CN105749777A - 一种具有波浪形管道的流体静态混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，包括混合管道、设置在混合管道一端的主料进口管和辅料进口管、设置在混合管道另一端的混合料出口管，所述的混合管道为波浪形管体。本发明提供的波浪形管道能使在其中单向运动的不同密度的流体自混合，混合能力强，且可以根据混合对象和目的要求，设置适当数目的半圆形形管道和混合流体的流速。本发明的装置提高流速，可以使不同密度流体因离心力产生的混合能力提高，并最终超过重力，甚至成倍提高。

Description

一种具有波浪形管道的流体静态混合装置

技术领域

本发明属于化工机械领域，具体涉及一种具有波浪形管道的流体静态混合装置。

背景技术

液液、气气及气液混合，在化工生产、日常生活等许多领域是经常遇到的问题。当前，人们开发的混合设备，大体可分为动态和静态两种。动态混合设备，一般都设有搅拌叶片，有的还设置与搅拌叶片交错或错开的静叶片。静态混合设备多为管道式，可分为变径式和等径式两种，大都在管内设置不同方向的固定叶片，借助于混合流体的输送动力实现两种或几种流体的混合。与上述混合设备相比，结构最为简单、造价最低、不易堵塞又易于清洗的混合设备是专利《用于混合混凝土浆料和发泡剂泡沫的新型混合管（CN201110381178）》。但是，该专利只能适用于混合流体密度差较大，且混合流体流速不太高的情况。这是因为，该专利的“混合能力”主要靠来自于混合流体密度差引起的“重力差”，对于给定的混合体系，待混合流体的密度差均为定值，不随混合流体的流速变化，而待混合流体沿其螺旋管道流动产生的离心力却随着流速的增加而增加。众所周知，离心力具有使不相溶的、密度不同的流体分离的倾向。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，本装置可以实现不同密度的流体自混合，混合能力强，结构简单易控。

本发明所采用的技术方案是：一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，包括混合管道、设置在混合管道一端的主料进口管和辅料进口管、设置在混合管道另一端的混合料出口管，所述的混合管道为波浪形管体。

作为本发明一种具有波浪形管道的流体静态混合装置的进一步优化，所述混合管道的侧壁沿物料输送方向设置有多个辅料进口管。

作为本发明一种具有波浪形管道的流体静态混合装置的进一步优化，所述混合管道的混合料出口管端设有取样阀门。

作为本发明一种具有波浪形管道的流体静态混合装置的进一步优化，所述混合管道经折返后呈蛇形排列。

作为本发明一种具有波浪形管道的流体静态混合装置的进一步优化，所述混合管道为刚性管道或柔性管道。

作为本发明一种具有波浪形管道的流体静态混合装置的进一步优化，所述的混合管道为刚性管道，刚性管道由多个弧形管道头尾相接串联构成。

作为本发明一种具有波浪形管道的流体静态混合装置的进一步优化，所述弧形管道的弯曲半径等于混合管道的外径。

作为本发明一种具有波浪形管道的流体静态混合装置的进一步优化，所述混合管道为柔性管道，柔性管道卡设在具有波浪形通道的刚性卡槽中。

作为本发明一种具有波浪形管道的流体静态混合装置的进一步优化，所述混合管道为柔性管道，柔性管道依次绕过并排设置的支撑杆设置，支撑杆至少设有四根，并且支撑杆的两端通过支撑架固定。

作为本发明一种具有波浪形管道的流体静态混合装置的进一步优化，所述两支撑杆之间的间距大于或者等于混合管道的外径。

与现有技术相比，本发明至少具有下述优点及有益效果：

1、本发明提供的波浪形管道能使在其中单向运动的不同密度的流体自混合，混合能力强，且可以根据混合对象和目的要求，设置适当数目的半圆形形管道和混合流体的流速。本发明的装置提高流速，可以使不同密度流体因离心力产生的混合能力提高，并最终超过重力，甚至成倍提高。

2、本发明结构简单，制造成本低，不易堵塞，易于清洗；允许混合流体中含有少量的固体杂质，并可以连续生产。

附图说明

图1为本发明结构示意图的俯视图；

图2为本发明单行波浪形管的纵切面主视图及混合过程示意图；

图3为本发明无支撑杆的柔性管道结构主视图；

图4为本发明刚性管道结构主视图；

图5为本发明中的多辅料流体混合过程示意图；

图6为本发明实施例1的结构示意图；

图7为本发明实施例2的结构示意图；

图8为本发明的图7中刚性卡槽部分的俯视图；

图9为现有技术中发泡剂稀释混合装置图；

图10为本发明的实施例3的结构示意图；

附图标记：1、支撑架，2、支撑杆，3、混合管道，4、三通，5、辅料进口管，6、辅料止回阀，7、主料进口管，8、主料止回阀，9、混合料出口管，10、取样阀门，11、辅料，12、主料，13、重料轨迹，14、轻料轨迹，15、均匀混合料，16、刚性卡槽，17、螺栓，18、辅料Ⅰ，19、辅料Ⅱ，20、蠕动泵吸管，21、水箱，22、农药储瓶，23、蠕动泵，24、柱塞泵，25、雾化器。

具体实施方式

为使本发明的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本发明进行详细描述。

如图所示，一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，包括混合管道3、设置在混合管道3一端的主料进口管7和辅料进口管5、设置在混合管道3另一端的混合料出口管9，所述的混合管道3为波浪形管体，根据混合物料的种数所述混合管道3的侧壁沿物料输送方向设置有对应个数的辅料进口管5，辅料进口管5的排布可以按照辅料的添加体积大小依次排列。所述混合管道3的混合料出口管9端设有取样阀门10。所述混合管道3经折返后呈蛇形排列。

本发明的技术方案中，所述混合管道3为刚性管道或柔性管道。混合管道两端为直形管道、中间为若干个弧形管道，其中弧形管道与弧形管道均以吻接方式头尾连接，且相接两弧分别位于它们的公切线的两旁（以下所述“弧与弧的吻接”均指此种方式），两端直形管道与弧形管道也以吻接方式连接。所述的混合管道3为刚性管道时，其材质为金属或硬质塑料、玻璃，混合管道3由多个弧形管道头尾吻接串联构成。所述混合管道3为柔性管道时，柔性管道的材质为钢丝塑料管或钢丝橡胶管，混合管道3卡设在具有波浪形通道的刚性卡槽16中。或者，所述混合管道3为柔性管道，混合管道3依次绕过并排设置的支撑杆2设置，支撑杆2至少设有四根，并且支撑杆2的两端通过支撑架1固定，所述两支撑杆2之间的间距大于或等于混合管道3的外径，支撑杆的外径可以为任意值，但其强度应足以抵抗波浪形管道因弯曲而产生的应力。

本发明中，混合管道3的两端均设有三通4，其中一端的三通4的两个出口分别为主料进口管7和辅料进口管5，主料进口管7和辅料进口管5处分别对应设有主料止回阀8和辅料止回阀6，另一端的三通4的两个出口分别为混合料出口管9和取样阀门10。主料一般为大体积、低密度流体，也可称为轻料；辅料一般为小体积、高密度流体，也可称为重料。各种流体可以根据流量、压力需要选择柱塞泵、离心泵、蠕动泵或齿轮泵、隔膜泵、蜗杆泵等中的一种或几种。

本发明的工作原理是：混合流体以一定速度通过第一个半圆管后，此后每通过一个半圆管，密度不同的流体，在重力、特别是离心力作用下，必须交换一次它们在管道中的相对位置，从而实现密度不同的流体相互混合的目的。显然，混合流体的密度差越大、流速越高、半圆形管道数目越多，混合能力越强。因此，混合流体的密度差越大、流速越高，则达到混合目标所需的半圆形管道数目越少，反之则较多。混合流体在波浪形管道中的运动状态，实际上可能是很复杂的，但有一点是可以肯定的，那就是提高流速，可以使不同密度流体因离心力产生的混合能力提高，并最终超过重力，甚至成倍提高。

例如，设流体1的密度为1000kg/m³，流体2的密度为800kg/m³，可以算出重力引起的分离动力为1960牛（重力加速度按9.8m/秒²计算）。而当混合流体的流速为1m/秒，离心半径（指半圆形管道中心线的弯曲半径）为0.04m时，其向心加速度则为25m/秒²，离心力引起的分离动力为5000牛，为重力分离能力的2.55倍。容易看出，二者的分离动力可以直接通过向心加速度和重力加速度进行计算和比较。

一、柔性管道

本发明所称柔性管道，是指常温下施加外力，可使其以不小于其外径为半径弯曲180°、且管道内孔在弯曲处能基本维持，撤去外力其又能基本复原的管道，例如钢丝塑料管、钢丝橡胶管、弹性塑料管等。

（一）弯曲半径（R）大于管道外径（D）

1、通过实验，对于给定混合管道外径（D）、混合流体流速，确定待混合流体所需要的半圆管道的数目n，具体做法如下：

①如图1所示，在同一平面内、在支撑架1上，以H（稍大于D）为间隔固定外径为d的若干根支撑杆2，而后穿入混合管道使形成图1所示的波形管道。

②在波形管道一端连接三通4的直通口，三通4另一个直通口依次连接主料止回阀8和大体积、低密度流体的主料进口管7，在三通4的侧口依次连接辅料止回阀6和小体积、高密度流体的辅料进口管5；在波形管道另一端也连接另一个三通的直通口，在该三通的另一个直通口连接混合料出口管9，在其侧口连接采样阀门10。

③启动大体积、低密度流体和小体积、高密度流体驱动泵进行流体混合，待系统稳定运行后，从采样口取样检测流体混合程度，若混合程度达不到要求，应继续增加弧形管道的数目，若已经混合均匀，则应减少部分半圆形管道数目，再测试，直到混合程度符合要求，且所用半圆波形管道数目最少即可，此时的半圆形管道数目即为目标n值。

2、根据第一步所得n值、混合管道外径D和与本发明配套的相关设备的空间布局，设置支撑架1和支撑杆2的具体尺寸，并制出样品。

3、对样品进行测试，适当调整半圆波形管道数目，做出定型产品。

4、进行批量生产。

（二）弯曲半径（R）等于管道外径（D）

1、如图1，在混合管道外径（D）等于两支撑杆2的间距H的情况下，通过实验，对于给定的支撑杆外径d、混合流体流速，确定待混合流体所需要的半圆形管道的数目n，其中支撑杆2的外径d，在能保证其不变形的情况下应尽可能小一些，此时半圆形弯曲管中心线半径r1=D/2+d/2=(D+d)/2。

2、根据第一步所得n值和离心力与离心半径成反比的原理，按下式计算无支撑杆2，即弯曲半径（R）等于管道外径（D）时所需半圆形管道的数目m（此时半圆形弯曲管中心线半径r2=D/2）。

m=n×r1/r2=（(D+d)/2）/（D/2）

3、根据m值、管道外径D和与本发明配套的相关设备的空间布局，如图3制作柔性管道的刚性卡槽16，把混合管道3置于刚性卡槽16中，并固定之。

4、对样品进行测试，适当调整半圆形管道数目，做出定型产品。

5、进行批量生产。

二、刚性管道（弯曲半径（R）等于管道外径（D））

1、先使用柔性管道进行实验，对于给定管道外径（D）、混合流体流速，确定待混合流体所需要的弧形管道的数目n，具体做法同（二）1、2。

2、根据第一步所得m值、管道外径D和与本发明配套的相关设备的空间布局，依图4，分别按照波形管道的内、外径制作内、外模具；

3、如图4，把所示切面置于水平方向，用铸铁、塑料或不锈钢分两半按铸造常规分别浇注内、外模具；

4、机加工铸造毛坯，在两半之间垫上弹性密封垫（图中未显示），用螺栓17将它们固定在一起使构成波形管；

5、把主料进口管7与专用风机出口连接，混合料出口管9与目标管道连接，启动风机，并从辅料进口管5加入磨料（例如石英砂、金刚砂），磨光毛坯内壁。

5、对样品进行测试，适当调整半圆形管道数目，做出定型产品。

6、进行批量生产。

下面结合附图，进行一步说明本发明的使用方法。无论是柔性管道还是刚性管道，也无论是弯曲半径与管道半径的大小如何，均可按以下方法进行操作。

实施例1：

本发明在农药稀释、混合、喷施上的应用，如图6所示。

当前的农药喷施机械，在喷施前必须先通过人工或机械敞口搅拌混合、稀释农药，无疑这对环境和操作人员的安全都造成一定威胁。而使用本发明就可以很好地解决这个问题。

一、设备的制作与连接

（一）设备的制作

对于广大农民，可以采用如图1所示的结构制作弯曲半径大于管道外径的本发明装置（柔性管道），为了确保各种农药都能混合均匀，半圆形管道数目可以适当多一些，一般大于12个。

（二）设备的连接

选择一台小型柱塞泵和一台可以通过转速调节流量的蠕动泵，按图6所示方式进行设备连接。其中水箱21可以用普通水桶代替，至于本发明，在做出支撑架1后，可以直接把小型的柱塞泵24的部分出口输送管穿入支撑架1的支撑杆2的间隙中构成。

二、设备的操作

如图6，先把蠕动泵的吸管20放入水槽21，向小型柱塞泵24的吸管内注满水，而后用蠕动泵23抽取农药、小型柱塞泵24抽水，使用本发明实现农药与水的混合稀释，稀释比例可以根据小型调节柱塞泵的流量、蠕动泵的转速来实现。把本发明的出口9连接雾化器25，即可以进行农药的喷施。

喷施完毕，让蠕动泵的吸管20脱离农药，先用雾化器25喷嘴冲洗蠕动泵吸管20的外壁，而后将其放入水箱21中，待小型柱塞泵24、蠕动泵23、本发明冲洗干净后，关闭两泵即可。

实施例2：

本发明在泡沫制备上的应用，如图7所示，柔性管道。

现行的发泡剂稀释混合装置如图9所示，其仅依靠水在“U”管末端形成的涡流与发泡剂原液混合，效果欠佳，影响泡沫质量，尤其是对于黏度较大的发泡剂更是如此。本发明则可以适用于不同黏度的液体发泡剂，即使对于固体粉末发泡剂只要更改输入设备，同样可以实现均匀地稀释混合，从而提高泡沫质量。

一、设备的制作与连接

本实施例发泡机的设计产泡能能力为18m³/h泡沫，故选购一台出口压力为0.6MPa、流量为6.5kg/min的柱塞泵、一台可以通过转速调节流量的最大流量为0.4kg/min蠕动泵和一段3m长的内径为6mm、外径为12mm的耐压橡胶管，如图7所示组成本实施例的发泡剂稀释混合装置。

装置中，本发明的制作方法如下。

选两根截面为52×52×800mm的方木，如图7中的剖视口所示，分别在两根方木相对的一面，刻出能够容纳柔性管道的刚性卡槽16（m=8），而后如图7、8所示用螺栓17紧固把耐压橡胶管压弯便可制成本发明。

本实施例的柱塞泵为三缸，为减小其流量采取了两项措施：①拆去一缸吸入口的止回阀；②增加了一根带有针型阀的回流管，并调节针型阀使其流量为2.95kg/min。

二、设备的操作

如图7，先把蠕动泵的软管的吸口放入水槽21，向小型柱塞泵的吸管内注满水，而后用蠕动泵抽取发泡剂、小型柱塞泵抽水，本实施例发泡剂要求的稀释比例为1:100，小型柱塞泵的流量为2.95kg/min，故蠕动泵的转速选定为7.1转/min（流量为29.5g/min）。使用本发明即可实现发泡剂与水的均匀混合稀释。

把图7所示装置混合稀释的发泡剂稀释液送入发泡管，并用与之匹配的空压机提供空气发泡制备泡沫，再用该泡沫与混凝土浆料混合制备400kg/m³的泡沫混凝土试块，经检验其抗压强度可以提高5%左右。

实施例3：

本发明在泡沫混凝土的制备上的应用，如图10所示，刚性管道。

一、设备的制作与连接

本实施例的发泡机的设计产能为18m³/h泡沫（同实施例2），其对300kg/m³泡沫混凝土的生产能力为20m³/h，故选购一台最大流量为3.5m3/h，最大转速为52rpm，出口压力≤0.8Mpa，吸程不小于9m，软管内径为40mm，电源电压为380V、50Hz，功率为4kW的软管泵（亦即蠕动泵）。软管泵的转速通过变频器调节。

如图10所示，组成本实施例的泡沫与混凝土浆料的混合装置。装置中，本发明的制作方法如下。

1、先使用φ40柔性管道进行实验，确定出泡沫与混凝土浆料混合均匀需要半圆形管道的数目m=10。

2、根据第一步所得m值、管道外径D和与本发明配套的相关设备的空间布局，依图4，分别按照波形管道的内、外径制作内、外模具；

3、如图4，把所示切面置于水平方向，用铸铁、分两半、按铸造常规分别浇注内、外模具；

4、机加工铸造毛坯，在两半之间垫上弹性密封垫（图中未显示），用螺栓17将它们固定在一起使构成波形管；

5、把主料进口管7与风机出口连接，混合料出口管9与目标管道连接，启动风机，并从辅料进口管5加入磨料（例如石英砂、金刚砂），磨光毛坯内壁即可。

二、设备的操作

1、泡沫制备同实施例2；

2、用常规混凝土浆料生产设备制取混凝土浆料，水灰比为0.52；

3、如图10，用软管泵抽取混凝土浆料，电动机电源频率选用39.8Hz，同时启动发泡机、软管泵，进行泡沫与混凝土浆料的混合，在本发明出口连接泡沫混凝土浆料输送管到浇筑地进行浇注。

4、浇注完毕，把软管泵的吸口管置于水池抽水1～2分钟，关闭发泡机及本发明泡沫入口阀门，再用水冲洗本发明和其后的泡沫浆料输送管，直到有清水流出停止。

5、断开本发明与泡沫浆料输送管的连接，用清水进一步冲洗本发明彻底清除其中的混凝土浆料。

本发明的核心技术在于波形管道能使在其中单向运动的不同密度的流体自混合，因此所列实施例，仅用来说明本发明，而不能作为限制本发明的内容。

Claims (10)

1.一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，包括混合管道（3）、设置在混合管道（3）一端的主料进口管（7）和辅料进口管（5）、设置在混合管道（3）另一端的混合料出口管（9），其特征在于：所述的混合管道（3）为波浪形管体。

2.如权利要求1所述的一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，其特征在于：所述混合管道（3）的侧壁沿物料输送方向设置有多个辅料进口管（5）。

3.如权利要求1所述的一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，其特征在于：所述混合管道（3）的混合料出口管（9）端设有取样阀门（10）。

4.如权利要求1所述的一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，其特征在于：所述混合管道（3）经折返后呈蛇形排列。

5.如权利要求4所述的一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，其特征在于：所述混合管道（3）为刚性管道或柔性管道。

6.如权利要求5所述的一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，其特征在于：所述的混合管道（3）为刚性管道，刚性管道由多个弧形管道头尾相接串联构成。

7.如权利要求6所述的一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，其特征在于：所述弧形管道的弯曲半径等于混合管道（3）的外径。

8.如权利要求5所述的一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，其特征在于：所述混合管道（3）为柔性管道，柔性管道卡设在具有波浪形通道的刚性卡槽（16）中。

9.如权利要求5所述的一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，其特征在于：所述混合管道（3）为柔性管道，柔性管道依次绕过并排设置的支撑杆（2）设置，支撑杆（2）至少设有四根，并且支撑杆（2）的两端通过支撑架（1）固定。

10.如权利要求9所述的一种具有波浪形管道的流体静态混合装置，其特征在于：所述两支撑杆（2）之间的间距大于或者等于混合管道（3）的外径。