CN112755865B - 超声波粒化混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波粒化混合装置，包括若干进口、混合腔和出口，混合腔内周向设置若干组超声波发生装置，其中，不同组超声波发生装置具有启动电压相位差，从若干进口分别进入的混合物质在混合腔内混合后，经由出口排出。该超声波粒化混合装置，在混合腔内设置多组超声波发生装置，且不同组超声波发生装置具有不同相位的启动电压，使用超声能量全方位地对混合腔内混合的物质充分作用，采用超声波高频振动分散混合物质中的大团分子，使其粒化，使物质能够得到更充分地混合。有效解决静态管道混合器存在的流程长、流体通道复杂、流体阻力大、加工制造难度大、混合效果不稳定等缺点；提高混合效率从而提升工业生产产品品质，降低能耗和生产成本。

Description

超声波粒化混合装置

技术领域

本发明涉及静态混合装置领域，尤其是一种超声波粒化混合装置。

背景技术

静态管道混合器是使流体在管道内流过时，通过某一构件或混合元件的作用而达到均匀混合的目的，是一种无任何机械运动部件的混合器。工业上常采用的管道混合器有静态挡板式、孔板式、三通式混合器等几种型式。常用于以下工业生产当中：1）城市生活用水和工业给水处理中投加各种混凝剂、助凝剂进行混合作用；2）城市生活污水和工业废水处理中投加各种混凝剂、助凝剂进行混合作用；3）给水排水、环保工程中气水混合、投加液氯、臭氧等药剂进行消毒处理；4）工业废水进行酸碱中和混合作用；5）几种工业废水进行混合均化处理。

目前静态管道混合器一般由管道分别与喷嘴、涡流室、多孔板或异形板等促进混合的原件组成，一般三节管道连用，作为一个单元（也可根据混合介质的性能增加节数）。混合的方法有三种，分别为喷嘴式，涡流式，多孔板、异形板式。对于常见的静态螺旋片式混合器，是在多孔板、异形板式混合器上发展而来，每节混合器有一个180°扭曲的固定螺旋叶片，分左旋和右旋两种。相邻两节中的螺旋叶片旋转方向相反，并相错90°。为便于安装螺旋叶片，筒体做成两个半圆形，两端均用法兰连接，筒体缝隙之间用环氧树脂粘合，保证其密封要求。管道内螺旋叶片是固定的，流体通过它产生流向变化，出现紊流现象从而提高混合效率，这种静态混合器除产生降压外，它不用外部能源。

静态混合器在实际应用中，混合器的结构和混合性能往往有很大的区别。两种混合液体的汇合部位，由于液体的粘度、密度、混合比和互溶性的不同，存在不少的缺点：在结构方面，同类部件的组合体流程长，流体通道复杂，流体阻力大；移动混合（包括层流混合）上无流体的破碎混合，在流体断面内混合，纵向混合少。在层流混合中，层流混合状态受流体混合时的雷诺数和韦伯数的影响，从而存在混合难易度的差别。例如，固化剂和环氧树脂粘度相差很大（环氧树脂粘度是固化剂粘度的20～80倍），两流体在管路中流速又非常低，造成它们难以混合均匀。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种超声波粒化混合装置，有效解决静态管道混合器存在的流程长、流体通道复杂、流体阻力大、加工制造难度大、混合效果不稳定等缺点；提高混合效率从而提升工业生产的产品品质，降低能耗和生产成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种超声波粒化混合装置，包括若干进口、混合腔和出口，所述混合腔内周向设置若干组超声波发生装置，其中，不同组所述超声波发生装置具有启动电压相位差，从若干所述进口分别进入的混合物质在所述混合腔内混合后，经由所述出口排出。

进一步，所述超声波发生装置靠近所述进口设置。

进一步，在所述混合腔体中还安装有分散器，所述分散器位于所述进口和所述超声波发生装置之间。

进一步，所述分散器的中部为整流罩，所述整流罩的周边分布若干过流网孔。

进一步，所述混合腔内周向均匀设置三组超声波发生装置，相邻所述超声波发生装置启动电压的相位差为120°。

进一步，每组所述超声波发生装置靠近所述混合腔的一侧均安装导波板。

进一步，每组所述超声波发生装置包括沿所述混合腔轴向排列的若干个超声波换能器。

进一步，所述超声波粒化混合装置还包括控制单元，所述控制单元与所述超声波发生装置的驱动电源连接，用于控制各组所述超声波发生装置的驱动电源工作。

进一步，与所述进口连接的液体输入管道设置液体监测装置，所述液体监测装置与所述控制单元连接，用于向所述控制单元发送报警信号。

进一步，一个或多个所述进口通过支管与所述混合腔连通。

进一步，所述进口和所述出口处设置法兰结构或螺纹连接结构，用于将所述超声波粒化装置连接在管道中。

本发明的超声波粒化混合装置，在混合腔内设置多组超声波发生装置，且不同组超声波发生装置具有不同相位的启动电压，使用超声能量全方位地对混合腔内混合的物质充分作用，采用超声波高频振动分散混合物质中的大团分子，使其粒化，使物质能够得到更充分地混合。有效解决静态管道混合器存在的流程长、流体通道复杂、流体阻力大、加工制造难度大、混合效果不稳定等缺点；提高混合效率从而提升工业生产的产品品质，降低能耗和生产成本。

附图说明

图1为本发明示例提供的一种超声波粒化混合装置的主视示意图；

图2为图1中超声波粒化混合装置的俯视示意图；

图3为图1中A-A的剖面示意图；

图4为图1中B-B的剖面示意图；

图5为图3中分散器4的主视示意图；

图6为图5中分散器4的俯视示意图；

图7为图3中导波板6的主视示意图；

图8为图7中导波板6的左视示意图；

图9为本示例中超声波发生装置5的电气连接图；

图10为本示例中超声波发生装置5中超声波换能器5-1的工作状态图；

图11为本示例提供的另一种超声波粒化混合装置的剖面示意图；

图中：

1—进口；1-1—第一进口；1-2—第二进口；2—混合腔；3—出口；4—分散器；4-1—整流罩；4-2—过流网孔；5—超声波发生装置；5-1—超声波换能器；6—导波板；6-1—导波片；7—外壳。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合本发明示例中的附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例仅仅是本发明的一部分示例，而不是全部的示例。基于本发明中的示例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施方式都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本实施方式的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区别类似的对象，而不能理解为特定的顺序或先后次序，应该理解这样的使用在适当情况下可以互换。

如图1-10所示的示例，提供了本发明的一种超声波粒化混合装置，包括若干进口1、混合腔2和出口3，混合腔2内周向设置若干组超声波发生装置5，其中，不同组超声波发生装置5具有启动电压相位差，从若干进口1分别进入的混合物质在混合腔2内混合后，经由出口3排出。

本示例的超声波粒化混合装置，在混合腔2内设置多组超声波发生装置5，且不同组超声波发生装置5具有不同相位的启动电压，使用超声能量全方位地对混合腔2内混合的物质充分作用，采用超声波高频振动分散混合物质中的大团分子，使其粒化，使物质能够得到更充分地混合。有效解决静态管道混合器存在的流程长、流体通道复杂、流体阻力大、加工制造难度大、混合效果不稳定等缺点；提高混合效率从而提升工业生产的产品品质，降低能耗和生产成本。

具体地，参见图1-3，本示例中的进口1包括第一进口1-1和第二进口1-2，液体I自第一进口1-1进入混合腔2，第二进口1-2通过支管与混合腔2连通，液体II自第二进口1-2经过支管进入混合腔2。第一进口1-1、第二进口1-2和出口3处均设置法兰结构，以便将本示例中的超声波粒化混合装置与管道连接。

在其他实施方式中，第一进口1-1和第二进口1-2均可以设置多个，以便提供更多物质进行混合，可以是液体与液体之间的混合，也可以是气体与液体之间的混合，亦或是固体粉末与液体之间的混合，亦或是固体粉末与气体之间的混合。

在本示例中，超声波发生装置5靠近进口1设置。即超声波发生装置5靠近第一进口1-1和第二进口1-2设置，以便在液体I和液体II进入混合腔2时就能得到不同相位启动电压的超声发生装置5进行超声处理，在开始混合时，即能够通过超声能量的处理，以便液体I和液体II进行充分混合。

参见图3，在混合腔体2中还安装有分散器4，分散器4位于进口1和超声波发生装置5之间。本示例中的分散器4为液体分散器，即分散器4位于第一进口1-1和第二进口1-2与超声波发生装置5之间，液体I和液体II经过初步混合后，经过分散器4进行细化疏解，使后续经过超声波微粒化的混合液体混合得更加充分。参见图5-6，分散器4呈圆板状结构，其中部为整流罩4-1，整流罩4-1的周边分布若干过流网孔4-2。优选地，过流网孔4-2沿整流罩的边缘分布至分散器4的边缘，所有过流网孔4-2沿周向均匀、规则地分布，这样能够保证分散器4更均匀地对混合液体进行细化疏解。

在其他实施方式中，分散器4可以根据需要混合的物质状态选择相应类型的分散器。

本示例中，混合腔内周向均匀设置三组超声波发生装置5，相邻超声波发生装置5启动电压的相位差为120°。每组超声波发生装置5包括沿混合腔轴向排列的三个超声波换能器5-1。本示例中的三组超声波发生装置5处于混合腔2中的同一高度处。液体I和液体II两种混合液体经过混合腔2后，分子被能场震碎分散为微粒分子，混合后的液体呈旋涡状从出口3流出。

本示例中，超声波粒化混合装置还包括控制单元，控制单元与超声波发生装置5的驱动电源连接，用于控制各组超声波发生装置5的驱动电源工作。具体地，图9为本示例中超声波发生装置5的电气连接图，图10为超声波发生装置5中超声波换能器5-1的工作状态图，本示例中的控制单元为MCU主控单元，MCU主控单元输出三组相位差120°相角的控制信号Ua、Ub和Uc分别控制三组超声波驱动电源a、b和c的工作与停止，以便控制超声波换能器a、b和c的工作与停止，通过改变控制信号的脉冲时间宽度（即图10中的t₁和t₂），可以实现不同频率强度的旋转超声波高频能场输出。

超声波自浸于液体中的超声换能器5-1朝向液面发出后，液面上将会出现一层薄雾，薄雾的浓淡与超声波的强度有关，而雾滴的大小则与超声波的频率及液体的表面张力有关，这时候在液体的表面处有表面波传播，表面波的波长也与超声波的频率及表面张力有关。现已证明，雾滴直径稍微小于表面波的半波长，超声波雾化是利用超声能量使液体形成微细雾滴的过程。基于此原理，为了提高流体混合效率，使两种相容的液体充分混合溶解，形成有效的混合液。

在其他实施方式中，三组超声波发生装置5也可以设置在混合腔2内的不同高度处，即可以是图10中超声波换能器a、b和c设置的位置逐渐升高，其中相邻超声波换能器的高度差可以相同也可以不同；也可以是超声波换能器a、b和c设置的位置逐渐降低，相邻超声波换能器的高度差可以相同也可以不同，以便在混合腔2的轴向方向上均能够有超声波对混合液体进行作用。

在其他实施方式中，还可以在混合腔2的轴向设置多组超声波发生装置5，例如，可以邻近进口1的混合腔2设置相位差为120°三组超声波发生装置5，还可以沿混合腔2的轴向方向再设置多组（可以是相位差为120°整数倍组）超声波发生装置5，以便混合后的分子被多组120°旋转能场震碎分散为微粒分子混合，使从出口3输出混合液体能够混合得更加均匀。

参见图3-4、7-8，每组超声波发生装置5靠近混合腔2的一侧均安装导波板6。导波板6上沿着超声波发生装置5轴向方向分别设置与三个超声波换能器5-1匹配的3组导波片6-1，导波片6-1位于超声波换能器5-1的左右两端，超声波换能器7发出的高能超声波经过导波板6传到混合腔2内，充分作用在液体I和液体II混合液的分子上，使成团的分子震裂成微细分子，最后经过出口3输出高效混合液。本示例中，在混合腔2内呈120°交叉排列的三组导波片6-1通过超声波换能器5-1作用与混合液体，使混合液体中的分子易于被120°旋转能场震碎分散为微粒分子，微粒分子混合后经出口3输出。

在本示例中，与进口1连接的液体输入管道设置液体监测装置，液体监测装置与控制单元连接，用于向控制单元发送报警信号。液面监测装置可以是液位仪和/或流量计，当液面低于某一高度或流量小于某个流量值时，即某一待混合液体已不同再进行混合，液面监测装置用于向图9中的MCU主控单元发送报警信号，MCU主控单元用于停止超声波驱动电源a、b和c的工作，即停止超声波发生装置5的工作，使超声波发生装置5达到液位联动控制工作的效果。

图11提供了本发明的另一种超声波粒化混合装置，与上述超声波粒化混合装置的不同在于，上述超声波粒化混合装置用于将其连接在管道中的进口1和出口3处设置法兰连接结构，而图11中的超声波粒化混合装置的进口1和出口3处设置螺纹连接结构。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种超声波粒化混合装置，其特征在于，包括若干进口、混合腔和出口，所述混合腔内周向均匀设置三组超声波发生装置，相邻所述超声波发生装置启动电压的相位差为120°，从若干所述进口分别进入的混合物质在所述混合腔内混合后，经由所述出口排出；

每组所述超声波发生装置包括沿所述混合腔轴向排列的若干个超声波换能器；

每组所述超声波发生装置靠近所述混合腔的一侧均安装导波板；所述导波板上沿着所述超声波发生装置轴向方向分别设置与所述超声波换能器匹配的导波片，所述导波片位于所述超声波换能器的左右两端；

在所述混合腔体中还安装有分散器，所述分散器位于所述进口和所述超声波发生装置之间；所述分散器的中部为整流罩，所述整流罩的周边分布若干过流网孔。

2.根据权利要求1所述的超声波粒化混合装置，其特征在于，所述超声波发生装置靠近所述进口设置。

3.根据权利要求1所述的超声波粒化混合装置，其特征在于，所述超声波粒化混合装置还包括控制单元，所述控制单元与所述超声波发生装置的驱动电源连接，用于控制各组所述超声波发生装置的驱动电源工作。

4.根据权利要求3所述的超声波粒化混合装置，其特征在于，与所述进口连接的液体输入管道设置液体监测装置，所述液体监测装置与所述控制单元连接，用于向所述控制单元发送报警信号。

5.根据权利要求1所述的超声波粒化混合装置，其特征在于，一个或多个所述进口通过支管与所述混合腔连通。

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