CN103671366B - 一种菊花式涡流阀及其液体转移的方法 - Google Patents

Abstract

一种菊花式涡流阀及其液体转移的方法，包括至三个涡流阀、一端封闭的切向管束、一端封闭的轴向管束；涡流阀轴向管均连通在轴向管束的外侧面，切向管均连通在切向管束的外侧面；其方法是废液池连接一个菊花式涡流阀的轴向管束，其切向管束与三通连接；目标池连接另一个菊花式涡流阀的切向管束，其轴向管束与三通连接；三通还连接于气液换能罐的活塞下方腔室；以高压流体驱动活塞进行往复运动而将废液转移到目标水池中。本发明可实现由高压气体、液体驱动的液体转移过程，该过程无转动装置，可长时间运行，无需进行维修，可进行液体的远距离输送，输送流量稳定，可输送带有发射性或对人体有害的工业废水，还可输送泥浆、煤浆等带有固体颗粒的非牛顿流体。

Description

一种菊花式涡流阀及其液体转移的方法

技术领域

本发明涉及一种用于高压高温流体能量回收的部件，具体涉及一种菊花式涡流阀及其液体转移的方法，属于能源回收利用技术领域。

背景技术

在规模化工业生产活动中，通常存在需要排放高温高压液体或气体的情况，而这些高温高压流体蕴含巨大的能量，如果直接排放，那么不但会产生废气、废液而污染环境，还会造成资源浪费，不符合低碳环保的要求和节能减排的趋势。

传统通过高压尾气驱动涡轮机旋转做工，将尾气的余压能转换为旋转的机械能，这种气体余压能回收技术由于能量多次转换，其能量回收效率较低(一种用于高炉尾气能量回收的透平增压机组CN102373305A)。

液体余压能回收器利用驱动电机带动转子实现高低压流体能量交换，其能量回收效率较高，但该回收系统往往需要电机驱动，且整个系统控制较为复杂，回收过程中的核心装置对密封要求较高，在现实使用中，一旦密封结构设计不合理或者使用过程失效，将直接导致回收效率大幅降低(一种液体余压能量回收器CN101865191A)。

总之，传统余压能回收往往只针对单一介质流体，如只适用于气体或者液体的余压能回收，且系统存在旋转部件，故障率较高，同时由于能量经过二次转化，回收效率较低。因此需要一种能实现液体转移的高效的免维修部件。

发明内容

本发明的目的是提供一种菊花式涡流阀及其液体转移的方法，以克服现有技术的不足。

一种菊花式涡流阀，其特征在于包括三个或三个以上的涡流阀，所述的涡流阀包括一个中空的圆盘结构体，该圆盘结构体的外圆周上设有一根与其内腔相通的切向管，在圆盘结构体一侧的轴线上设有一根与其内腔相通的轴向管；所述的菊花式涡流阀还包括一端封闭的切向管束，和一端封闭的轴向管束，所述切向管束和轴向管束同轴排列，且封闭端相向设置；所述的三个或三个以上涡流阀的轴向管均连通在轴向管束的外侧面，且切向管的开口方向与切向管束的开口方向一致；所述涡流阀的切向管均连通在切向管束的外侧面。

上述涡流阀的轴向管包括椎管段，该椎管段的大头端连接于圆盘结构体、小头端连接一个渐变管，该渐变管的另一端连接直管段，且椎管段小头端的直径小于直管段的直径。

上述涡流阀的圆盘结构体由前腔板、后腔板以及连接前、后腔板的环状圆弧板组成，且环状圆弧板的曲率与切向管的曲率相同。

上述涡流阀的前、后腔板的内侧面还设有圆弧形的导流翅片。

上述导流翅片包括短导流翅片和长导流翅片，且短导流翅片和长导流翅片以圆盘结构体的轴线为中心交替设置在前、后腔板的内侧面。

上述短导流翅片的曲率大于长导流翅片的曲率，且长导流翅片的长度不小于短导流翅片长度的两倍。

上述切向管连接到切向管束的具体结构如下：切向管首先连接一90度弯头，且该90度弯头的另一端口的轴线方向与圆盘结构体的轴向平行；该90度弯头的另一端口通过一直线管连接第二个90度弯头；且第二个90度弯头的另一端口的轴线方向与切向管束的轴向垂直，并且该另一端口连接在切向管束的侧面。

利用上述菊花式涡流阀进行液体转移的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将废液池连接一个菊花式涡流阀的轴向管束，该菊花式涡流阀的切向管束与三通的一个管口连接；

将目标池连接另一个菊花式涡流阀的切向管束，该菊花式涡流阀的轴向管束与三通的另一个管口连接；

2)将上述三通的第三个管口连接于气液换能罐的活塞下方的腔室；

3)然后利用高压流体驱动上述气液换能罐内的活塞进行往复运动，从而将废液池内的液体转移到目标水池中。

上述步骤3)中，利用高压流体驱动上述气液换能罐内的活塞进行往复运动的具体方法如下：

3.1)在上述气液换能罐上方设置一个内含驱动活塞的驱动换能罐，且驱动活塞经由连杆与气液换能罐内的活塞相连；

3.2)利用高压流体储能罐储存高压流体，通过双向转换阀控制高压流体交替进入驱动换能罐的上腔室和下腔室中；

当进行吸液过程时，双向转换阀转向驱动换能罐的下层腔室，高压流体进入，同时上腔室的排空阀打开，驱动活塞在下层高压流体驱动下，带动连杆向上运动，同时气液换能罐中气液活塞向上运动，气液换能罐下层形成真空，液体被吸入气液换能罐中；

当进行压冲过程时，双向转换阀转向驱动换能罐的上层腔室，高压流体进入，同时下腔室的排空阀打开，驱动活塞在连杆的带动下驱使气液换能罐中气液活塞向下运动；气液换能罐中的液体被输入到目标池中。

上述步骤3.2)中还包括一个控制柜，和驱动换能罐内的高液位计和低液位计；

所述控制柜对所述双向转换阀、上腔室的排空阀、下腔室的排空阀和液位计进行控制；

当气液换能罐内的液体达到高液位计设定的高度时，控制柜控制双向转换阀转向驱动换能罐的上层腔室，并开启下腔室的排空阀；

当气液换能罐内的液体低于低液位计设定的高度时，控制柜控制双向转换阀转向驱动换能罐的下层腔室，并开启上腔室的排空阀。

上述方法中，将多个菊花式涡流阀并联在一起形成涡流阀组，然后将所述废液池连接其中一个涡流阀组各个菊花式涡流阀的轴向管束，将所述目标池连接另一个涡流阀组各个菊花式涡流阀的切向管束，即可显著提高工作效率。

利用本发明的菊花式涡流阀，可实现由高压气体、液体驱动的液体转移过程，该过程无转动装置，可长时间运行，无需进行维修。本发明利用高压流体能量驱动活塞，可进行液体的远距离输送，且单位时间内输送流量稳定。由于整个系统内输送液体部分无旋转装置，采用全焊接结构，因此可输送带有发射性或对人体有害的工业废水；除了可用于输送具有毒性、发射性的牛顿流体外，还可输送泥浆、煤浆等带有固体颗粒的非牛顿流体。经过试验证实，当气液活塞向上运动进而向下运动之后，进入气液换能罐下腔室的液体，输入到目标池的体积与回灌到废液池的比例为49:1，可见本系统具有极其显著的效果。

附图说明

图1是本发明的菊花式涡流阀的结构示意图。

图1A为液体自轴向管束至切向管束流动的示意图，图1B为液体自切向管束至轴向管束流动的示意图。

图2是本发明的总体结构框图。

图3是本发明的双向转换阀结构示意图。

图4是本发明的涡流阀的结构示意图。

图5是本发明的涡流阀的正视图。

图6是图5的AA剖视图。

图7是图5的BB剖视图。

其中，1、储能罐，2、双向转换阀，3、驱动活塞，4、驱动换能罐，5、连杆，6、气液活塞，7、气液换能罐，8、目标池，9、前菊花式涡流组，10、后菊花式涡流组，11、废液池，12、控制柜，13、上腔室的排空阀，14、下腔室的排空阀，15、三通，16、排空阀，17、高液位计，18、低液位计；

W、涡流阀，X、圆盘结构体，Y、切向管，Z、轴向管，P、切向管束，Q、轴向管束；

13-a、主管，13-b、阀芯，13-c、侧支管，13-d、主支管；

a、直管段，b、渐变管，c、短导流翅片，d、长导流翅片，e、前腔板，f、切向管管口，g、环状圆弧板，h、后腔板，i、椎管段。

具体实施方式

如图1、4-7所示，一种菊花式涡流阀，其特征在于包括三个或三个以上的涡流阀W，所述的涡流阀W包括一个中空的圆盘结构体X，该圆盘结构体X的外圆周上设有一根与其内腔相通的切向管Y，在圆盘结构体X一侧的轴线上设有一根与其内腔相通的轴向管Z；所述的菊花式涡流阀还包括一端封闭的切向管束P，和一端封闭的轴向管束Q，所述切向管束P和轴向管束Q同轴排列，且封闭端相向设置；所述的三个或三个以上涡流阀W的轴向管Z均连通在轴向管束Q的外侧面，且切向管Y的开口方向与切向管束P的开口方向一致；所述涡流阀W的切向管Y均连通在切向管束P的外侧面。

上述涡流阀W的轴向管Z包括椎管段i，该椎管段i的大头端连接于圆盘结构体X、小头端连接一个渐变管b，该渐变管b的另一端连接直管段a，且椎管段i小头端的直径小于直管段a的直径。

上述涡流阀W的圆盘结构体X由前腔板e、后腔板h以及连接前、后腔板的环状圆弧板g组成，且环状圆弧板g的曲率与切向管Y的曲率相同。

上述涡流阀W的前、后腔板e、h的内侧面还设有圆弧形的导流翅片。

上述导流翅片包括短导流翅片c和长导流翅片d，且短导流翅片c和长导流翅片d以圆盘结构体X的轴线为中心交替设置在前、后腔板e、h的内侧面。

上述短导流翅片c的曲率大于长导流翅片d的曲率，且长导流翅片d的长度不小于短导流翅片c长度的两倍。

上述切向管Y连接到切向管束P的具体结构如下：切向管Y首先连接一90度弯头，且该90度弯头的另一端口的轴线方向与圆盘结构体的轴向平行；该90度弯头的另一端口通过一直线管连接第二个90度弯头；且第二个90度弯头的另一端口的轴线方向与切向管束P的轴向垂直，并且该另一端口连接在切向管束P的侧面。

利用上述菊花式涡流阀进行液体转移的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将废液池11连接一个菊花式涡流阀的轴向管束Q，该菊花式涡流阀的切向管束P与三通15的一个管口连接；

将目标池8连接另一个菊花式涡流阀的切向管束P，该菊花式涡流阀的轴向管束Q与三通15的另一个管口连接；

2)将上述三通15的第三个管口连接于气液换能罐7的活塞下方的腔室；

3)然后利用高压流体驱动上述气液换能罐7内的活塞进行往复运动，从而将废液池11内的液体转移到目标水池8中。

上述步骤3)中，利用高压流体驱动上述气液换能罐7内的活塞进行往复运动的具体方法如下：

3.1)在上述气液换能罐7上方设置一个内含驱动活塞3的驱动换能罐4，且驱动活塞3经由连杆5与气液换能罐7内的活塞相连；

3.2)利用高压流体储能罐1储存高压流体，通过双向转换阀2控制高压流体交替进入驱动换能罐4的上腔室和下腔室中；

当进行吸液过程时，双向转换阀2转向驱动换能罐4的下层腔室，高压流体进入，同时上腔室的排空阀13打开，驱动活塞3在下层高压流体驱动下，带动连杆5向上运动，同时气液换能罐7中气液活塞6向上运动，气液换能罐7下层形成真空，液体被吸入气液换能罐7中；

当进行压冲过程时，双向转换阀2转向驱动换能罐4的上层腔室，高压流体进入，同时下腔室的排空阀14打开，驱动活塞3在连杆5的带动下驱使气液换能罐7中气液活塞6向下运动；气液换能罐7中的液体被输入到目标池8中。

上述步骤3.2)中还包括一个控制柜12，和驱动换能罐4内的高液位计和低液位计；

所述控制柜12对所述双向转换阀2、上腔室的排空阀13、下腔室的排空阀14和液位计进行控制；

当气液换能罐7内的液体达到高液位计设定的高度时，控制柜12控制双向转换阀2转向驱动换能罐4的上层腔室，并开启下腔室的排空阀14；

当气液换能罐7内的液体低于低液位计设定的高度时，控制柜12控制双向转换阀2转向驱动换能罐4的下层腔室，并开启上腔室的排空阀13。

本发明的涡流阀W如图1、4-7所示，

直管段a与椎管段i通过渐变管b连接，前腔板e和后腔板h上均安装4片短导流翅片c和4片长导流翅片d，短导流翅片c和长导流翅片d围绕中心管轴向每隔45°间隔安放，前后腔板上的长导流翅片d之间存在间隔空隙，该空隙长度不低于50％的前后腔板间距；切向管Y端部为切向管管口f。

当流体由切向管Y流入后，在涡流腔内形成旋流，由中心沿径向以此形成强制涡和自由涡，其逆向阻力主要由强制涡的强度决定，一般强制涡半径不大于涡流腔半径的30％，为了增强涡流腔内强制涡的强度和范围，增加结构短导流翅片c和长导流翅片d，切向进流后，在靠近涡流腔的圆弧板g处形成旋流，当旋流经过短导流翅片c和长导流翅片d后，形成分段旋流，导致流体旋转过程中受到来自短导流翅片c和长导流翅片d间隔通道间流体的驱动，旋流强度不断增强，增大逆向流动的组六；

当流体流经中心管进入涡流腔后，流体在短导流翅片c和长导流翅片d的分流作用下分为八股支流沿径向流至圆弧板g后，经切向管流出，流体阻力较小。

如图3所示，本发明的双向转换阀2包括主管13-a、主管13-a通过阀芯13-b分别连接侧支管13-c和主支管13-d；通过转动阀芯13-b进行换向。

本发明的工作原理如下：

为了充分利用高压排气废气的余压能，利用高压气体储能罐1储存高压气体，通过双向转换阀2控制高压气体进入驱动换能罐4中；

当进行压冲过程时，双向转换阀2转向驱动换能罐4的上层腔室，高压气体进入，同时下腔室的排空阀14打开，驱动活塞3在连杆5的带动下驱使气液换能罐7中气液活塞6向下运动；

前菊花式涡流组9、后菊花式涡流组10至少包括一个菊花式涡流阀，所述菊花式涡流阀具有两个进出口，分别是切向管束P、轴向管束Q，如图1所示。在图1a中，当液体由A流向B时，液体在每个涡流阀切向进口分成六股，进入涡流腔内经中心管流出，汇聚到出口管线。由于流体切向进入后，在腔室内形成强旋转流动，流体阻力较大；在图1b中，当液体由A流向B时，液体在每个涡流阀中心管进口分成六股，进入涡流腔内经切向管流出，汇聚到出口管线。由于流体中心管进入后，在腔室内形成分布流动，流体较小。流体经过(9)(10)菊花式涡流阀两个进出口形成的流动阻力差别较大；

前菊花式涡流组9内的菊花式涡流阀W的轴向管束Q连接废液池11，切向管束P连接三通15；

后菊花式涡流组10内的菊花式涡流阀W的轴切向管束Q连接三通15，切向管束P连接目标池8。

当液体被气液换能罐7中气液活塞6向下压冲时，液体在三通15出形成分流，由于前菊花式涡流阀组9此时流向为切向至中心，所以呈现高阻力特性；而后菊花式涡流阀组10此时流向为中心至切向，所以呈现低阻力特性；流体流动趋向低阻力流动，因此当气液活塞6向下压冲时，气液换能罐7中的废液经由后菊花式涡流阀组流向目标池8；

当进行吸液过程时，双向转换阀2转向驱动换能罐4的下层腔室，高压气体进入，同时上腔室的排空阀13打开，驱动活塞3在下层高压气体驱动下，带动连杆5向上运动，同时气液换能罐7中气液活塞6向上运动，气液换能罐7下层形成一定真空，液体被吸入气液换能罐7中，在该过程中，液体在三通15出形成分流，由于前菊花式涡流阀组9此时流向为中心至切向，所以呈现低阻力特性；而后菊花式涡流阀组10此时流向为切向至中心，所以呈现高阻力特性；流体流动趋向低阻力流动，因此当气液活塞6向上吸液时，废液池11的废液经由前菊花式涡流阀组9流如气液换能罐7中；整个过程可由控制柜12根据两个液位计的信号对各个阀门进行精确控制。

以上过程循环往复，实现液体的输送，输送核心装置内无运动部件，且输送效率效率高，稳定性好，可长时间连续工作，无需进行维护，可用于输送具有危险性，放射性的废液。

Claims (8)

1.一种菊花式涡流阀，其特征在于包括三个或三个以上的涡流阀(W)，所述的涡流阀(W)包括一个中空的圆盘结构体(X)，该圆盘结构体(X)的外圆周上设有一根与其内腔相通的切向管(Y)，在圆盘结构体(X)一侧的轴线上设有一根与其内腔相通的轴向管(Z)；所述的菊花式涡流阀还包括一端封闭的切向管束(P)，和一端封闭的轴向管束(Q)，所述切向管束(P)和轴向管束(Q)同轴排列，且封闭端相向设置；所述的三个或三个以上涡流阀(W)的轴向管(Z)均连通在轴向管束(Q)的外侧面，且切向管(Y)的开口方向与切向管束(P)的开口方向一致；所述涡流阀(W)的切向管(Y)均连通在切向管束(P)的外侧面；

上述涡流阀(W)的轴向管(Z)包括椎管段(i)，该椎管段(i)的大头端连接于圆盘结构体(X)、小头端连接一个渐变管(b)，该渐变管(b)的另一端连接直管段(a)，且椎管段(i)小头端的直径小于直管段(a)的直径；

上述涡流阀(W)的圆盘结构体(X)由前腔板(e)、后腔板(h)以及连接前、后腔板的环状圆弧板(g)组成，且环状圆弧板(g)的曲率与切向管(Y)的曲率相同。

2.如权利要求1所述的菊花式涡流阀，其特征在于上述涡流阀(W)的前、后腔板(e、h)的内侧面还设有圆弧形的导流翅片。

3.如权利要求2所述的菊花式涡流阀，其特征在于上述导流翅片包括短导流翅片(c)和长导流翅片(d)，且短导流翅片(c)和长导流翅片(d)以圆盘结构体(X)的轴线为中心交替设置在前、后腔板(e、h)的内侧面。

4.如权利要求3所述的菊花式涡流阀，其特征在于上述短导流翅片(c)的曲率大于长导流翅片(d)的曲率，且长导流翅片(d)的长度不小于短导流翅片(c)长度的两倍。

5.如权利要求1所述的菊花式涡流阀，其特征在于上述切向管(Y)连接到切向管束(P)的具体结构如下：切向管(Y)首先连接一90度弯头，且该90度弯头的另一端口的轴线方向与圆盘结构体的轴向平行；该90度弯头的另一端口通过一直线管连接第二个90度弯头；且第二个90度弯头的另一端口的轴线方向与切向管束(P)的轴向垂直，并且该第二个90度弯头的另一端口连接在切向管束(P)的侧面。

6.利用权利要求1所述的菊花式涡流阀进行液体转移的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将废液池(11)连接一个菊花式涡流阀的轴向管束(Q)，该菊花式涡流阀的切向管束(P)与三通(15)的一个管口连接；

将目标池(8)连接另一个菊花式涡流阀的切向管束(P)，该菊花式涡流阀的轴向管束(Q)与三通(15)的另一个管口连接；

2)将上述三通(15)的第三个管口连接于气液换能罐(7)的活塞下方的腔室；

3)然后利用高压流体驱动上述气液换能罐(7)内的活塞进行往复运动，从而将废液池(11)内的液体转移到目标水池(8)中。

7.如权利要求6所述的液体转移的方法，其特征在于上述步骤3)中，利用高压流体驱动上述气液换能罐(7)内的活塞进行往复运动的具体方法如下：

3.1)在上述气液换能罐(7)上方设置一个内含驱动活塞(3)的驱动换能罐(4)，且驱动活塞(3)经由连杆(5)与气液换能罐(7)内的活塞相连；

3.2)利用高压流体储能罐(1)储存高压流体，通过双向转换阀(2)控制高压流体交替进入驱动换能罐(4)的上腔室和下腔室中；

当进行吸液过程时，双向转换阀(2)转向驱动换能罐(4)的下层腔室，高压流体进入，同时上腔室的排空阀(13)打开，驱动活塞(3)在下层高压流体驱动下，带动连杆(5)向上运动，同时气液换能罐(7)中气液活塞(6)向上运动，气液换能罐(7)下层形成真空，液体被吸入气液换能罐(7)中；

当进行压冲过程时，双向转换阀(2)转向驱动换能罐(4)的上层腔室，高压流体进入，同时下腔室的排空阀(14)打开，驱动活塞(3)在连杆(5)的带动下驱使气液换能罐(7)中气液活塞(6)向下运动；气液换能罐(7)中的液体被输入到目标池(8)中。

8.如权利要求7所述的液体转移的方法，其特征在于上述步骤3.2)中还包括一个控制柜(12)，和驱动换能罐(4)内的高液位计和低液位计；

所述控制柜(12)对所述双向转换阀(2)、上腔室的排空阀(13)、下腔室的排空阀(14)和液位计进行控制；

当气液换能罐(7)内的液体达到高液位计设定的高度时，控制柜(12)控制双向转换阀(2)转向驱动换能罐(4)的上层腔室，并开启下腔室的排空阀(14)；

当气液换能罐(7)内的液体低于低液位计设定的高度时，控制柜(12)控制双向转换阀(2)转向驱动换能罐(4)的下层腔室，并开启上腔室的排空阀(13)。