CN111905632A - 一种低阻力混合器、混合方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低阻力混合器，属于水处理技术领域。所述的低阻力混合器包括进水口管道、加药口、文丘里管、混合射流器、出水口管道和外壳，混合器两端的进水口管道和出水口管道分别通过法兰连接进水管道和出水管道，文丘里管的收缩段入口与进水口管道连接处设有加药口，文丘里管的扩散段与混合射流器相接，所述混合射流器四周侧壁上设有若干通孔，顶部为封闭式结构，混合射流器位于文丘里管的扩散段中间，所述外壳的两端分别连接进水口管道和出水口管道。本发明的混合射流器的体积很小，摆托了原来管式混合机的叶片限制，所以体积可以做得比现有混合器小，生产中容易组装，在安装与维护方面更加方便，且制造成本更低。

Description

一种低阻力混合器、混合方法及应用

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种低阻力混合器、混合方法及应用。

背景技术

在水处理的净化系统上，常在絮凝沉淀装置的原水管道上设有絮凝剂和原水的混合装置，用于使原水和絮凝剂充分均匀混合、形成一种微絮体后再进入絮凝沉淀装置主体进行进一步的絮凝沉淀处理。但现有技术中管道混合器，多采用有轴螺旋叶片，且多个螺旋片螺旋方向一致的方式，导致混合器存在拌流效果差、水药混合效率低、水头损失大等缺点。

管道混合器也称管式静态混合器，在给排水和环保工程中对投加各种混凝剂、助凝剂、臭氧、液氯及酸碱中和、气水混合等方面都非常有效，是处理水域各种药剂实现瞬间混合的理想设备，具有快速高效混合、结构简单，节约能耗、体积小巧等特点，在不需外动力情况下，水流通过管道混合器会产生分流、交叉混合和反向旋流三个作用，使加入的药剂迅速、均匀地扩散到整个水体中，达到瞬间混合的目的，混合效率高达90～95％，可节省药剂用量约20～30％，对提高水处理效果，节约能源具有重大意义。

现有的混合器主要选用静态混合器，静态混合器的工作原理，就是让流体在管线中流动冲击各种类型板元件,增加流体层流运动的速度梯度或形成湍流,层流时是“分割-位置移动-重新汇合”，湍流时，流体除上述三种情况外，还会在断面方向产生剧烈的涡流，有很强的剪切力作用于流体，使流体进一步分割混合，最终混合形成所需要的乳状液。静态混合器的混合过程是安装在空心管道中的不同规格的混合单元进行的。由于混合单元的作用，使流体时而左旋，时而右转旋，不断改变流动混合机方向，不仅将中心流体推向周边，而且将周边流体推向中心，从而造成良好的径向混合效果。现有的混合器本身安装尺寸较大，安装位置易受限，特别在个别安装位置不冗余的地方，安装存在不灵活的现象。

中国专利文献CN201720274918.4提供了一种管道混合器，包括管道本体、进水口管道、出水口管道、无轴螺旋紊流片、加药管。在该专利中管道本体整体形状为圆柱形，进水口与管道本体的连接处，为斜面切线与水平方向呈45°夹角的圆锥状。出水口与管道本体的连接处，与进水口的连接处为镜面对称的设置。该专利所提供的的技术存在压降损失严重的问题。

中国专利文献CN201620669486.2提供了一种管道混合器，包括具有内腔的筒体，所述筒体上设置有与筒体内腔相连通的进水口管道和出水口管道，所述筒体靠近进水口的侧壁上固定连接有与筒体内腔相连通的加药管，所述筒体内侧壁上固定连接有呈片状的混合叶片，所述混合叶片呈螺旋状且沿筒体的轴线螺旋设置，所述混合叶片的两条侧边固定连接在筒体的内侧壁上，所述混合叶片上设置有凸出混合叶片表面且呈条状的微阻条。该专利装置虽然在一定程度上解决了药剂与原水充分混合的问题，但混合叶片的两条侧边固定连接在筒体的内侧壁上，使得装置本身不易加工安装与拆修；且为了产生比较好的混合效果，需较多的叶片，筒体将做的比较长，导致管道混合器体积大，质量重，制造成本较高。

发明内容

本发明通过提供一种低阻力混合器，以解决现有混合器存在压降损失大、混合器体积大的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种低阻力混合器，包括进水口管道、加药口、文丘里管、混合射流器、出水口管道和外壳，混合器两端的进水口管道和出水口管道分别通过法兰连接进水管道和出水管道，文丘里管的收缩段入口与进水口管道连接处设有加药口，文丘里管的扩散段与混合射流器相接，所述混合射流器四周侧壁上设有若干通孔，顶部为封闭式结构，混合射流器位于文丘里管的扩散段中间，所述外壳的两端分别连接进水口管道和出水口管道。

优选地，所述混合射流器的顶部为穹顶状。

优选地，所述加药口与加药泵连接。

优选地，所述文丘里管的两端固定于外壳的内壁上。

优选地，所述混合射流器的封闭式结构部分位于文丘里管的扩散段内部。

优选地，所述文丘里管收缩段入口的宽度大于进水口管道的宽度。

优选地，所述文丘里管扩展段出口的宽度大于混合射流器的宽度。

本发明还提供一种低阻力混合器的混合方法，包括根据原水流速度大小，包括根据原水流速度大小调节加药泵的功率，从而调节加药速度，控制加药速度大于原水流速度的3倍以上。

本发明还包括一种低阻力混合器的应用，所述低阻力混合器应用于自来水处理的净化系统中。

本发明的有益效果是：

1.本发明的混合器中，当原水和絮凝剂经过混合射流器后，产生了涡流，外部的水流向混合射流器内部流动，内部的水流又受到外部水流的压力，向外部流动，又通过整体的水流方向，使水流源源不断的向出水口方向流动，通过三种力的作用，使得原水与絮凝剂混合完全，可以达到原来管式混合器的效果，实现90％-95％的混合效果，且耗能更低。

2.本发明的混合射流器的体积很小，摆托了原来管式混合机的叶片限制，所以体积可以做得比现有混合器小，生产中容易组装，在安装与维护方面更加方便，且制造成本更低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是试验案例1的示意图。

图3是试验案例2的示意图。

图4是试验案例4的示意图。

图中：1-进水口管道；2-加药口；3-文丘里管；4-混合射流器；5-出水口管道；6-外壳。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1，一种低阻力混合器，包括进水口管道1、加药口2、文丘里管3、混合射流器4、出水口管道5和外壳6，混合器两端的进水口管道1和出水口管道5分别通过法兰连接进水管道和出水管道，文丘里管3的收缩段入口与进水口管道1连接处设有加药口2，文丘里管3的扩散段与混合射流器4相接，所述混合射流器4四周侧壁上设有若干通孔，顶部为封闭式结构，使水流从混合射流器两侧进入混合射流器内部，混合射流器的另一端与出水管道一体连接；混合射流器4位于文丘里管3的扩散段中间，所述外壳6的两端分别连接进水口管道1和出水口管道5。优选地，所述文丘里管3的两端固定于外壳的内壁上。更优选地，所述文丘里管3收缩段入口的宽度大于进水口管道的宽度；所述文丘里管3扩展段出口的宽度大于混合射流器的宽度。

以上所述的混合器，出水口和进水口主要是连接原水的进入和输出，需要用法兰、法兰密封圈分别与进水管道和出水管道连接，主要起到运输和密封原水的作用。当原水通过进水口管道后就会经过加药口，加药口外部与加药设备的管道连接，优选地，加药口为设置在外壳上的若干个连接文丘里管的通道，所述加药口与加药泵连接，从加药口把絮凝剂射入文丘里管，不同的射入速度影响絮凝剂在文丘里管的轨迹，通过控制加药泵的功率大小来控制絮凝剂的射入速率。如果絮凝剂射入速度小，则絮凝剂沿着文丘里管壁流动的话混合效果会很差，如果絮凝剂射入速度大，药物就越能克服主流运动到达文丘里管中心，能够与原水更好的混合。当原水通过文丘里管的扩散段时逐渐减速，减小了湍流度，产生的阻力减小，容易控制压差，从而降低能耗，并且设备体积也相应的缩小。当原水和絮凝剂初步在文丘里管混合后，来到混合射流器，原水会被水压压入混合射流器内部，因为混合射流器拥有封闭式结构部分，优选地，所述混合射流器的封闭式结构部分位于文丘里管的扩散段内部，使得混合射流器与文丘里管相接处的压力增大。在外部压力的情况下，原水和絮凝剂的流速会比文丘里管内部流动速度更快，所以产生涡流，外部的原水和絮凝剂向混合射流器内部流动，内部的原水和絮凝剂又受到外部原水的压力，向外部流动，又通过整体的水流方向，使水流源源不断的向出水口方向流动，这个过程中使得原水与絮凝剂混合完全。

进一步地，所述混合射流器的顶部为穹顶状。

现有的管式混合器，为了产生比较好的混合效果，需较多的叶片，筒体一般做的比较长，导致管道混合器体积大，质量重，制造成本较高。而本发明的混合射流器的体积很小，摆托了原来管式混合机的叶片限制，所以体积可以做得比原来小，生产中容易组装，在安装与维护更加方便，最终使得制造成本降低。

试验案例1

通过设置混合射流器的不同的顶部封闭式结构，可以实现不同的混合效果。

如图2所示，以原水流速度为2m/s为例，设置顶部结构为平面状、圆锥状或者穹顶状的混合射流器，其中模型A中混合射流器的顶部为平面状封闭式结构；模型B中混合射流器的顶部为圆锥状封闭式结构；模型C中混合射流器的顶部为圆锥状封闭式结构，且圆锥的高度为模型B中圆锥高度的2倍；模型D中混合射流器的顶部为圆锥状封闭式结构，且与模型C的混合射流器结构一致，不同之处在于进水口的宽度与文丘里管收缩段入口的宽度一致；模型E中混合射流器的顶部为穹顶状封闭式结构。

从图中可以看出，在混合射流器中，靠近混合射流器顶部的一侧a水流速度小，远离混合射流器顶部的一侧b水流速度逐渐增大，并且各个模型中混合射流器中a区至b区的速度变化率为模型A>模型C>模型D>模型B>模型E，说明顶部为平面状结构的混合射流器两端的水流压差较大，导致能耗较大；模型B和模型C相比，模型B的压差比模型C的压差小；模型C和模型D相比，模型C的压差比模型D的水流压差小，说明进水口管道的宽度小于文丘里管收缩段入口的宽度，利于降低混合射流器两端的水流压差；从模型E中看出，混合射流器顶部为穹顶状结构时，混合射流器两端的水流速度更均匀，即压差最小。因为穹顶形顶部可降低水流与壁面夹角，相对于模型A中水流与混合射流器端面夹角为90°，穹顶形顶部降低了水流与壁面碰撞面积，由平面变成了点。因此，模型E中混合射流器顶部为穹顶状结构为本发明的优选方案。

试验案例2

以原水速度为2m/s为例，对试验案例1中的模型A、模型B、模型C、模型D、模型E中的混合射流器两端的压降进行测试，即对试验案例1中的模型A、模型B、模型C、模型D、模型E进行数值计算。图3中描述了原水速度为2m/s时混合器轴截面的静压力分布云图。其中压降ΔP代表混合器进出口静压降。从图可以看出，不同模型混合射流器内压力分布基本类似。模型A文丘管以及混合射流器出口附近压力明显高于其他模型，这说明混合射流器修正有显著效果。与此同时，模型D的进口端压力比其他几何修正模型更大。另外混合器进出口压降受锥形的母线长度影响，因此本发明优先考虑模型E，具体如图3所示。

试验案例3

在混合器进水口处设置不同原水流速，对试验案例1中的模型A、模型B、模型C、模型D、模型E做进一步测试，结果如下表所示。

表1不同入口速度对应的混合射流器两端压降

从上表可以看出，无论水流速度为多少，模型E中的混合射流器两端的压差均最小，即能量损失最少。

本发明还提供一种低阻力混合器的混合方法，包括根据原水流速度大小调节加药泵的功率，从而调节加药速度，控制加药速度大于原水流速度的3倍以上。

试验案例4

采用模型E作为测试对象，设置原水流速为4m/s，设置不同的絮凝剂射入速度，结果如图4所示。

当絮凝剂射入速度与原水流速度一致时，由于受到原水流运动影响，絮凝剂射入后沿着文丘里管壁附近流动，混合效果差。随着射入速度增大，絮凝剂克服主流运动到达接近文丘里管中心的位置，当射入速度达到12m/s时，絮凝剂混合效果满足需求，因此本发明控制加药速度大于原水流速度的3倍以上即可。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种低阻力混合器，其特征在于，包括进水口管道、加药口、文丘里管、混合射流器、出水口管道和外壳，混合器两端的进水口管道和出水口管道分别通过法兰连接进水管道和出水管道，文丘里管的收缩段入口与进水口管道连接处设有加药口，文丘里管的扩散段与混合射流器相接，所述混合射流器四周侧壁上设有若干通孔，顶部为封闭式结构；混合射流器位于文丘里管的扩散段中间，所述外壳的两端分别连接进水口管道和出水口管道。

2.根据权利要求1所述的低阻力混合器，其特征在于，所述混合射流器的顶部为穹顶状。

3.根据权利要求1所述的低阻力混合器，其特征在于，所述加药口与加药泵连接。

4.根据权利要求1所述的低阻力混合器，其特征在于，所述文丘里管的两端固定于外壳的内壁上。

5.根据权利要求1所述的低阻力混合器，其特征在于，所述混合射流器的封闭式结构部分位于文丘里管的扩散段内部。

6.根据权利要求1-5任一项所述的低阻力混合器，其特征在于，所述文丘里管收缩段入口的宽度大于进水口管道的宽度。

7.根据权利要求6所述的低阻力混合器，其特征在于，所述文丘里管扩展段出口的宽度大于混合射流器的宽度。

8.一种利用权利要求1所述的低阻力混合器的混合方法，其特征在于，包括根据原水流速度大小调节加药泵的功率，从而调节加药速度，控制加药速度大于原水流速度的3倍以上。

9.一种权利要求1所述的低阻力混合器的应用，其特征在于，所述低阻力混合器应用于自来水处理的净化系统中。

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