CN113090595A - 液体活塞抽气器及应用该抽气器的抽气系统 - Google Patents

液体活塞抽气器及应用该抽气器的抽气系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液体活塞抽气器及应用该抽气器的抽气系统。本发明中的液体活塞抽气器包括吸气室、混合室、喉管和扩散管，还包括间歇射流产生机构，所述的间歇射流产生机构用于产生间歇射流，间歇射流用于推动并压缩吸气室内的气体，从而产生液体活塞效应；间歇射流与被抽吸的气体在混合室内掺混，经喉管整流后，进入扩散管进行减速升压，然后从出口排出，所述的混合室和喉管所在的轴线斜向上。本发明大幅提高抽气器的抽吸系数，具有较高的工作效率，还具有自吸能力，同时也不用担心气体压缩时升温带来的易燃易爆危险，可用于抽吸易燃易爆气体。

Description

液体活塞抽气器及应用该抽气器的抽气系统
技术领域
本发明涉及抽气设备领域，具体是涉及一种液体活塞抽气器及应用该抽气器的抽气系统。
背景技术
射水抽气器通过将工作水从喷嘴高速喷出，利用水流表面粘性和紊动扩散来抽吸气体，并将其能量传递给被抽吸气体，具有结构简单、工作可靠、安全性高、便于综合利用等优点，主要被用作为抽气器、气体压缩机、曝气机、抽吸化学和生物内部混合反应产生的气体的机械设备等，广泛用于水电、火电、化工、给排水及污水处理、矿山冶金及国防工业等各个部门，尤其是在高温、高压和输送有毒、易爆、易燃和放射性物质的场合，更具独特的优点。但它同时也存在效率较低及抽吸系数(单位液体抽吸气体体积之比)较小的缺点。
射水抽气器所需要的高压水通常需要额外的水泵来提供，因此不能作为独立设备进行工作，且两者之间的衔接管路也会造成一定能量损失。目前对射水抽气器本身的性能优化主要通过优化局部结构尺寸的方式，比如单喷嘴改成多喷嘴、喷嘴增加旋流效果等方式来增大水流与气体的接触面积，从而抽吸更多的气体，但同时也会增加工作流体的阻力，因此这些方法不能兼顾效率和抽吸系数，且收效甚微。
发明内容
本发明提供了一种液体活塞抽气器及应用该抽气器的抽气系统，用以解决现有技术中的抽吸系数低、效率低、不能独立工作的问题。
本发明的一方面提供了一种液体活塞抽气器，它包括吸气室、混合室、喉管和扩散管，其特征在于，还包括间歇射流产生机构，所述的间歇射流产生机构用于产生间歇射流，间歇射流用于推动并压缩吸气室内的气体，从而产生液体活塞效应；间歇射流与被抽吸的气体在混合室内掺混，经喉管整流后，进入扩散管进行减速升压，然后从出口排出，所述的混合室和喉管所在的轴线斜向上。
进一步说，所述的间歇射流采用转轮，在该转轮上开有多个喷嘴，所述的喷嘴在转轮旋转过程中与导流器的一端间歇导通，从而产生间歇射流，所述的导流器的另一端联通进水口；在转轮的离心力的作用下，工作液体从转轮上的与导流器导通的喷嘴高速甩出，形成弯曲的射流。
进一步说，所述的转轮的转速在200～3000rpm之间，转轮外径在50～500mm之间，转轮外缘达到的线速度应在20～70m/s之间；转轮的内径与外径之比在0.5～0.9之间；转轮宽度在15～150mm之间；转轮上的喷嘴数量在3～40之间。
进一步说，所述的导流器出口宽度应能够使其与3～6个喷嘴保持联通。
进一步说，所述的混合室收缩角度的收缩角θ在10°～30°之间；扩散管角度的扩散角β在4°～14°之间，所述的混合室和喉管所在的轴线与水平面夹角为45°。
进一步说，所述的喉管为直管，长径比在1～3之间；或渐扩管，角度不大于扩散管角度。
本发明的另一方面提供了一种抽气系统，它包括液体活塞抽气器和水箱；抽气器进水口与水箱底部连通，抽气器出口与水箱上部连通，实现液体的循环利用，水箱顶部开孔，用于排出抽气器排放进来的气体。所述的抽气器布置在水箱下方或与水箱底部齐平，当与水箱底部齐平时，水箱内的水位高于间歇射流产生机构。
进一步说，所述的抽气器为一个，其对应的配置一个水箱。
进一步说，当两个抽气器共用一个水箱时，采用对称布置或反对称布置。
进一步说，多个抽气器的进气管相连，共用一个吸气母管。
本发明的有益效果：本发明的抽气系数与气-液接触面有关，将液体分割的越多，即“液体活塞”越多，则表面积越大，与气体接触面积则也越大，同时，“液体活塞”之间的空隙能够夹带并压缩更多气体，从而本发明可以大幅提高了抽吸系数。
另外气体比热较低，热量被液体吸收，而液体的比热较高，因此气体和液体的整体温度变化较小，气体被压缩时基本属于等温压缩，压缩效率较高，使得抽气器具有较高的工作效率，同时也不用担心升温带来的易燃易爆危险，因此可用于抽吸易燃易爆气体
本发明不需要额外配备的水泵来提供高压水，具有独立工作的能力；工作液体在喷嘴内受离心力作用处于升压状态，高于液体饱和蒸气压，因此转轮内无汽蚀风险；转轮不受被抽吸气体内固体颗粒的影响，因此对被吸气体杂质含量没有限制，工作范围宽。
附图说明
图1是本发明抽气器正视示意图。
图2是图1的截面图。
图3是电机驱动抽气器的俯视示意图。
图4是抽气器配备水箱的正视示意图，此图中抽气器位于水箱下方。
图5是两个抽气器共用一个水箱的正视示意图，此图中两个抽气器为反对称布置，且均在水箱下方。
图6是图5的俯视示意图。
图7是抽气器配备水箱的正视示意图，此图中抽气器与水箱底部齐平。
图8是两个抽气器共用一个水箱的正视示意图，此图中两个抽气器为反对称布置，且抽气器与水箱底部齐平。
图9是图8的俯视示意图。
图10是两个抽气器共用一个水箱的俯视示意图，此图中两个抽气器为对称布置，且均在水箱下方。
图11是两个抽气器共用一个水箱的俯视示意图，此图中两个抽气器为对称布置，且抽气器与水箱底部齐平。
图12是抽气器弯曲型扩散管示意图。
具体实施方式
如图1、图3所示，本发明采用间歇射流产生机构代原射水抽气器的固定式喷嘴，间歇射流产生机构用于产生间歇射流，间歇射流用于推动并压缩吸气室内的气体，从而产生液体活塞效应，具体的，间歇射流的一种实现形式为采用转轮替代原射水抽气器的固定式喷嘴，在该转轮上开有多个喷嘴，所述的喷嘴在转轮旋转过程中与导流器的一端间歇导通，从而产生间歇射流，所述的导流器的另一端联通进水口；在转轮的离心力的作用下，工作液体从转轮上的与导流器导通的喷嘴高速甩出，形成弯曲的射流；转轮上的喷嘴与导流器和吸气室连通时才有液体通过，喷嘴转过导流器和吸气室的时间有限，因此连通时间有限，射流的长度也有限；射流长度随着连通时间增长，连通时间越长，则射流长度越长；有限长度且弯曲的射流，离开转轮后在惯性作用下继续前行，推动并压缩气体随之一同前行，产生活塞效应，因此称作“液体活塞”。
液体活塞5在吸气室6内随着连通时间增长并脱离转轮9，被抽吸的气体通过吸气口8进入吸气管7，吸气管在转轮上方部分为吸气室6，吸气室6和转轮9构成泵体17的主要部分，液体活塞5与被抽吸的气体在收缩型混合室4内掺混，经喉管3整流后，进入扩散管2进行减速升压，然后从出口1排出。脱离转轮后的液体活塞的运动方向与混合室轴线平行；脱离转轮后的液体活塞垂直于运动方向的一面的形状和尺寸与混合室入口截面接近；液体活塞出现的频率以及液体活塞之间的间距与转轮转速和喷嘴个数有关，一般可达500Hz；工作液体被源源不断的从转轮上喷嘴甩出的同时，也被不停的从进水口吸进来，工作液体的能量以及传递给气体的能量来自于转轮产生的离心力。
如图2所示，进水管12伸入转轮9内部，在转轮9内部的进水管上设置导流器10，导流器10用于将工作液体送至转轮9上的喷嘴11，转轮9通过轴15与动力机18连接，轴15通过轴承14与后盖16连接，后盖16、前盖13形成转轮安装空间。
转轮的转速在200～3000rpm之间，转轮外径在50～500mm之间，转轮外缘达到的线速度应在20～70m/s之间；转轮的内径与外径之比在0.5～0.9之间；转轮宽度在15～150mm之间；转轮上的喷嘴数量在3～40之间。
在一个实施例中，混合室和喉管的轴线与水平面夹角α在0～90°之间(0°和90°)，优选45°，斜向上的特征使得其成为能快速到达水箱顶部的一个捷径。
在一个实施例中，混合室收缩角度θ在10°～30°之间，优选20°；扩散管角度β在4°～14°之间，优选6°。
在一个实施例中，扩散管轴线可以与喉管重合，也可以是曲线，使扩散管出口可以与其入口平行，也可以与其入口成不同角度，可见图12。
在一个实施例中，喷嘴出口形状选矩形。
在一个实施例中，导流器10出口宽度应能够使其与3～6个喷嘴保持连通，导流器用于将工作液体送至转轮上的喷嘴。
在一个实施例中，喉管可以是直管，长径比在1～3之间，优选1.5；喉管可以是渐扩管，角度不大于扩散管角度。
在一个实施例中，抽气器通过轴与动力机连接，动力机包括不限于电机、内燃机和汽轮机等。
在一个实施例中，工作液体包括但不限于水；气体包括但不限于空气，也可以是两种及以上气体的混合物，包括蒸汽和空气混合物等。
在由上述实施例所形成的抽气器21与水箱结合，形成本发明的抽气系统，其中抽气器21可以单独配备水箱20，从吸气管线19引气，见图4、图7，也可以将两个及以上抽气器共用一个水箱，见图5、图6、图8和图9；抽气器进水口与水箱底部连通，抽气器出口与水箱上部连通，实现液体的循环利用；水箱内液位高于抽气器转轮，使转轮内处于充满液体的状态，实现自吸性能；水箱顶部开孔23，用于排出抽气器排放进来的气体。
如图4和图7，抽气器可以布置在水箱下方，减小占地面积，也可以与水箱底部齐平，此时水箱内水位要高于转轮，以便于自吸，如图5、图8、图10和图11，两个抽气器共用一个水箱时，可以对称布置，也可以反对称布置，优选反对称布置；多个抽气器的进气管可以相连，共用一个吸气母管22。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.液体活塞抽气器，包括吸气室、混合室、喉管和扩散管，其特征在于，还包括间歇射流产生机构，所述的间歇射流产生机构用于产生间歇射流，间歇射流用于推动并压缩吸气室内的气体，从而产生液体活塞效应；间歇射流与被抽吸的气体在混合室内掺混，经喉管整流后，进入扩散管进行减速升压，然后从出口排出，所述的混合室和喉管所在的轴线斜向上。
2.根据权利要求1所述的液体活塞抽气器，其特征在于：所述的间歇射流采用转轮，在该转轮上开有多个喷嘴，所述的喷嘴在转轮旋转过程中与导流器的一端间歇导通，从而产生间歇射流，所述的导流器的另一端联通进水口；在转轮的离心力的作用下，工作液体从转轮上与导流器导通的喷嘴高速甩出，形成弯曲的射流。
3.根据权利要求2所述的液体活塞抽气器，其特征在于：所述的转轮的转速在200～3000rpm之间，转轮外径在50～500mm之间，转轮外缘达到的线速度应在20～70m/s之间；转轮的内径与外径之比在0.5～0.9之间；转轮宽度在15～150mm之间；转轮上的喷嘴数量在3～40之间。
4.根据权利要求2所述的液体活塞抽气器，其特征在于：所述的导流器出口宽度应能够使其与3～6个喷嘴保持联通。
5.根据权利要求1所述的液体活塞抽气器，其特征在于：所述的混合室收缩角度的收缩角θ在10°～30°之间；扩散管角度的扩散角β在4°～14°之间，所述的混合室和喉管所在的轴线与水平面夹角为45°。
6.根据权利要求1所述的液体活塞抽气器，其特征在于：所述的喉管为直管，长径比在1～3之间；或渐扩管，角度不大于扩散管角度。
7.一种抽气系统，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的液体活塞抽气器和水箱；抽气器进水口与水箱底部连通，抽气器出口与水箱上部连通，实现液体的循环利用，水箱顶部开孔，用于排出抽气器排放进来的气体，所述的抽气器布置在水箱下方或与水箱底部齐平，当与水箱底部齐平时，水箱内的水位高于间歇射流产生机构。
8.根据权利要求7所述的一种抽气系统，其特征在于，所述的抽气器为一个，其对应的配置一个水箱。
9.根据权利要求7所述的一种抽气系统，其特征在于，当两个抽气器共用一个水箱时，采用对称布置或反对称布置。
10.根据权利要求7所述的一种抽气系统，其特征在于，多个抽气器的进气管相连，共用一个吸气母管。
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