CN104169006A - 用于喷射流体的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于喷射流体(L)的装置(100)和使用所述装置(100)的方法。该装置(100)包括：主管(60)；可旋转壳体，其连接至主管(60)；和毂(110)，其具有喷嘴(112)。毂(110)可旋转地连接至壳体(107)。流体布置为穿过主管和壳体(107)输送至所述喷嘴(112)以用于流体(L)的喷射，并且毂(110)布置为围绕轴线(A3)旋转，该轴线(A3)相对于主管(60)的纵轴线(A1)以角度α布置。主管(60)的纵轴线(A1)与毂(110)的旋转轴线(A3)之间的角度α布置为当壳体(107)旋转一周时，在90－β与90＋β之间变化，2≤β≤45。

Description

用于喷射流体的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于喷射流体的装置和方法。该装置包括：主管；可旋转壳体(housing)，其连接至主管；和毂，其具有喷嘴，该毂可旋转地连接至壳体。流体布置为穿过主管和壳体输送至喷嘴以用于流体的喷射。毂布置为围绕轴线旋转，该轴线以相对于主管的纵轴线的角度布置。
背景技术
储罐(tank)在无数应用中用于贮存流体，特别是不同种类的液体。当流体已从储罐中腾空时，通常需要清洗储罐。由于一些原因，诸如为了防止交叉污染、为了防止污染层的累积和为了为另一批流体准备储罐，该清洗应移除残渣。清洗典型地通过使用清洗液冲洗储罐内壁而完成，并且在本发明中已知用于执行这种冲洗的不同装置。储罐典型地具有用于执行储罐清洗的冲洗装置(通常永久地安装)。
已知的冲洗装置的一类包括一种管，其在其一端配合有壳体，该壳体具有布置在毂上的多个喷嘴。管的具有壳体的端部布置在储罐内侧且清洗液通过管供应至喷嘴，该清洗液从喷嘴朝储罐内壁喷射。典型地，为了优化储罐内侧的覆盖范围，壳体围绕管的纵轴线旋转，而毂和喷嘴围绕相对于管的纵轴线垂直的轴线旋转。来自喷嘴的射流一起形成储罐内壁上的清洗模式。
典型地，清洗装置的管被贮存在储罐内的流体污染。因此，结合储罐清洗，如果清洗装置具有用于还清洗管自身的功能，则是合乎需要的。SE 534 731公开了与上文描述的清洗装置相似的清洗装置。其包括冲洗头，该冲洗头具有多个喷嘴，其中的至少一个相对于管成角度，使得在冲洗头旋转的至少一部分期间，管被来自该喷嘴的射流碰撞。该管由射流环状地并且在一定高度处碰撞，即，在距固定参考点一定距离处。因此有效地清洗了布置在该高度附近的环状管区域。然而，其余管区域的清洗较不有效。此外，一个喷嘴相对于其他喷嘴调节角度导致储罐内壁上的清洗模式的变化，这可导致储罐内侧的较不有效的清洗。
发明内容
本发明的目的为提供一种用于喷射流体的装置和方法，其至少部分地消除了现有技术的潜在限制。本发明的基本构思为使承载至少一个喷嘴的毂相对于承载壳体的主管成角度。由此，主管可根据管清洗模式由来自喷嘴的射流碰撞，而储罐内壁可根据储罐内壁清洗模式由来自喷嘴的射流碰撞。因此可实现主管和储罐内壁二者的有效清洗。
在所附权利要求和以下讨论中限定了用于达到上述目的的装置和方法。
根据本发明的用于喷射流体的装置包括：主管；可旋转壳体，其连接至主管；和毂，其具有喷嘴。毂可旋转地连接至壳体，且流体布置为穿过主管和壳体输送至喷嘴以用于流体的喷射。毂布置为围绕轴线A3旋转，轴线A3相对于主管的纵轴线A1以角度α布置。根据本发明的装置的特征在于，轴线A1＆A3之间的角度α布置为当壳体旋转一周时在90－β与90＋β之间改变，2≤β≤45。
该创新的装置可用于储罐清洗，在此情况下，喷射流体是适当的清洗液。然后，带有毂和喷嘴以及主管的一部分的壳体典型地以壳体、毂和喷嘴可相对于储罐内壁自由移动的方式插入储罐中。
壳体可直接地或者间接地连接至主管。
当然，毂可以并且典型地具有多于一个的喷嘴。
毂可直接地或者间接地连接至壳体。
由于毂布置为围绕轴线旋转，该轴线相对于主管的纵轴线以可变的角度布置，故主管在可变高度处，即距固定参考点的变化的距离处，由来自喷嘴的射流碰撞，。因此，主管的由管清洗模式限定的相对大的区域可实际地由射流碰撞，这从清洗的观点看是有利的。此外，由于通过使旋转轴线调节角度而不是使喷嘴调节角度来使射流碰撞主管，故储罐内壁清洗模式保持不变并且仅是转向或移位。因此，保持了储罐内侧的清洗效率。
主管的长度典型地在0.5与3米之间，即使此范围之外的主管长度是可能的。
各角度β导致在主管上的较低极点和较高极点之间延伸并具有最大冲击区的特定管清洗模式，在该最大冲击区内，碰撞在主管上的射流的密度最高。角度β越大，较低极点、较高极点和最大冲击区离毂越近。碰撞主管的射流不仅可以在碰撞点处，而且还可以在碰撞点下方清洗主管，因为清洗液由于重力将沿主管向下流动。因而，在离毂较大距离处碰撞主管的射流可以比在离毂较小距离处碰撞主管的射流对主管的整体清洗贡献更多。
在满足2≤β≤45的条件的角度β的情况下，碰撞在具有如上述规定的典型长度的主管上的射流可为相对多的，并且跨越主管相对好地分散。而且，在此角度间隔内，该管清洗模式的较低和较高极点，以及最大冲击区可适宜地布置，以用于主管的有效清洗。如果β改为在上述角度间隔外，则碰撞在主管上的射流可为更少的，并且跨越主管较少地分散。此外，较大的角度β可导致具有离毂相对近地定位的较低极点、较高极点和最大冲击区的管清洗模式，这关于主管清洗效率可能是不利的。而且，较小的角度β可导致定位于主管外的较高极点，并也可导致定位于主管外的最大冲击区，且也可导致定位于主管外的较低极点，这关于主管清洗效率可能是不利的。一周等于360度。
根据本发明的装置可构造成以至于壳体可旋转地连接至主管。这种构造实现壳体相对于主管的旋转，该主管可为固定的且由来自喷嘴的射流环状地碰撞。
根据本发明的实施例，流体从喷嘴喷射的方向与轴线基本垂直，毂布置为围绕该轴线旋转。由于该布置有助于均匀、良好地覆盖的和有效的清洗模式，故此布置是有利的。
该有创造性的装置可构造成以至于壳体布置为围绕轴线A2旋转，该轴线A2相对于主管的纵轴线A1以角度γ≠0布置。由于毂连接至壳体，故该构造实现毂的自动角度调节。换言之，根据本实施例，已知壳体可大体相对于主管成角度地布置，以实现需要的效果，该壳体依照惯例具有毂以及喷嘴。
根据本发明的装置还可包括布置在主管与壳体之间的连接部分。连接部分可与主管整体地形成或作为单独的部分形成。连接部分可直接地或间接地分别连接至主管和壳体。根据该实施例，可以通过将适当设计的连接部分合并至装置中来获得毂的旋转轴线的所期望的角度调节，该连接部分将壳体连接至主管。这种构造相对机械简单并且廉价，因为可以在很大程度上使用已存在的构件。
连接部分可以以多种不同方式设计。例如，其可包含弯管，该弯管具有直接或间接地连接至主管的第一端和直接或间接地连接至壳体的第二端。根据该实例，连接部分是主管的弯曲延长，这实现该创新的装置的相对廉价且简易的构造。
该装置可布置成使得壳体的旋转速度不同于毂的旋转速度。这种布置是有利的，因为其实现覆盖特别好的管和储罐内壁清洗模式，在该清洗模式中，管和储罐内壁二者上的更多地点被来自喷嘴的射流碰撞。根据本发明的用于喷射流体的方法包括下列步骤：提供主管、连接至主管的可旋转壳体，和具有喷嘴的毂，其中毂可旋转地连接至壳体。本方法还包括下列步骤：将流体穿过主管，还穿过壳体输送并输送至喷嘴，穿过喷嘴喷射流体并且使毂围绕轴线A3旋转，轴线A3相对于主管的纵轴线A1以角度α布置。本发明的特征在于，还包括下列步骤：当壳体旋转一周时，使轴线A1＆A3之间的角度α在90－β与90＋β之间变化，2≤β≤45。
附图说明
现将参考所附示意图更详细地描述本发明，其中
图1是布置在容器内根据本发明的一个实施例的装置的示意图，
图2是图1中的装置的一部分的放大，并且
图3例示了对β的第一值的管清洗模式的模拟结果，以及
图4例示了对β的第二值的管清洗模式的模拟结果。
具体实施方式
参考图1，例示了布置成在储罐或容器40内喷射流体的装置100。在此，流体为清洗液L，其喷射到容器的内壁42上，以用于容器的内壁42的清洗。装置100包括液体供应管101和凸缘102，液体供应管101经由容器40上部中的开口延伸到容器40内，凸缘102对容器40提供可靠的连接以及紧密的密封。液体供应管101由直的主管60和连接部分组成，该直的主管60具有第一和第二端，该连接部分为具有第一和第二端的弯管62的形式。弯管62的第一端沿接头64连接至主管60的第二端。主管60具有直的纵轴线A1。弯管62具有弯曲的纵轴线。由弯管62的第一端向外的延伸形成了与主管60的接头64，弯管纵轴线平行于A1。由弯管62的第二端向外延伸，弯管纵轴线平行于轴线A2，A1和A2相对于彼此以角度γ布置。
容器40外侧的液体供应管101的上部具有用于接纳清洗液L的入口103。液体供应管101的延伸到容器40中的下部在其端部(其为弯管62的第二端)处具有连接凸缘105，旋转头106连接至连接凸缘105。旋转头106包括壳体107，壳体107能够以旋转速度vhousing围绕轴线A2旋转。为了使壳体107能够相对于连接凸缘105旋转，常规轴承(不可见)布置于连接凸缘与壳体的面对连接凸缘的入口端之间之中。
旋转头106还包括毂110，在毂110上布置有多个液体喷射喷嘴112。在例示的实施例中，四个喷嘴对称地布置在旋转毂110上，即使在旋转毂110上可以具有例如仅一个喷嘴、或多于四个的喷嘴。毂110能够以旋转速度vhub围绕轴线A3旋转。壳体的旋转速度vhousing低于毂的旋转速度vhub，如下文将进一步讨论的。为了使毂110能够相对于壳体107旋转，常规轴承(不可见)布置于毂与壳体的面对毂的出口端之间之中。毂107以使轴线A3基本垂直于轴线A2的方式连接至壳体107。因此，在相对于液体供应管101或相对于容器40看时，旋转毂110和喷嘴112能够围绕轴线A2沿R2方向和围绕轴线A3沿R3方向旋转。
入口103和液体供应管101各自具有常规管的主要外形并且能够输送待喷射至容器40中的清洗液L。由供应单元(未示出)提供的清洗液L进入入口103，并穿过主管60和弯管62输送至旋转头106。此外，清洗液穿过壳体107输送至旋转毂110，该旋转毂110对喷嘴112分配清洗液。最终，喷嘴112朝容器40的内壁42喷射清洗液，以清洗容器40的内壁42。
围绕轴线A2沿R2方向的旋转通过常规轴(不可见或未详细讨论)来实现，其具有一些适合的接头部件以适应弯管62，该轴在液体供应管101内侧从其上端(其为主管60的第一端)延伸至旋转头106，该轴在旋转头106处连接至壳体107。当轴旋转时，壳体107，且因此旋转头106，沿R2方向旋转。
液体供应管101连接至连接件23，连接件23又连接至变速箱22。此外，轴连接至变速箱22，变速箱又连接至驱动单元21。驱动单元在此为常规电动马达，但是也可使用其他类型的马达，诸如气动马达。当驱动单元21启动时，其产生轴的旋转并由此产生壳体107沿R2方向的旋转。液体供应管101和连接凸缘105布置成为固定的。
为了实现沿R3方向的旋转，在壳体107内侧布置常规锥齿轮(不可见或未详细讨论)。锥齿轮的一部分固定至连接凸缘105，且锥齿轮的另一部分固定至毂110。当壳体107旋转时，齿轮部分之间的相互作用产生毂110沿R3方向的旋转。因此，壳体的旋转与毂的旋转之间有导致某个管和储罐内壁清洗模式的明显联系。
因此，在储罐清洗过程期间，清洗液L供应至入口103且驱动单元21使轴旋转。从而，在从喷嘴112中的各个喷射清洗液的相应射流期间，壳体107围绕轴线A2旋转且毂110围绕轴线A3旋转。来自喷嘴的射流根据储罐内壁清洗模式碰撞储罐或容器40的内壁42，且根据管清洗模式碰撞液体供应管101，如上所述，这两个模式尤其由壳体107和毂110的旋转速度限定，壳体107和毂110的旋转速度由驱动单元21的输出确定。合乎需要的是在尽可能短的时间内分别覆盖尽可能多的储罐内表面和管表面的清洗模式。
由于弯管62，壳体107的旋转轴线A2相对于主管60的通常水平的纵轴线A1偏移角度γ。因此，当壳体107旋转时，毂110的旋转轴线A3与主管60的纵轴线之间的角度α将变化。更具体地说，角度α将在图1和2中分别例示的两个极值之间变化。在图1中，角度α在其最小处，即α=90－β度，其中2≤β≤45。在图2中角度α在其最大处，即α=90＋β度。当壳体107相对于连接凸缘105旋转时，β变化并且其说明了毂110的旋转轴线A3相对于竖直平面偏移了多少。图1和图2例示了当β在其最大处时，那么β=γ。在图1和2中例示出的壳体位置之间的一半，即当壳体相对于图1例示的位置分别旋转90和270度时，β在其最小处并等于0。
因此，由图可明显看出，在储罐清洗过程期间，来自喷嘴112的射流将不仅碰撞储罐或容器40的内壁42，还碰撞装置100的液体供应管101，以用于液体供应管110的清洗。液体供应管101将不会由射流不变地碰撞，喷嘴112的瞬间位置，即壳体107和毂101的瞬间位置决定液体供应管101是否由射流碰撞。
当壳体107布置在图1中例示的位置时，液体供应管101由来自喷嘴112的射流碰撞。当壳体107和毂110旋转时，射流将在不同高度(即由图1中的环P例示的液体供应管表面的不同部分，该环在液体供应管的另一侧(不可见)上对应地延伸)处碰撞液体供应管。
液体供应管101的由射流直接碰撞的部分自然地取决于角度β的值。例如，10≤β≤30度。当选择β的适当值时，考虑装置的特定设计。例如，当设置β的值时，可考虑到液体供应管的长度；相对大的β值典型地适合用于相对短的液体供应管，且反之亦然。
如由图1显而易见的那样，液体供应管101的相当大的部分由射流直接碰撞并因此有效地得到清洗，且该部分沿液体供应管的纵向(高度)和周向方向二者延伸。液体供应管的未由射流直接碰撞的部分也将仍然由射流清洗，因为射流的清洗液将以最初相对高的流速跨越液体供应管而散布。高流速意味着具有相对强的机械力的清洗，这使清洗更有效。
因此，可通过修改商业上可获得的并且良好地工作的清洗装置来实现装置100，该清洗装置提供已知的有效清洗模式。该修改可包括提供：连接凸缘105与主管60之间的弯管，和需要用于配合到弯管的机械调节器。该装置的经证实的有效清洗模式可保持不变并可提供为仅相对于在先技术成角度，以实现一种管清洗模式和一种储罐内壁清洗模式。因此，保证了储罐的有效清洗。此外，当清洗储罐内侧时，装置100自动地且有效地清洗液体供应管，这除去了另外的液体供应管清洗部件的需要，该清洗部件需要额外的构件和增加的清洗液消耗。
如前所述，管和储罐内壁清洗模式通过由置入壳体107中的锥齿轮提供的传动实现，更具体地，通过壳体的旋转速度vhousing与毂的旋转速度vhub之间的关系实现。在上述实施例中vhousing＜vhub。例如,该装置可具有45比43的传动，这意味着在壳体旋转一周后，毂已旋转了1.047周。这使清洗模式在壳体旋转43周和毂旋转45周后以相同路径再次启动。如果传动为1比1，则清洗模式将在壳体的每一周后再次启动，例如，即对于壳体的每一周，例如液体供应管将在同一地点受碰撞。在a比b的传动的情况下，其中a≠b，液体供应管和储罐内壁将会在更多点受碰撞。取该45比43传动实例和液体供应管，在壳体的43周的间隔期间，液体供应管将在第一周期间在第一组点，在第二周期间在第二组点，在第三周期间在第三组点受碰撞，等等，其中第一、第二、第三等组彼此不同。直到下个43周间隔，液体供应管才将再次在同一组点受碰撞。因此，实现覆盖良好的、不仅周向而且纵向的管清洗模式。自然，同样的推理对于储罐内壁清洗模式也是有效的。
图3例示了管清洗模式的模拟结果，当角度β的值为10度时，在接近2米长度的主管上通过根据本发明的装置获得了该结果。该管清洗模式具有较高极点114，较低极点116和最大冲击区118。较高极点114定位在主管的顶端处，而较低极点116和最大冲击区118分别定位在离该装置的毂的距离x1和x2上。该管清洗模式使整个主管得到非常有效的清洗。更具体地说，来自所有射流的清洗液将沿主管的不同范围流动并有助于其清洗。此外，射流碰撞沿着整个主管分布。
图4例示出如果角度β的值代之以为90度时管清洗模式的模拟结果。该管清洗模式具有较高极点120，较低极点122和最大冲击区124。该较高极点120定位在距该装置的毂的距离x3＜2处，而较低极点122和最大冲击区124两者都几乎与该装置的毂成直线地定位。该管清洗模式使主管得到较不有效的清洗。更具体地说，利用该管清洗模式，不能达到主管的延伸超过较高极点120的部分。而且，大多数射流碰撞将不会有助于超过该装置的毂的主管的清洗。
本发明的上述实施例应仅视为实例。本领域技术人员了解，所讨论的实施例可以以多种方式改变或结合，而不偏离本发明构想。
例如，以上，已使用连接部分以实现壳体、毂和喷嘴的要求用于液体供应管清洗的角度调节，该连接部分为弯管62的形式，该弯管62能够连接至直的主管60以形成液体供应管101。当然，液体供应管可形成为一个件，即形成为具有直部分和弯曲部分的一个单管。此外，连接部分可自然地为其他形式，例如不同地定形或不同地构造，例如作为中空接头。
此外，作为使用特别的连接部分以实现壳体的所需角度调节的代替，连接凸缘105可替代地形成为以便提供该角度调节，由此可省去连接部分。例如，这种实施例可通过连接凸缘来实现，该连接凸缘具有与弯管62的弯曲纵轴线相似的非线性纵轴线。
此外，根据上述实施例，该装置构造成以至于毂110的旋转轴线A3与壳体107的旋转轴线A2基本垂直。自然，该装置也可构造成以至于旋转轴线A2和A3相对于彼此不垂直。
上述装置布置为以至于壳体的旋转速度vhousing低于毂的旋转速度vhub。自然，该装置可改为以相反的方式布置，使得壳体的旋转速度vhousing高于毂的旋转速度vhub。作为可不导致同等地良好覆盖的清洗模式的附加的备选，壳体的旋转速度vhousing可等于毂的旋转速度vhub。
最后，在上述装置中，壳体107连接至轴，该轴在液体供应管101内侧延伸。此外，该轴连接至变速箱22，变速箱22又连接至驱动单元21。轴且由此壳体通过驱动单元21而旋转。自然，壳体可以通过除通过外部驱动单元和轴之外的方式旋转。例如，该装置可包括涡轮，该涡轮置于壳体107中，该涡轮驱动行星齿轮，以用于实现壳体的旋转。这种构造在WO 92/04994中得到详细描述，该文档在此通过参考而整体并入本文中。
应强调，与本发明无关的细节的描述已省去，并且图仅为示意性的且不根据比例绘出。

Claims (14)

1. 一种用于喷射流体(L)的装置(100)，包括：主管(60)；可旋转壳体(107)，其连接至所述主管(60)；和毂(110)，其具有喷嘴(112)，所述毂(110)可旋转地连接至所述壳体(107)，所述流体布置为穿过所述主管和所述壳体(107)输送至所述喷嘴(112)以用于所述流体的喷射，并且所述毂(110)布置为围绕轴线(A3)旋转，所述轴线(A3)相对于所述主管(60)的纵轴线(A1)以角度α布置，其特征在于，所述轴线(A1和A3)之间的角度α布置为当所述壳体(107)旋转一周时在90－β与90＋β之间变化，2≤β≤45。
2. 根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，所述壳体(107)可旋转地连接至所述主管(60)。
3. 根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，其特征在于，来自所述喷嘴(112)的流体喷射的方向基本垂直于所述轴线(A3)，所述毂(110)布置为围绕所述轴线(A3)旋转。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述壳体(107)布置为围绕轴线(A2)旋转，所述轴线(A2)相对于所述主管(60)的纵轴线(A1)以角度γ≠0布置。
5. 根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，其特征在于，还包括连接部分，所述连接部分布置在所述主管(60)与所述壳体(107)之间。
6. 根据权利要求5所述的装置(100)，其特征在于，所述连接部分包括弯管(62)，所述弯管(62)的第一端连接至所述主管(60)并且其第二端连接至所述壳体(107)。
7. 根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述壳体(107)的旋转速度不同于所述毂(110)的旋转速度。
8. 一种用于喷射流体(L)的方法，包括：
提供：主管(60)；可旋转壳体(107)，其连接至所述主管(60)；和毂(110)，其具有喷嘴(112)，所述毂(110)可旋转地连接至所述壳体(107)，
将所述流体穿过所述主管，还穿过所述壳体(107)输送并输送至所述喷嘴(112)，
穿过所述喷嘴喷射所述流体，和
使所述毂(110)围绕轴线(A3)旋转，所述轴线(A3)相对于所述主管(60)的纵轴线(A1)以角度α布置，其特征在于，还包括
当所述壳体(107)旋转一周时，使所述轴线(A1和A3)之间的角度α在90－β与90＋β之间变化，2≤β≤45。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，包括穿过所述喷嘴(112)沿与所述轴线(A3)基本垂直的方向喷射所述流体(L)，所述毂(100)围绕所述轴线(A3)旋转。
10. 根据权利要求8-9中的任一项所述的方法，其特征在于，包括使所述壳体(107)相对于所述主管(60)围绕轴线(A2)旋转。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，包括对所述轴线(A2)提供相对于所述主管(60)的纵轴线(A1)的角度γ≠0。
12. 根据权利要求8-11中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括在所述主管(60)与所述壳体(107)之间提供连接部分。
13. 根据权利要求8-11中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括提供连接部分，所述连接部分包括所述主管(60)与所述壳体(107)之间的弯管(62)，所述弯管的第一端连接至所述主管(60)且所述弯管的第二端连接至所述壳体(107)。
14. 根据权利要求8-13中的任一项所述的方法，其特征在于，包括使所述壳体(107)和所述毂(110)以不同的旋转速度旋转。
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