CN106555789A

CN106555789A - 一种叶轮式的螺旋流发生器

Info

Publication number: CN106555789A
Application number: CN201510621888.5A
Authority: CN
Inventors: 李泓; 韦伟; 张喜华; 王树立; 周诗崇
Original assignee: JIANGSU SANXING ENERGY EQUIPMENT Co Ltd; Samsung Energy Polytron Technologies Inc
Current assignee: JIANGSU SANXING ENERGY EQUIPMENT Co Ltd; Samsung Energy Polytron Technologies Inc
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2017-04-05

Abstract

本发明公开了一种叶轮式的螺旋流发生器及其安装方法。螺旋流发生器包括叶轮机构（6）、轴盘（3）和芯轴（8）。安装设备由进口端（1）、外壳（4）和出口端（5）组成。其中，在进口端处有三块固定在外壳内壁的内壁固定突起（7），用来固定螺旋流发生器。在安装时，首先将其中的一支叶轮和芯轴（8）连接完成，在连接叶轮和芯轴时，将芯轴固定突起（10）和轴盘的键槽（12）对齐，插入之后进行小角度的旋转，确保芯轴固定突起和固定槽能够刚好嵌入，以保证芯轴和叶轮完全固定。然后将已经完成好的连接部分放入外壳（4）内。随后将另一支叶轮和芯轴连接，连接方式同上。连接完成之后将后一支叶轮安放在外壳的内壁固定突起（7）上，以利于整体的固定。整个螺旋流装置完成。最后，将螺旋流发生器安装在实验管段上或者实际工程管段中。

Description

一种叶轮式的螺旋流发生器

技术领域

本发明属于流体螺旋发生装置及管道流体输送装置，特别涉及一种叶轮式的螺旋流发生器，在工业方面的应用范围极其广泛，在水利工程上、机械加工中都有应用。

背景技术

螺旋流是一种具有旋转流场的流动形式，它在工业方面的应用范围极其广泛，在水利工程上、机械加工中都有应用。同时，螺旋流技术也进入了人们日常生活领域，如螺旋流节能煤气灶等。既然螺旋流有如此广泛的应用，那么其产生条件就非常关键。一般来说，螺旋流常规产生方法有三种:切向进流、安装导流片及旋转管道（该种方法并不常见）。

安装导流片式起旋器是通过改变圆管水流边界条件来产生螺旋流，即在管段内壁设置具有一定安放角的若干个固定的导流叶片，当水流通过该管段时，水流不仅沿轴向向前运动，而且产生了周向运动，二者的合运动便形成了螺旋流。但是缺点也比较多：安装精度要求较高，螺旋流的强度有待于提高，能耗较高，衰减较快，对外界依赖性较强。全程起旋方式是通过在输送管路中加上一条或数条具有一定安放角的导流条而产生螺旋流，虽然解决了衰减的问题，但也有其自身的缺点：圆管内壁的导流条工艺复杂且工作量大（Algifri, A. H. , Bhardwaj, R. K. , Rao, YVN. Turbulence measurements in decaying swirl flows in a pipe. Applied Scientific Research, 1988, Vol. 45,233～250.以及Nejad, A. S, Ahmed, S. A. Flow field characteristics of all axisymmetric sudden-expansion pipe flow with different in itial swirl distribution. International Journal of Heat and Fluid Flow, 1992, Vol. 13, No. 4，314～321.）。另外，管型喷嘴的方式也可以产生螺旋流，即通过切向进流的方式产生周向速度，和轴向速度叠加产生螺旋流，但是其缺点在于结构复杂、需经常维护、需要保证喷嘴的位置参数（Chigier N. A, Chervinsky A. Experimental investigation of swirling vortex motion in jets. Transactions of ASME, Journal of Applied Mechanics, 1967, Vol. 34, 443～451.以及Sjparrow E. M, Chaboki A. Swirl-affected turbulent fluid flow and heat transfer in a circular tube. Transactions of ASME, Journal of Heat Transfer, 1984, Vol. 106, 766～773．）。

此外，还有其他的螺旋流发生器。1990年，日本白百合女子大学的Kiyoshi Horii教授提出了一种自生成螺旋流装置，利用空气作为流动介质，在雷诺数分别为1.0×105和1.6×105两种条件下，通过轴对称面内小孔径向向心射入的进流方式用粒子显示出螺旋流的存在，并获得了法国专利（No. 0456931)与美国专利(No. 4721126)（Horii, K, Matsumae, Y., Cheng, X. M., Takei, M. and Hashimoto, B. A Study of Spiral Flow(Part 3), Opening and Orientation Contral of Fiber by Spiral Flow, Trans. Japan Soc. Aero. Space Sci., 1990a, 32(98)）。其后，Horii研究发现，流体通过扩散管弯头收缩管的装置后也能产生螺旋流（Horii, K, Matsumae, Y., Cheng, X. M., Takei, M. and Hashimoto, B. A Study of Spiral Flow(Part 4), The Effect of Radial Reynolds Number of Spiral Flow on Plasma Deposition of Pipe, Trans. Japan Soc. Aero. Space Sci., 1990b, 32(98)），但是结构复杂，安装困难，不利于实验环境和工程上的应用。Horii也发现环状轴对称开口径向进流加锥形收缩管结构的螺旋流发生器，并对其在纤维输运、等离子体喷涂、亚微米粉状物的分装、光纤的安装以及输送传感探头等工程应用中的效果进行了研究。且发现完全沿径向垂直进流的效果要比向轴向前倾偏斜进流的效果好（Horii, K, Matsumae, Y., Cheng, X. M., Takei, M. and Hashimoto, B. A Study of Spiral Flow(Part 5), Analysis of Frictional Force Action on Short Fiber, Trans. Japan Soc. Aero. Space Sci., 1990c, 32(98)），但是产生的螺旋流周向速度小，螺旋流不稳定而且衰减较快。

专利“用在油气输送管道上的轴流式流体涡流发生器”（200910022760.1，公开（公告）号CN 101603628A）涉及一种油气混合物流体的输送装置，用在油气输送管道上的轴流式流体涡流发生器，由进口端、外壳、出口端连接成一体；在外壳内有一组由进口导流锥、螺旋叶片、中间体、出口导流锥连接而成的装置；螺旋叶片内端固定在中间体上，外端固定在外壳上。此发明能使混合物流体在管道内以螺旋和分层的方式流动，适用于管道内的石蜡和结垢沉积量的输送，也利于清理结蜡积垢，但是该发明应用范围较小，而且结构较复杂，不满足实验室理论研究的要求。专利“液体旋流发生器”（00210654.X，公开（公告）号CN 2406060）涉及一种用于石油钻井工程固井作业的井下工具。该装置由本体及焊接在其上的导向槽和与导向槽相嵌装的旋流导向带以及固定螺栓组成。适于在循环及注替水泥浆过程中，使流体产生螺旋流动状态，达到确保大井径和井径不规则井段封固质量的目的。但是该发明也存在上述专利一样的缺点：应用范围较小，而且结构较复杂，不满足实验室理论研究的要求。专利“涡旋发生器”（200620068646.4，公开（公告）号CN 2869720Y）提供了一种涡旋发生器，包括圆钢管、圆钢和四块螺旋叶片，四块螺旋叶片按同一旋向使其一端均布在圆钢的周围、另一端设置在圆钢管的内壁上，螺旋叶片与圆钢的轴向成45°。适于磨煤喷粉机中煤粉流与空气的充分混合。但是此发明没有解决安装问题，螺旋效果不明显，而且不适用于其他相的螺旋流的产生。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的目的是为解决科学实验以及实际工程的需求而发明的螺旋流发生装置，该装置要求加工工艺简单、使用方便、效率高。从实验上探讨螺旋流的产生与形成过程以及弄清各种影响参数的作用显得十分重要，这不仅有助于给人们提供一种进一步提高螺旋流性能的思路,亦能帮助人们进一步认识流体流动中的一些非线性流体力学现象。螺旋流技术的关键首先是如何在管道中产生螺旋流。掌握管内螺旋流规律后，发展性能更好、效率更佳的螺旋流发生装置无疑具有十分明显的工程价值和经济价值。此新型的螺旋流发生器首先制作简单，安装方便。能够最大限度的满足科学实验和实际工程的需要。另外，此装置调节灵活。可以根据需要随时调节圆管直径和叶轮大小以利于产生最佳的螺旋效果。最后，该装置螺旋效果明显，衰减较慢。并且，该装置不需要添加其他的耗能设备，适用于十分广的关于螺旋流的实验和实际工程领域。

本发明的叶轮式螺旋流发生器，解决了以下几大难题：1．采用最新型的叶轮式起旋，螺旋效果好，流态衰减慢。2．做成特定的管段形式，使整体易于安装。3．做成活动接口，方便叶轮的安装与更换。4．不需要添加其他的耗能设备。5．适用于十分广的关于螺旋流的实验和实际工程领域。

技术方案

本发明由螺旋流发生器和安装设备两个大的部分组成。螺旋流发生器包括叶轮机构（6）、轴盘（3）和芯轴（8）。叶轮是包括三支叶片（9）；轴盘（3）由键槽（12）、固定槽和盘体组成；芯轴的两端（和轴盘连接的部分）有芯轴固定突起（10），起到固定作用。安装设备由进口端（1）、外壳（4）和出口端（5）组成。其中，在进口端处有三块固定在外壳内壁的内壁固定突起（7），用来固定螺旋流发生器。

在安装时，首先将其中的一支叶轮和芯轴（8）连接完成，在连接叶轮和芯轴时，将芯轴固定突起（10）和轴盘的键槽（12）对齐，插入之后进行小角度的旋转，确保芯轴固定突起和固定槽能够刚好嵌入，以保证芯轴和叶轮完全固定。然后将已经完成好的连接部分放入外壳（4）内。随后将另一支叶轮和芯轴连接，连接方式同上。连接完成之后将后一支叶轮安放在外壳的内壁固定突起（7）上，以利于整体的固定。整个螺旋流装置完成。最后，将螺旋流发生器安装在实验管段上或者实际工程管段中。

有益效果

本发明的显著优点在以下几个方面：

（1）采用最新型的叶轮式起旋，螺旋效果好，流态衰减慢。

（2）做成特定的管段形式，使整体易于安装。

（3）做成活动接口，方便叶轮的安装与更换。

（4）不需要添加其他的耗能设备。

（5）适用于十分广的关于螺旋流的实验和实际工程领域。

附图说明

图1叶轮式螺旋流发生器结构图

图2叶轮机构示意图

图3芯轴三视图

图4 轴盘示意图

图中：进口端1；螺栓孔2；轴盘3；外壳4；出口端5；叶轮机构6；内壁固定突起7；芯轴8；叶片9 ；芯轴固定突起10；固定槽11；键槽12。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，本发明由螺旋流发生器和安装设备两个大的部分组成。螺旋流发生器包括叶轮、轴盘（3）和芯轴（8）。叶轮是包括三支叶片（9），叶片和轴盘之间采用焊接的方式进行连接；轴盘（3）由键槽（12）、固定槽（11）和盘体组成；芯轴的两端（和轴盘连接的部分）有芯轴固定突起（10），起到固定作用。安装设备由进口端（1）、外壳（4）和出口端（5）组成。其中，在进口端处有三块固定在外壳内壁的内壁固定突起（7），内壁固定突起和内壁之间采用焊接的方式进行连接，用来固定螺旋流发生器。

Claims

1.一种叶轮式的螺旋流发生器，其特征在于螺旋流发生器包括叶轮机构（6）、轴盘（3）、芯轴（8）和安装设备，在安装时，首先将其中的一支叶轮和芯轴（8）连接完成；然后将已经完成好的连接部分放入外壳（4）内；随后将另一支叶轮和芯轴连接，连接方式同上，连接完成之后将后一支叶轮安放在外壳的内壁固定突起（7）上，整个螺旋流装置完成，最后，将螺旋流发生器安装在实验管段上或者实际工程管段中。

2.根据权利要求1所述的一种叶轮式的螺旋流发生器，其特征在于：叶轮机构是包括三支叶片（9）。

3.根据权利要求1所述的一种叶轮式的螺旋流发生器，其特征在于：轴盘（3）由键槽（12）、固定槽和盘体组成。

4.根据权利要求1所述的一种叶轮式的螺旋流发生器，其特征在于：芯轴的两端（和轴盘连接的部分）有芯轴固定突起（10）。

5.根据权利要求1所述的一种叶轮式的螺旋流发生器，其特征在于：安装设备由进口端（1）、外壳（4）和出口端（5）组成。

6.根据权利要求1、5所述的一种叶轮式的螺旋流发生器，其特征在于：在进口端（1）处有三块固定在外壳（4）内壁的内壁固定突起（7）。