CN110068005A - 一种节能型全机械自动调节排放器、排量调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能型全机械自动调节排放器、排量调节方法，包括壳体，所述壳体上设有进水口和出水口，所述壳体的内部设有调节式排放单元，所述调节式排放单元包括降温导流件和浮球，所述降温导流件包括降温导流孔，所述降温导流件位于壳体的下部，通过所述浮球堵住或者脱离所述降温导流件的排放孔，调节壳体内的冷凝水排放量，导流孔上端的球缺其曲度与浮球一致。本发明的有益效果是，能同时满足冷凝水产生的定、变量排放要求，针对冷凝水的排量变化进行自动调节排放，保证既不会泄漏蒸汽，也不存水；同时排放的冷凝水温度降到100度以下，把大量的显热留在系统中加以利用。
Description
技术领域
本发明涉及冷凝水排放器改进，特别是一种节能型全机械自动调节排放器、排量调节方法，且用于介质的两次降温。
背景技术
蒸汽在实现了热交换后必须及时完全排放。否则将影响换热速度甚至影响产品质量。而市场流行的多是间歇排放的疏水器，虽有一些定量量排放器问世，存在如下缺陷：
第一、调节需离线进行，不能满足生产中随时产生的变量排放的要求；
第二、造成系统存水或跑蒸汽，直接影响生产效率和产品质量；
第三、无法调节排水量；
第四、排放孔直径较大，无降温功能，高于100度的冷凝水显热被排出，节能效果降低。
综合上述，设计一种解决以上问题的排放器是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种节能型全机械自动调节排放器、排量调节方法。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种节能型全机械自动调节排放器，包括壳体，所述壳体上设有进水口和出水口，其特征在于，所述壳体的内部设有调节式排放单元，所述调节式排放单元包括降温导流件和浮球，所述降温导流件位于壳体的下部，所述浮球有至少两个工作状态：
当所述浮球的浮力小于其所受向下之合力，浮球位于最低处，降温导流件不导水；
当所述浮球的浮力大于其所受向下之合力，浮球上升，蒸汽冷凝水通过降温导流件闪蒸后排出壳体。
作为优选，所述浮球的半径略小于壳体的内圆半径。
所述降温导流件包括排水调节机构以及变量导水孔，所述排水调节机构位于变量导水孔上方，通过封堵变量导水孔的程度变量调节排水量。
作为优选，所述壳体的内部下方设有孔板，所述孔板上形成所述变量导水孔。
作为优选，所述孔板上形成不凝气体导孔，用于不凝气体导出后微量定量排水。
作为优选，所述变量导水孔的进水部和出水部均为锥形孔道。
作为优选，还包括过滤网，所述过滤网设置于壳体的内表面上部。
作为优选，所述排水调节机构还包括浮球限位组件，所述限位组件限制浮球的上升高度。
一种适用于节能型全机械自动调节排放器的排量调节方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：起始位，壳体内无水，浮球位于壳体最下端，阻住变量排放孔；
步骤二：壳体内进入二相流体，由于容积的区别，蒸汽在壳体的上端，冷凝水在下端，在水位还没有到达浮球吃水线时，浮球仍位于壳体下端，蒸汽和水不能从变量排放孔中排出，壳体内的不凝气体则从定量排放孔排出，其后，壳体内的冷凝水从定排孔中排出；
步骤三：水位升高，浮球上升，冷凝水通过变量导水孔的流量增大；
步骤四：当排放量大于注水量，浮球下降，直至变量导水孔停止排水。
作为优选，所述水位升高，浮球上升，冷凝水通过变量导水孔的流量增大的步骤中，其具体包括浮球直接封堵变量导水孔或者浮球带动排水调节机构封堵变量导水孔。
利用本发明的技术方案制作的一种节能型全机械自动调节排放器，具有以下有益效果：
第一、由于冷凝水产生量的变化，当进水口流量小于排放器设计排量时，内腔水位降低，浮球下沉，导流孔的贴合逐渐紧密，实现调节流量；
第二、当进水口的冷凝水量等于设计排量时，浮球上升至一定水位，冷凝水通过导水孔排出；
第三、浮球在无水情况下堵住导流孔，防止新鲜蒸汽从导流孔排出有水的情况下，浮球浮起，冷凝水在导流孔上方形成水封，防止新鲜蒸汽从导流孔排出，减少热量损失。
附图说明
图1是本发明所述一种节能型全机械自动调节排放器的实施例一的示意图；
图2是本发明所述实施例一浮球位于最高点的结构示意图；
图3是本发明所述实施例一浮球位于最低点的结构示意图；
图4是本发明所述实施例一降温导流件的结构示意图；
图5是本发明所述实施例一限位环的结构示意图；
图6是本发明所述实施例二的浮球位于最低点的第一立体图；
图7是本发明所述实施例二的浮球位于最低点的第二立体图；
图8是本发明所述实施例二的浮球位于最高点的第一立体图；
图9是本发明所述实施例二的浮球位于最高点的第二立体图；
图10是本发明所述实施例二的排水调节机构的结构示意图；
图11是本发明所述实施例二的竖直滑轨、第一弧形滑轨以及第二弧形滑轨的位置示意图；
图12是本发明所述实施例二的浮球的受力分析；
图中，
1、壳体 2、进水口 3、出水口
4、变量导水孔 5、孔板 6、浮球
7、过滤网 8、不凝气体导孔 9、托板
4013、出水部 4021、支撑部 4022、导水部
403、限位环 404、限位槽 4011、集水部
4012、水汽分离部 4013、出水部 4021、支撑部
4022、导水部 1001、竖直轨道 1002、第一弧形轨道
1003、第一弧形轨道 1004、半圆形板 1005、连杆
1006、微型轴承
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一：
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1至图5所示，一种节能型全机械自动调节排放器，包括壳体1，壳体1上设有进水口2和出水口3，其特征在于，壳体1的内部设有调节式排放单元，调节式排放单元包括降温导流件和浮球6，降温导流件位于壳体1的下部，浮球6有至少两个工作状态：
当浮球6的浮力小于其所受向下之合力，浮球位于最低处，降温导流件不导水；
当浮球6的浮力大于其所受向下之合力，浮球上升，蒸汽液化水通过降温导流件闪蒸后排出壳体。在本技术方案中，进一步，降温导流件包括排水调节机构以及变量导水孔4，排水调节机构位于变量导水孔4上方，通过封堵变量导水孔4的程度变量调节排水量，需要指出的是，浮球6置于降温导流件的可变量导水孔4处，该降温导流件中的排水调节机构包括：托板9、限位环403、限位槽404，其中，托板9位于壳体1的内腔的下部,托板9上形成限位槽404；限位环403位于壳体1的内腔的上部；托板9和限位环403之间形成排放器工作腔。
在本技术方案中，进一步，排放器工作腔内设有浮球6。
在本技术方案中，进一步，托板9包括支撑部4021和集水部4022，其中，支撑部4021包围集水部4022，其二者一体成型。
在本技术方案中，进一步，支撑部4021上形成不凝气体排放孔8，用于不凝气体排放后微量冷凝水定量排水。
在本技术方案中，进一步，集水部4022的轴心处形成可变量导水孔401。
在本技术方案中，进一步，变量导水孔401包括进水部4011、水汽分离部4012和出水部4013，其中，在本技术方案中，进一步，高温冷凝水依次流经进水部4011、水汽分离部4012和出水部4013，通过流速加快从而降低局部的压力，形成闪蒸降温。
实施例二，如图6至图12所示：
降温导流件包括排水调节机构以及变量导水孔4，排水调节机构位于变量导水孔4上方，通过封堵变量导水孔4的程度变量调节排水量，需要指出的是，该实施例中的排水调节机构包括竖直轨道1001、第一弧形轨道1002、第二弧形轨道1003、半圆形板1004、连杆1005、以及微型轴承1006，其中，壳体1的内壁上形成一对竖直轨道1001，其中一个竖直轨道1001与第一弧形轨道1002相对接，其中另一个竖直轨道1001与第二弧形轨道1003相对接，第一弧形轨道1002与第二弧形轨道1003与水平面的夹角为20°，浮球6的表面设有一对微型轴承1006，一对微型轴承1006分别嵌入对应位置的竖直轨道1001内，由于浮球6有一定的重力，微型轴承1006滑入竖直轨道1001后，再进入与竖直轨道1001对接的第一弧形轨道1002和第二弧形轨道1003内，此时浮球6处于最低位置，浮球6通过连杆1005与半圆形板1004相连接，半圆形板1004覆盖在孔板9的20°斜面的变量导水孔4上。
当水及蒸气从壳体1的进水孔2进入后，蒸汽中的不凝气体从不凝气体导孔8排出，水由于重力下降至壳体1的下部的孔板9上，水首先从不凝气体导孔8排出，此时为定量排放，当气体液化量大于排水量时，浮球6由于浮力上升，浮球6沿其下落方向反向运动，此时旋转一定角度，由于连杆1006刚性连接浮球6与半圆形板1004，半圆形板1004旋转相同角度，此时覆盖于半圆形板1004下的变量导水孔4暴露与水接触，液化水从变量导水孔4排出，达到变量排放的目的。
在本技术方案中，将本申请的排放器安装在夹层锅底的出水管的末端。当锅中注入约50升水时，给夹层锅通入4kg压力的饱和蒸汽，蒸汽经过夹层锅换热相变后有小水流流出本排放器，没有蒸汽排出，水温在99度。当夹层锅内继续加入冷水时，耗用的蒸汽量加大，排出的冷凝水增多，可见本排放器出水口流量加大，当锅内加入到300升水时，冷凝水排量达到约300kg/h,并稳定排放，始终没有蒸汽排出。
从以上现场实验的过程来看，完全达到了本发明的设计初衷，冷凝水温度从152度(4kg压力下的饱和水温度)降到99度排放，达到了100度以下的常压排放目的；因锅内被加热的水量的变化，(从50升至300升)使蒸汽的耗用量从小变大，而本排放器的冷凝水排放，也从小到大，完全对应于蒸汽的放热后相变成冷凝水的排放量，实现了自动调节排量的功能，达到了冷凝水的产生于排放同步的状态，而且在次排放中，没有蒸汽随之排出，达到了完全阻汽的功能。
如图所示，浮球的受力分析如下：
1.关于浮球上升力和阻力的分析：
半圆形板1004为不锈钢板，其直径＝120mm厚度＝0.5mm；连杆1005直径＝6mm，长65mm为实心柱形；浮球6的直径＝120mm；厚度0.5mm；浮球最低点与孔板9的距离为5mm；微型轴承的滚动摩擦系数＝0.0025；半圆形板1004的滑动摩擦系数＝0.01(不锈钢密度为8.2g/cm3)且g取10。
连接浮球6两侧的嵌入到第一弧形轨道与第二弧形轨道中的部件是微型轴承。微型轴承同时受到向下的重力F1和向上的浮球的力F2的合力F的作用，F＝F2-F1。
M1＝半圆形板重量+连杆重量＝3.14×120/2×120/2×1/2×0.5×1/1000×8.2+3.14×6/2×6/2×65/1000×8.2＝38.24g则F1＝0.3824N
M2＝浮球体积所排出的水的重量-浮球自重＝4/3×3.14×60×60×60×1/1000×1-4/3×3.14×(60×60×60-59.2×59.2×59.2)×1/1000×8.2＝611.64gF2＝6.1164N
F＝6.1164-0.3824＝5.734N且方向向上。合力F在旋转轨道中分解成两个分力Fa、Fb(轨道坡度为20度)
Fa＝F×cos20＝6.1164×0.9397＝5.7476N
F0＝F1×sin20＝0.382×0.342＝0.1306N
Fb＝F2×cos20Fc＝Fb×f1＝6.1164×0.9397＝5.7476N
Fd＝F1×f2＝0.382×0.01＝0.00382N
因此，当浮球完全入水后，向上旋转的力Fa远远大于摩擦阻力之和。在浮力的作用下，托板会顺利沿轨道旋转上升。
2.本结构是内径为125mm的筒状结构。其中，浮球直径为120mm，浮球中心与孔板的距离是65mm，浮球的吃水线在62.84mm，即当腔内的水位超过浮球中心线时，浮球就开始上升。此时腔内的水量M3为：
M3＝(筒内圆柱体积-球冠体积)×水的密度＝{3.14×125/2×125/2×(62.84+5)×1/1000}-484.23＝347.9g。腔内存有此水量相对于用汽设备的几百公斤甚至几吨的冷凝水排量来说不会产生排放的影响，可忽略不计。
实施例三：
一种适用于节能型全机械自动调节排放器的排量调节方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：起始位，壳体内无水，浮球位于壳体最下端，阻住变量排放孔；
步骤二：壳体内进入二相流体，由于容积的区别，蒸汽在壳体的上端，冷凝水在下端，在水位还没有到达浮球吃水线时，浮球仍位于壳体下端，蒸汽和水不能从变量排放孔中排出，壳体内的不凝气体则从定量排放孔排出，其后，壳体内的冷凝水从定排孔中排出；
步骤三：水位升高，浮球上升，冷凝水通过变量导水孔的流量增大；
步骤四：当排放量大于注水量，浮球下降，直至变量导水孔停止排水。
在本技术方案中，需要指出的是，水位升高，浮球上升，液化水通过变量导水孔的流量增大的步骤中，其具体包括浮球直接封堵变量导水孔或者浮球带动排水调节机构封堵变量导水孔。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种节能型全机械自动调节排放器，包括壳体(1)，所述壳体(1)上设有进水口(2)和出水口(3)，其特征在于，所述壳体(1)的内部设有调节式排放单元，所述调节式排放单元包括降温导流件和浮球(6)，所述降温导流件位于壳体(1)的下部，所述浮球(6)有至少两个工作状态：
当所述浮球(6)的浮力小于其所受向下之合力，浮球位于最低处，降温导流件不导水；
当所述浮球(6)的浮力大于其所受向下之合力，浮球上升，蒸汽液化水通过降温导流件闪蒸后排出壳体。
2.根据权利要求1所述的一种节能型全机械自动调节排放器，其特征在于，所述浮球(6)的半径略小于壳体(1)的内圆半径。
3.根据权利要求1所述的一种节能型全机械自动调节排放器，其特征在于，所述降温导流件包括排水调节机构以及变量导水孔(4)，所述排水调节机构位于变量导水孔(4)上方，通过封堵变量导水孔(4)的程度变量调节排水量。
4.根据权利要求3所述的一种节能型全机械自动调节排放器，其特征在于，所述壳体(1)的内部下方设有孔板(5)，所述孔板(5)上形成所述变量导水孔(4)。
5.根据权利要求4所述的一种节能型全机械自动调节排放器，其特征在于，所述孔板(5)上形成不凝气体导孔(8)，用于不凝气体导出后微量定量排水。
6.根据权利要求1所述的一种节能型全机械自动调节排放器，其特征在于，所述变量导水孔(4)的进水部和出水部均为锥形孔道。
7.根据权利要求1所述的一种节能型全机械自动调节排放器，其特征在于，还包括过滤网(5)，所述过滤网(5)设置于壳体(1)的内表面上部。
8.根据权利要求1所述的一种节能型全机械自动调节排放器，其特征在于，所述排水调节机构还包括浮球限位组件，所述限位组件限制浮球的上升或下降高度。
9.适用于权利要求1-8任一所述的一种节能型全机械自动调节排放器的排量调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：起始位，壳体内无水，浮球位于壳体最下端，阻住变量排放孔；
步骤二：壳体内进入二相流体，由于容积的区别，蒸汽在壳体的上端，冷凝水在下端，在水位还没有到达浮球吃水线时，浮球仍位于壳体下端，蒸汽和水不能从变量排放孔中排出，壳体内的不凝气体则从定量排放孔排出，其后，壳体内的冷凝水从定排孔中排出；
步骤三：水位升高，浮球上升，冷凝水通过变量导水孔的流量增大；
步骤四：当排放量大于注水量，浮球下降，直至变量导水孔停止排水。
10.适用于权利要求9所述的一种节能型全机械自动调节排放器的排量调节方法，所述水位升高，浮球上升，冷凝水通过变量导水孔的流量增大的步骤中，其具体包括浮球直接封堵变量导水孔或者浮球带动排水调节机构封堵变量导水孔。
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