CN108266367A - 流体输送装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一实施例提供了一种流体输送装置，其包括有一空腔及至少部分设于该空腔内的输送管道。该输送管道设有第一开口和第二开口以连通输送管道与空腔。当气液两相流体进入空腔后便会分离为气相部分和液相部分，其中，液相部分主要由第一开口流入输送管道，气相部分主要由第二开口流入输送管道，而且液相部分由第一开口流入输送管道的速度取决于空腔里积累的液相部分的量。其可使气液两相流流体以较稳定的流态进行输送，从而使其中的至少一相流体，如液相流体能以较稳定的流量传输。

Description

流体输送装置

【技术领域】

本发明涉及一种流体输送装置，尤其是指一种气液两相流体或含有气液相流体的多相流体的输送装置。

【背景技术】

在流体的输送过程中，气液两相流普遍存在于各个行业之中，如动力工程、核能工程、石油工程、化学工程、航天工程等。气液两相流是指在同一流动体系中，同时存在气相和液相两种流动介质的一种流动形态，它是多相流动中最为常见的类型之一。

气液两相流根据组分、流动环境、流动状态等可分成多种类型，比如泡状流、塞状流、混状流、环状流、液丝环状流或雾状流等。在气液两相流的一些流动形态中，气液两相会产生压力波动，两相界面不断变化，从而两相介质的分布状态也不断改变。此外，管道及管截面的形状、管道加热状态、所处的重力场、介质的表面张力、壁面及相界面间的剪切应力等因素也可能会影响到管道内气液在两相间的分配。

由于气液两相流在管道内流动时，多种因素可能影响着其在两相间的分配，这样，就可能造成气液在传输过程中单相流体的流量不稳定，进而对后续的操作产生不利的影响。比如，在一些化学反应中，为了保证反应的正常进行，气液流体需要稳定的输入到反应器中。然而，在一些流动形态中，由于气液传输中两相介质分布状态的不断变化就会造成输入到反应器中的流体的流量不稳定，这必然会对反应器中进行的反应产生不利的影响。

所以，需要一种稳定地输送气液两相流体或多相流体的装置或方法。

【发明内容】

本发明的一方面在于提供一种输送装置，其可使气液两相流流体以较稳定的流态进行输送，从而使其中的至少一相流体，如液相流体能以较稳定的流量传输。本发明的一实施例提供了一种输送气液两相流体的装置，其包括有一空腔及至少部分设于该空腔内的输送管道。该输送管道设有第一开口和第二开口以连通输送管道与空腔。该装置的结构可使气液两相流体进入空腔后分离为气相部分和液相部分，其中，液相部分主要由第一开口流入输送管道，气相部分主要由第二开口流入输送管道，而且液相部分由第一开口流入输送管道的速度取决于空腔里积累的液相部分的量。

这样，气液两相流体经过该流体输送装置后，就能够以较稳定的流量或稳定的流态进行输送，这对于气液流体的后续操作是很有益的。

本发明的另一方面在于提供一种多相流体输送装置，其可使多相流体以较好的均匀度进行传输，从而使其中的至少一相流体，如液相流体能以稳定的流量或稳定的流态被传输。在本发明一实施例中，该多相流体输送装置包括有入口，空腔，输送管道及出口。多相流体经该入口进入空腔后分离成第一部分和第二部分，其中第一部分的比重大于第二部分的比重。该输送管道设有沿其轴向排列或延伸的开口使得第一部分在空腔底部累积至一定高度后便以大致均匀的流速经输送管道流出，从而使由该出口流出的多相流体中所述第一部分流体的流量波动较由该入口流入的多相流体中所述第一部分流体的流量波动小。

【附图说明】

图1为本发明输送装置的一个实施例的立体组合图；

图2为图1所示的输送装置沿A-A线剖开后的剖视图；

图3A为输送装置的输送管道的一个实施例的立体图；

图3B为输送装置的输送管道的另一个实施例的立体图；

图3C为输送装置的输送管道的再一个实施例的立体图；

图4为图1所示的输送装置工作时的示意图；

图5为输送装置的入口的一个实施例示意图；

图6为本发明输送装置的另一个实施例的示意图；

图7为本发明输送装置的再一个实施例的示意图；

图8为本发明输送装置串联使用时的一实施例的示意图。

【较佳实施例】

图1和图2所示分别为本发明一实施例提供的输送装置1的立体组合图及沿A-A线剖开后的一个剖视图。参看图1所示，输送装置1包括盖体10、支撑件121及设置于支撑件121上的输送管道122。盖体10于其侧壁100上开设有入口102。参看图2所示，盖体10具有下表面103，且于下表面103大致中央部位向上延伸开设有一端封闭的空腔101。入口102与空腔101连通，从而外部的流体可通过入口102输入到空腔101中。支撑件121具有上表面125。输送管道122设置于支撑件121大致中央部位且上下延伸贯穿该支撑件121。输送管道122包括有位于上表面125上的上部及于上表面125向下延伸的下部。

在一实施例中，输送管道122与支撑件121一体成型。可选择地，盖体10与支撑件121为相互独立的部件，通过连接元件连接在一起。例如，在图2所示的实施例中，在安装盖体10与支撑件121时，盖体10的下表面103与支撑件121的上表面125对接，借助于螺栓11使盖体10与支撑件121安装在一起，从而对空腔101进行封闭。此时，输送管道122的上部便收容于空腔101内。

在一实施例中，盖体10大致为具有台阶部的圆柱体结构，空腔101为圆柱体结构。支撑件121及输送管道122也可均构造成圆柱体结构。当然，在其他实施例中，根据需要，盖体10、空腔101、支撑件121及输送管道122也可为其它形状，如长方体形等。

图3A、3B、3C所示为输送管道122在不同实施例中所采用的不同构型。参看图3A、3B、3C所示，输送管道122的最上部可被称为顶端130，其最下部可被称为底部140，在顶端130和底部140之间包围形成管道的部分称为侧壁150。

参看图3A、3B所示，输送管道122于其底部140上设有出口123，于其侧壁150上开设有第一开口124，及于其顶端130上设有第二开口126。在本发明一实施例中，如图3A所示，第一开口124可设置成沿输送管道122轴向延伸的狭缝结构。输送管道122可根据需要开设一个或更多个狭缝。狭缝结构可以为方形，弧形，甚至一定的曲线形状。在另一实施例中，如图3B所示，第一开口124可设置成在侧壁150上的孔洞结构，其包括多个小孔，如圆形小孔、方形小孔等，有规律或杂乱地排列在侧壁150上。该多个小孔中至少有两个在不同的轴向位置上，即，该多个小孔中至少有两个小孔离底部140的距离是不同的。

在又一实施例中，第一开口124和第二开口126均可设置于输送管道122的侧壁150上，但第二开口126的位置高于第一开口124的位置。可选择地，第一开口124和第二开口126可为相互独立的结构，如不同的开口或孔洞结构等。或者，如图3C所示，第一开口124和第二开口126还可为同一开口的不同部分，如第二开口126为该开口的上部而第一开口124为其下部。可选择地，可使第二开口126,如该同一开口靠近输送管道122的顶端130的那一部分，具有较宽的尺寸以使气相流体较顺畅地通过，并可减少气相流体的压力波动；而第一开口124，如该同一开口靠近输送管道122的底部140的那一部分，较第二开口126狭窄以使得液相流体输入到输送管道122内时受到一定的抑制，能在空腔101内形成一定的累积，进而能比较均匀地流入输送管道122。

当气液两相流体或者包含气液两相流体的多相流体于入口102输入到空腔101内后，由于比重的不同该两相或多相流体便会大致分离为几部分，如主要为液相流体的第一部分和主要为气相流体的第二部分。由于气相流体一般较液相流体的比重小，因此第二部分流体(也称为气相流体)主要聚集在空腔101的上部，而第一部分流体(也称为液相流体)大多下沉在空腔101的下部内进行累积。在某些实施例中，在多相流体中也可能包含有一定含量的固体颗粒，固体颗粒将根据其粒径的大小而分布在第一或第二部分流体中。基于此，第一开口124和第二开口126的设置可有多种方式，该设置应能使不同比重的流体分别从不同的开口或同一开口的不同部分流入到输送管道122内。一般地，由于气相流体较液相流体的比重小，该两部分流体分别对应的第二开口126和第一开口124设置的位置最好有一定的差异，第二开口126的位置一般高于第一开口124的位置。此外，为了使液相流体在由空腔101输入到输送管道122时受到一定的抑制，从而在空腔101内形成累积而缓冲于入口102进入的液相流体的不稳定，并使液相流体能以比较均匀的流速流入到输送管道122内，第一开口124的尺寸一般较小。而为了使气相流体的流阻波动受到抑制以使气相流体能以较均匀的流速输入到输送管道122内，或者/和为了使气相流体的压力波动受到抑制，减少空腔内101内的气相流体对液相流体流动的影响，第二开口126的尺寸最好足够大，一般较第一开口124的尺寸大。

这样，第一开口124和第二开口126便可将输送管道122与空腔101相连通，从而空腔101内的流体可通过第一开口124和第二开口126进入到输送管道122内。因第一开口124和第二开口126设置的位置具有高度上的差异，空腔101内比重较小的流体将主要从第二开口126进入到输送管道122中，而比重较大的流体主要从第一开口124进入到输送管道122中。输送管道122的出口123可与下一级设备，如反应器入口相连，以将输送管道122内的流体输送给该下级设备。

在一实施例中，于入口102向空腔101内输入的流体为气液两相流流体。参看图4所示，其为本发明一实施例的输送装置工作时的示意图。当气液流体于入口102进入空腔101后，气液两相流体便分离为气相流体和液相流体，其中气相流体主要聚集在空腔101的上部，而液相流体大多下沉在空腔101的下部内进行累积。当液相流体的液面13累积到超过第一开口124的下端时，液相流体便从第一开口124进入输送管道122，进而从出口123流出。由于第二开口126设置在第一开口124的上方，所以大部分气相流体则从第二开口126进入到输送管道122并从出口123流出。

液相流体在空腔101内的液面高度13最好不高于第一开口124的最上端的位置，也不超过入口102的最底端的位置，否则将不利于流体的传输。

由于从入口102向空腔101内输入的气液两相流体或多相流体中的气液两相流体的比例在传输过程会不稳定，流体介质有一定的不均匀性，因此液面13会随着输入液体的不稳定而上下波动。但是在不同的液面13下由于第一开口124的关系，进入到输送管道122内的液体流量受到控制，原来较大的液体流量波动能够被控制在一个较小的范围内，液面13可保持在大致相同的位置或在较小的范围内波动。从而，单位时间内流入流出输送装置1的液相流体的量大致相等，即液相流体可以大致均匀的流速通过第一开口124流入到输送管道122内。从时间顺序上看，当液相流体达到较稳定的状态时，单位时间内流经输送管道122内的液相流体的量是大致均匀的。因此，本发明实施例提供的流体输送装置可使液相流体或者第一部分流体在空腔101底部累积至一定高度后便以大致均匀的流速经输送管道122流出。

可选择地，空腔101的容积最好足够大以使气相流体在空腔101内的压力变化得到一定的缓冲，从而使气相流体在空腔101内的压力波动受到抑制而小于气相流体在进入到空腔101之前的压力波动。例如，假定从入口102进入到空腔101内时气相流体的压力波动在ΔP1，空腔101内的气相流体的压力波动在ΔP2，可通过设计空腔101的容积，使ΔP2仅为ΔP1的1％～80％，或者5％～50％的范围内，如10％，20％，或30％等。一般地，空腔101的容积取决于从入口102进入到空腔101内的气相流体的流量和该比值的大小。根据压力和体积的反比例关系，当空腔101的容积足够大时，气相流体在空腔101的压力变化将较小。一方面，当气相流体的压力波动较小时，空腔101内的气相流体对液相流体的压力影响相应减少，进而液相流体的流动可免受气相流体的影响。另一方面，气相流体的压力波动较小也使得气相流体流入到输送管道122的流速较均匀。

因此，由出口140流出的多相流体中第一部分流体的流量波动较由入口102流入的多相流体中第一部分流体的流量波动小。这样，当气液两相流体或多相流体，尤其是一些具有不稳定流态的气液两相流进入输送装置后，气液两相流体就会由不稳定的流态转变为较为稳定的流态，有利于流体以较稳定的流量和较好的气液均匀度进行输送，这对后续的操作就会非常有益。

为了更好地优化前述实施例的流体输送装置，参看图5所示，在一实施例中，流体输送装置的入口102的轴线与空腔101的轴线大致垂直但不相交，具有一定的偏离，即入口102采用非对中的方式设置于侧壁100上。这样就可延长流体流动的路径，减少相流动的压力波动并较好的实现气液两相间的分离。

本发明的流体输送装置还有各种不同的具体实施方式，参看图6所示，其为本发明输送装置的另一实施例示意图。在一实施例中，入口102设置于盖体10的顶端，第二开口126设置于输送管道122的顶端130上。为更好地分离从入口102向空腔101内输入的气液两相流体或多相流体，或者/和为防止从入口102向空腔101内输入的气液两相流体或多相流体未经充分分离就直接从第二开口126进入到输送管道122内，可选择地，在入口102与输送管道122的第二开口126间设置有挡板14。当气液两相流体或多相流体从入口102进入空腔101后，流体经过挡板14进行分离。一般地，该流体可被分离成比重较大的第一部分和比重较小的第二部分，如液相部分和气相部分。比重较大的第一部分累积在空腔101的下部，而比重较小的第二部分聚集在空腔101的上部。随后第一部分流体(如液相流体)在空腔101累积到超过一定高度，如超过第一开口124的底端时，便进入输送管道122内从出口123流出；第二部分流体(如气相流体)便从第二开口126进入输送管道122内。

参看图7所示，其为本发明输送装置的再一实施例示意图。入口102设置于盖体10的顶端，第一开口124和第二开口126则均设置于输送管道122的侧壁150上，输送管道122的顶端130封闭。其中，第一开口124包括多个设置在输送管道122下侧壁上的孔洞结构，如圆形小孔，第二开口126则设置成包括在输送管道122上侧壁上的一个或多个具有较大尺寸的孔洞结构。

在本发明实施例中，可以通过控制第一开口124和第二开口126的位置和结构如高度、宽度及形状等来控制空腔101里积累的液相部分和气相部分的量，以使液相流体在空腔101内的液面13维持在预定的位置范围内，从而控制液相流体和气相流体进入输送管道122的流量和相对比例，并最终控制出口123流出的流量以及相对比例。第一开口124和第二开口126的设计要考虑具体的应用条件，比如气液流体或多相流体进入空腔101时的流速、液相流体与输送管道122材料间的表面张力等。一般地，可根据实际所要求的流量计算出第一开口124和第二开口126的具体尺寸。第一开口124和第二开口126的形状可以为方形、圆形或其他形状。在本发明一实施例中，第一开口124为长方形结构。第一开口124的宽度可以为1um-10mm，如0.2mm，或者根据需要可为其它数值。此外，如图2所示，第一开口124的下端可与支撑件121的上表面125齐平，而第一开口124的上端可延伸至输送管道122的顶端。当然，第一开口124的下端也可高于上表面125，其上端也可低于输送管道122的顶端。当液相流体达到较稳定状态时，液面的高度最好不应超过流体入口102的位置。

为了减少气相流体对液相流体流动的影响和/或气相流体传输的稳定性，第二开口126的设计要考虑气相流体在输送装置内的流阻的均匀性，比如气相流体在空腔101内和输送管道122内时的流阻应保持大致一致，因此，第二开口126的尺寸最好足够大。当第二开口126设置在输送管道122的顶端130时，顶端130距离空腔101的间隔最好足够大以减少气相流体经第二开口126进入到输送管道122的阻力，防止气相流体较大的流阻波动。

在应用中，为了更好的使气液流体或多相流体较均匀稳定的输送，也可以将多个所述输送装置串联在一起使用，这样就可以获得更稳定传输的效果。请参见图8所示，在一实施例中，两个如图6所示的输送装置1a和1b串联在一起形成一流体输送装置系统200，其中输送装置1a的入口102a与待传输的气液流体或多相流体源(未图示)连接，而输送装置1a的输送管道122a的出口123a与输送装置1b的入口102b相连接。从而，待传输的气液流体或多相流体依次经两个输送装置后经输送装置1b的输送管道122b的出口123b流出。一般地，从入口102a输入的待传输的气液流体或多相流体其流态是不稳定的，经输送装置1a后该流体的流态变得较为稳定，在此基础上，较稳定的多相流体再次经过输送装置1b后该流体的流态将变得更为稳定。在其他实施例中，也可将3个或更多个输送装置串联在一起使用以使气液流体或多相流体中的至少一相流体以更稳定的流量和/或气液相流体以更好的气液均匀度进行传输。

Claims (10)

1.一种输送气液两相流体的装置，其包括有一空腔及至少部分设于所述空腔内的输送管道；其特征在于：该输送管道设有第一开口和第二开口以连通所述输送管道与所述空腔；所述装置的结构可使所述气液两相流体进入所述空腔后分离为气相部分和液相部分，所述液相部分主要由所述第一开口流入到所述输送管道，所述气相部分主要由所述第二开口流入到所述输送管道，以及所述液相部分由所述第一开口流入到所述输送管道的速度取决于所述空腔里积累的所述液相部分的量。

2.如权利要求1所述的输送气液两相流体的装置，其特征在于：所述输送管道包括有侧壁，所述第一开口设置于所述侧壁上，可为沿所述输送管道轴向延伸的狭缝结构。

3.如权利要求1所述的输送气液两相流体的装置，其特征在于：所述输送管道包括有顶端，所述第二开口设置于所述顶端上。所述第二开口的位置高于所述第一开口的位置。

4.如权利要求1所述的输送气液两相流体的装置，其特征在于：所述装置还包括有支撑件，支撑件具有上表面，还包括有一盖体包围所述空腔且具有下表面，上表面和所述盖体的下表面配合使所述盖体和支撑件安装在一起。所述盖体包括有侧壁，所述盖体的侧壁上设置有一入口可使所述流体流入所述空腔，入口的轴线与所述空腔的轴线大致垂直但不相交。所述气液两相流体进入空腔，空腔内设置有挡板，所述气液两相流体经所述入口进入空腔后经挡板分离。所述液相流体在空腔内的量达到较稳定后以大致均匀的流速通过所述第一开口流入所述输送管道。

5.如权利要求1所述的输送气液两相流体的装置，其特征在于：所述空腔的容积足够大以使所述气相部分在所述空腔内的压力波动受到抑制。

6.如权利要求1所述的输送气液两相流体的装置，其特征在于：所述第一开口的设置可使所述液相部分在所述空腔内的液面维持在预定的高度，所述第二开口的设置可使所述气相部分在所述空腔内和所述输送管道内的流阻保持大致一致。

7.一种多相流体输送装置，其包括有入口，空腔，输送管道及出口，其特征在于：其结构使得所述多相流体经所述入口进入所述空腔后分离成第一部分和第二部分，所述第一部分的比重大于所述第二部分的比重，所述输送管道设有沿其轴向排列或延伸的开口使得所述第一部分在所述空腔底部累积至一定高度后便以大致均匀的流速经所述输送管道流出，从而使由所述出口流出的多相流体中所述第一部分流体的流量波动较由该入口流入的多相流体中所述第一部分流体的流量波动小。

8.如权利要求7所述的输送气液两相流体的装置，其特征在于：所述空腔的容积足够大以使所述第二部分在所述空腔内的压力波动受到抑制。

9.如权利要求7所述的输送气液两相流体的装置，其特征在于：所述第一开口的设置可使所述第一部分在所述空腔内的液面维持在预定的高度，所述第二开口的设置可使所述第二部分在所述空腔内和所述输送管道内的流阻保持大致一致。

10.一种流体输送装置系统，其特征在于：包括有两个或多个如权利要求1或权利要求7所述的流体输送装置，所述流体输送装置以串联的方式连接在一起。