CN105026754A - 用于将液体添加剂引入主液体流中的计量装置 - Google Patents

用于将液体添加剂引入主液体流中的计量装置 Download PDF

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Abstract

用于将液体添加剂引入沿着管道流动的主液体流中的计量装置，其包括泵(3)，所述泵(3)具有从容器(2)抽吸添加剂(A)并对其进行计量的往复差动活塞，该泵包括接收驱动所述泵的主液体流的第一入口(8)、用于收取添加剂的第二入口(9)以及用于添加剂和主液体的混合的出口(10)，所述装置包括安装在管道中的文丘里管(11)，所述泵3与所述文丘里管(11)并联连接，所述泵的第一入口(8)由第一管线(12)连接至所述文丘里管的入口，而所述泵的出口(10)由第二管线(13)连接至所述文丘里管的喉部(11c)；所述装置包括用于改变所述文丘里管的颈部(11c)处的收缩的器件(E)，以及对泵(3)的压降敏感的器件(G)，其用于控制收缩所述文丘里管的颈部的器件(E)，以便当泵的压降增大时减小钻孔截面以及当泵的压降减小时增大钻孔截面。

Description

用于将液体添加剂引入主液体流中的计量装置
技术领域
本发明涉及一种计量装置，所述计量装置用于将液体添加剂引入在管道中流动的主液体流中，所述装置是包括往复差动活塞泵的类型的装置，所述往复差动活塞泵用于抽取容器中的添加剂并对其进行计量，该泵包括用于接收驱动泵的主液体流的第一入口、用于抽取添加剂的第二入口以及用于将添加剂与液体混合的出口，所述装置包括设置在管道中的文丘里管，泵与所述文丘里管并联连接，泵的第一入口通过第一管线连接至所述文丘里管的入口，而泵的出口通过第二管线连接至所述文丘里管的喉部。
背景技术
从申请人的EP 1773479中已知这种计量装置，借助于所述计量装置能够使用紧凑型泵处理高主液体流量(或流速)并且能够增大允许的计量范围。在这些计量装置中使用的差动活塞泵本身、特别是从EP 1151196或US 6684753中是已知的。
在计量泵中，所述差动活塞以往复的形式移动且驱动柱塞以在上行冲程期间抽取待计量的添加剂并在下行冲程期间将该添加剂注入主液体或动力(工作)液体中。在泵的第一入口和出口之间的压降根据泵的运行阶段而改变。为了泵的良好的能量效率，必须设置文丘里管，以便在其入口和喉部之间产生基本上与泵中的压降相等的压降。
对于相对少的添加剂(特别是在主流体中1％以下的添加剂)的计量，特别是当具有系数10的分流管线以计量泵在分流中计量为0.3％从而在总流中获得0.03％的计量的方式被安置就位时，由于所述差动活塞的上行冲程和下行冲程之间的压降的差值不是太大，上述类型的计量装置是令人满意的。由于在差动活塞的上行冲程和下行冲程期间所述文丘里管的喉部和其入口之间的压降与泵中的压降并非特别不同，所述计量装置的性能仍然是可接受的。
当所述液体添加剂的计量增大、特别是在分流中增大至2％以上的计量以在总流中提供0.2％的计量、或者在分流中增大至10％的计量以在总流中提供1％的计量时，在差动活塞的上行阶段和下行阶段之间的压降差值增大。由于在上行冲程期间压降必须补偿施加至用于计量添加剂的计量活塞的压力，对于计量系统中的较高压力和分流管线中计量装置的较大计量来说，该现象更加明显。这导致精度的降低或者不可能在大流量范围(特别是在主流量的最小值和最大值之间具有6至10的比例)上获得计量泵的运行所需的压降。
更重要地，本发明具有提供上述类型的计量装置的目的，所述计量装置部分地或完全地避免了上述缺陷并且特别地能够在所述添加剂的计量相对高(特别是在主液体中在0.2％以上)的情况下优化运行。
发明内容
根据本发明，一种上述类型的计量装置的特征在于，其包括：
-用于改变文丘里管的喉部的收缩(集聚)的器件，
-以及对泵中的压降敏感的器件，所述器件能够控制用于收缩文丘里管的喉部的器件，以当泵中的压降增大时减小通路横截面，以及当泵中的压降减小时增大通路横截面。
有利地，所述对泵中的压降敏感的器件由用于将文丘里管的喉部处的压力与第二文丘里管的喉部处的压力进行比较的器件构成，所述第二文丘里管设置在通往泵的入口的第一管线上。
通过更好地将泵的入口和出口之间的总压降与文丘里管的喉部处的压降相匹配提高了根据本发明的计量装置的效率。
优选地，用于改变文丘里管的喉部的收缩的器件包括被安装成能够沿着相对于文丘里管的几何轴线倾斜的方向滑动的构件。
用于比较两个文丘里管的喉部处的压力的器件可以包括可动分离器件，所述可动分离器件将分别连接至两个文丘里管之一的喉部的两个腔室分离，收缩构件连接至该可动分离器件，以使得相对于第一文丘里管的喉部处的压力的第二文丘里管的喉部处的压力增大导致第一文丘里管的喉部处的收缩增大，反之亦然。
有利地，可动分离器件包括隔膜。
滑动构件可由叶片构成。该叶片可被安装成具有足够的间隙地在文丘里管的本体的引导下滑动，以使得喉部处的压力被传递至设置在喉部一侧的腔室。
根据另一种可能性，收缩构件由圆柱形杆构成。圆柱形杆的朝向喉部定向的端部可基本上是半球形的。
圆柱形杆可附接至较小直径杆的端部，所述较小直径杆以密封的方式穿过封闭连接至文丘里管的喉部的腔室的板。
有利地，在收缩构件的上游设置管路，以提供取压口(取压或压力表接头)，借助于所述取压口能够测量文丘里管的喉部处的流量(或流速)。
根据另一种可能性，圆柱形杆包括纵向管路，所述纵向管路在其处于文丘里管的喉部一侧的端部处敞开，并且在其另一端部处连接至设置在文丘里管的喉部一侧的腔室。
泵的出口管线经由至少一个开口连接至文丘里管的喉部，所述至少一个开口相对于所述管线在文丘里管的本体上的附接是侧向的。
有利地，文丘里管和泵形成组合件，在文丘里管的入口和出口处设有连接件，由此使得所述组合件可被插入并连接至管道的两个区段。
附图说明
除了上述构造之外，本发明还包含一定数量的其他构造，下面将参考示例性的实施例对其进行更详细的说明，所述示例性的实施例将参考附图地描述，但其并非是限制性的。在这些附图中：
图1是穿过根据本发明的计量装置的垂直纵向截面，其中示意性地示出外部部件和其他部件。
图2是差动活塞泵的部分剖切简化示意图，所述差动活塞泵与在根据本发明的装置中使用的差动活塞泵是相同类型的差动活塞泵。
图3是图1的计量装置的较小比例的透视图。
图4是图1的细节IV的较大比例图，显示了文丘里管的本体的开口中的连接件。
图5是相对于图4的俯视图，其中连接件已除去。
图6是沿着正交于图1平面并且穿过由叶片构成的收缩器件的(正)中平面的平面的较大比例截面图。
图7类似于图1地显示了根据本发明的计量装置的变型实施例，其中收缩器件由圆柱形杆构成。
图8是图7的装置的较小比例透视图。
图9显示了图7细节IX的放大图。
图10是相对于图9的俯视图，其中连接件已除去。
图11是与图6的截面类似、穿过圆柱形杆的较大比例的截面。
图12以垂直纵向截面显示了图7的计量装置的变型，其中以实心圆柱形杆作为收缩构件。
图13是沿着图12的线XIII-XIII的较大比例的截面，以及
图14是图13的放大细节。
具体实施方式
所述附图，特别是图1至3，显示了一种计量装置D，所述计量装置D用于将液体添加剂A引入主液体流L中，所述主液体流L在示意性地显示的管道1中流动。主液体通常是水，但是装置D可适用于任何类型的液体。液体添加剂A容纳在示意性地显示的容器2中。
装置D包括其轴线垂直地设置的泵3。泵3是已知类型的泵，特别是由申请人制造并售出的泵。在EP 1151196或US 6684753中描述了这种泵的实例。如图2中示意性地示出，泵3包括为了抽取容器2的添加剂并对其进行计量而驱动较小直径的活塞5的往复差动活塞4。柱塞5在辅助泵6的圆柱形腔室中滑动，所述辅助泵6经由输送管7连接至容器2。管7浸入待抽取的添加剂A中。
设置传统的阀器件或类似物以控制差动活塞4的往复运动。这些已知器件既未示出也未描述。
泵3包括用于接收驱动差动活塞4的主液体流的第一入口8。泵3包括设置在辅助泵6的本体的下部中以用于抽取添加剂A的第二入口9，以及用于以计量方式将添加剂A与主液体L混合的出口10。
装置D包括设置在管道1中的文丘里管11。泵的第一入口8经由第一管线12连接至文丘里管的入口，而泵的出口10经由第二管线13连接至文丘里管的喉部。因此，泵3与文丘里管并联连接。
根据本发明的装置D包括用于改变文丘里管11的喉部的收缩的器件E，以及对泵3中的压降敏感以用于控制器件E的器件G，所述器件E用于收缩(缩窄或限制)文丘里管的喉部。
如图1至6的实施例中所示，用于改变收缩的器件E包括叶片14，所述叶片14被安装成能够沿着相对于文丘里管的几何轴线从上游至下游地倾斜的方向滑动。如图1中所示，在叶片14和文丘里管的几何轴线之间形成的面向上游的倾角约为70°。
叶片14从文丘里管11的本体中伸出地设置在基本上为圆柱形的基座15中，该基座顶部设有盖16。基座和盖限定圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽的几何轴线相对于文丘里管的几何轴线倾斜。叶片14设置在正交于穿过文丘里管11的几何轴线的垂直平面的平面中。叶片14穿过设置在文丘里管的喉部的壁中的槽，并且其下端部14a可伸入文丘里管的喉部11c中。如图6中所示，端部14a呈凹圆弧的形式。叶片14具有足够的间隙j(图6所示)地在文丘里管的本体的引导下(或导向通道中)滑动，以将文丘里管的喉部11c处的压力传递至腔室17，所述腔室17设置在喉部一侧，并且被可变形柔性隔膜18限界，所述可变形柔性隔膜18的周边以密封的方式夹紧在基座15和盖16之间，借助于螺钉或类似物以可拆卸的方式组装所述基座15和所述盖16。
如传统的文丘里管那样，文丘里管11包括位于喉部11c的上游的收聚部以及喉部的下游的扩张部。“喉部11c”是指文丘里管中其轴向长度可以相当长并且其直径小于入口和出口的直径的区域。
泵的出口管线13经由连接器19进行连接，所述连接器19以密封的方式并通过密封件旋拧至螺纹孔20中，所述螺纹孔20设置在文丘里管的本体的周边上。孔20的几何轴线位于正交于叶片14的平面并且穿过文丘里管的几何轴线的平面中。如图3中所示，文丘里管的本体包括以90°的角度偏置的肋条22，且螺纹孔20形成于圆柱形芯部21中，所述圆柱形芯部21具有与文丘里管的几何轴线正交的几何轴线并在与其连接的肋条22的每一侧伸出。孔20不直接通向文丘里管的喉部，底壁23沿着孔20的几何轴线的方向将所述孔20与所述文丘里管的喉部分离。在该壁23的任一侧横向地设置有通道24，所述通道24通过侧向内腔25通向文丘里管的喉部，所述侧向内腔25的角位置相对于用于连接出口管线13的螺纹孔20以约90°的角度偏置。
具有至少一个并且优选两个用于将液体和添加剂的混合物注入到主液体流中并接近文丘里管的喉部的侧向内腔25的该配置能够降低紊流。
用于破坏真空的阀26在直径方向上与连接器19对置，并且与文丘里管的喉部连通。可在发生泄漏的情况下连接至排放管道的阀26在下游压力下降时打开，以避免虹吸产品桶。
对泵3中的压降敏感的器件G包括用于将文丘里管11的喉部处的压力与第二文丘里管27的喉部处的压力进行比较的器件，所述第二文丘里管27设置在通往泵的入口8的第一管线12上。有利地，如在附图的示例性实施例中所示，器件G由隔膜18构成。
第二文丘里管27设置在紧固至盖16的块体中。文丘里管27的几何轴线正交于第一文丘里管11的几何轴线。第二文丘里管27的收聚部的入口由通向文丘里管11的入口的开口构成。第二文丘里管27的喉部经由横向管路28连接至腔室29，所述腔室29设置在盖16中并且位于隔膜18的远离第一文丘里管11的一侧。文丘里管27的扩张部朝向泵3定向并且连接至管线12。
基于以上描述的内容，根据本发明的计量装置将以如下方式运行。
通常，主液体流L在1至6巴(bar)的静压力下在管道1中流动。在文丘里管11的喉部处，流体的流速增大并且其静压力下降。文丘里管的入口和喉部之间的压力差值能够使泵3运行并且致动使用小部分主流的差动活塞，所述小部分主流经由第二文丘里管27和管线12进行分流。
被差动活塞4的往复运动驱动的辅助泵6抽取容器2中的计量量的添加剂A，并且计量的混合物经由管线13通过内腔25在文丘里管的喉部处注入。
在差动活塞4和柱塞5的上行冲程期间，在泵3的入口8和出口10之间的压降大于下行冲程期间二者之间的压降，并且第二文丘里管27的喉部处的压力相对于第一文丘里管11的喉部处的主导压力增大。
在这些情况下，腔室29中的压力升高至腔室17中的主导压力以上且隔膜18变形，以允许叶片14滑动并进一步进入文丘里管11的喉部。这导致文丘里管11的入口和喉部之间的压降增大，这能够使文丘里管11的喉部处的压降与泵3的入口8和出口10之间的压降相等，或者至少使这些压降之间的差值最小化，这有助于提高泵的性能和运行效率。
在差动活塞4和柱塞5的下行冲程期间，泵3的入口和出口之间的压降较小，由此使得叶片14撤回至腔室17中并减小文丘里管11的喉部的收缩，且因此减小文丘里管11的收聚部和喉部之间的压降。
因此，叶片14和隔膜18将以差动活塞4的速度摆动，以更好地使文丘里管11的喉部处的压降与泵3中的总压降相等。
当计量量相对高、特别是在主流中添加剂A大于0.2％并且在主流中高达1％时，所述计量装置的性能被维持。
根据本发明的装置的运行范围被拓宽。低流量下的启动变得更加可靠，这能够以低流量(特别地，最小流量是最大流量的6至10分之一)启动并且在启动之后提高该流量，同时保持精确的计量和良好的运行性能。
图7至11显示了计量装置D的变型实施例。该装置的与在前述实施例的说明中已经描述的元件相同或类似的那些元件配以相同的附图标记并且将不会被重新描述。
根据该变型实施例，文丘里管11的喉部的可变收缩器件E由圆柱形杆30构成，所述圆柱形杆30被安装成能够沿着在文丘里管11的几何轴线上从上游至下游的倾斜的方向滑动。在所示的实例中，倾斜约50°。圆柱形杆30被安装成能够在文丘里管的本体的在喉部处开通的钻孔31中滑动。杆的朝向文丘里管的喉部定向的端部32基本上是半球形的。杆30包括纵向的、优选轴向的管路33，所述管路33在端部32处通向文丘里管的喉部，并且在所述圆柱形杆30的另一端部处连接至径向管线34，所述径向管线34通向位于隔膜18的朝向文丘里管定向的一侧的腔室17。杆30连接至隔膜18，所述隔膜18在相反于腔室17的一侧限定另一腔室29，所述另一腔室29经由管路28连接至第二文丘里管27的喉部。
文丘里管11的喉部处的压力经由纵向管路30和横向管线34传递至腔室17。
图7至11的计量装置以与参考前述附图描述的方式相似的方式运行。具有半球形端部的圆柱形杆30能够降低流动中的紊流并且提高总体性能。
图12和13显示了图7至11的计量装置的有利变型实施例。与图7至11的元件相同的那些元件配以相同的附图标记并且将不会被重新描述。
根据该变型实施例，借助于其能够测量文丘里管的喉部11c处的流量的取压口由设置在圆柱形叶片或杆30a的上游的管路35提供，所述圆柱形叶片或杆30a的外壁是连续的。图7的实施例的纵向管路被省略。
具有半球形下端部32a的圆柱形叶片30a附接至具有小于圆柱形叶片30a的直径的杆36的端部。隔膜18附接至杆36的远离叶片30a的加宽端部。
管路35使得文丘里管11的喉部区域与位于隔膜18下方的腔室17连通。杆36穿过板37(如图14所示)，所述板37在文丘里管的喉部11c一侧封闭腔室17。延伸管路35并且通向腔室17的通路穿过板37。
有利地，在杆36穿过板17的位置借助于密封环38将所述杆36密封。因此，通过在较小直径杆36上设置密封件来减小暴露于在文丘里管的喉部处主导的压力的横截面，从而提高了叶片30a的反应速度。叶片30a具有足够的径向间隙地在其凹槽中滑动，以允许液体穿过；其前面32a和后面暴露于相同的液体压力下。
当分流比例达到时，在隔膜18的每一侧的控制压力必须相抵并且给出隔膜的平衡位置。理想地，如果压力和横截面相同从而受力相同，则该条件被满足。为了该平衡状态，期望使控制叶片或杆对主流的影响(引入)最小化以使压降最小化。
在圆柱形杆的情况下，暴露于压力下的杆横截面相对于隔膜的有效截面不再是可忽略的。此外，根据图12至14中所示的变型实施例：
-隔膜的有效截面增大，
-较小直径的密封件减小了暴露于喉部处的压力下的杆横截面的影响。
在测试中，这些情况已表明，经由控制压力读取流量更受重视并且借助于由作用在控制杆上的压力场导致的阻力减小，所述系统反应更快。
本发明不限于参考附图描述的实施例，相反其包括文丘里管的喉部的可变收缩器件的可能变型以及对泵中的压降敏感的器件的可能变型。特别地，收缩器件可由设置在文丘里管的喉部中并由对压降敏感的器件控制的枢转收缩翼构成。隔膜18可被在圆柱形凹槽中、限定两个腔室17和29的可动活塞替换，所述活塞的移动控制叶片14或杆30的移动。
文丘里管11的形状可被调整，以便在喉部11c完全打开以及完全流通下的运行中，在喉部处建立2.6巴(bar)的压降并且以便获得用于1％下的计量的小于1.5巴(bar)的压降。

Claims (14)

1.一种计量装置，所述计量装置用于将液体添加剂引入在管道中流动的主液体流中，所述装置包括用于抽取容器中的添加剂并对其进行计量的往复差动活塞泵(3)，所述泵包括用于接收驱动所述泵的主液体流的第一入口(8)、用于抽取添加剂的第二入口(9)以及用于将添加剂与主液体混合的出口(10)，所述装置包括设置在所述管道中的文丘里管(11)，所述泵(3)与所述文丘里管(11)并联连接，所述泵的第一入口(8)经由第一管线(12)连接至所述文丘里管的入口，而所述泵的出口(10)经由第二管线(13)连接至所述文丘里管的喉部(11c)，其特征在于，所述计量装置包括：
-用于改变所述文丘里管的喉部(11c)的收缩的器件(E)，
-以及对所述泵(3)中的压降敏感的器件(G)，所述器件(G)能够控制用于收缩所述文丘里管的喉部的器件(E)，以当所述泵中的压降增大时减小通路横截面，以及当所述泵中的压降减小时增大所述通路横截面。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，对所述泵中的压降敏感的器件(G)由用于将所述文丘里管(11)的喉部(11c)处的压力与第二文丘里管(27)的喉部处的压力进行比较的器件构成，所述第二文丘里管(27)设置在通往所述泵的入口(8)的所述第一管线(12)上。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于改变所述文丘里管的喉部的收缩的器件包括构件(14、30、30a)，所述构件(14、30、30a)被安装成能够沿着相对于所述文丘里管(11)的几何轴线倾斜的方向滑动。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，用于比较所述两个文丘里管(11、27)的喉部处的压力的器件包括可动分离器件，所述可动分离器件将分别连接至所述两个文丘里管(11、27)之一的喉部的两个腔室(17、29)分离，所述收缩构件连接至所述可动分离器件，以使得相对于所述第一文丘里管(11)的喉部处的压力的所述第二文丘里管(27)的喉部处的压力增大导致所述第一文丘里管的喉部的收缩增大，并且反之亦然。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述可动分离器件包括隔膜(18)。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述滑动构件由叶片(14)构成。
7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述收缩构件由圆柱形杆(30、30a)构成。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述圆柱形杆(30、30a)的朝向所述喉部定向的端部(32、32a)基本上是半球形的。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述圆柱形杆(30a)附接至较小直径杆(36)的端部，所述较小直径杆(36)以密封的形式穿过板(37)，所述板(37)封闭连接至所述文丘里管(11)的喉部的腔室(17)。
10.如权利要求7至9中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括位于所述收缩构件(30a)的上游以提供取压口的管路(35)，借助于所述取压口能够测量所述文丘里管的喉部处的流量。
11.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述叶片(14)被安装成能够具有足够的间隙(j)地在所述文丘里管的本体的引导下滑动，以使得所述喉部(11c)处的压力被传递至位于所述文丘里管的喉部(11c)一侧的腔室(17)。
12.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述圆柱形杆包括纵向管路(33)，所述纵向管路(33)在其处于所述文丘里管(11)的喉部一侧的端部处敞开，并且在其另一端部处连接至位于所述文丘里管的喉部(11c)一侧的腔室(17)。
13.如上述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述泵的出口管线(13)经由至少一个开口(25)连接至所述文丘里管的喉部，所述至少一个开口(25)相对于所述管线在所述文丘里管的本体上的附接是侧向的。
14.如上述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述文丘里管(11)和所述泵(3)形成组合件，在所述文丘里管(11)的入口和出口处设有连接器件，由此使得所述组合件可被插入并连接至所述管道(1)的两个区段。
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