CN111359505A - 一种利用流体流动自有脉动能量实现搅拌的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用流体流动自有脉动能量实现搅拌的方法，本发明涉及机械搅拌领域，它的工作步骤如下：流体获得频率；入口整流；激励振动；出口稳流。避免高压密闭系统因搅拌轴转动密封的失效而泄露，引起系统压力环境的破坏；解决小口径流体系统的内部流体不宜设置外力驱动搅拌装置的问题；有效利用系统内流体输送时原来自我耗散的脉动能量，不增加消耗外部能源，节能效果显著，变废为宝。

Description

一种利用流体流动自有脉动能量实现搅拌的方法

技术领域

本发明涉及机械搅拌领域，具体涉及一种利用流体流动自有脉动能量实现搅拌的方法。

背景技术

某些工作压力高于1.6MPa的高压密闭流体系统，流体组分泄漏导致系统失压，组分泄漏具有危险性，因此系统要求密封性高。但由于流体组分的相溶性一般或某一种（几种）组分过量，工艺要求加强内部流体的混合与搅拌。通常手段采用在密闭系统的管道上或部件上增加外部动力驱动的搅拌装置，通常有机械搅拌、超声波搅拌和磁力搅拌三种技术形式。机械搅拌装置一般都配备电机、叶轮、轴杆，轴密封等复杂的一整套机械结构件，尤其是复杂的驱动轴密封结构为了保证转动轴的旋转，轴密封处易成为高压密闭系统的薄弱点。传统机械搅拌流体技术存在以下几点弊端：1）系统无法保证零泄露，长期运行，外力驱动搅拌轴的轴密封存在失效风险；2）内部液体气化后逃逸，破坏密闭系统的压力环境，需不断补充新流体；3）使用外部动力驱动，提高了系统的能耗，转动轴等旋转部件增加了设备的故障率；4）搅拌叶轮占用的流体容积大，不适合流体充注量小的系统，尤其不适合流体管道直径小于50mm的场合。超声波搅拌是利用频率20000Hz的声波，由声波在液体中传播，引起液体微粒的剧烈振动，达到搅拌作用。其设备造价高，需要提供外部能源激发声波，能耗大，后期运行维护费用高。磁力搅拌是利用磁场的同性相斥、异性相吸的原理，使用磁场推动放置在容器中的带磁性的搅拌转子圆周运转，达到搅拌目的，但是其造价高，能耗高，且设备易出故障，搅拌需要空间大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理的利用流体流动自有脉动能量实现搅拌的方法，避免高压密闭系统因搅拌轴转动密封的失效而泄露，引起系统压力环境的破坏；解决小口径流体系统的内部流体不宜设置外力驱动搅拌装置的问题；有效利用系统内流体输送时原来自我耗散的脉动能量，不增加消耗外部能源，节能效果显著，变废为宝。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：它的工作步骤如下：

步骤一、流体获得频率：由外部动力驱动的机械对流体按某一频率做功，做功频率一般10-50Hz，流体流经机械后，具备脉动特征，获得脉动能量，流体的压力升高，一般流体压力≥1.6MPa的高压状态，同时获得与机械做功相同的频率，并按系统要求的设计流速流动；

步骤二、入口整流：步骤一某一频率的流体经管道输送，采用导向器调整流体流向，保证流体从上往下垂直流动，随后进入喷嘴，喷嘴确保调整流体流速至≥10m/s,由喷嘴高速喷出；

步骤三、激励振动：高速流体以预设角度进入振动搅拌装置，流体正面冲击装置内谐振元件，谐振元件浸没于流体内部，流动冲动能激励谐振元件产生振动，由此，谐振元件产生一定振幅（一般5-20mm）的振荡位移，对流体以振动形式做功，当谐振元件的固有频率与流体脉动频率相同或相近，则发生共振（此即吸收了流体脉动的能量），振幅加大，流体被强烈振荡，上下翻滚，振荡产生谐振元件长度（长度范围20-50mm）方向上所有流体的纵向搅拌效果，相比叶轮旋转的横向水平搅拌，流体质迁移更充分；流体内溶液各组分同时发生高频振荡，加剧流体分子间运动，达到搅拌效果，使流体溶液各组分混合均匀；谐振元件利用弹簧原理设计，固有频率、振幅均按需求设计；

步骤四、均匀溶液从振动搅拌装置经溢流口溢出，长直稳流器(长度≥2m)约束搅拌后流体，稳定其湍动度，恢复流体至设计的流速，采用导向器(流向调整半径R≥10倍流体流动管道直径)调整流体流向，进入后续工艺段后，压力逐渐损失，最终回到脉动机械，再次获得升压和脉动能量，循环上述过程。

采用上述方法后，本发明的有益效果是：本发明提供了一种利用流体流动自有脉动能量实现搅拌的方法，避免高压密闭系统因搅拌轴转动密封的失效而泄露，引起系统压力环境的破坏；解决小口径流体系统的内部流体不宜设置外力驱动搅拌装置的问题；有效利用系统内流体输送时原来自我耗散的脉动能量，不需要消耗外部能源消耗，节能效果显著，变废为宝。

附图说明：

图1是本发明的工作流程图。

附图标记说明：

脉动机械1、流向调整段2、流体喷嘴3、振动搅拌装置4、混合稳流段5。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它的工作步骤如下：

步骤一、流体获得频率：由外部动力驱动的往复式、涡旋式或螺杆式等具有脉动特点的机械（即脉动机械1）对流体按某一频率做功，做功频率一般10-50Hz，流体流经脉动机械后，具备脉动特征，获得脉动能量，流体的压力升高，一般流体压力≥1.6MPa的高压状态，同时获得与机械做功相同的频率，并按系统要求的设计流速流动；

步骤二、入口整流：某一频率的流体经管道输送，采用大弧度导向器(流向调整半径R≥10倍流体流动管道直径)（即流向调整段2）调整流体流向，保证流体从上往下垂直流动，随后进入流体喷嘴3，流体喷嘴3确保调整流体流速至≥10m/s,由流体喷嘴3高速喷出；

步骤三、激励振动：高速流体以预设角度进入振动搅拌装置4（该振动搅拌装置4含有谐振元件），流体正面冲击装置内谐振元件，谐振元件浸没于流体内部，流动冲动能激励谐振元件产生振动，由此，谐振元件产生一定振幅（一般5-20mm）的振荡位移，对流体以振动形式做功，当谐振元件的固有频率与流体脉动频率相同或相近，则发生共振（此即吸收了流体脉动的能量），振幅加大，流体被强烈振荡，上下翻滚，振荡产生谐振元件总长度（长度范围20-50mm）方向上所有流体的纵向搅拌效果，相比叶轮旋转的横向水平搅拌，流体质迁移更充分；流体内溶液各组分同时发生高频振荡，加剧流体分子间运动，达到搅拌效果，使流体溶液各组分混合均匀；谐振元件利用弹簧原理设计，固有频率、振幅均按需求设计；

步骤四、出口稳流：均匀溶液从振动搅拌装置4经溢流口溢出，由长直稳流器(长度≥2m) （即混合稳流段5）约束搅拌后流体，稳定其湍动度，恢复流体至设计的流速，采用导向器(流向调整半径R≥10倍流体流动管道直径)调整流体流向，进入后续工艺段后，压力逐渐损失，最终回到脉动机械，再次获得升压和脉动能量，循环上述过程。

本具体实施方式的工作原理：

采用流体脉动能量为激励，谐振元件固有频率与流体脉动频率相同或相近，进入物理共振区间，吸收脉动能量，发生共振，大幅提高谐振元件振幅，利用谐振元件的振幅带动流体剧烈振动，实现对流体的充分混合搅拌；

高压密闭系统内，一般由脉动式动力输送装置驱动流体在输送管道和工艺设备间循环，流体因此而获得其速度、动量等宏观的动能，同时获得流体运动自有脉动能量，脉动频率与脉动式输送装置的做功频率同步，在系统内设置固有频率与流体流动时脉动频率同步的谐振元件，激发谐振元件的共振特性，谐振元件振幅最大，从而持续的搅拌运动流体而强化其混合效果；

谐振元件结构根据固有频率和流体流动系统实际尺寸需要进行设计，既使谐振元件可匹配安装于流体管道内合适位置，也使谐振元件可充分与流体接触，并吸收流体脉动能量；

原管道内流体通过调整流向和流速，从喷嘴喷出高速冲击谐振元件，谐振元件受力并吸收激励能量，在流体流动方向共振，上下振动产生流体搅拌效果，并往复不间断工作，经搅拌后流体从容器内设置的特定出口流出；

内设谐振元件的感应装置采用压力容器标准设计，全焊接工艺，流体进出口采用焊接工艺与流体原进出口连接，保证系统的密闭性，确保系统零泄露。

采用上述方法后，本具体实施方式的有益效果如下：

1、避免高压密闭系统因搅拌轴转动密封的失效而泄露，引起系统压力环境的破坏；

2、解决小口径流体系统的内部流体不宜设置外力驱动搅拌装置的问题；

3、有效利用系统内流体输送时原来自我耗散的脉动能量，不增加消耗外部能源，节能效果显著，变废为宝。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种利用流体流动自有脉动能量实现搅拌的方法，其特征在于：它的工作步骤如下：

步骤（一）、流体获得频率：由外部动力驱动的机械对流体按某一频率做功，做功频率一般10-50Hz，流体流经机械后，具备脉动特征，获得脉动能量，流体的压力升高，一般流体压力≥1.6MPa的高压状态，同时获得与机械做功相同的频率，并按系统要求的设计流速流动；

步骤（二）、入口整流：步骤(一)某一频率的流体经管道输送，采用导向器调整流体流向，保证流体从上往下垂直流动，随后进入喷嘴，喷嘴确保调整流体流速至≥10m/s,由喷嘴高速喷出；

步骤（三）、激励振动：高速流体以预设角度进入振动搅拌装置，流体正面冲击装置内谐振元件，谐振元件浸没于流体内部，流动冲动能激励谐振元件产生振动，由此，谐振元件产生一定振幅的振荡位移，对流体以振动形式做功，当谐振元件的固有频率与流体脉动频率相同或相近，则发生共振，振幅加大，流体被强烈振荡，上下翻滚，振荡产生谐振元件长度方向上所有流体的纵向搅拌效果；

步骤（四）、出口稳流：均匀溶液从振动搅拌装置经溢流口溢出，长直稳流器约束搅拌后流体，稳定其湍动度，恢复流体至设计的流速，采用导向器调整流体流向，进入后续工艺段后，压力逐渐损失，最终回到脉动机械，再次获得升压和脉动能量，循环上述过程。

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