CN109173917B - 一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置 - Google Patents

一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置，由控制器、计量泵、电磁流量计、存储室、混合段、弯管段组成；控制器接收外部稀释指令并输出控制信号，引水管通过计量泵经由分支管分两路输出，一路与存储室连接进入混合段，一路和混合段连接并依次与弯管段、电磁阀、输出管连接。存储室用于存储预先配制的高聚物浓溶液，内部分为上游腔室和下游腔室，两腔室间以活塞相隔；分支管一路输出的水经电动阀和电磁流量计进入上游腔室，移动活塞使得下游腔室置换输出高聚物浓溶液，输出的浓溶液由管路进入混合段；分支管输出的另一路进入混合段与高聚物浓溶液进行掺混实现输出。水下航行器利用高聚物稀溶液减阻有极大的工程应用价值。

Description

一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置
技术领域
本发明涉及水下减阻技术领域，具体地说，涉及一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置。
背景技术
高聚物添加剂减阻方法只需在湍流流场中添加微量高聚物，就可达到明显减阻效果，甚至高达80％，且方便实施，是一种公认的高效减阻方式，目前在石油管道输运、集中供暖诸多领域已有推广应用。通过喷射槽向管道内工作流体喷射高聚物稀溶液的方法同样具有减阻效果，且与相同浓度的高聚物溶液相比，喷射减阻的效果甚至更优。因此，高聚物稀溶液喷射方法是一种用于水下航行器的潜在减阻节能方式，且高聚物稀溶液的喷射时长决定航行器减阻状态的持续时间。
中国专利CN105947105A公开了“一种水下航行器粘液减阻装置”，该粘液减阻装置利用预先配制的高聚物溶液进行喷射，但若携带较多溶液会增加航行器负重，若携带较少溶液则不宜长时间进行减阻；在发明专利CN102923247A中提出了利用高聚物减小水下舰艇、鱼雷、水下导弹运行、发射阻力的新方法，该方法包括高压自动喷射液料器、高聚物干料热挤压生产干膜外壳、高聚物浓溶液膜和高聚物溶液浸泡多种实施方式，但这些方法无法根据航行器实际巡航状态控制释放速率，同时也不适于长时间巡航。
高聚物稀溶液喷射方法在水下航行器减阻领域具有极大的应用前景。但由于航行器舱内可用空间有限，无法携带大量高聚物稀溶液。为提高高聚物携带量，延长喷射时间，大幅提升所携带高聚物溶液浓度是理想的技术途径，可通过即时稀释获得大量的高聚物稀溶液。因此，设计一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置，进而提升高聚物稀溶液喷射时间，可有效地用于水下航行器减阻状态的维持。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置，本发明设计了一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置，并且高聚物稀溶液的输出浓度和释放速率可调。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括控制器、引水管、计量泵、分支管、电动阀、电磁流量计、存储室、上游腔室、下游腔室、混合段、弯管段、电磁阀、输出管，所述控制器接收外部稀释指令，并输出控制信号，各组件接收对应信号后自动启动并调节；所述引水管位于计量泵前部处于上游位置，并经由分支管输出两路，其中一路经存储室进入混合段，另一路与混合段一端连接，混合段另一端依次连接弯管段、电磁阀、输出管；
所述存储室用于存储预先配制的高聚物浓溶液，存储室内部分为上游腔室和下游腔室，两个腔室间以滑动活塞相隔；分支管输出的水经电动阀和电磁流量计进入上游腔室，活塞的移动使得下游腔室置换输出高聚物浓溶液；输出的浓溶液由管路进入混合段中部，该混合段中部为光滑收缩结构，使高聚物浓溶液输出；同时分支管输出的另一管路进入混合段与高聚物浓溶液进行掺混，并输出稀溶液至弯管段，经弯管段的高聚物稀溶液通过电磁阀及输出管实现输出；所述控制器分别与计量泵、电动阀、电磁流量计、电磁阀连接；其稀释方法包括以下步骤:
步骤1.控制器接收外部稀释指令，按照所需高聚物稀溶液喷射速率和浓度要求进行信号输出，控制系统中各组件接收对应信号后自动启动并调节；
步骤2.计量泵接收控制器对应输出信号，由引水管从外部定量输入水，并通过分支管输出两路；
步骤3.分支管输出的少量水经由电动阀和电磁流量计的协同控制输入上游腔室，同时通过滑动活塞在下游腔室置换输出高聚物浓溶液；
步骤4.控制器控制计量泵输入水与下游腔室输出的高聚物浓溶液在混合段中部收缩处掺混；
步骤5.掺混的高聚物稀溶液进入弯管段，进一步混合均匀并呈现湍流状态，通过电磁阀和输出管输出应用。
所述存储室、混合段、弯管段、输出管采用不锈钢材料。
有益效果
本发明提出的一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置，由控制器、计量泵、电磁流量计、存储室、混合段、弯管段、输出管组成；控制器接收外部稀释指令并输出控制信号，各组件接收对应信号后自动启动并调节；引水管通过计量泵经由分支管输出两部分；其中一路经存储室进入混合段,另一路与混合段一端连接,混合段另一端依次连接弯管段、电磁阀、输出管。存储室用于存储预先配制的高聚物浓溶液，其内部分为上游腔室和下游腔室，两个腔室间以滑动活塞相隔；分支管输出的水经电动阀和电磁流量计进入上游腔室，活塞的移动使得下游腔室置换输出高聚物浓溶液；输出的浓溶液由管路进入混合段中部；同时分支管输出的另一管路进入混合段与高聚物浓溶液进行掺混实现输出。
本发明高聚物浓溶液快速均匀稀释装置，携带少量高聚物浓溶液可通过稀释得到大量所需浓度高聚物稀溶液。混合段中部收缩处可使得高聚物浓溶液更易输出，弯管段则可促进高聚物稀溶液掺混均匀并呈现湍流状态，且不需消耗额外能量。输入水的流量与输出高聚物稀溶液的流量相当，实现质量守恒。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置作进一步详细说明。
图1为本发明高聚物浓溶液快速均匀稀释装置的控制示意图。
图中
1.控制器 2.引水管 3.计量泵 4.分支管 5.电动阀 6.电磁流量计 7.存储室 8.上游腔室 9.下游腔室 10.活塞 11.混合段 12.弯管段 13.电磁阀 14.输出管
黑色箭头代表液体流动方向，细实线代表控制器与所控部件间的信号传输。
具体实施方式
本实施例是一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置。
参阅图1，本实施例高聚物浓溶液快速均匀稀释装置，当控制器1获取外部稀释指令后，按照所需高聚物稀溶液的喷射速率和浓度要求进行计算，并将对应信号输出。高聚物浓溶液快速均匀稀释装置由控制器1、引水管2、计量泵3、分支管4、电动阀5、电磁流量计6、存储室7、上游腔室8、下游腔室9、混合段11、弯管段12、电磁阀13、输出管组成。控制器1接收外部稀释指令后，输出控制信号，各组件接收对应信号后自动启动并调节。引水管位于计量泵3前部处于上游位置，并经由分支管4输出两路；其中一路经存储室7进入混合段11,另一路与混合段11一端连接,混合段11另一端依次连接弯管段12、电磁阀13、输出管14。引水管位于装置最上游位置，通过计量泵从外部输入水，并经由分支管输出两部分。存储室7用于存储预先配制的高聚物浓溶液，其内部分为上游腔室8和下游腔室9，两个腔室间以滑动活塞10相隔。分支管输出的少部分水经电动阀和电磁流量计进入上游腔室，活塞的移动使得下游腔室置换输出高聚物浓溶液。输出的浓溶液由管路输出至混合段11中部；该混合段11中部为光滑收缩结构，根据不可压缩流体在定常流动情况下的伯努利方程p+ρV2/2＝C可得，在相同流量下，该处截面突然变小后，局部流速增大，压强降低，可促使高聚物浓溶液的输出。同时分支管输出的大部分水经另一管路也进入混合段，与高聚物浓溶液进行掺混，并输出稀溶液至弯管段12。该弯管段12具有多个弯曲结构，可进一步使得稀溶液掺混均匀，并呈现湍流状态，且不需消耗额外能量。经过弯管段的高聚物稀溶液通过电磁阀13及输出管14实现最终输出并应用。由于高聚物溶液的浓度一般以百万分之几计量，所以若忽略高聚物溶液浓度与水浓度间的微小差异；在整个高聚物浓溶液稀释过程中，由上游引水管输入水的质量与下游输出管输出高聚物稀溶液的质量守恒，不影响整个稀释装置的重心特征。为达到耐压耐腐蚀的效果，本实施例中，管路、存储室、混合段及弯管段均采用不锈钢材料制作加工。
当将该高聚物浓溶液快速均匀稀释装置用于水下航行器时，选择高聚物为聚氧化乙烯，其具体实施方式按以下步骤:
a)航行器系统获取自身运动姿态，根据航行器水下聚氧化乙烯稀溶液喷射减阻的试验结果，确定所需聚氧化乙烯稀溶液喷射速率和浓度，发送稀释指令至控制器。
b)控制器接收外部指令后，按照所需要求进行计算输出，各组件接收对应信号后自动启动并调节；其具体计算方式为，聚氧化乙烯稀溶液喷射速率对应计量泵流量，聚氧化乙烯浓溶液的稀释则根据所需稀溶液浓度和原有浓溶液浓度及喷射速率进行换算。若存储室的体积为100L，航行器巡航前携带100L浓度为1000ppm的聚氧化乙烯浓溶液。当所需聚氧化乙烯稀溶液浓度为10ppm，喷射速率为0.1L/s时，此时流量泵的流量为0.1L/s，聚氧化乙烯浓溶液的释放速率根据所需的稀溶液浓度及喷射速率计算为0.001L/s；则实际携带的聚氧化乙烯浓溶液可供稀释1×105s，但若将存储室的溶液以相同的所需喷射速率直接进行喷射，只可喷射1×103s。聚氧化乙烯浓溶液稀释显著延长了聚氧化乙烯溶液的喷射时间，能有效维持航行器的减阻状态。
c)计量泵收到控制器转换的输出信号，直接从航行器外部获取海水进行输入，并通过分支管输出。
d)电磁流量计反馈流量信号至控制器，控制器根据实际所需流量将信号输出至电动阀，控制电动阀的开度，使分支管输出的少量水可输入上游腔室，同时通过活塞的滑动在下游腔室置换输出聚氧化乙烯浓溶液。
e)计量泵输入剩余部分水与下游腔室输出的聚氧化乙烯浓溶液在混合段中部收缩处汇合，并进行掺混。
f)混合段掺混的高聚物稀溶液进入弯管段，进一步混合均匀并呈现湍流状态，通过电磁阀及输出管输出至航行器内部喷射腔体，实现可控喷射。
本实施例聚氧化乙烯浓溶液快速均匀稀释装置可应用于水下航行器，实现聚氧化乙烯稀溶液长期有效地喷射，维持航行器在巡航状态下的减阻状态。且在整个稀释及喷射过程中，输入的海水质量与输出的聚氧化乙烯稀溶液质量守恒，并不影响航行器航行姿态，在水下航行器高聚物稀溶液减阻领域有极大的工程应用价值。

Claims (2)

1.一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置,其特征在于:包括控制器、引水管、计量泵、分支管、电动阀、电磁流量计、存储室、上游腔室、下游腔室、混合段、弯管段、电磁阀、输出管，所述控制器接收外部稀释指令，并输出控制信号，各组件接收对应信号后自动启动并调节；所述引水管位于计量泵前部处于上游位置，并经由分支管输出两路，其中一路经存储室进入混合段，另一路与混合段一端连接，混合段另一端依次连接弯管段、电磁阀、输出管；
所述存储室用于存储预先配制的高聚物浓溶液，存储室内部分为上游腔室和下游腔室，两个腔室间以滑动活塞相隔；分支管输出的水经电动阀和电磁流量计进入上游腔室，活塞的移动使得下游腔室置换输出高聚物浓溶液；输出的浓溶液由管路进入混合段中部，该混合段中部为光滑收缩结构，使高聚物浓溶液输出；同时分支管输出的另一管路进入混合段与高聚物浓溶液进行掺混，并输出稀溶液至弯管段，经弯管段的高聚物稀溶液通过电磁阀及输出管实现输出；所述控制器分别与计量泵、电动阀、电磁流量计、电磁阀连接；其稀释方法包括以下步骤:
步骤1.控制器接收外部稀释指令，按照所需高聚物稀溶液喷射速率和浓度要求进行信号输出，控制系统中各组件接收对应信号后自动启动并调节；
步骤2.计量泵接收控制器对应输出信号，由引水管从外部定量输入水，并通过分支管输出两路；
步骤3.分支管输出的少量水经由电动阀和电磁流量计的协同控制输入上游腔室，同时通过滑动活塞在下游腔室置换输出高聚物浓溶液；
步骤4.控制器控制计量泵输入水与下游腔室输出的高聚物浓溶液在混合段中部收缩处掺混；
步骤5.掺混的高聚物稀溶液进入弯管段，进一步混合均匀并呈现湍流状态，通过电磁阀和输出管输出应用。
2.根据权利要求1所述的高聚物浓溶液快速均匀稀释装置,其特征在于:所述存储室、混合段、弯管段、输出管采用不锈钢材料。
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