CN1438922A - 用来处理流体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

用于处理流体的装置(5)包括用来支撑其中的泵(7)和歧管(8)的框架(6)，使用配置在壳体(9)中的任何适当的喷嘴组件。歧管(8)包括入口、分流器、弯管接头(14)和弯管接头(15)。入口接到泵(7)的出口(11)上。壳体(9)包括入口、出口(23)和锁定器。旋涡喷嘴组件包括用来测量流体流动时的物理性质的出入口和方法。

Description

用来处理流体的方法及装置

本发明的技术领域

本发明涉及用来处理流体的方法和装置，更具体地但不作为限制涉及包括经过改进的旋涡喷嘴的旋涡喷嘴组件。

本发明的现有技术

美国专利第4,261,521号揭示与一对按反向关系放置在壳体里面的旋涡喷嘴一起构成的旋涡喷嘴组件。壳体维持喷嘴和它们各自的喷嘴出口的轴向对准，进而将流体引入旋涡喷嘴。流体经过与环形空腔相切的直线圆形口进入每个旋涡喷嘴内部的锥形旋涡管。环形空腔与垂直于喷嘴轴线的锥形锥形旋涡管的大头相邻。当较多的流体不断地进入所述的口的时候，流体从这个环形段出发，呈螺旋形地朝喷嘴出口前进。形状从环形到锥形的过渡是关键的。如果圆锥的内边缘与环的外侧相切，则流体流出太快，形成对旋涡管内部的完全覆盖。反之，如果圆锥的内边缘在torrous的底部四分之一开始，则流出的流体干扰流入的流动并且引起许多紊流。

当流体被迫呈螺旋形地流出每个旋涡管的时候，离心能量使流体接触锥形旋涡管的侧面的圆形部分变平。这种作用使流体边加速边朝出口呈螺旋状流动，从而形成旋涡管舱室内部的空虚。当流体离开旋涡管的壁面时，它径向加速，形成空心的流体圆锥。来自一个旋涡喷嘴的空心流体圆锥与来自其它旋涡喷嘴的空心流体圆锥在壳体内碰撞，形成液体衬里的闭室。这个闭室由于旋涡的离心能引起的空虚使实质上的真空发展。在出现这种实质上的真空的情况下来自这两个空心流体圆锥的碰撞的能量影响流体的变化。

形成均匀的薄膜并因此将最大量的流体表面区域暴露于旋涡室的作用之下是符合需要的并且对流体是有益的。此外，这个流体薄膜变成旋涡反应舱室内部的流体壁面。如果流体在流出喷嘴时不是沿着锥形旋涡管的壁面均匀分布的，不稳定性将按两个喷嘴之间的碰撞方式发展，从而在喷嘴性能方面导致低效率。在流体分布方面的这种不规则性在以垂直于喷嘴的轴线进入的单一的圆形横截面开始时是固有的并且试图使流体发展成均匀的薄膜状的环形区域。

增加旋涡管的长度由于允许流体有更多的时间发展稳定的流线谱将有助于均匀的薄膜的发展；不幸的是附加的长度将大大增加磨擦损失。这些磨擦损失在两个空心流体圆锥离开喷嘴相撞时减少碰撞能量，因此限制喷嘴的效率。附加的长度还将减少可用的离心能量，因为该长度必须被加到旋涡管的大头。这使环形段变得更大并且对于给定的入口速度将降低旋转速度。

美国专利第5,435,913号把另一个串联的旋涡管添加到每个喷嘴上，以便取消单一的入口。这有一些有益的效果，特别地是在成对的旋涡管彼此相对于对方适当地调整尺寸和定位的时候。然而，适当地调整纵排设计的喷嘴对的尺寸和位置可能是挑战性的。当旋涡管能够相互干扰而不是相互放大的时候，人们必须小心地确定其相对尺寸和位置。

因此，人们长期感觉需要一种为了在旋涡喷嘴中提供更均匀的膜厚度而准备的、考虑到更宽的应用设计范围的、而且在不复杂的安排中可用单一的入口或纵排式喷嘴设计实现的旋涡喷嘴组件。

本发明的概述

依照本发明，用来处理流体的方法和装置包括旋涡喷嘴经过改进的旋涡喷嘴组件。另外，提供了改进的总体系统、系统设计、弯管接头设计和用于旋涡系统的方法。另外，还提供了用来测量流体流动时的物理性质的出入口和方法。还提供了用于旋涡系统的框架组件。

旋涡喷嘴组件包括包含穿过它的通道和一个或多个将第一流体流引入通道的口的第一旋涡喷嘴。第一旋涡喷嘴将旋转赋予第一流体流，借此形成第一旋转流体流。旋涡喷嘴组件进一步包括按照与第一旋涡喷嘴相反的关系放置的第二旋涡喷嘴。第二旋涡喷嘴包括穿过它的通道和一个或多个将第二流体流引入通道的口。第二旋涡喷嘴将旋转赋予第二流体流，借此形成与第一旋转流体流相撞的第二旋转流体流。用于每个旋涡喷嘴的通道至少有一段是锥形，而且所述的一个或多个口是过渡到通道锥度的切线并且以实质上等于通道的锥度角的角度进入通道。

附图简要说明

图1是图解说明用来处理流体的装置的透视图。

图2是沿着图解说明用来处理流体的装置的图1的2-2线截取的剖视图。

图3是图解说明用来处理流体的装置的旋涡喷嘴的透视图。

图4是图解说明用来处理流体的装置的旋涡喷嘴的透视图。

图5是图解说明旋涡喷嘴的旋涡喷嘴主体的入口端的正视图。

图6是沿着图解说明旋涡喷嘴的旋涡喷嘴主体的图5的6-6线截取的剖视图。

本发明的详细描述

如同图1和2图解说明的那样，用来处理流体的装置5包括使用诸如支架之类的任何适当的附着装置支撑在它上面的泵7和歧管8的框架6。装置5进一步包括被固定到歧管8上的壳体9和配置在壳体9中的旋涡喷嘴组件10。

泵6包括出口11并且是能够把来自流体源的流体泵送通过装置5的任何适当的泵。在这个优选的实施方案中，流体是任何可流动的液体、气体或可在压缩气体或流体流下递送的固体颗粒。虽然这个优选的实施方案揭示了用来递送流体的泵6，但是熟悉这项技术的人将承认有许多其它适当的等价装置，例如压缩气体罐。

歧管8包括入口12、分流器13和弯管接头14和15。入口12使用任何适当的装置(例如法兰和紧固件)接到泵6的出口11上，以便接受来自泵6的流体流。入口12装配在分流器13的入口里面并且凭借摩擦、焊接、胶粘之类的方式保持在其中，以便将流体递送到分流器13中。分流器13接受流体在其中流动并且通过改变实质上垂直于来自入口12的流动的流体流的方向把该流体流分成第一流体流和第二流体流。分流器凭借摩擦、焊接、胶粘之类的方法连接到弯管接头14和15上，以便将第一流体流交付给弯管接头14、将第二流体流交付给弯管接头15。每个弯管接头14和15都颠倒它从分流器13接收的流体流的方向，以便将该流体流交付给壳体9。弯管接头14包括使用任何适当的装置(例如法兰和紧固件)连接在一起的弯管接头配件16和17。在这个优选实施方案中，弯管接头配件17包括第二法兰，以便允许将弯管接头配件17连接到壳体9上。同样，弯管接头15包括使用任何适当的装置(例如法兰和紧固件)连接在一起的弯管接头配件18和19。在这个优选的实施方案中，弯管接头配件19包括第二法兰，以允许弯管接头配件17连接到壳体9上。虽然这个优选的实施方案揭示了用来将流体流交付到壳体9中的歧管8，但是熟悉这项技术的人将承认有许多其它适当的等价装置，例如两个泵和分开连接到壳体9上，或单一的泵将流体递送到壳体9的侧面部分而不是末端部分中。

壳体9包括入口21和22、出口23和锁定器25和26。壳体9定义沿着它的中心线的孔20和大体上将中心放到壳体9的中点上并且与孔20连通的孔24。壳体9使用诸如法兰和紧固件之类的任何适当的装置附着在弯管接头14和15之间，以便在入口21接收第一流体流、在入口22接收第二流体流。出口23可以使用众所周知的管道系统连接到任何适当的流体储藏或递送系统上。

旋涡喷嘴组件10驻留在孔20里面而且在这个优选的实施方案中包括旋涡喷嘴27和28，它们按对置关系放置在壳体9的孔20之内，以使第一流体流与第二流体流相撞，借此处理流动的流体。在旋涡喷嘴27插入壳体9的情况下，旋涡喷嘴27和壳体9定义一个接收来自弯管接头14的第一流体流并且将第一流体流交付给旋涡喷嘴27的空腔40。同样，在旋涡喷嘴28插入壳体9情况下，旋涡喷嘴28和壳体9定义接收来自弯管接头15的第二流体流并且将第二流体流交付给旋涡喷嘴28空腔41。

如同图3-6图解说明的那样，旋涡喷嘴27包括喷嘴主体29和端盖30。为了揭示的目的，在此将仅仅描述旋涡喷嘴27，然而，应该理解旋涡喷嘴28在设计、构造和操作方面与旋涡喷嘴27是完全相同的而且仅仅按照与旋涡喷嘴27对置的关系放置在壳体9的孔20里面，以促成第二流体流与第一流体流相撞。

在这个优选的实施方案中，喷嘴主体29在外形方面实质上是圆筒形的并且包括穿过它轴向定位的锥形通道31。该锥形通道31包括入口端32并且在直径方面逐渐减小到出口端33。锥形通道31的锥度是大于0°和小于90°，然而，更优选的锥度是大于5°和小于60°。

喷嘴主体29包括有带凹槽36的突起部分35的肩台34。肩台34的尺寸被调整到当突起部分35与锁定器25邻接时凭借磨擦与壳体9的内表面咬合，借此使旋涡喷嘴27变得能精确地放在壳体9之内。凹槽36接受其中的密封件，以便将喷嘴主体27并因此将旋涡喷嘴27流体密封在壳体9之内。

喷嘴主体29进一步包括用来将第一流体流引入旋涡喷嘴27的锥形通道31的口37-39。在这个优选的实施方案中，口37-39在外形方面实质上是梯形的并且以入口端32为起点围绕着喷嘴主体29在径向上等间隔地隔开。虽然这个优选的实施方案揭示了三个实质上呈梯形的口37-39，但是熟悉这项技术的人将承认实际上只有一个口是必不可少的而且可以利用任何数量的口。此外，口37-39可以是任何适合将流体递送到锥形通道31中的形状，例如椭圆形的、三角形的和D形的等等。

在这个优选的实施方案中，口37-39与锥形通道31的内表面相切并且以等同于锥形通道31的锥度的角度进入锥形通道31，这将增强进入锥形通道31的第一流体流的递送，并且最终将增强第一流体流在锥形通道31周围的分布。虽然这个优选的实施方案揭示用锥形通道31的锥度确定角度的切线口37-39，但是熟悉这项技术的人将承认口37-39可以相对于锥形通道31的锥度以任何角度进入锥形通道31。此外，定义入口端32的喷嘴主体29的末端包括角度与锥形通道31的锥度相同的锥度，以保证每个口37-39都定义实质上呈梯形的形状。

端盖30与喷嘴主体29定义入口端32的末端邻接，将入口端32封闭，借此仅仅允许流体通过口37-39进入锥形通道31。因此，邻接喷嘴主体29定义入口端32的末端的端盖30的内表面包括角度与锥形通道31的锥度相同的锥度。端盖30使用任何适当的装置(例如紧固螺钉、胶水等)附着到喷嘴主体29定义入口端32的末端上。然而，应该理解端盖30可以与喷嘴主体29一起整体成形。虽然这个优选的实施方案揭示为了保证每个口37-39都定义实质上呈梯形的形状，端盖30的内表面和喷嘴主体29定义入口端32的末端都包括角度与锥形通道31的锥度相同的锥度，但是熟悉这项技术的人将承认端盖30的内表面和喷嘴主体29定义入口端32的末端可以以任何角度驻留。

端盖30包括大体上在端盖30的中心与它一起整体成形的或者附着在它上面的凸台42。在这个优选的实施方案中，凸台42在外形方面是锥形的而且延伸到锥形通道31中，以便调整进入锥形通道31的流体的力矢量的各个分量。穿过凸台42的通道43与大体上在端盖30的外表面中心的空腔44连通。导管45(见图2)装配在空腔44之内，以允许测量锥形通道31里面的真空。

交付给旋涡喷嘴27的流体流动流经口37-39进入锥形通道31。锥形通道31接受其中的流体并且将旋转赋予流体，借此形成沿着锥形通道31前进并且从其出口端33流出的旋转流体流。每个口37-39都沿着切线和法线两个方向将一部分流体流交付给锥形通道31。流体的这种在多区中沿切线和法线进入使流体围绕着锥形通道31均匀地分布在薄旋转膜中，这将使由于内在的湍流运动引起的流动损失减至最小。因此，旋涡喷嘴27为流出锥形通道31的出口端33的旋转流体流的更强烈和更稳定的撞击作准备。

此外，在这个优选的实施方案中，口37-39的横截面积小于锥形通道31的入口端32的横截面积，这将在旋转流体流内形成真空。然而，熟悉这项技术的人将承认口37-39的尺寸可以根据特定的应用需求变化。口37-39所产生的真空度可以利用凸台42改变旋转流体流的力矢量来调整。作为例证，增加凸台42的尺寸(即直径或长度)将减少锥形通道31内可用流体填充的体积，借此增加真空度，并因此提供向下和向外的力矢量分量较多的旋转流体流。

在操作时，歧管8如同先前描述的那样被组装起来并且被接到泵7上。旋涡喷嘴27和28如同先前描述的那样按对置关系插入壳体9，并且将壳体9接到歧管8上。泵7泵送来自流体源的流体并且将流体交付到把流体分成第一流体流和第二流体流的歧管8中。歧管8将第一流体流交付到壳体9的空腔40之中、将第二流体流交付到壳体9的空腔41之中。第一流体流从空腔40经旋涡喷嘴27的口进入旋涡喷嘴27。旋涡喷嘴27接受其中的流体而且将旋转赋予流体，借此形成沿着旋涡喷嘴27前进并且从其出口端流出的第一旋转流体流。同样，第二流体流从空腔41经旋涡喷嘴28的口进入旋涡喷嘴28。旋涡喷嘴28接受其中的流体并且将旋转赋予流体，借此形成沿着旋涡喷嘴28前进并且从其出口端流出的第二旋转流体流。由于旋涡喷嘴27和28的对置关系，第一旋转流体流撞击第二旋转流体流，从而通过破坏流体中的分子键或减少流体内的固体颗粒的粒度导致流体的处理。然后，经过处理的流体从壳体9的出口23流出，进入适当的流体储器或递送系统。

虽然本发明已根据前面的实施方案予以描述，但是这样的描述仅仅是为来示范的目的，而对于熟悉这项技术的人将显而易见的是许多替代方案、等价方案和不同程度的变化将落在本发明的范围之内。因此，那个范围在任何方面都不受前面的描述的限制，而是仅仅由权利要求书定义的。

Claims (48)

1.一种旋涡喷嘴，其中包括：

包括穿过它的通道和众多将流体流引入通道的入口的喷嘴主体；以及

附着到喷嘴主体上的端盖。

2.根据权利要求1的旋涡喷嘴，其中通道是锥形通道。

3.根据权利要求2的旋涡喷嘴，其中锥形通道包括入口端和出口端。

4.根据权利要求3的旋涡喷嘴，其中锥形通道的入口端包括角度实质上等于锥形通道的锥度角的锥度。

5.根据权利要求2的旋涡喷嘴，其中众多口当中每个口都与锥形通道相切。

6.根据权利要求2的旋涡喷嘴，其中众多口当中每个口都以实质上等于锥形通道的锥度角的角度进入锥形通道。

7.根据权利要求3的旋涡喷嘴，其中众多口当中每个口的横截面积都小于锥形通道的入口端的横截面积。

8.根据权利要求1的旋涡喷嘴，其中众多口实质上是沿径向围绕着喷嘴主体被等间隔地隔开。

9.根据权利要求1的旋涡喷嘴，其中众多口在外形方面实质上是梯形的。

10.根据权利要求2的旋涡喷嘴，其中端盖包括具有角度实质上等于锥形通道的锥度角的锥度的内表面。

11.根据权利要求1的旋涡喷嘴，其中端盖包括延伸到通道中并且适合调节进入通道的流体流的力矢量的各个分量的凸台。

12.根据权利要求1的旋涡喷嘴，其中喷嘴主体在外形方面实质上是圆筒形的并且包括有突起部分的肩台。

13.一种旋涡喷嘴，其中包括：

包括穿过它的通道和将流体流引入通道的口的喷嘴主体，因此口与通道相切；以及

附着到喷嘴主体上的端盖。

14.根据权利要求13的旋涡喷嘴，其中通道是锥形通道。

15.根据权利要求14的旋涡喷嘴，其中锥形通道包括入口端和出口端。

16.根据权利要求15的旋涡喷嘴，其中锥形通道的入口端包括角度实质上等于锥形通道的锥度角的锥度。

17.根据权利要求14的旋涡喷嘴，其中口与锥形通道相切。

18.根据权利要求14的旋涡喷嘴，其中口以实质上等于锥形通道的锥度角的角度进入锥形通道。

19.根据权利要求15的旋涡喷嘴，其中口的横截面积小于锥形通道的入口端的横截面积。

20.根据权利要求13的旋涡喷嘴，其中口在外形方面实质上是梯形的。

21.根据权利要求14的旋涡喷嘴，其中端盖包括具有角度实质上等于锥形通道的锥度角的锥度的内表面。

22.根据权利要求13的旋涡喷嘴，其中端盖包括延伸到通道中并且适合调节进入通道的流体流的力矢量的各个分量的凸台。

23.根据权利要求13的旋涡喷嘴，其中喷嘴主体在外形方面实质上是圆筒形的并且包括有突起部分的肩台。

24.一种流体处理装置，其中包括：

包括穿过它的通道和众多将第一流体流引入该通道的口的第一旋涡喷嘴，第一旋涡喷嘴把旋转赋予第一流体流，借此形成第一旋转流体流；以及

与第一旋涡喷嘴按反向关系放置的第二旋涡喷嘴，第二旋涡喷嘴包括穿过它的通道和众多将第二流体流引入通道的口，第二旋涡喷嘴将旋转赋予第二流体流，借此形成与第一旋转流体流相撞的第二旋转流体流。

25.一套流体处理装置，其中包括：

包括穿过它的通道和将第一流体流沿切线方向引入通道的口的第一旋涡喷嘴，第一旋涡喷嘴将旋转赋予第一流体流，借此形成第一旋转流体流；以及

与第一旋涡喷嘴按反向关系放置的第二旋涡喷嘴，第二旋涡喷嘴包括穿过它的通道和一个将第二流体流沿切线方向引入通道的口，第二旋涡喷嘴将旋转赋予第二流体流，借此形成与第一旋转流体流相撞的第二旋转流体流。

26.根据权利要求25的流体处理装置，其中第一旋涡喷嘴的口引入垂直于通道的第一流体流。

27.根据权利要求25的流动处理装置，其中第二旋涡喷嘴的口引入垂直于通道的第二流体流。

28.一种处理流体的方法，其中包括：按照与第二旋涡喷嘴相反的关系放置第一旋涡喷嘴；经由众多第一旋涡喷嘴的口将第一流体流引入第一旋涡喷嘴的通道，第一旋涡喷嘴把旋转赋予第一流体流程，借此形成第一旋转流体流；以及经由众多第二旋涡喷嘴的口将第二流体流引入第二旋涡喷嘴的通道，第二旋涡喷嘴将旋转赋予第二流体流，借此形成与第一旋转流体流相撞的第二旋转流体流程。

29.一种处理流体的方法，其中包括：按照与在第二旋涡喷嘴相反的关系放置第一旋涡喷嘴；经由第一旋涡喷嘴的口沿切线方向将第一流体流引入第一旋涡喷嘴的通道，第一旋涡喷嘴将旋转赋予第一流体流，借此形成第一旋转流体流；以及经由第二旋涡喷嘴的口沿切线方向将第二流体流引入第二旋涡喷嘴的通道，第二旋涡喷嘴将旋转赋予第二流体流，借此形成与第一旋转流体流相撞的第二旋转流体流。

30.根据权利要求29的方法，进一步包括经由第一旋涡喷嘴的口引入垂直于第一旋涡喷嘴的通道的第一流体流。

31.根据权利要求29的方法，进一步包括经由第二旋涡喷嘴的口引入垂直于第二旋涡喷嘴的通道的第二流体流。

32.一种使流体旋转的方法，其中包括：经由众多口将流体流引入旋涡喷嘴的通道；以及在通道中使流体流旋转。

33.根据权利要求32的方法，进一步包括与通道相切地引入流体流。

34.根据权利要求32的方法，其中通道是锥形，而流体流是以实质上等于该锥度的角度引入的。

35.一种使流体旋转的方法，其中包括：沿切线方向将流体流引入旋涡喷嘴的通道；以及在通道中使流体流旋转。

36.根据权利要求35的方法，进一步包括引入垂直于通道的流体流。

37.根据权利要求35的方法，其中通道是锥形，而流体流是以实质上等于该锥度的角度引入的。

38.一种旋涡喷嘴，其中包括：

包括通道的喷嘴主体；

至少一段锥形通道；以及

众多将流体流引入通道的口。

39.根据权利要求38的旋涡喷嘴，其中众多口当中至少有一个是与锥形通道相切的。

40.根据权利要求38的旋涡喷嘴，其中众多口当中至少有一个以实质上等于锥形通道的锥度角的角度进入锥形通道。

41.根据权利要求38的旋涡喷嘴，其中喷嘴主体在外形方面实质上是圆筒形的并且包括有突起部分的肩台。

42.一种旋涡喷嘴，其中包括：

包括通道的喷嘴主体；

至少一段锥形通道；以及

一个将流体流引入通道的口，这个口与通道相切。

43.根据权利要求42的旋涡喷嘴，其中所述的口以实质上等于锥形通道的锥度角的角度进入锥形通道。

44.根据权利要求42的旋涡喷嘴，喷嘴主体在外形方面实质上是圆筒形的并且包括有突起部分的肩台。

45.一种流体处理系统，其中包括：泵；两个对置的旋涡喷嘴；用来接收来自泵的流体并且将它引向喷嘴的歧管；以及框架，其中泵、喷嘴和歧管都安装在框架上。

46.根据权利要求45的系统，其中歧管包括两个弯管接头，而且每个弯管接头都包括两个弯管接头配件。

47.一种流体处理系统，其中包括：泵；两个相反的旋涡喷嘴；以及用来接收来自泵的流体而且将它引向喷嘴的歧管，其中歧管包括两个弯管接头，而且每个弯管接头都包括两个弯管接头配件。

48.根据权利要求47的流体处理系统，进一步包括在它上面安装喷嘴、泵和歧管的框架。

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