CN107082283B - 一种自激振荡式脉冲旋流增压器 - Google Patents

一种自激振荡式脉冲旋流增压器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自激振荡式脉冲旋流增压器，包括壳体、进气调节管、左端盖、脉冲旋流叶片、出气调节管和右端盖，壳体左端和右端分别为主进气口和主出气口，壳体左右端盖通过M8螺钉固定；脉冲旋流叶片设置安装在壳体内部，进气调节管安装在脉冲旋流叶片左端，出气调节管安装在脉冲旋流叶片右端，壳体焊接两个支撑腿座；脉冲旋流叶片包括中心套管和设在中心套管凹部的旋流叶片，中心套管内颗粒和气体轴向流动，壳体与脉冲旋流叶片之间形成脉冲涡旋气流；上壳体上开设有辅助进补气口，补进气口为G1管螺纹连接。本发明适用范围广，能够降低颗粒最小输送速度、减轻管路磨损、减少颗粒破碎、避免管路堵塞，适用于物料颗粒远距离气力输送。

Description

一种自激振荡式脉冲旋流增压器
技术领域
本发明属于气力输送技术领域，具体涉及可将连续气流转变为脉冲气流的自激振荡式脉冲旋流增压器。
背景技术
气力输送技术是利用高速气流在管道内实现散粒物料(如面粉、小麦、混凝土物料等)的气力输送。目前，采用气力输送一般采用轴向气流气力输送，气力输送具有清洁、环保、安全等优点，但同时也具有动力消耗大、易产生物料破碎、管路堵塞等缺点。为改善上述问题，可采用降低输送速度、分段补气增压等方式，其中，涡旋气流气力输送改变输送气流形式，由单纯轴向气流改为轴向速度和切向速度结合的涡旋气流，相对于传统轴向气流气力输送，涡旋气流气力输送可有效降低最小输送气流速度，减轻物料破碎、防止管路堵塞和管路磨损等优点。
旋流器是涡旋流气力输送的关键部件，用于涡旋流场的产生，常采用径向脉冲旋流叶片、切向进气和螺旋管壁等形式，但上述几种方式均存在不足之处，径向脉冲旋流叶片可产生较强涡旋气流，但中间有叶片，不能用于管道输送中有物料通过的场合，一般仅用于气流入口位置；切向进气方式适用场合较广，但湍流能量损失大，且一旦结构确定，产生的涡旋流场强度和气流速度分布不易调整；螺旋管壁可用于管道输送有物料通过场合，但产生旋流强度较弱且气流速度分布完全由管壁结构决定。
自激振荡脉冲气流是利用流体力学、流体共振、瞬变流等理论发展起来的一种高效气流，不依靠任何旋转部件或外部激励，仅仅利用自激振荡脉冲喷嘴自身特殊结构就可将连续气流转化为脉冲流动，从而大大增强气流的冲击力与扰动能力，防止管道堵塞，并起到节能的作用。
自激振荡脉冲射流技术发展至今已有近三十年，理论较为成熟，自激振荡脉冲射流的理论在水力射流领域应用范围巨大，但目前鲜有将脉冲射流理论应用到气力输送领域的应用，且目前还不存在具有结构简单、加工容易、效果好、成本低的自激振荡式脉冲旋流增压器。因此，现亟需一种可适用于不同工作压力的自激振荡脉冲旋流增压器来适应于此技术的广泛应用前景。
发明内容
发明目的：本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种适用范围广、能够降低颗粒最小输送速度、避免管路堵塞、将连续气流变为较大扰动作用的自激振荡式脉冲旋流增压器。
技术方案：
一种自激振荡式脉冲旋流增压器，壳体、进气调节管、脉冲旋流中心轴以及出气调节管；
所述壳体为中空结构且左右两端开口，所述壳体左端和右端开口分别为入气口和出气口，并通过左右端盖固定密封；
所述脉冲旋流中心轴沿所述壳体的轴线安装在所述壳体内，包括中心套管及设在所述中心套管外侧圆周上的脉冲旋流叶片；所述中心套管内为两端分别与所述入气口和所述出气口连通的轴向气流通道；所述进气调节管和所述出气调节管分别通过可调节配合深度的管螺纹与所述中心套管连接。
作为优选方案，所述脉冲旋流叶片为沿所述中心套管外侧圆周上均匀布置的若干个凹槽形成的叶片；所述凹槽的形状沿轴向为入口端为渐缩形，再逐渐形成长条状，在凹槽中部的左右两侧分别设有入口处是直角、出口是倾斜角的梯形振荡用空腔，即振荡腔。
作为优选方案，所述凹槽的出口处喷嘴中心孔孔径D2为进口处喷嘴孔径D1的1～1.2倍。
作为优选方案，所述凹槽振荡腔中的倾斜角角度为50°≤θ≤60°。
作为优选方案，在所述壳体侧面开设有一补气孔，所述壳体内设有与所述补气孔连通的进气室。
作为优选方案，所述壳体两端开口的左右端盖与所述壳体通过8个圆周分布的内六角螺钉固定，并通过O型密封圈密封。
作为优选方案，所述出气调节管采用末端渐缩管结构。
作为优选方案，所述出气调节管的出气端倾斜角角度为α，其角度6°≤α≤10°；所述右端盖内部倾斜角角度为β，其角度14°≤β≤20°。
作为优选方案，所述进气调节管、脉冲旋流叶片、出气调节管及右端盖均采用304不锈钢材质，所述壳体采用45钢并对表面进行镀锌处理。
作为优选方案，对于有充足气源，主进气口和补气口采用同一气源；反之，主气源和补气源必须采用不同的气源。
有益效果：
1、通过轴向移动进气调节管，从而调整入口气流进入中心轴向气流通道与涡旋气流通道的比例，从而改变形成的涡旋流场的旋流强度；通过轴向移动出气调节管，调节出气调节管的伸出长度及出气量，改变切向气流与中心轴向气流汇合位置，从而调节产生的涡旋流场气流速度。
2、本发明在用作管路旋流增压器时，管路旋流增压器用于涡旋气流气力输送系统，将本发明通过入口的连接螺纹和出口的连接螺纹安装在易发生管道堵塞处，本发明在组装前，调整进气调节管的轴向位置使得第一锥形密封面与第二锥形密封面接触密封，增压气流由辅助进气口进入脉冲旋流叶片通道，在脉冲旋流叶片作用下形成切向气流，与由中心轴向气流通道进入的混合气流汇合，对堆积在管道内的物料颗粒进行扰动，使颗粒悬浮于管道，沿输送管道继续流动。
3、将自激振荡式脉冲旋流叶片分为凹槽铣削后再装配，从而降低了加工难度与成本；特别是进气调节管和出气调节管的使用不仅保证了自激荡振荡腔连续可调，也保证了旋流叶片左端外圆柱面与左端盖表面的配合精度得以实现，保证了出口喷嘴中心线与振荡腔中心线共线，从而进口喷嘴、振荡腔、出口喷嘴三者中心线共线。此外，本发明中出口喷嘴锥形碰撞壁的使用，有效的反馈了振荡压力波，因而脉冲效果好。
附图说明
图1是本发明实施例的轴向剖视结构示意图；
图2是本发明实施例的三维爆炸图；
图3是本发明实施例的螺旋叶片展开图；
图4是本发明实施例的脉冲旋流叶片轴向剖视图；
图5是本发明实施例的出气调节管轴向剖视图；
图6是本发明实施例的物料旋流效果图。
附图中：1、进气调节管；2、左端盖；3、补气口；4、壳体；5、右端盖；6、出气口；7、出气调节管；7-1、外丝管螺纹；7-2、平端面；8、O型密封圈；9、脉冲旋流中心轴；9-1、圆槽；9-2、内丝管螺纹；9-3、内丝管螺纹；9-4、脉冲旋流叶片中心套管；9-5、脉冲旋流叶片；10、O型密封圈；11、内六角螺钉；12、进气室；13、O型密封圈；14、入气口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
请见图1、图2所示，本发明的自激荡式脉冲旋流增压器，包括壳体4、进气调节管1、脉冲旋流中心轴9和出气调节管7，壳体4为中空结构且左右两端开口，壳体4左端和右端分别为入气口14和出气口6，壳体4的侧面上开设有一补气孔3。壳体4内设有与补气孔3相对应位置并与补气孔3连通的进气室12，进气室12的主要目的有二：其一，补气口安装气嘴不会与叶片干涉；其二，补气口进入增压器为垂直于脉冲旋流叶片方向，设置一个进气室可以为气流在旋流叶片内增加一段稳定调向过程。在壳体4底部焊接有两个支撑腿座，用于支撑整个壳体4。
壳体4的两端开口设有左右端盖，左端盖2与壳体4通过O型密封圈10密封，并通过8个圆周分布的内六角螺钉11固定；右端盖5通过O型密封圈8与外壳4密封，并通过8个圆周分布的内六角螺钉11固定。在本发明中，在壳体4左右内端面均设置有圆槽，用以安放O型密封圈。
脉冲旋流中心轴9沿壳体4的轴线安装在壳体4内，进气调节管1设在脉冲旋流中心轴9左端，出气调节管7设在脉冲旋流中心轴9右端；进气调节管1与左端盖2通过轴定位，与脉冲旋流中心轴9通过管螺纹实现定位连接；出气调节管7通过管螺纹与脉冲旋流中心轴9连接，通过调节配合深度来调节出气量，出气调节管7右端含倾斜角，呈梯形结构。
脉冲旋流中心轴9包括中心套管9-4和设在中心套管9-4外的脉冲旋流叶片9-5，中心套管9-4左端部与左端盖2右端部齐平，左端盖2通过O型密封圈13与中心套管9-4密封；中心套管9-4右端部位于壳体4内部，与壳体4右端部的距离为l＝10mm，中心套管9-4的左端部内壁和右端部内壁分别设有螺纹9-1、9-2，用于脉冲旋流中心轴9与进气调节管1及出气调节管7通过管螺纹连接，从而方便调节进气管及出气调节管，且连接方便不漏气。中心套管9-4内两端分别与入气口14和出气口6连通的轴向气流通道，中心套管9-4外的脉冲旋流叶片9-5与壳体4之间形成脉冲旋流气流通道。脉冲旋流叶片9-5为沿圆周均匀布置的3个凹槽形成的叶片，用以解决凹槽过少旋流强度低、凹槽过多无法合理设置振荡箱的问题，振荡箱的大小是脉冲强度大小的关键。在脉冲旋流中心轴9左端设置一圆槽，用以安放O型密封圈13。
在本发明中，脉冲旋流叶片9-5的3个凹槽的形状沿轴向为入口端为渐缩形，再逐渐形成长条状，在凹槽中部的左右两侧分别设有入口处是直角、出口是倾斜角的梯形振荡用空腔，即振荡腔；振荡腔用于在其内形成脉冲气流。脉冲旋流叶片9-5的凹槽的出口处喷嘴中心孔孔径D2为进口处喷嘴孔径D1的1～1.2倍。出口处喷嘴中心轴线与碰撞面的反向延长线夹角为θ，即振荡腔中的倾斜角，角度为50°≤θ≤60°。
进气调节管1右侧设有第一圆形密封面，壳体4的左侧内壁设有与第一圆形密封面接触密封配合的第二圆形密封面；当拧紧进气调节管1，第一圆形密封面与第二圆形密封面接触密封，气流或料气混合气流依次通过入气口14和出气口6形成轴向气流；从补气口3内通入补气气流，补气气流依次通过补气口3、进气室12、脉冲旋流中心轴9和出气口6，与通过脉冲旋流中心轴9内中心管道9-4的轴向气流混合形成旋流气流；通过轴向移动出气调节管7，调节出气调节管7的伸出长度，改变切向气流与轴向气流汇合位置及切向流量，改善颗粒在管道内的悬浮状态，防止管道堵塞。
在本发明中，进气调节管1与脉冲旋流中心轴9通过调节螺纹配合深度来调节增压器与输送管道连接紧密，出气调节管7通过与脉冲旋流中心轴9配合深度调节补气口3气体流量，出气调节管7出气端倾斜角角度为α，其角度6°≤α≤10°，右端盖5内部倾斜角角度为β，其角度14°≤β≤20°。
此外，本发明还结合上述的内容，对自激振荡式脉冲旋流增压器的组成提供了以下具体的实施例：
实施例一：
设备运行中，入气口14、补气口3采用不同正压气源，粉料会因自重沉降，聚积在管道下部成粉料丘，并不断增高导致主风道截面积变小，风压上升。为降低能量消耗及减少管道磨损，物料远距离气力输送常采用低压大气量，当风压不足以吹通堆积在管道内的物料堆时，就会发生管道堵塞。
当从补气口3进行补气时，强气流即通过脉冲旋流中心轴9进入主管道，从管道堵塞后端位置流出，形成紊流，对料堆进行扰动分割向前推移，直至堵塞物料团破碎，此时脉冲旋流增压器充当带有旋流效果的双套管疏通管道作用。
实施例二：
脉冲旋流增压器的出气调节管7采用末端渐缩管结构，当气体速度较低时，物料将堆积在增压器内部，此时脉冲旋流增压器充当实施例一作用；当气体速度足以使颗粒不堵塞在增压器内时，即颗粒可以流畅的通过旋流增压器时，出气调节管7渐缩的倾斜角设计，可以使颗粒通过出气调节管时颗粒被扰动，使得颗粒群沿着整个管道向出口移动，而不是随着管道底部滑动或滚动，且管径减小时，流场速度会变大，在一定距离内都可以对物料进行加速。物料满管输送不仅可以防止管道堵塞，而且可以降低同样物料输送时的气量消耗。
辅助气源从补气口3进入脉冲旋流增压器，高速气流经进气室喷出进入振荡腔，在进口喷嘴出口处形成的压力扰动波会诱发射流剪切层中产生漩涡，一定频率的漩涡将被选择性放大，并与出口喷嘴上端的锥体壁面碰撞，碰撞产生压力扰动波并向上游反射，若反射压力波与进口喷嘴出口处的扰动波互为反相，就会导致振荡腔内流体阻抗形成周期性变化，从而将连续射流转变为脉冲射流。对于不同的气流流量，气流进入振荡腔的速度不同，剪切层中漩涡与出口喷嘴上端锥体壁面的碰撞频率不同，从而导致压力波不同，因而针对不同的气流流量需要通过调整进入振荡腔气流量来使得反射压力波与初始扰动波互为反相。这时，只需旋转进气调节管1就可连续改变进气室12的腔长，从而使发射压力波与初始扰动波互为反相，产生强烈的脉冲效果。
形成的脉冲气流经切向的凹槽后变形成脉冲旋流气流，与轴向主管道内的料气混合物混合，使得沿着管道底部流动的物料颗粒在旋流风的作用下被旋动起来，沿着管道整个截面运动，减少管道堵塞和管道磨损。传统旋流气流增压器对运动的颗粒旋流效果较好，但一旦物料堆积在旋流增压器后端，仅依靠传统的旋流风，对堆积在管道底部的静止颗粒扰动效果较差。脉冲旋流气流以其较高的冲击力对堆积在管道底部的颗粒团具有更大的扰动力，更容易冲散颗粒堆。
长距离气力输送管道输送气密性要求是最主要的，这不仅是稳定的气流速度所必需的，也是管道内压降小所要求的。
管螺纹以其制造、使用都简单,联接可靠、使用方便、通用性好、可装拆而重复使用、气密性高等优点，被选用高压长距离气力输送最合适的连接方式，脉冲旋流增压器进气调节管1及右端盖5均选用螺纹连接，脉冲旋流增压器通过直接接头布置在管道中，简单方便，而且具有极高的气密性，能保证气料输送并入脉冲旋流增压器时还具有较高的气密性。
具体的，对于进气调节管1、脉冲旋流增压叶片9、出气调节管7及右端盖5均采用304不锈钢材质，壳体4采用45钢并对表面进行镀锌处理，防止脉冲旋流增压器在潮湿的环境(如煤矿井下等潮湿环境)不发生锈蚀、断齿等问题。
在本发明中，对于有充足气源(气罐容量工作能力远远超过气力输送时的气量消耗，如煤矿井下气源等)，主进气口和补气口可以采用同一气源；反之，主气源和补气源需采用不同的气源。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自激振荡式脉冲旋流增压器，其特征在于：壳体(4)、进气调节管(1)、脉冲旋流中心轴(9)以及出气调节管(7)；
所述壳体(4)为中空结构且左右两端开口，所述壳体(4)左端和右端开口分别为入气口(14)和出气口(6)，并通过左右端盖固定密封；
所述脉冲旋流中心轴(9)沿所述壳体(4)的轴线安装在所述壳体(4)内，包括中心套管(9-4)及设在所述中心套管(9-4)外侧圆周上的脉冲旋流叶片(9-5)；所述中心套管(9-4)内为两端分别与所述入气口(14)和所述出气口(6)连通的轴向气流通道；所述进气调节管(1)和所述出气调节管(7)分别通过可调节配合深度的管螺纹与所述中心套管(9-4)连接；
所述脉冲旋流叶片(9-5)为沿所述中心套管(9-4)外侧圆周上均匀布置的若干个凹槽形成的叶片；所述凹槽的形状沿轴向为入口端为渐缩形，再逐渐形成长条状，在凹槽中部的左右两侧分别设有入口处是直角、出口是倾斜角的梯形振荡用空腔，即振荡腔。
2.根据权利要求1所述的自激振荡式脉冲旋流增压器，其特征在于：所述凹槽的出口处喷嘴中心孔孔径D2为进口处喷嘴孔径D1的1～1.2倍。
3.根据权利要求1所述的自激振荡式脉冲旋流增压器，其特征在于：所述凹槽振荡腔中的倾斜角角度为50°≤θ≤60°。
4.根据权利要求1所述的自激振荡式脉冲旋流增压器，其特征在于：在所述壳体(4)侧面开设有一补气口(3)，所述壳体(4)内设有与所述补气口(3)连通的进气室(12)。
5.根据权利要求1所述的自激振荡式脉冲旋流增压器，其特征在于：所述壳体(4)两端开口的左右端盖与所述壳体(4)分别通过8个圆周分布的内六角螺钉(11)固定，并通过O型密封圈密封。
6.根据权利要求1所述的自激振荡式脉冲旋流增压器，其特征在于：所述出气调节管(7)采用末端渐缩管结构。
7.根据权利要求6所述的自激振荡式脉冲旋流增压器，其特征在于：所述出气调节管(7)的出气端倾斜角角度为α，其角度6°≤α≤10°；所述右端盖(5)内部倾斜角角度为β，其角度14°≤β≤20°。
8.根据权利要求1所述的自激振荡式脉冲旋流增压器，其特征在于：所述进气调节管(1)、脉冲旋流叶片(9-5)、出气调节管(7)及右端盖(5)均采用304不锈钢材质，所述壳体(4)采用45钢并对表面进行镀锌处理。
9.根据权利要求4所述的自激振荡式脉冲旋流增压器，其特征在于：对于有充足气源，入气口(14)和补气口(3)采用同一气源；反之，入气口(14)和补气口(3)必须采用不同的气源。
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