CN106762860B - 一种基于射流空化的液体流量自动稳定装置 - Google Patents

一种基于射流空化的液体流量自动稳定装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于射流空化的液体流量自动稳定装置。本发明包括供流管、吸入室、限位环、减压环、喷嘴、空化腔。该装置先将上游来流分为两部分，一部分经喷嘴加速减压后喷入空化腔，另一部分经过串联的减压环减压后也流入空化腔。两股流体在空化腔的收缩管内再次汇合，两股流体产生漩涡继而产生较大脉动压力导致空化初生，然后在喉管内快速发展成剧烈的空化云，拥塞整个喉管，并一直发展到扩散管之后才逐渐溃灭；喉管内充满空化云，使得出口压力的波动无法传导至喉管上游，导致从供流管至收缩管的压差始终恒定，继而实现了流量稳定。本发明响应速度极快、流量稳定性非常高、结构简单、可维护性高、对介质的适应能力强，可以大规模使用。

Description

一种基于射流空化的液体流量自动稳定装置
技术领域
本发明属于液体流量控制技术领域，具体涉及一种全新的基于射流空化的液体自动流量稳定装置。
背景技术
现有的液体流量稳定装置，大致可分为电控和自控两种。电控即需要利用电信号驱动反馈单元进行控制，大多采用电控阀门与流量传感器配合的形式，当流量传感器感应到流量变化，就将信号传递给控制中枢，控制中枢再给电控阀门发出动作指令，再由电控阀门动作实现流量控制，直至流量恢复到设定值，公开号为CN1865747A所公开的电控恒流水阀即是这种类型。自控则不需要电源，多采用压差控制模式，当流量变化时，控制装置前后压差变化，控制装置内置机构由于压差变化直接做出动作，做出反馈调节，使压差恢复，从而实现流量控制。先导式流量控制阀即是这种方式的典型代表。
不论是电控还是自控，现有的液体流量稳定装置都是一种渐进的流量稳定装置，都存在调节时间过长导致流量在设定值上下波动时间过长、波动幅度大，且装置结构复杂，可维护性差。类似于先导式流量控制阀的自控装置还存在流量稳定精度不高的问题。这些装置都不适用于对流量稳定性和响应速度要求非常高场合。
发明内容
本发明的目的是提出一种流量稳定性高、响应速度快、结构简单、可维护性高、成本低廉的液体流量稳定装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种基于射流空化的液体流量自动稳定装置，包括沿水流方向依次同轴连接的供流管、管状吸入室和空化腔；所述供流管沿水流方向包括连为一体的总来流管和喷嘴连接管，所述总来流管的直径尺寸大于喷嘴连接管直径尺寸；所述喷嘴连接管出液端设置有喷嘴；所述喷嘴连接管位于管状吸入室内；所述空化腔沿水流方向包括连为一体的收缩管、喉管和扩散管；所述管状吸入室一端通过螺纹与总来流管连接、另一端通过螺纹与收缩管连接；所述总来流管与喷嘴连接管连接端的环形交接端面上设置有若干个与管状吸入室相通的吸入室供流孔；所述管状吸入室与喷嘴连接管之间设置有减压机构；所述管状吸入室内壁上的减压机构两端分别设置有限位环和定位环。
作为优选项：所述减压机构包括若干个水平方向依次重叠放置的减压环，所述减压环外径与管状吸入室内径一致，内径大于喷嘴连接管外径；所述减压环纵截面为凹型；所述减压环内侧的凹型依次连接形成锯齿状。
作为优选项：所述限位环与管状吸入室螺纹连接,限位环与定位环配合夹紧减压环组。
作为优选项：所述限位环纵截面为梯形；梯形上底远离减压机构，梯形上底端面的圆周上均匀设置有四个旋紧槽。
作为优选项：所述吸入室供流孔为4个以上，采用中心对称等距的分布在总来流管与喷嘴连接管连接端的环形交接端面上。
作为优选项：所述喷嘴沿其水流方向为内径逐渐缩小；所述喷嘴出液端位于收缩管内，且喷嘴出液端直径小于喉管内径。
作为优选项：所述喷嘴出液端设置有直流道，所述直流道长度为出液端内径的0.2-0.3倍。
作为优选项：所述空化腔中收缩管为出液端小于进液端的锥形，喉管为直管，扩散管为出液端大于进液端的喇叭形。
作为优选项：所述喷嘴出液端与喉管入口距离为喉管入口直径的0.5-1倍。
本发明中液体通过总来流管后分为两股。一股经喷嘴连接管后由喷嘴高速喷入空化腔，视为一次流；另一股经吸入室供流孔进入管状吸入室，再经过多级减压环的减压之后进入空化腔，视为二次流。经过喷嘴的加速，一次流速度比二次流速度大很多，两股流体由于较大速度差的存在，在空化腔收缩管形成强烈的剪切流，从而产生漩涡。漩涡中心的压力较低，诱发空化初生。喉管为在收缩管初生空化产生的细小空泡提供低压环境，使空化加剧发展形成空化云，拥塞整个喉管。扩散管用于提供一个压力回升的条件，使得在喉管内发展的空化云逐渐溃灭。由于喉管内空化云的存在，使得出口压力的波动无法传导至空化腔收缩管，因此供流管至空化腔收缩管的流动状态不会改变，压差保持恒定，一次流和二次流流量均恒定，最终导致出口的流量恒定。
和现有技术相比，本发明具有以下特点：
(1)本发明维持压差恒定继而保持流量稳定的方法是完全依靠液体本身相变来保证，不利用任何其他诸如阀芯、膜瓣等部件的运动，完全不需要考虑这类运动部件的密封问题，因此结构非常简单，造价低廉装卸维护容易；
(2)本发明使用过程中，只要保证出口压力不高至空化云无法充满喉管，入口压力不变，不论出口压力如何变化，流量都能始终保持恒定，响应时间几乎为零，响应速度大幅度地提高；而且由于出口压力的被动无法影响到上游压力分布，因此流量波动非常小，可以小至1％以下，因此能大幅度提高流量控制精度；
(3)本发明中的减压环个数可以根据情况很方便的增减，可以很方便地改变装置的调控流量稳定的能力，大大提高了装置的可控性；
(4)由于无需密封材料或感应元件，只要介质不腐蚀管壁且能发生空化，本发明都是可以使用的，因此大大提高了适应介质能力，可以大规模推广。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明供流管的结构示意图，其中b为a的剖视图；
图3为本发明管状吸入室的结构示意图；
图4为本发明限位环的结构示意图，其中b为a的剖视图；
图5为本发明减压环的结构示意图，其中b为a的剖视图；
图6为本发明喷嘴的结构示意图；
图7为本发明空化腔的结构示意图；
其中，1-供流管；11-总来流管；12-吸入室供流孔；13-喷嘴连接管；2-管状吸入室；21-定位环；3-限位环；4-减压环；5-喷嘴；51-直流道；6-空化腔；61-收缩管；62-喉管；63-扩散管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
一种基于射流空化的液体流量自动稳定装置，包括沿水流方向依次同轴连接的供流管1、管状吸入室2和空化腔6；所述供流管1沿水流方向包括连为一体的总来流管11和喷嘴连接管13，所述总来流管11的直径尺寸大于喷嘴连接管13直径尺寸；所述喷嘴连接管13出液端设置有喷嘴5；所述喷嘴连接管13位于管状吸入室2内；所述空化腔6沿水流方向包括连为一体的收缩管61、喉管62和扩散管63；所述管状吸入室2一端通过螺纹与总来流管11连接、另一端通过螺纹与收缩管61连接；所述总来流管11与喷嘴连接管13连接端的环形交接端面上设置有若干个与管状吸入室2相通的吸入室供流孔12；所述管状吸入室2与喷嘴连接管13之间设置有减压机构；所述管状管状吸入室2内壁上的减压机构两端分别设置有限位环3和定位环21。
所述减压机构包括若干个水平方向依次重叠放置的减压环4，所述减压环4外径与管状吸入室2内径一致，内径大于喷嘴连接管13外径；所述减压环4纵截面为凹型；所述减压环4内侧的凹型依次连接形成锯齿状。
所述限位环与管状吸入室螺纹连接,限位环3与定位环21配合夹紧减压环组。
作为优选项：所述限位环纵截面为梯形；梯形上底远离减压机构，梯形上底端面的圆周上均匀设置有四个旋紧槽。
作为优选项：所述管状吸入室供流孔为4个以上，采用中心对称等距的分布在总来流管11与喷嘴连接管13连接端的环形交接端面上。
所述减压环4的数量为8-14个。
所述喷嘴5沿其水流方向为内径逐渐缩小；所述喷嘴5出液端位于收缩管61内，且喷嘴5出液端直径小于喉管62内径。
所述喷嘴5出液端设置有直流道51，所述直流道51长度为出液端内径的0.2-0.3倍。
所述空化腔6中收缩管61为出液端小于进液端的锥形，喉管62为直管，扩散管63为出液端大于进液端的喇叭形。
本发明中所述供流管的总来流管的直径大于其喷嘴连接管，总来流管出口端面与喷嘴连接管进口端面同轴布置，管状吸入室供流孔均布于环形交界端面。
本发明中减压环断面为凹型，使用时多个减压环串联在一起，包裹住喷嘴连接管，形成锯齿状减压流道。
本发明中空化腔的喉管直径大于喷嘴出口直径；收缩管的长度保证装配好的装置中喷嘴出口与喉管入口距离为0.5-1倍的喉管入口直径。
本发明先将上游来流分为两部分，一部分经喷嘴加速减压后喷入空化腔，另一部分经过串联的减压环减压后也流入空化腔。两股流体在空化腔的收缩管内再次汇合，由于二者速度差较大，两股流体交界的剪切层内产生漩涡继而产生较大脉动压力导致空化初生。由于喉管流速大,压力低,初生空化在喉管内快速发展成剧烈的空化云，拥塞整个喉管，并一直发展到扩散管之后才溃灭。喉管内充满空化云，使得出口压力的波动无法传导至喉管上游，导致从供流管至收缩管的压差始终恒定，继而实现了流量稳定。
作为本实施例的具体技术方案：
本具体实施例包括一个用于连接上游供流装置并将来流分为一次流和二次流两股流体的供流管1，对一次流进行加速减压的喷嘴5，对二次流进行减压的减压环4，锁紧串联减压环的限位环3，套住减压环的管状吸入室2，以及供一次流与二次流混合并诱发空化的空化腔6，见图1。
供流管1见图2，上游来流经过总来流管11后，分成两股流向下游，一股进入喷嘴连接管13供给喷嘴5，此为一次流；另一股经过吸入室供流孔12进入管状吸入室2，此为二次流。本具体实施例中，吸入室供流孔12采用中心对称等距均布的分布方式。
限位环3见图4，限位环3与管状吸入室2通过螺纹连接。限位环3窄端面对称交叉切有4个槽，方便使用工具旋紧限位环。
减压环4见图5，本具体实施例中，减压环4的个数为14个，串联相接，串联的减压环4利用限位环3和定位环21夹紧，包裹喷嘴连接管13形成纵截面为锯齿状的减压流道。减压环4的环截面为凹字形结构，外圆无螺纹。
喷嘴5见图6，喷嘴5通过螺纹与喷嘴连接管13连接。本具体实施例中，喷嘴5内部锥形流道末端连接一小段直流道，直流道长度为0.2-0.3倍喷嘴出口直径。
空化腔6见图7，空化腔6分为收缩管61、喉管62、扩散管63。收缩管上游有一段螺纹，空化腔6通过这段螺纹与管状吸入室连接。收缩管61的收缩结构进一步使二次流增速减压，使得一次流与二次流的剪切层时均压力更低，空化更容易产生。喉管62直径大于喷嘴5出口直径，直喉管的存在维持了低压，使初生空化能加剧为充满喉管的空化云。扩散管63的截面面积从与喉管连接端至出口端逐步增大。本具体实施例中，扩散管为锥形。
下面将具体介绍上述流量自动稳定装置的使用。
(1)装配阶段
将喷嘴5与供流管1通过螺纹连接牢固。然后将管状吸入室2与空化腔6连接，再将减压环4逐个套入管状吸入室2内部，接着旋入限位环3，压紧串联的减压环。最后，将喷嘴5和喷嘴连接管13套入减压环内的空间，管状吸入室2通过螺纹与供流管1连接完成整个装配过程；
(2)安装阶段
装配完成后，该装置的角度按具体情况确定；现将供流管1的进口与上游管道连接，然后再将下游管道与扩散管63出口连接；
(3)使用阶段
使用过程中，可根据不同介质性质、不同出口压力波动范围调整减压环的个数来控制空化剧烈程度。
本发明响应速度极快、流量稳定性非常高、结构简单、可维护性高、对介质的适应能力强，可以大规模使用。
尽管本说明书较多地使用了1-供流管；11-总来流管；12-吸入室供流孔；13-喷嘴连接管；2-管状吸入室；21-定位环；3-限位环；4-减压环；5-喷嘴；51-直流道；6-空化腔；61-收缩管；62-喉管；63-扩散管等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种基于射流空化的液体流量自动稳定装置，其特征在于：包括沿水流方向依次同轴连接的供流管(1)、管状吸入室(2)和空化腔(6)；所述供流管(1)沿水流方向包括连为一体的总来流管(11)和喷嘴连接管(13)，所述总来流管(11)的直径尺寸大于喷嘴连接管(13)直径尺寸；所述喷嘴连接管(13)出液端设置有喷嘴(5)；所述喷嘴连接管(13)位于管状吸入室(2)内；所述空化腔(6)沿水流方向包括连为一体的收缩管(61)、喉管(62)和扩散管(63)；所述管状吸入室(2)一端通过螺纹与总来流管(11)连接、另一端通过螺纹与收缩管(61)连接；所述总来流管(11)与喷嘴连接管(13)连接端的环形交接端面上设置有若干个与吸入室(2)相通的吸入室供流孔(12)；所述管状吸入室(2)与喷嘴连接管(13)之间设置有减压机构；所述管状吸入室(2)内壁上的减压机构两端分别设置有限位环(3)和定位环(21)。
2.如权利要求1所述的基于射流空化的液体流量自动稳定装置，其特征在于：所述减压机构包括若干个水平方向依次重叠放置的减压环(4)，所述减压环(4)外径与管状吸入室(2)内径一致，内径大于喷嘴连接管(13)外径；所述减压环(4)纵截面为凹型；所述减压环(4)内侧的凹型依次连接形成锯齿状。
3.如权利要求1所述的基于射流空化的液体流量自动稳定装置，其特征在于：所述限位环(3)与管状吸入室(2)螺纹连接,限位环(3)与定位环(21)配合夹紧减压环(4)组。
4.如权利要求1所述的基于射流空化的液体流量自动稳定装置，其特征在于：所述限位环(3)纵截面为梯形；梯形上底远离减压机构，梯形上底端面的圆周上均匀设置有四个旋紧槽。
5.如权利要求1所述的基于射流空化的液体流量自动稳定装置，其特征在于：所述吸入室供流孔(12)为4个以上，采用中心对称等距的分布在总来流管(11)与喷嘴连接管(13)连接端的环形交接端面上。
6.如权利要求1所述的基于射流空化的液体流量自动稳定装置，其特征在于：所述喷嘴(5)沿其水流方向为内径逐渐缩小；所述喷嘴(5)出液端位于收缩管(61)内，且喷嘴(5)出液端直径小于喉管(62)内径。
7.如权利要求6所述的基于射流空化的液体流量自动稳定装置，其特征在于：所述喷嘴(5)出液端设置有直流道(51)，所述直流道(51)长度为出液端内径的0.2-0.3倍。
8.如权利要求1所述的基于射流空化的液体流量自动稳定装置，其特征在于：所述空化腔(6)中收缩管(61)为出液端小于进液端的锥形，喉管(62)为直管，扩散管(63)为出液端大于进液端的喇叭形。
9.如权利要求1所述的基于射流空化的液体流量自动稳定装置，其特征在于：所述喷嘴(5)出液端与喉管(62)入口距离为喉管(62)入口直径的0.5-1倍。
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