CN105521642B - 一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置及使用方法，其包括集液室、第一射流入口、混合腔室、输出部、射流出口和第二射流入口，集液室采用圆柱状结构；集液室顶部设置有两个第一射流入口，两个第一射流入口之间具有夹角X；两个第一射流入口的入口端与反冲洗管路连接，两个第一射流入口出口端位于设置在集液室内的混合腔室上方；混合腔室底部出口与输出部的入口连通，输出部穿出集液室底部、与集液室底部活动连接，且输出部出口端设置为喇叭状的射流出口；位于集液室上部侧壁面上还设置有第二射流入口，第二射流入口与集液室侧壁面为水平相切。本发明能够实现自驱动调向，避免造成滤网局部变形、冲蚀破损等问题，延长旋转滤网的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种液固分离装置及使用方法，特别是关于一种与LNG接收站旋转滤网过滤器配合应用的自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置及使用方法。
背景技术
LNG接收站旋转滤网过滤器具有耐海水腐蚀、分离效率稳定以及阻力适当等特点，旋转滤网过滤器通常与上游侧的拦污栅配套使用，可以有效地拦截和过滤海水中的颗粒杂质污物，是保障LNG接收站海水泵及取水口设施可靠运行的关键设备。如图1、图2所示，旋转滤网过滤器主要结构包括：上部机架21、电动机22、涡轮蜗杆减速机23、传动链条24、导轨25、主轴转配26、过滤网板27、反冲洗循环再生射流装置28以及集污槽29等，其中反冲洗循环再生射流装置28主要由供水泵、电磁阀、反冲洗管路以及与反冲洗管路相连的射流装置构成(图中未示出)。
旋转滤网过滤器的工作原理为：电动机22转动带动减速机23运动，通过与其啮合传动链条24带动工作链轮主轴装配26上的大传动链轮转动，工作链轮半径以下脱离啮合部分到水池底部圆弧轨道半径以上之间的距离为直线运动，工作链条运动带动其上的过滤网板27运动。由于过滤网板27运动过程是一端上升，另一端下降，过滤网板27上升端在上升过程中将过滤拦截到网面上的颗粒杂物带出，颗粒杂物被截流在网板上形成滤饼层，随着过滤的进行，网板外表面的滤饼层逐渐增厚，导致过滤网板的孔隙率降低，压降增大，此时需要采用反冲洗的方式对附着在旋转滤网上的颗粒杂质进行清除，反冲洗时，电磁阀开启，来自供水泵提供的压力水进入循环再生射流装置28上的反冲洗管路，然后由射流装置喷出，将附着在过滤网板27上的颗粒杂物冲落到集污槽29中，再由集污槽29将杂物冲推到排污沟中，然后集中卸污和运输。由于循环再生射流装置28采用的水射流的方向与过滤方向相反，因此该方式也称为反冲洗循环再生，依靠反冲洗装置喷出的高压水动能将附着于过滤网板27外表面的滤饼层剥离，使得过滤网板27的孔隙率和运行压降基本上恢复到最初过滤时的状态，从而实现旋转滤网的性能循环再生。
综上所述，反冲洗方式是实现过滤网板性能循环再生的重要途径。研究中发现，反冲洗射流装置的性能直接影响旋转滤网过滤器的长周期稳定运行。如图3、图4所示，现有技术中反冲洗射流装置为直通式单管结构，旋转滤网实际运行过程中发现，这种结构的射流装置在实际操作中不可避免的会产生以下问题：1、反冲洗射流能量集中在旋转滤网特定位置，容易造成旋转滤网网板局部变形甚至冲蚀破损。现有技术采用了直通式单孔结构的射流装置，对旋转滤网进行反冲洗时，由于射流方向固定，因此射流冲击力不可避免集中在过滤网板的某一特定区域，导致该区域的过滤网板长期受到连续的冲击力而发生形变甚至冲蚀破损，降低旋转滤网的使用寿命。2、反冲洗循环再生效果不均匀，导致旋转滤网网板发生颗粒杂质架桥而堵塞失效。由于现有技术射流装置结构的限制，反冲洗射流范围有限，不能实现对过滤网板的有效覆盖，存在射流盲区，附着在射流盲区的颗粒杂质无法被有效清除，过滤网板有效冲洗区域范围内和冲洗盲区的循环再生效果差异显著，位于冲洗盲区内的过滤网板之间的颗粒杂质容易发生“架桥”(架桥：未能有效获得清除的若干区域颗粒物杂质相互粘接成块形成更大范围的不能有效清除区域，导致滤网发生严重堵塞)而堵塞过滤网板，造成旋转滤网过滤压降升高、运行能耗增大以及工作失效等一系列问题。由此可知，现有反冲洗循环再生射流装置会引起滤网破损、滤网堵塞、循环性能不稳定等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置及使用方法，使循环再生过程的反冲洗射流能够实现自驱动调向，避免现有技术采用的定向连续射流冲击造成的滤网局部变形、冲蚀破损等问题，延长旋转滤网的使用寿命。
本发明的另一目的是通过自驱动调向射流改善现有技术中滤网不同位置的反冲洗不均匀性，减少网板间的颗粒杂质架桥，解决滤网堵塞带来的循环性能不稳定问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置，其特征在于：该装置包括集液室、第一射流入口、混合腔室、输出部、射流出口和第二射流入口，所述集液室采用圆柱状结构；所述集液室顶部设置有两个所述第一射流入口，两个所述第一射流入口之间具有夹角X，所述夹角X的范围为0°＜X＜45°；两个所述第一射流入口的入口端与反冲洗管路连接，两个所述第一射流入口出口端位于设置在所述集液室内的所述混合腔室上方；所述混合腔室底部出口与所述输出部的入口连通，所述输出部穿出所述集液室底部、与所述集液室底部活动连接，且所述输出部出口端设置为喇叭状的所述射流出口；位于所述集液室上部侧壁面上还设置有所述第二射流入口，所述第二射流入口与所述集液室侧壁面为水平相切。
进一步，所述混合腔室采用圆柱体结构，其顶部为V状截面的碰撞壁，该V状碰撞壁的V形槽部分为圆锥体结构，且该V形槽部分与两个所述第一射流入口出口端对应设置，所述V形槽角度W范围为45°＜W＜150°；在圆柱体侧壁面周向间隔设置有若干混合腔室入口；在所述混合腔室外壁面周向均布有三个以上的旋流叶片，所述旋流叶片的顶部与所述混合腔室顶部位于同一水平面，所述旋流叶片的底部与所述V形槽部分最低点位于同一平面；每个所述旋流叶片均为倾斜设置，倾斜角γ均与所述第二射流入口流出的压力水射流流向相同。
进一步，所述混合腔室入口采用圆形、矩形或多边形。
进一步，每个所述旋流叶片的倾斜角γ范围为0°＜γ＜30°；且所述旋流叶片个数为5至16个。
进一步，所述输出部与所述集液室底部之间采用轴承连接，并在所述轴承与所述集液室之间设置有柔性密封件；所述混合腔室以所述轴承为基点的轴向摆角K的范围为0°＜K＜15°。
进一步，所述输出部包括一个壳体、一个圆形导流通道、若干圆环形导流通道、三个以上的导流叶片和导流锥；在所述壳体上部，所述圆形导流通道位于所述壳体内中心位置处，各所述圆环形导流通道由内至外依次等间距环绕设置；所述圆形导流通道和各圆环形导流通道的顶部均与所述混合腔室底部出口连通，所述圆形导流通道和各圆环形导流通道的底部出口呈圆锥形设置，由内至外各导流通道的长度呈递增状设置；位于所述壳体内下部设置有所述导流叶片，相邻两所述导流叶片之间形成叶片流道；位于各所述导流叶片上部与各导流通道底部出口之间设置有所述导流锥，所述导流锥与各导流通道底部出口之间形成的空间为整流室。
进一步，所述圆形导流通道的直径为相邻两所述环形导流通道之间间距的2至3倍；所述导流叶片的个数为3至9个。
进一步，各所述叶片流道进口角度α均为90°，各所述叶片流道出口角度β范围均为0°＜β＜60°。
为实现上述目的，本发明采取另一种技术方案：一种基于所述自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：1)来自反冲洗管路的压力水射流由两条路径进入射流装置内部：一部分压力水射流沿两个第一射流入口进入集液室，另一部分压力水射流沿水平切向路径由第二射流入口进入集液室；2)当射流由两个第一射流入口进入到集液室内部后，射流作用于碰撞壁，导致碰撞壁在水平方向失衡，并通过轴承和柔性密封件的作用使混合腔室以及整流室产生在水平方向的摆动效果；3)当压力水射流由第二射流入口进入集液室时，将会产生旋流，该旋流沿切向作用于旋流叶片，使混合腔室以及整流室沿圆周向转动；在第一射流入口产生的水平摆动力和第二射流入口产生的周向旋转力的共同作用下，混合腔室最终呈现出以轴承为基点的具有轴向摆角K的圆周运动，达到自驱动调向式的射流效果。
进一步，由第一射流入口和第二射流入口进入的压力水射流共同由集液室进行一次汇集，再经混合腔室入口进入到混合腔室内，在混合腔室内进行充分混流后，沿导流通道向下游传递；压力水射流由导流通道进入整流室，在导流椎的引流下分配至导流叶片，沿角度α进入叶片流道，在叶片流道内加速旋转，以β角度喷出。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置，能够有效降低现有技术对旋转滤网的冲击力，克服应力疲劳引发的滤网变形和冲蚀破损等问题，从而延长旋转滤网的使用寿命。2、本发明采用的自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置能够提升射流覆盖范围，显著增加射流面积，减少反冲洗盲区，因此可以改善现有技术中的滤网网板不同部分的反冲洗不均匀性，减少颗粒物杂质的“架桥”现象。
附图说明
图1是现有技术中旋转滤网过滤器的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是现有技术采用的直通式单管结构连续射流喷嘴示意图；
图4是图3中的E-E剖视图；
图5是本发明的整体结构示意图；
图6是图5中A-A剖视图；
图7是图5中B-B剖视图；
图8是图5中C-C剖视图；
图9是图5中D-D剖视图；
图10是图5中导流叶片放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图5～图7所示，本发明提供一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置，其包括集液室1、第一射流入口2、混合腔室3、输出部4、射流出口5和第二射流入口6。集液室1顶部设置有两个第一射流入口2，两个第一射流入口2之间具有夹角X；且两个第一射流入口2均采用直通式管状结构。两个第一射流入口2的入口端与反冲洗管路连接，两个第一射流入口2出口端位于设置在集液室1内的混合腔室3上方，压力水射流经两个第一射流入口2进入集液室1内；集液室1采用圆柱状结构。混合腔室3底部出口与输出部4的入口连通，输出部4穿出集液室1底部、与集液室1底部活动连接，且输出部4出口端设置为喇叭状的射流出口5。位于集液室1上部侧壁面上还设置有第二射流入口6，第二射流入口6与集液室1侧壁面为水平相切，经第二射流入口6的压力水沿水平切向进入集液室1内，集液室1将经第一射流入口2、第二射流入口6进入的压力水进行一次汇集、存储，并通过第二射流入口6为压力水提供旋转动能。
上述实施例中，两个第一射流入口2之间具有夹角X的最佳范围为0°＜X＜45°。
上述各实施例中，混合腔室3用于将由第一射流入口2、第二射流入口6进入的压力水进行二次汇集并分流。混合腔室3采用圆柱体结构，其顶部为V状截面的碰撞壁7，该V状碰撞壁7的V形槽部分为圆锥体结构，且该V形槽部分与两个第一射流入口2出口端对应设置，当第一射流入口2的压力水作用于碰撞壁7时将导致碰撞壁7失衡，使混合腔室3受力而沿水平方向摆动。在混合腔室3圆柱体侧壁面周向间隔设置有若干混合腔室入口8，混合腔室入口8可以采用圆形、矩形、多边形或其他几何形状。在混合腔室3外壁面周向均布有三个以上的旋流叶片9，旋流叶片9的顶部与混合腔室3顶部位于同一水平面，旋流叶片9的底部与V形槽部分最低点位于同一平面；每个旋流叶片9均为倾斜设置，其倾斜角γ均与第二射流入口6流出的压力水射流流向相同，当第二射流入口6的压力水沿切向冲击到旋流叶片9上时，旋流叶片9受力而旋转。
上述实施例中，混合腔室3外壁设置的每个旋流叶片9的倾斜角γ最佳范围为0°＜γ＜30°；且旋流叶片9的最佳个数为5至16个。
上述实施例中，碰撞壁7的V形槽角度W最佳范围为45°＜W＜150°。
上述各实施例中，输出部4与集液室1底部之间采用轴承10连接，并在轴承10与集液室1之间设置有柔性密封件11，通过轴承10和柔性密封件11实现与输出部4连通的混合腔室3的旋转、密封。其中，混合腔室3以轴承10为基点的具有轴向摆角K的圆周运动，摆角K的范围为0°＜K＜15°。
如图5、图7至图9所示，输出部4包括一个壳体41、一个圆形导流通道42、若干圆环形导流通道43、三个以上的导流叶片44和导流锥45。在壳体41上部，圆形导流通道42位于壳体1内中心位置处，各圆环形导流通道43由内至外依次等间距环绕设置，以实现混合腔室3内的压力水向下传递过程的导流均布。圆形导流通道42和各圆环形导流通道43的顶部均与混合腔室3底部出口连通，圆形导流通道42和各圆环形导流通道43的底部出口呈圆锥形设置，由内至外各导流通道的长度呈递增状设置；且圆形导流通道42的直径为相邻两环形导流通道43之间间距的2至3倍。位于壳体41内下部设置有导流叶片44，相邻两导流叶片44之间形成叶片流道，各叶片流道进口角度α均为90°，各叶片流道出口角度β范围均为0°＜β＜60°(如图10所示)，以实现射流以旋流的方式喷出的目的，以提高反冲洗射流覆盖面积。位于各导流叶片44上部与各导流通道底部出口之间设置有导流锥45，导流锥45与各导流通道底部出口之间形成的空间为整流室46，通过整流室46实现对各导流通道内的压力水进行整流与分配。其中，导流叶片44的最佳个数为3至9个。
本发明还提供一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置的使用方法，其步骤如下：
1)旋转滤网反冲洗循环再生时，来自反冲洗管路的压力水射流由两条路径进入本发明的射流装置内部：一部分压力水射流沿两个第一射流入口2进入集液室1，另一部分压力水射流沿水平切向路径由第二射流入口6进入集液室1。
2)当射流由两个第一射流入口2进入到集液室1内部后，射流作用于碰撞壁7，由于互成角度的两条射流对碰撞壁面成角度的冲击力的作用，导致碰撞壁7在水平方向失衡，由于轴承10和柔性密封件11的作用，使得混合腔室3以及与其连接的整流室46可以产生在水平方向的摆动效果。
3)当压力水射流由第二射流入口6进入集液室1时，将会产生旋流(如图6所示)，该旋流沿切向作用于旋流叶片9，使得混合腔室3以及与其连接的整流室46沿圆周向转动。由此，在第一射流入口2产生的水平摆动力和第二射流入口6产生的周向旋转力的共同作用下，混合腔室3最终呈现出以轴承10为基点的具有轴向摆角K的圆周运动，从而能够达到自驱动调向式的射流效果。
上述步骤中，由第一射流入口2和第二射流入口6进入的压力水射流共同由集液室1进行一次汇集，再经混合腔室入口8进入到混合腔室3内，在混合腔室3内进行充分混流后，沿导流通道向下游传递；压力水射流由导流通道进入整流室46，在导流椎45的引流下分配至导流叶片44，沿角度α进入叶片流道，在叶片流道内加速旋转，达到增加射流动能和提升射流均匀性的目的，以β角度喷出，从而实现对旋转滤网的反冲洗循环再生。
综上所述，本发明采用的射流装置，射流方向不会定向作用于旋转滤网的某一位置，降低了对旋转滤网的冲击，也就克服了现有技术对旋转滤网的连续定向射流引发的滤网变形和冲蚀破损等问题，从而延长旋转滤网的使用寿命。同时，由本发明的使用方法可知，该自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置在反冲洗过程能够显著增加射流覆盖范围，相当于提升了反冲洗面积，能够有效减少反冲洗盲区，可以改善现有技术中的滤网网板不同部分的反冲洗不均匀性，避免颗粒物杂质的“架桥”现象，提高旋转滤网的循环再生效率。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置，其特征在于：该装置包括集液室、第一射流入口、混合腔室、输出部、射流出口和第二射流入口，所述集液室采用圆柱状结构；所述集液室顶部设置有两个所述第一射流入口，两个所述第一射流入口之间具有夹角X，所述夹角X的范围为0°＜X＜45°；两个所述第一射流入口的入口端与反冲洗管路连接，两个所述第一射流入口出口端位于设置在所述集液室内的所述混合腔室上方；所述混合腔室底部出口与所述输出部的入口连通，所述输出部穿出所述集液室底部、与所述集液室底部活动连接，且所述输出部出口端设置为喇叭状的所述射流出口；位于所述集液室上部侧壁面上还设置有所述第二射流入口，所述第二射流入口与所述集液室侧壁面为水平相切。
2.如权利要求1所述的一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置，其特征在于：所述混合腔室采用圆柱体结构，其顶部为V状截面的碰撞壁，该V状碰撞壁的V形槽部分为圆锥体结构，且该V形槽部分与两个所述第一射流入口出口端对应设置，所述V形槽角度W范围为45°＜W＜150°；在圆柱体侧壁面周向间隔设置有若干混合腔室入口；在所述混合腔室外壁面周向均布有三个以上的旋流叶片，所述旋流叶片的顶部与所述混合腔室顶部位于同一水平面，所述旋流叶片的底部与所述V形槽部分最低点位于同一平面；每个所述旋流叶片均为倾斜设置，倾斜角γ均与所述第二射流入口流出的压力水射流流向相同。
3.如权利要求2所述的一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置，其特征在于：所述混合腔室入口采用圆形、矩形或多边形。
4.如权利要求2所述的一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置，其特征在于：每个所述旋流叶片的倾斜角γ范围为0°＜γ＜30°；且所述旋流叶片个数为5至16个。
5.如权利要求1所述的一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置，其特征在于：所述输出部与所述集液室底部之间采用轴承连接，并在所述轴承与所述集液室之间设置有柔性密封件；所述混合腔室以所述轴承为基点的轴向摆角K的范围为0°＜K＜15°。
6.如权利要求1所述的一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置，其特征在于：所述输出部包括一个壳体、一个圆形导流通道、若干圆环形导流通道、三个以上的导流叶片和导流锥；在所述壳体上部，所述圆形导流通道位于所述壳体内中心位置处，各所述圆环形导流通道由内至外依次等间距环绕设置；所述圆形导流通道和各圆环形导流通道的顶部均与所述混合腔室底部出口连通，所述圆形导流通道和各圆环形导流通道的底部出口呈圆锥形设置，由内至外各导流通道的长度呈递增状设置；位于所述壳体内下部设置有所述导流叶片，相邻两所述导流叶片之间形成叶片流道；位于各所述导流叶片上部与各导流通道底部出口之间设置有所述导流锥，所述导流锥与各导流通道底部出口之间形成的空间为整流室。
7.如权利要求6所述的一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置，其特征在于：所述圆形导流通道的直径为相邻两所述环形导流通道之间间距的2至3倍；所述导流叶片的个数为3至9个。
8.如权利要求6所述的一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置，其特征在于：各所述叶片流道进口角度α均为90°，各所述叶片流道出口角度β范围均为0°＜β＜60°。
9.一种基于如权利要求1至8任一项所述自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
1)来自反冲洗管路的压力水射流由两条路径进入射流装置内部：一部分压力水射流沿两个第一射流入口进入集液室，另一部分压力水射流沿水平切向路径由第二射流入口进入集液室；
2)当射流由两个第一射流入口进入到集液室内部后，射流作用于碰撞壁，导致碰撞壁在水平方向失衡，并通过轴承和柔性密封件的作用使混合腔室以及整流室产生在水平方向的摆动效果；
3)当压力水射流由第二射流入口进入集液室时，将会产生旋流，该旋流沿切向作用于旋流叶片，使混合腔室以及整流室沿圆周向转动；在第一射流入口产生的水平摆动力和第二射流入口产生的周向旋转力的共同作用下，混合腔室最终呈现出以轴承为基点的具有轴向摆角K的圆周运动，达到自驱动调向式的射流效果。
10.如权利要求9所述的一种自驱动调向式反冲洗循环再生射流装置的使用方法，其特征在于：由第一射流入口和第二射流入口进入的压力水射流共同由集液室进行一次汇集，再经混合腔室入口进入到混合腔室内，在混合腔室内进行充分混流后，沿导流通道向下游传递；压力水射流由导流通道进入整流室，在导流椎的引流下分配至导流叶片，沿角度α进入叶片流道，在叶片流道内加速旋转，以β角度喷出。
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