CN104043382A - 水力空化发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水力空化发生装置，其包括：一支撑单元、一驱动单元以及一空化发生单元。所述驱动单元设置于所述支撑单元，所述空化发生单元设置在所述支撑单元且由所述驱动单元驱动。所述空化发生单元包括收容器以及转子，该收容器具有一空腔，所述转子为限流器件且设置于所述空腔，并在所述驱动单元的驱动下可以旋转。
Description
技术领域
本发明涉及一种水力空化发生装置，尤其涉及一种能够以旋转限流方式产生水力空化效应，并用于物理和化学过程强化作用的水力空化发生装置。
背景技术
空化是一种在液体流场低压区形成蒸气空泡的过程，在某些方面，空化同沸腾相似，二者的区别在于，沸腾主要是温度升高的结果，而空化的主要原因是压力的降低。当液体内压强降低到饱和蒸气压（严格意义上不一定完全一致）以下时，空化过程所形成的气泡开始出现并生长，随着时间的延长，空泡膨胀、生长、压缩和溃灭。但这一过程是爆炸性的，不到千分六秒，空泡在急剧崩溃的瞬间可释放巨大的能量，瞬间产生局部高温（1900-5000K）和高压（达140MPa-170Mpa），并产生速度约为110m/s、强大冲击力的微射流，因此引起空蚀、空噪、振动和发光等一系列现象，通常将空化所产生的这些作用称之为空化效应。例如水力机械设备运行特性的改变、性能下降、空蚀破坏、振动和噪声等都属于空化效应产生的负面影响。但任何事物都具有两面性，空化同样也可以加以利用，利用该效应可以实现对化学、物理等过程的强化，达到增效、节能、降耗等效果。
根据产生的形式，通常分为四种类型：声空化、光空化、粒子空化和水力空化。其中，声空化是指向液体中辐射声波（一般频率在16 kHz-100 MHz超声波）时，在时空上产生压力起伏，出现低于静态压力的负压，此时该区域出现微小气泡，并随着声压的变化做脉动、振荡，或伴随有生长、收缩以致破灭的现象。光空化是指高强度的光辐射（如激光）割裂连续流体所产生空化泡的现象。粒子空化是由其他类型的基本粒子割裂连续流体所产生，只是这里的基本粒子一般是质子、电子等。水力空化则是通过系统几何结构促使流体中流速的变化创造液体中压力变化，从而形成负压，产生空化泡。
由于空化产生的效率和工程应用的难易程度，四种模式中，声空化和水力空化是学术界和工业界关注的热点。目前，声空化通常采用超声波发生器加以控制，换能器将高频振动所产生的声能传递给液体介质，当声能达到一定阈值时，液体中开始出现空化泡，几乎与此同时产生空化效应，但是空化效率并不是随声能增大而增加，所以，仅仅在实验室和有限空间的小容器下，效果较好，但将其应用至中试或工业化时，就会出现空化场不均匀，空化效率不高，通量较小，放大难度较大等问题。
水力空化是流体经过限流区域（如流体流经文丘里管）时产生压降，当压力降至空化初生压以下时，溶解在流体中的气体会释放出来，同时流体气化而产生大量空化泡，空化泡在随流体进一步流动的过程中，遇到周围的压力变化时，发生溃灭。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、液哨等），但是水力空化的空化强度较小，效率较低，往往不足以进行某些物理化学反应的触发或强化作用。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种高效率、大通量，并适用于工业化生产的水力空化发生装置。
一种水力空化发生装置，其包括：一支撑单元、一驱动单元以及一空化发生单元。所述驱动单元设置于所述支撑单元，所述空化发生单元设置在所述支撑单元且由所述驱动单元驱动。所述空化发生单元包括收容器以及转子，该收容器具有一空腔，所述转子为限流器件且设置于所述空腔，并在所述驱动单元的驱动下可以旋转。
与现有技术相比较，本发明提供的水力空化发生装置采用限流器件的旋转限流和剪切多种方式诱发空化，可产生大量的空泡云，对空泡的输运性强，且能耗低，空化效率高，液体流通量大，可大规模推广使用。另外，所述水力空化发生装置结构简单，成本低廉，无高压泵或增压器，工作可靠，适于大规模推广应用。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的水力空化发生装置局部的剖视结构示意图。
图2是本发明实施方式提供的水力空化发生装置中转子的截面图。
主要元件符号说明
| 转子 | 1 |
| 收容器 | 2 |
| 第一法兰盘 | 3 |
| 联轴器 | 4 |
| 支架 | 5 |
| 电机 | 6 |
| 进口管 | 7 |
| 出口管 | 8 |
| 第二法兰盘 | 9 |
| 水力空化发生装置 | 10 |
| 底座 | 11 |
| 沟槽 | 12 |
| 第一外壁 | 13 |
| 第一主轴 | 14 |
| 第二外壁 | 16 |
| 第一密封环 | 31 |
| 流量阀 | 71、81 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的水力空化发生装置作进一步的详细说明。
请参见图1和图2，本发明实施例提供一种水力空化发生装置10，该水力空化发生装置10包括支撑单元、驱动单元以及空化发生单元，所述驱动单元设置在所述支撑单元，所述空化发生单元设置在所述支撑单元且由所述驱动单元驱动。
所述支撑单元包括底座11以及设置在该底座11的支架5。所述驱动单元包括电机6、以及安装在所述电机主轴的联轴器4。所述驱动单元中的电机6安装在所述支架5。
所述空化发生单元包括一收容器2，该收容器2的内部具有一空腔。该收容器2由第一外壁13、第二外壁16、第一法兰盘3、第二法兰盘9以及第一密封环31构成。该第一外壁13和第二外壁16相对设置，所述第一法兰盘3和第二法兰盘9相对设置，且分别设置在所述第一外壁13和第二外壁16的两端，与所述第一外壁13和第二外壁16形成一空腔。所述第一法兰盘3的中心部具有一通孔（图未示），在对应该通孔且位于所述第一法兰盘3朝向所述空腔的一侧设置有第一密封环31。该第一法兰盘3的一端具有一进口管7，该进口管7与所述空腔连通，该进口管7设置有流量阀71，通过该流量阀71可以调控流进所述空腔的流体的流量。所述第一法兰盘3设置于所述支撑单元中的支架5。所述第二法兰盘9的一端具有一出口管8，该出口管8与所述空腔连通，该出口管8设置有流量阀81，通过该流量阀81可以调控流出所述空腔的流体的流量。
所述空化发生单元还包括转子1，该转子1设置于所述收容器2的空腔，该转子1为限流器件，该转子1与所述收容器之间留有间隙，即，所述空腔比所述转子1要大。在本实施例中，该转子1为圆周面上设置有沟槽的圆柱体，该圆柱体的直径为100mm，高为100mm。在该圆柱体下表面中心轴线处向外延伸出第一主轴14，该第一主轴14穿过所述第一密封环31以及所述第一法兰盘3的通孔与所述联轴器4连接。也就是说，所述转子1的第一主轴14与所述电机6的主轴通过所述联轴器4连接，即所述电机6可以带动所述转子1转动。且所述第一密封环31可以防止所述流体从所述第一法兰盘3的通孔处泄漏。
在距所述圆柱体上、下表面各一段距离的圆周面上沿所述圆柱体中心轴线的方向开设有多个沟槽12，该沟槽12的长度为50mm至90mm，宽度为5mm至10mm，深度为15mm至30mm。所谓沟槽12的长度是指该沟槽12在所述圆柱体中心轴线方向上的长度，所谓沟槽12的宽度是指该沟槽12在所述圆柱体圆周方向上的长度，所谓沟槽12的深度是指该沟槽12在所述圆柱体直径方向上的长度。在本实施例中，在距离所述圆柱体上、下表面各10mm的中间部分圆周面上沿所述圆柱体中心轴线的方向开设有十六个沟槽12，该沟槽12的长度为80mm，宽度为10mm，深度为25mm。
当然，所述圆柱体的尺寸、圆柱体上开沟槽12的位置、沟槽12的形状、数量以及大小并不限于本实施例，可以根据实际需要选择。另外，所述转子1、所述第一外壁13、第二外壁16的制造材料可根据实际需要进行选择。例如，可以选择不锈钢、工程塑料等。
工作时，流体通过连接在第一法兰盘3上的进口管7流入所述空腔，此时启动电机6带动转子1转动，当转子1做高速旋转时，流体不断经过转子1中的沟槽12，形成湍流，当转子1旋转速度达到一定临界值，开始产生空化效应。本发明通过转子1高速平稳的旋转，形成高频、强烈的圆周切线速度、角向速度等综合动能效应，在所述转子1和所述收容器2所形成的间隙中形成强烈、往复的液力剪切、摩擦、离心、湍流等综合效应，加剧空化反应的整个过程，从而有效的对液体中的物理和化学反应起到强化作用。本发明实施例的转子1转速在2600转/分时，即可以产生强烈的空化反应，该转子1的转速优选为3000转/分至4000转/分。
在所述进口管7和所述出口管8上分别设置有流量阀71、81，可以用于控制进口、出口的流体流量及压力，从而达到对空化发生装置10内不同空化状态的控制。
可以理解，设置在所述收容器2与所述转子1之间的间隙可根据转子1的最大转速进行调整。
另外，所述收容器2进一步包括一第二密封环，该第二密封环设置于所述第二法兰盘9的中心部，所述圆柱体上表面中心轴线处向外延伸出第二主轴，该第二主轴设置于所述第二密封环。
本实施例提供的水力空化发生装置10采用旋转限流和剪切多种方式诱发空化，可产生大量的空泡云，对空泡的输运性强，且能耗低，空化效率高，液体流通量大，可大规模推广使用。而且，该水力空化发生装置10通过流量阀控制空化程度，可根据实际需求获得不同程度的空化效果，大大提高了该水力空化装置10的可控性。另外，所述水力空化发生装置10结构简单，成本低廉，无高压泵或增压器，工作可靠，适于大规模推广应用。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种水力空化发生装置，其包括：
一支撑单元；
一驱动单元，该驱动单元设置于所述支撑单元；
一空化发生单元，该空化发生单元设置在所述支撑单元且由所述驱动单元驱动；
所述空化发生单元包括收容器以及转子，该收容器具有一空腔，所述转子为限流器件且设置于所述空腔，并在所述驱动单元的驱动下可以旋转。
2.如权利要求1所述的水力空化发生装置，其特征在于：所述转子为圆周面设置有多个沟槽的圆柱体。
3.如权利要求2所述的水力空化发生装置，其特征在于：所述多个沟槽沿所述圆柱体中心轴线的方向延伸。
4.如权利要求3所述的水力空化发生装置，其特征在于：所述圆柱体的直径为100毫米，高为100毫米，在距所述圆柱体上、下表面各一段距离的圆周面开设有多个沟槽，该沟槽的长度为50mm至90mm，宽度为5mm至10mm，深度为15mm至30mm。
5.如权利要求1所述的水力空化发生装置，其特征在于：所述圆柱体的直径为100毫米，高为100毫米，在距离该圆柱体上、下表面各10mm的中间部分圆周面上沿所述圆柱体中心轴线的方向开设有十六个沟槽，该沟槽的长度为80mm，宽度为10mm，深度为25mm。
6.如权利要求5所述的水力空化发生装置，其特征在于：所述转子的转速为2000转/分以上。
7.如权利要求1所述的水力空化发生装置，其特征在于：所述收容器由第一外壁、第二外壁、第一法兰盘、第二法兰盘以及第一密封环构成，该第一外壁和第二外壁相对设置，所述第一法兰盘和第二法兰盘相对设置，且分别设置在所述第一外壁和第二外壁的两端，与所述第一外壁和第二外壁形成一空腔；所述第一法兰盘的中心部具有一通孔，在对应该通孔且位于所述第一法兰盘朝向所述空腔的一侧设置有第一密封环，该第一法兰盘的一端具有一进口管，该进口管与所述空腔连通；所述第二法兰盘的一端具有一出口管，该出口管与所述空腔连通。
8.如权利要求7所述的水力空化发生装置，其特征在于：所述驱动单元包括电机以及安装在所述电机主轴的联轴器。
9.如权利要求8所述的水力空化发生装置，其特征在于：所述圆柱体上表面中心轴线处向外延伸出第一主轴，该第一主轴穿过所述第一密封环以及所述第一法兰盘的通孔与所述联轴器连接。
10.如权利要求9所述的水力空化发生装置，其特征在于：所述收容器进一步包括一第二密封环，该第二密封环设置于所述第二法兰盘的中心部，所述圆柱体上表面中心轴线处向外延伸出第二主轴，该第二主轴设置于所述第二密封环。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20140917 |