CN1115999A

CN1115999A - 管道流体的转向或分流的方法和装置

Info

Publication number: CN1115999A
Application number: CN94190804A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·弗赖曼
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 1996-01-31
Also published as: AU7854594A; DE4335595A1; JPH08504928A; EP0674752A1; US5573029A; EP0674752B1; DE4497914D2; BR9406154A; DE59406499D1; WO1995011387A1; ATE168745T1

Abstract

本发明涉及一种装置，可使处于压力作用下的管道流体转向或分流，配备有一个其位置高度可调的内装部件及一个从切向的入流至轴向的出流范围内逐渐变小的涡旋室。其特征是：为了同时实现在水流横截面上几乎任意分布的螺旋运动和为了控制涡旋流体中的以及进而轴向流出口中的压力分布，在涡旋室(5)中安置了内装部件(3)，此内装部件的相对于涡旋室轴线的偏心度可以调整。

Description

管道流体的转向或分流的方法和装置

本发明涉及一种使压力作用下的管道流体产生一种螺旋运动、随后形成一种沿轴向的管道流动的流体的方法，其中流入的流体被其高度可调的流体转向装置所转向。

本发明的内容还包括一种使压力作用下的管道流体转向或分流的装置，该装置配备有一个其位置高度可调的内装部件和一个从流体的切线方向流入至轴向方向流出的范围内逐渐变小的涡旋室。

最后，本发明的内容还包括：把这一装置应用于流入的流体中，如圆形贮水池、沙子分级器、旋流分离器、水力旋流器或旋流净化器、离心分离器、旋流分离器，以及将供应来的水体进行分配的结构。

本发明的方法和装置还可用于水及废水处理，尤其可用于住宅区的水工程中以及实验室工艺和处理工艺中。

各种旋转对称的螺旋运动在各种水的应用场合中和处理方法上都具有价值。在水利工程和住宅区水工程、实验室工艺和水处理工艺中，都用得上它们。在废水处理方面，大都力求实现各水池的均匀负荷；与此相反，在实验室工艺和处理工艺中，实现水流在管道中的稳定螺旋运动则是有利的，或这样做才能获得所要求的效果，例如，完成分离过程。以往这方面所用的涡旋室的结构形状(例如根据阿大米(Adami)，德瑞奥力(Drioli)，可拿坡(Knapp)，托马(Thoma)等人设计的结构形状)，其缺点在于它或多或少造成一种旋转运动的转动非对称性。其原因在于涡旋室周边出现不均匀的压力分布，还在于从切向的管道至轴向的管道过渡时压力换位不充分。这样一来，由空气或液体形成的涡旋中心就会偏向一侧。

具有平的底和盖的常规涡旋室的切线方向的入流会在涡旋室内形成螺旋形涡旋。与涡旋室底和盖交界的水层，因与涡旋室壁摩擦的缘故，其旋转速度被降低，从而其离心力也减小。于是，这些水层依较陡的螺旋形式流向中心，在此处它们被中间的水层所卷入，同时因离心力突然增大而又被从流出口甩走。这样，在涡旋室底和盖的附近就产生向心的涡流；而在底和盖之间的中部则产生离心的涡流。由于在切线方向的入口部位压力走向不稳定，上述的力的作用在水流整个横截面上是不均匀的，亦即是偏心分布的。这种偏心于是在相连的轴向管道中导致非对称的旋转运动，此效果取决于流量大小。

应当承认，能使水流产生螺旋流动的一种方法和装置本来已是众所周知的(DE-OS 36 30 536)。然而其目的是将一种直的管道流体的流动与一种螺旋运动相叠加，使之保持旋转对称。所阐述的手段是否足以实现完全的旋转对称，仍是成问题的，这是因为流体的入流恰好不是对称的，而是切向的。例如根据已公布的说明书，从下方来的流体会进入一个扩开部位，从广义上说进入一个“涡旋室”，从侧面出来一个小的流为脉冲流，它经过一个小的旋转对称的间隙影响着主流。

DE-OS 36 30 536中所述的装置，从其说明和示图来看，不能起作用。此外，那里恐怕需要有另一个非对称的部件来处理非对称的流动。从DE-OS 36 30 536所知的这样一种装置，引出了导致本发明的几种考虑。

本发明的任务是：在低费用条件下，采用一种简单的设计，仅仅通过与流量无关的压力换位和流体转向，使在与涡旋室相连接的轴向管道中的流体实现一种旋转对称的螺旋运动或任意的偏心的螺旋运动。

依照本发明，采用一种装置来达到上述目的，该装置有一个其位置高度可调的内装部件和一个从流体切向流入至轴向流出的范围内逐渐变小的涡旋室，用下述方法使压力作用下的管道流体转向或分流；为了同时产生在流体横截面上几乎任意分布的螺旋运动和为了控制涡流以及轴向流出的流体中的压力分布，将一个内装部件安置在涡旋室中，其偏心度能够相对于涡旋室轴线进行调整。

根据本发明，在方法上是采取如下的措施来解决上述任务的：为了在水流横截面上实现任意分布的螺旋运动，流体被转向或分流，为此，从切向流入的流体中，通过对流体的调节，引出与之相垂直的分流，涡旋流动的流通面积将沿轴向流动方向而逐渐变小，而且在涡旋波及的范围内，流体由一个流动转向装置和一个流动调整装置来引导，这两个装置相对于涡旋室轴线的偏心度是可调的。

根据本发明，采用上述措施后，还可以设计出一种特殊的涡旋室结构形状，该涡旋室结构为了消除上述螺旋平面上的不均匀性能进行压力换位。

从一个或多个切向流入口的平面出发至到轴向流出口的过渡部分，涡旋室是呈圆锥形逐渐变小的，其结果是：在开始时是很大的涡旋室流通面积，沿轴向直至流出口是连续变小的，从而轴向流体横截面上的压力变为均匀。由于这是一种经调节的强制流动，可以通过内装的圆筒部件或圆锥部件来实现上述的那种压力换位。这时圆锥形或圆筒形内装部件的对称轴是相对于在涡旋室中延伸的轴向管道的轴线偏心地安置的。

圆锥形套的倾斜坡度最好比涡旋室壁的大。该圆锥形套至少必须与后者的倾斜坡度完全一样，方能避免流体横截面的增大。为此，有意地让圆锥形部件尖部或让圆筒形部件在与轴向管道相连的过渡段下方终止，以便能在直至轴向出口处提供压力换位所需的空间。

根据本发明，为了在液体特别是水中产生一种旋转对称的或几乎任意偏心的螺旋运动，涡旋室最好包括：

a)一个圆形的涡旋室底部，其直径大小取决于一个或数个切向入口的大小；

b)一个圆锥形的涡旋室盖，它带有一个同心的出口；

c)一个圆锥形的或圆筒形的、同心安置的或偏心距可调的内装部件，该内装部件

d)与b)项中所述的涡旋室盖共同形成一个流通面，该流通面从涡旋室底至轴向出口连续变小。

一般地说，涡旋室靠轴向出口使液体垂直向上或向下流动。依照本发明，由于达到了均衡，一种任意斜置的涡旋室也能在离开涡旋室时的液体中产生一种旋转对称的螺旋运动。

在涡旋室底的中心处，可设置一个通气或排气用的口或第二个出口。在这种情况下，圆锥形或圆筒形的内装部件延伸不到涡旋室底部。当然，也可考虑在内装部件本身设置通气或排气的孔。

在某些情况下，也有可能完全放弃内装部件。这样做的时候，务必通过涡旋室上部圆锥形套的表面的适当倾斜坡度，来确保压力换位。

也可不用圆锥形的涡旋室盖，而改用一种平的涡旋室盖。但这时务必要配置偏心的内装部件，以保证涡旋室内必需的压力均匀。

入口横截面可按逐渐变小的形式汇入涡旋室中，比起目前采用的管道横截面来，这样就可达到较高的流入速度。这样做还可以提高涡旋室中和与之相连的管道中的旋转速度。

为了某些用途，也可在两个出口之间设立一种连接通道，为此圆锥形部件或圆筒形部件必须同心地或相应偏心地打出通孔。

管道分支以后，在处于一共同轴线上的两条延伸方向相反的支管中，可实现流动介质的一种旋转对称的旋转运动。圆锥形的内装部件的形状被设计成双锥体。

应当承认，已有利用涡旋室产生种种螺旋流动的事实(例如德国公报27 12 443和27 12 444)；但在这里很显然，在连接的轴向管道中根本没有螺旋流动的旋转对称。在德国公报36 30 536中，通过一个引发旋转的间隙流，来达到一种稳定的流体旋转流动的目的，该间隙流与主流相叠加。与之相反，本发明则是使流体流动转向90°；与此同时，这种流动如此加以引导和转向，以至于能调定出一种稳定的、旋转对称的螺旋运动。

本发明的一些优点尤其在于：从涡旋室到轴向管道的过渡部分的轴向流通的横截面连续地减小，使得不需要机械的内部装置或其他措施，就能实现一种旋转对称的旋转运动。本发明的涡旋室的结构形状可产生这样的效果：与迄今已知的涡旋室结构形状不同，它能实现从涡旋室底至轴向流出口的连续过渡，从而，与可调的内装部件相结合，使逐渐实现压力换位成为可能。在迄今为止已应用的和已试验过的涡旋室结构中，为了在一种介质中产生旋转，涡旋室至轴向管道之间的骤然过渡产生了压力势，这种压力势导致了在流体横截面上进行不均匀的加载。

根据本发明采取的措施具有特别的优点：通过上述的方法或装置，这些措施作为入流的设施或串联的入流级，特别适用于：

圆形贮水池的入口，

沙子分级器，

旋流分离器，

净化装置如水力旋流器，

旋流净化器，

离心分离器，

水力旋流分离器，

离心沉降分离器，

旋流分离器或一般分离室(工业净化处理)。

本发明的一个特别的优点：是它还可应用在水利工程中的将供应来的水进行分配的结构上。这种结构接受供应来的水，并将水量均匀地分配给不同的贮水池。

已公布的专利还有GB 10 67 196及US 31 98 214。这两个专利描述一种节流性的流动功能，而且没有任何一种活动的内装元件或任何一种活动的内装部件。当然，在这里有一个可调的元件，即一种流动元件，借助此元件可以调节流体横截面。流量越大，也就是说速度越高，则涡旋室中的旋转速度亦越升高，相应地，由离心力产生的阻力，也取决于流动速度而增大。作为应用范畴，也是为了节流目的，这两个专利考虑到了一种缓冲装置，该装置在强的或弱的冲击情况下可产生相应大小的减振作用。

但它们并没有提供流体流出的均匀性，虽然确实提供了一种流动元件的垂直调整手段，但没有提供某些元件的偏心度的调整措施，例如水平的调整。另外，根据该发明的那种节流，恐怕是非常不利的，根据发明，本应尽可能产生一种轴向出口的流体流动，应形成一种尽可能高的旋转对称均匀性，流体应带着一种旋转对称的涡旋离开轴向管道。

本发明的实施例，将参照附图更详尽地被描述如下：

如图所示：

图1第一个实施例的流体引导装置正视图；

图2对应图1的平面图；

图3内装部件的另一种实施例；

图4和图6另一些实施例，其中图4的入流是水平方向的，出流则是垂直向下的；与之相反，图6所示的水平方向的入流则是被垂直向上地转向。

图5采用另一种配置的另一种结构形状。

图7和图8以本发明为基础构思出来的其它可实现的装置的结构形式；

图9与图2相似的示意图，其入流管道具有一种不同的结构。

图1的实施例示明了涡旋室的截面，此涡旋室的水流的横截面沿水流方向收缩。涡旋室切向的流入口1通到以虚线表示的涡旋室底2中，并被引导绕过内装部件3，它具有一个高度位置和一个相对于涡旋室轴线的偏心位置。内装部件3是一个圆筒形内装部件，它正好安装在涡旋室底2上。圆筒形部件3的端面总处于轴同开口6的下方。

水Q按照图1和图2依切向流入涡旋室5中，这里的水，在流体横截面上以螺旋形式，流过圆筒形内装3和锥形的涡旋室壁4之间，进入轴向出口6。由于所示的流动方向中的流动空间减小，并由于内装部件3的偏心度，压力随着水流的连续过程而递增，一直到水流在其整个横截面上的压力依赖于压力排出的范围为止，此压力通过换位得以平衡。这一点的结果是：在轴向出口6中，形成了旋转对称的或任意偏心的螺旋式旋转运动。

涡旋室结构形状的各种变化见各图所示。

图3所示为一种涡旋室，其中必要的压力换位是通过涡旋室的锥面和套之间的水流来加以调定的。圆锥部件的倾斜坡度总是比包围它的涡旋室4要陡一些。

依照一个未示出的实施例，所需要的压力换位不使用支承装置，而借助内装的圆锥部件来加以调定。

依照一个未示出的结构，所需要的压力换位也可以不需要圆锥形的涡旋室上盖来加以调定，假若内装部件相对于涡旋室轴线是相应偏心地安置的话。

假若涡旋室的排泄按图7所示由两个开口来进行，则内装部件3(这里为一圆锥体)可以如此加以固定，即对第二个开口10要给出一定的间距。流出的流动介质的旋转对称的螺旋运动只能在通过横截面减小处5时来加以调定，而不是通过设置在涡旋室底2上的开口10来实现。

图4部分地示明了一种上部的入流，出流沿轴向向下。内装部件是一个圆锥体11，其上有一直通的孔12。这样，经过孔12就有了通气-排气的可能性。

图5示明涡旋室的一种环形套7，通过该套，符合各种要求的压力换位可适当地配合内装部件8的某种结构形式或配合一个适宜的圆锥体倾斜坡度来实现。

为了满足不同的要求，下面做法是有利的，或者说是非做不可的：如图6所示，在内装部件11上，于两个出口6和10之间，设置一连接通通道12。

图8示明，在两条轴向管道6和6b中，流体产生一种旋转对称的旋转运动。同时，设置一个与涡旋室壁4对应的套体表面，并安装一个双对称的内装部件。

图9所示与图2相似，只是切向流入口逐渐变窄或逐渐变小而已。借此可以将流动速度提高到一个产生涡旋所需要的程度。

图1所示的实施例，即具有一平底的圆筒的结构形式，可以做进一步的改动，不用平的圆筒上底表面，而将圆筒上部做成半圆锥形、抛物线形、圆锥形，还可以将图1所示的实施例加配一个与轴线平行的孔。

无论哪种情况，都要确保流体和涡旋中心的压力换位、导向和稳定化。

内装部件的表面都必须是平滑的。

圆锥体也可以具有一个倒圆的锥头、一个倒圆成抛物线的锥头，一个圆锥台或一个倒圆锥台。

令人叹服的是，通过微小的移动对内装部件进行调校，无论它是垂直方向的移动，或者是作为偏心调整的水平方向的移动，都可以在很大程度上使流体流动的调整受到影响。

Claims

1. 使压力作用下的管道流体的流动转向或分流的装置，配备有一个其高度位置可调的内装部件及一个在切向的入流至轴向出流的范围逐渐缩小的涡旋室，该装置的特征是：为了同时实现水流横截面上几乎任意分布的螺旋运动，并且为了控制涡流中的压力分布，从而也为了控制轴向流出口中的压力分布，在涡旋室(5)中安装了内装部件(3)，该部件对于涡旋室轴线的偏心度是可以调整的。

2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：安置在涡旋室(5)中的内装部件(3)是呈圆锥形的、圆筒形的或多边形的，而且安装后与涡旋室同心或者相对于涡旋室具有一定的偏心度。

3. 如上文的权利要求之一所述的装置，其特征在于：通过可调的内装部件(3，8，11，13)来控制轴向出流的均匀性或不均匀性。

4. 如上文的权利要求之一所述的装置，其特征在于：两个轴向的、安置在涡旋室中的出口(6，10)用来将入流分为两个相互反向的流。

5. 如权利要求3或4所述的装置，其特征在于：为了将入流分成为两个相互反向的流，涡旋室的被做成双对称式的(图8)。

6. 如上文的权利要求之一所述的装置，其特征在于：切向的流入口(9)直至涡旋室是逐渐收缩的(图9)。

7. 如上文的权利要求之一所述的装置，其特征在于：切向的和轴向的出流口的大小是不同的。

8. 如上文的权利要求之一所述的装置，其特征在于：安置了多个切向入流口。

9. 如上文的权利要求之一所述的装置，其特征在于：出口是作为扩散器式的扩张的管段而制成的。

10. 如上文的权利要求之一所述的装置，其特征在于：涡旋室底具有非圆形的形状，因此涡旋室外壳表面相应地制成非锥形。

11. 依照权利要求1的装置，其特征在于：内装部件(3)被制成沿轴向和/或沿垂直于轴向方向可平动地调节(图1至图9)。

12. 如上文的权利要求之一所述的装置，其特征在于：圆筒形的内装部件上面最好是用一个球形的、抛物线形的、圆锥形的盖封闭的。

13. 如上文的权利要求之一所述的装置，其特征在于：内装部件具有一个与轴线平行的孔。

14. 如上文的权利要求之一所述的装置，其特征在于：内装部件是圆锥形的(图3，4—图6，7)，其头部是倒圆的抛物线形、锥台形或倒圆成圆锥形的。

15. 通过使压力作用下的管道水流获得一种螺旋运动，继而获得一种轴向的管道流体流动，这种情况下，入流可依一个其高度可调的流体转向装置加以转向，该方法的特征是：为了产生在水流横截面上几乎任意分布的螺旋运动，流体须加以转向或分流，为此，通过对流体的定向将切向入流转换为垂直流出的水流；涡旋流体流通面积沿轴向流动的方向逐渐变小，在涡流存在的范围内，通过一个其相对于涡旋室轴线的偏心度可调整的流动转向装置和调整装置，对流体进行导向。

16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于：轴向出流的均匀性或不均匀性是通过内装部件加以控制的。

17. 如权利要求15至16之一所述的方法，其特征是：借助于内装部件，螺旋运动可按特定的旋转对称方式加以调定。

18. 如权利要求16至17之一所述的方法，其特征是：流体的压力如此地加以换位，使得流体和涡旋中心按照一个相对于轴向管道的轴线任意可调的同心度或偏心度加以稳定化；压力换位是独立地引发的。

19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于：压力换位是通过涡旋室盖的锥形外壳表面的斜坡来实现的。

20. 如权利要求1至14之一中所述的装置及如权利要求15至19之一中所述的方法，应用于以下设施的入口水流：圆形贮水池，沙子分级器，旋流分离器，水力旋流器或旋流净化器，离心分离器，旋流分离器，以及将供应来的水体进行分配结构。