CN1280520A - 混合喷射器 - Google Patents

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Abstract

一种混合喷射器(20)可用来改善处理物质在水流内的混合和溶解。该混合喷射器(20)具有一个收缩部(35)、一个圆筒形喷射部(40)和一个膨胀部(43),流动方向就按照这个次序,还有一个喷射器口(45)可由此进入喷射部(40)。在收缩部(35)壁上制有扭转叶片(50),而在膨胀部(43)壁上制有校直叶片(51)。扭转叶片(50)将运动的旋转分量赋予喷射部(40)内水流的外周部分,而校直叶片(51)则在膨胀部(43)除去至少一部分旋转分量,这两者都会引起气泡的显著的激烈运动,从而可改善处理物质的溶解。

Description

混合喷射器
本发明的领域
用来将流体(气体和液体)喷射并混合成一股约束流动水流的混合喷射器。
本发明的背景
用来喷射可能为液体或气体处理物质的器械已有很大发展。其中一个著名装置为在1978．10．31授予Angelo Mazzel的美国专利4，123，800号中所示出的那种抽吸喷射器，该专利在这里被参考引用，因为它示出了将处理物质溶于水中后的喷射和一个进行这样喷射的喷射器。
这种喷射器的目的是要把数量按比例的处理物质送到水流内使它流动通过一根垂直落下的管子。除了这个定量的目的外，还要求处理物质能很好地溶解并完全分布到流动的水流中。当有气体引入时这点特别重要。气体溶解在水流中的效率在很大程度上取决于气体被喷射后形成的气泡的表面积和这些气泡在水流中的运动。气泡的强烈运动和气泡尺寸的缩小将加速气体的溶解。强烈运动还有助于液体处理物质的分布和溶解。
这个气体的加速分布和将气泡分裂成较小气泡来增加总体的气液界面还能在要从水流中除去不同的气体而该气体被挟带在水流内时提高气体的剥离作用。这种作用的一个例子可在1997．10．7授予AngeloMazzei的美国专利5，674，312号中找到。
按照所说Mazzei的专利制造的喷嘴在将处理物质定量并混合到水流中时能连续完成高标准的准确度。但我们发现Mazzei的装置还能改进，还能使处理物质进一步加速溶解并混合到水流中而并不明显地损失其能量。这一点能提供重大的利益，包括减少基本投资和装置的大小。这是因为处理物质特别是气体当然也有液体能较快地被溶解(气体)并且被混合(气体和液体)，因此装置的大小和其构件能被缩减，还因为在喷射器的下游，系统较少需要安排体积来完成溶解和混合。
本发明的目的就是要提供一种一般型式如同上述Angelo Mazzei的专利中所示但更为有效的混合喷射器。
本发明的简要说明
按照本发明的混合喷射器具有一个其中贯穿着一条流动通道的本体。该流动通道有一个进口、一个出口和一个截面为圆形沿着中心轴线在两个口子之间延伸的壁。
该壁包括一个基本上为圆筒形的从进口开始延伸的进入部。还包括一个最好为截圆锥形的收缩部，其直径随着它从进入部离开延伸而逐渐缩小。收缩部延伸到一个位在其小端的喷射部。
喷射部基本上为圆筒形，它从与收缩部的交界延伸到与膨胀(扩张)部的交界。紧接着收缩部和喷射部的交界处有一喷射器吸入口可由此进入流动通道。
膨胀部最好为截圆锥形，其直径随着它从喷射部离开延伸而逐渐增大。膨胀部延伸到出口为止。
按照本发明的一个特征，收缩部设有多个叶片，它们将使水流的、有限的外周圆筒形区域得到一个扭转，而膨胀部则设有多个叶片将至少某些上述扭转重新校直。这个圆筒形区域造成扭转的水流流动通过喷射器口并直接从喷射器口接受处理物质。当这股水流流动离开喷射部时，其外周的圆筒形部遇到膨胀部内的校直叶片。这样就在那里发生翻滚和剪切的作用，致使其中被挟带的气泡破裂成为小气泡，并且在该区域内的某些流体被导向中央的中心轴线。另外，校直叶片还将外周圆筒形部的流动校直。旋转的流动转变为轴向的流动就可使包括有气体和液体的处理物质在混合和溶解方面得到改善和加速。
本发明的上述和其他一些特征可从下面的详细说明和附图中得到充分的了解。
附图的简要说明
图1为本发明的较优实施例在沿图2中1-1切开时的轴向剖面图；
图2为图1中沿2-2线看去的左手端视图；
图3为图1中沿3-3线看去的右手端视图；
图4为图1中沿4-4线切开的侧向剖面图；
图5为图1中沿5-5线切开的局部剖面图；
图6为用来模塑图1中装置的心轴的侧视图；
图7为图6中一部分的放大而更详细的视图；
图8为图7中沿8-8线切开的局部剖面图；
图9-11为其他一些扭转叶片轮廓的概略示图；
图12为示出另一种扭转叶片外形的局部视图；
图13为图1中沿13-13线切开的直叶片的局部剖面图；及
图14为一局部剖面图，示出在收缩部、喷射部和校直叶片之间的一种可替代的关系。
本发明的详细说明
本发明的目前较优的混合喷射器20以剖面图在图1中示出。它包括一个本体21，其上有一外壁22和一内壁23。连接螺纹24、25可设在外壁上。
内壁23形成一条流动通道27，该通道沿着中心轴线28从输入端29延伸到输出端30，包括一个进口31和一个出口32。内壁的横截面为圆形。
内壁包括一个从进口开始延伸的进入部33。它基本上为圆筒形，但如果需要也可略带锥度。
收缩部35沿轴向从进入部开始延伸。它最好为截圆锥形，其直径随着收缩部的从进入部离开延伸而逐渐缩小。进入部和收缩部交会在一个与中心轴线垂直的圆形交界39上。
喷射部40与收缩部交会在一个与中心轴线垂直的圆形交界41上。喷射部最好为圆筒形，并且延伸一段相当大的距离到与膨胀部43在圆形交界42上交会。交界42也与中心轴线垂直。
紧接着交界41设有一个喷射器口45，它最好被成形为一条连续的凹槽。虽然喷射部的直径可与收缩部的最小直径相同，但若喷射部的直径制得略微大一些却是有利的。这时凹槽45可被考虑为喷射部的一部分，因此收缩部的边缘44(见图3)略微伸出到喷射部的直径之外。这一点有助于处理物质的吸入。如果不用连续的凹槽，喷射器口也可采用多个在类似位置上的开口。在所有情况下都是用管道46将处理物质(气体或液体)供应到喷射器口内。
如果需要，可使凹槽略微离开交界41。但在任何情况下它总是应该密切地靠近该交界。
膨胀部43最好也是截圆锥形，它沿轴向从交界42延伸到出口。通过这个混合喷射器的水流是从进口流向出口。进口将被连接到加压水流上，而出口将被连接到用户系统上。
迄今为止说明的结构主要是在所说Mazzei的专利中示出的混合喷射器。在该专利中，通过流动通道的流动就喷射部而言接近塞子推入时的流动。处理物质的分布和溶解只是由于喷射物质时所引起的扰动及在喷射部内可能有的水的涡流或其他内部运动才发生的。本发明的目的就是要改善这种分布和溶解，但是不要引起扰动或其他干扰，因为这会显著降低混合喷射器的效率。
这个目的是通过一个叶片系统来达到的。首先在进入部和收缩部有一组扭转叶片50，其次在膨胀部有一组校直叶片51。但我们并不希望通过流动通道的整个水流与这些叶片遭遇。在叶片的沿径向的内侧，水流有一个中央的“核心”部分是可以在叶片之间流动通过的。水流中只有一个在外面的、接近管壁的“圆筒”部分被这些叶片作用。当然被这些叶片和被收缩部所造成的向内偏斜重新导向的水将与核心部分的水混合或起作用，这就是本发明要达到的一个目的。
在叶片组50中有多个扭转叶片，在本例中为八个叶片，即55、56、57、58、59、60、61和62。更多或更少的叶片都可使用，但八个看起来是较优的数目。所有叶片都是相同的，因此只有叶片55将被详细说明。
这些叶片都是直线的，但若需要也可略微弯曲。这些喷嘴通常是这样模塑的，使用模型凹腔来形成外壁，使用芯塞来形成内壁包括叶片。就所公开的几何形状看，芯塞能沿轴向被拉出到进口之外而可不需旋转芯塞。叶片组51的叶片较不复杂。
相对于一个含有中心轴线并在通过连接部39时越过叶片的平面而言，叶片55偏斜一个小的偏斜角65，这个角度在约3到15度之间，但通常约为4度。这个角度虽然十分小，但它能将足够的旋转分力赋予水流的外周套筒部从而可达到本发明的目的。
叶片最好被制成楔状如图5所示。它具有一个面向进入水流的偏斜面66和一个面向连接部41的背面67。模塑时在叶片顶部68设置一个小平面是一种方便的做法。两个侧面之间最好形成一个约为20度的两面角69。这个角度可在约5度到约40度的范围内变化。在本器被模塑后这个角度还可使芯塞容易从器中取出。
这些叶片互相对齐。每一个叶片都是部分在进入部内，部分在收缩部内。其端头70都与连接部41同等间隔开，而其端头71都与进口同等间隔开。它们都延伸越过连接部39。它们的顶部相对于中心轴线以顶部角(见图9)延伸，这样从进入部升起并成为流线型进入到收缩部内。应该注意的是，叶片在延伸时并不到达中心轴线。我们并不希望使整个水流旋转，只是使其有限的外周部旋转。
要了解组50内叶片的构造，最好的办法是考查在模塑时形成它们的芯塞工具。图6就示出这种芯塞75，该芯塞有一外表面76用来形成进入部33，有一圆锥形部77用来形成收缩部35，还有一个交界78用来形成连接部39。
在芯塞内切出完全相同的槽如图6、7和8所示。这些槽是用铣刀制成的，其切削刃将形成这些槽的侧面81、82和底面83，所有这些面都将用切割金属芯塞来装备。当注入喷嘴被模塑时这个金属芯塞将形成内壁和叶片。
图9、10和11概略地示出用不同的角度72、87和88切割这些槽所形成的叶片55、85和86。这样就可改变槽子进入到壁部内的长度、高度和偏移如图所示。这在为不同的直径和流率提供叶片时是一种便捷的方法。一般地说，在图1和11中示出的角度是比较好的。这个角度88约为15°，但它能在约5°和20°之间变化。
在模塑过程中缩短叶片延伸到进入部内的长度是有利的。如图1所示，叶片55的顶部在其上游端有一曲线91。但这是可任选的。
图12示出一个叶片95，它在所有方面都与图1中的叶片55相象，只是它被略微弯曲而不是笔直的，这对如果需要将增添的扭转提供给水流在外面的部分时有用。
在膨胀部内的校直叶片组51与扭转叶片组50相比较不复杂，因为它们都在轴向上被导引，并且不被要求去扭转水流的任何部分。相反地它们的功能只是去校直那些被扭转的水流。
这里再一次可较好地采用八个叶片，即105、106、107、108、109、110、111和112，但更多或更少的叶片也可使用。因为它们最好完全相同，所以这里只说明其中的一个叶片105。该叶片从其邻近连接部42的一端115向下游延伸一段相当大的长度。它有一对侧表面116、117(图13)，在其间形成一个二面角，该角在约2和30度之间，最好约为15度。上面的内侧边118可以是平的或尖的，并且最好与中心轴线大致平行地延伸，但与它隔开一个相当大的间距。在其另一端头119，它弯曲进入壁内。
虽然对于某些用途和某些大小，通常较好的做法是将校直叶片限制在膨胀部内，但在有些场合将这些叶片延伸到喷射部内却是有利的。这样一种配置如图14所示。
在图14中，在收缩部和喷射部134相会的连接部130上(即图1中用圆圈指出的部位)，收缩部的最小直径(在连接部130上)小于喷射部134在喷射口边缘131的直径。这样相对于槽就成为一个相当大的“悬臂”。校直叶片132被继续延伸到喷射部内使它们能够达到水流内，但该水流比起直径130和131相等或接近相等的情况将从喷射部壁上偏离较大的距离。该叶片还在喷射部和膨胀部的连接部133之外沿轴向延伸一个与其他实施例相同的比例距离。叶片的顶部最好保持离开中心轴线相同的距离。
形成这些叶片和膨胀部的芯塞并不复杂，显然可根据零件图作出。
现在可了解这种混合喷射器的功能。该器被垂直地落下到一个流动方向为从进口到出口的水系统。一个处理物质或者是空气、氧气、臭氧或氯气之类的气体或者是杀虫剂或化肥溶液之类的液体的供源也被垂直地落下到喷射器口上。当有水流动通过混合喷射器时，水流将吸引一个比例数量的处理物质，如同在所说Mezzi的专利中所说明的那样。
流动水流的外周部分在遇到扭转叶片组50时，这个插入水流的外周圆筒形的部分就被叶片赋予一个相对于水流中央核心的扭转。当该水流走完收缩部并超过喷射器口时，它除了轴向速度和旋转速度外，还有一个指向中心轴线的分速度。水流在通过喷射器口并吸入处理物质后的这种运动的组合会产生对中央核心的剪切作用，这样在喷射部就造成处理物质和水的强烈混合运动。然后这股水流带着这三个运动分量进入膨胀部。在喷射部之外的膨胀部内，我们的目的是要缩小气泡的大小，增加它们的数目，从而增加气泡和水之间的总界面面积，来改善处理物质(气体或液体)在水中的混合，同时校直水流的流动来减少由于涡流造成的能耗。
为此目的，使含有相当多气泡的水流的外周圆筒形区域撞击在叶片上，这样气泡就被叶片分裂成较小的气泡，从而在气泡和水之间提供一个较大的界面面积。这个增加的面积直接增加气体的溶解率。另外，叶片导引某些水向内流动，并校直该部分水流的流动。
当添加剂为液体时，那个能使气泡分裂的运动能够格外彻底地将液体混合在一起。
这个混合喷射器所提供的规定的旋转-剪切-向前的翻滚作用能使气体的溶解率平均增加约6到10％，并且在重大地改善气体和液体添加物的混合时，能耗却是微不足道的。
对于2″的混合喷射器，以英寸表示的一组有用的尺寸如下(括号内为相应的毫米数)：
进入部的直径：       1．55(39．4mm)
连接部41的直径：     0．75(19mm)
喷射部40的直径：     0．79(20mm)
膨胀部43的最大直径： 1．55(39．4mm)
凹槽45的轴向宽度：    0．14(3．5mm)
喷射部40的轴向长度：  0．655(16．6mm)
收缩部35的轴向长度：  1．087(27．6mm)
膨胀部43的轴向长度：  5．660(144mm)
扭转叶片50的轴向长度：0．950(24mm)
校直叶片51的轴向长度：3．05(77．5mm)
本发明并不受附图中示出的和说明书中说明的实施例的限制，这些实施例只是举例用的并不是限制用的。本发明的范围只应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1．混合喷射器，具有带第一端和第二端的本体，有一条流动通道从一端贯穿到另一端，所说流动通道是由一道圆形截面的壁限定的，所说壁沿着一条中心轴线从所说第一端的进口延伸到所说第二端的出口，从而形成：
a．一个基本上为圆筒形的进入部；
b．一个收缩部；
c．一个基本上为圆筒形的喷射部；和
d．一个扩张部；
所说收缩部将所说进入部和所说喷射部连接在一起，并且基本上为截头圆锥形，
所说扩张部连接在所说喷射部上，并且基本上为截头圆锥形，
有一喷射器口在紧接着所说收缩部和喷射部的交界处穿过所说壁进入所说喷射部，本发明的改进包括：
一组设在所说壁上的扭转叶片，每一所说扭转叶片从所说进入部内的一个位置延伸到所说收缩区内的一个位置，所说叶片从所说壁上升起并具有一个顶部，所说顶部与一个包括所说中心轴线并延伸通过所说扭转叶片的平面形成一个锐角，且在径向上与所说中心轴线隔开一个距离；设有多个在角度上互相间隔开排列的所说扭转叶片；及
一组设在所说壁上的校直叶片，每一所说校直叶片在所说扩张部内沿着所说壁延伸，且平行于所说中心轴线；设有多个在角度上互相间隔开排列的所说校直叶片，所说校直叶片的顶部基本上平行于所说中心轴线且在径向上与它隔开一个距离。
2．按照权利要求1的混合喷射器，其特征为，所说扭转叶片终止于在轴向上与所说收缩部和喷射部的交界隔开一个距离的位置上。
3．按照权利要求1的混合喷射器，其特征为，所说校直叶片完全设置在所说扩张部内。
4．按照权利要求3的混合喷射器，其特征为，所说扭转叶片终止于在轴向上与所说收缩部和喷射部的交界隔开一个距离的位置上。
5．按照权利要求1的混合喷射器，其特征为，所说校直叶片在所说喷射部和扩张部两个部内延伸。
6．按照权利要求5的混合喷射器，其特征为，所说收缩部的最小直径小于喷射部的直径。
7．按照权利要求6的混合喷射器，其特征为，所说扭转叶片终止于在轴向上与所说收缩部和喷射部的交界隔开一个距离的位置上。
8．按照权利要求1的混合喷射器，其特征为，所说喷射器口是一条圆周上的槽，所说槽的一个边缘基本上与收缩部和喷射部的交界邻接。
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