实现上并无实质性困难。而在喷洒煤堆阻燃剂时，为了保证覆盖的均匀性，要求出流点的距离很近（理论上应该是连续的），分段变截面处理在制造上有很大困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提出一种能够均匀分布粘性流体的分布器，其出流点的距离很近可保证覆盖的均匀性，其制造简单，同时采用端部可拆卸的结构，便于定期清洗流道。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种粘性液体均流分布器，为一端封闭、一端进液、底部开有出流孔的流道，其特征在于：所述的流道截面为高度不变但宽度渐变的矩形，宽度沿着长度方向的变化W(x)按照公式（1）计算：

$W\left(x\right)=\frac{{2(x/L-1)}^{2}H}{\sqrt{{(\frac{1}{2}\mathrm{\&xi;}{\left(\frac{A_0}{A_S}\right)}^2-1)}^2+4\frac{1}{2}\mathrm{\&xi;}{\left(\frac{A_0}{A_S}\right)}^2{(x/L-1)}^2-\frac{1}{2}\mathrm{\&xi;}{\left(\frac{A_0}{A_S}\right)}^2+1}}---\left(1\right);$

式中A₀和A_S分别为流道的始端面积和下侧孔板单个开孔的面积，ξ是出流孔的阻力系数，可根据A₀/A_S从有关的流体力学手册或教科书中查出，H是流道的高度（即侧面板的高度），x是自变截面流道始端的位置坐标。

所述的流道具体由位于下面逐渐变宽度、开有一列等间距等直径出流孔的下盖板、与下盖板外形尺寸一致的上盖板、上、下盖板之间的两个侧面封板构成，所述的进液端为大端设有可拆卸的进液端盖、与进液端盖连接的进液法兰管组合，所述的封闭端为小端设有可拆卸的末端盖板，所述的上盖板顶面固设有加强杆，兼作结构加强和与其宿主设备的连接件。

所述的上、下盖板的长度根据所需要分布的流体的宽度确定，下盖板上喷嘴数量、间距和孔直径根据设计流量确定，出流孔为圆孔，排列在下盖板的对称线上。

所述的加强板（杆）宜选用与上盖板性质相同的材料，以便于焊接，其截面形状是矩形或圆形。

所述的上、下盖板与两侧的封板满焊，可拆卸的法兰进液管用螺栓与流道连接；可拆卸的端盖与流道之间通过穿心螺栓连接。

本发明提出的粘性液体均流分布器的工作过程为:粘性液体通过进液管进入下侧开有一列等间距、等直径出流孔的下盖板变截面通道内，流体从通道下侧的各个孔板流出，由于流道的截面按照粘性流体力学理论设计的变化规律逐步缩小，使沿途各个孔所在截面的流体与外界的总压差保持不变，保证了各个出流孔的出流量相等，实现了在分布器长度方向上流体的均匀分布。

有益效果：与现有的分段变截面的均流结构相比，根据本发明提出的粘性液体均流分布器能够实现分布器长度方向上有密集喷嘴时的更均匀地出流；此外，本项发明提出的粘性液体均流分布器的结构简单，制造和安装方便，使用中便于清洗。

附图说明

图1是本发明的粘性液体均流分布器结构实施例的水平剖视示意图；

图2是图1实施例的垂直剖视示意图；

图3是图1实施例的左端盖放大示意图；

图4是图1实施例的右端盖放大示意图。

图中：可拆卸的法兰进液管1,加强板（杆）2，上盖板3，具有出流孔的下盖板4，上下盖板之间的侧面封板5，可拆卸的端盖6。

具体实施方式

参见图1至图4，本发明的粘性液体均流分布器实施例，为一端封闭、一端进液、底部开有出流孔的流道，其特征在于：所述的流道截面为高度不变但宽度渐变的矩形，宽度沿着长度方向的变化W(x)按照公式（1）计算：

依据粘性流体力学理论，长度为L连续变截面通道的截面尺寸W(x)应按照以下公式进行计算即可保证出流的均匀性

$W\left(x\right)=\frac{{2(x/L-1)}^{2}H}{\sqrt{{(\frac{1}{2}\mathrm{\&xi;}{\left(\frac{A_0}{A_S}\right)}^2-1)}^2+4\frac{1}{2}\mathrm{\&xi;}{\left(\frac{A_0}{A_S}\right)}^2{(x/L-1)}^2-\frac{1}{2}\mathrm{\&xi;}{\left(\frac{A_0}{A_S}\right)}^2+1}}---\left(1\right);$

式中A₀和A_S分别为流道的始端面积和下侧孔板单个开孔的面积，ξ是出流孔的阻力系数，可根据A₀/A_S从有关的流体力学手册或教科书中查出，H是流道的高度（即侧面板的高度），x是自变截面流道始端的位置坐标。

具体结构由可拆卸的法兰进液管1、加强板（杆）2、上盖板3、具有出流孔的下盖板4、上下盖板之间的侧面封板5和可拆卸的端盖6组成，总体结构见图1。所述的盖板3和具有出流孔的下盖板4的宽度尺寸W(x)根据公式（1）计算，并用数控剪板机切割，下盖板4上的出流孔亦可采用数控机床钻孔，侧面封板5可用数控剪板机切割，并用热弯的方法按照上下盖板的外形尺寸定型，折边留出安装法兰进液管1和右端盖6的螺丝孔的并攻丝，将上盖板3、下盖板4和两侧的封板满焊，形成底部具有均匀开孔的变截面的流道，再将流道上盖板3与加强板（杆）2焊接在一起；可拆卸的法兰进液管1由钢管、法兰和钢板焊接而成，钢板上预留与侧面封板5折边上所开的螺丝孔，用螺栓与流道连接；可拆卸的端盖6用铣床加工，与流道之间通过穿心螺栓连接。按照上述步骤可以制成完整的均流分布器。

上、下盖板的长度根据所需要分布的流体的宽度确定，下盖板上喷嘴数量、间距和孔直径根据设计流量确定，开孔的中心定在下盖板的对称线上，流道的宽度变化规律W(x)根据公式（1）以及出流孔的局部阻力系数计算。例如对于L=10m长度，喷洒5000kg/h粘性油的典型应用，开孔直径为3mm，间距6mm，开孔数为165个，流道初始宽度W(0)=0.45m，末端宽度W(0)=0.15m，高度H=0.05m。

本发明提出的粘性液体均流分布器中的工作过程为:粘性液体通过进液管1进入下侧开有一列等间距、等直径出流孔的下盖板变截面通道内，流体从通道下盖板4的各个孔板流出，由于流道的截面按照粘性流体力学理论设计的变化规律逐步缩小，使沿途各个孔所在截面的流体与外界的总压差保持不变，保证了各个出流孔的出流量相等，实现了在分布器长度方向上流体的均匀分布。

在上述实施例中，所述的可拆卸的法兰进液管1可以用钢管和钢板焊接而成，也可选用其它具有足够强度的材料；上盖板3、具有出流孔的下盖板4保持平行；出流孔可以开成圆形，也可开成其它形状；其材料可选用不锈钢板或其它具有刚性的板材；可拆卸的端盖6可以用钢板切割、钻孔而成，也可选用其它具有足够强度的材料；加强板（杆）2宜选用与上盖板3性质相同的材料，以便于焊接，其截面形状可以是矩形或圆形。

Claims (4)

1.一种粘性液体均流分布器，为一端封闭、另一端进液、底部开有出流孔的流道，其特征在于：所述的流道截面为高度不变但宽度渐变的矩形，宽度沿着长度方向的变化W(x)按照公式(1)计算：

$W\left(x\right)=\frac{2{(x-/L-1)}^{2}H}{\sqrt{{(\frac{1}{2}\mathrm{\&xi;}{\left(\frac{A_0}{A_s}\right)}^2-1)}^2+4\frac{1}{2}\mathrm{\&xi;}{\left(\frac{A_0}{A_s}\right)}^2{(x/L-1)}^2-\frac{1}{2}\mathrm{\&xi;}{\left(\frac{A_0}{A_s}\right)}^2+1}}---\left(1\right);$

式中A₀和A_s分别为流道的始端面积和下盖板单个开孔的面积，ξ是出流孔的阻力系数，可根据A₀/A_s从有关的流体力学手册或教科书中查出，H是流道的高度，x是自变截面流道始端的位置坐标，L为流道的长度。

2.根据权利要求1所述的粘性液体均流分布器，其特征在于：所述的流道由位于下面逐渐变宽度、开有一列等间距等直径出流孔的下盖板、与下盖板外形尺寸一致的上盖板、上下盖板之间的两个侧面封板构成，进液端为大端，设有可拆卸的进液端盖以及与进液端盖连接的法兰进液管，封闭端为小端，设有可拆卸的末端盖板，所述的上盖板顶面固设有加强杆，兼作结构加强和与上盖板宿主设备的连接件。

3.根据权利要求2所述的粘性液体均流分布器，其特征在于：所述的上、下盖板的长度根据所需要分布的流体的宽度确定，下盖板上出流孔的数量、间距和孔直径根据设计流量确定，出流孔为圆孔，排列在下盖板的对称线上。

4.根据权利要求3所述的粘性液体均流分布器，其特征在于：所述的上、下盖板与两侧的封板满焊，可拆卸的法兰进液管用螺栓与流道连接；可拆卸的进液端盖与流道之间通过穿心螺栓连接。