CN1818397A - 一种流体变送方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流体变送方法和装置，在若干个流体系统之间并联若干个容器，控制流体系统的若干种流体或流体中的某些成分在一定的循环角度差下依次进入各个容器，再以一定的循环角度差依次排出各个容器进入另一流体系统，使流体或流体中的某些成分交替循环进出。本发明能将流体之间的相、密度、压强、能量等进行变送，使其易于使用或输送，从而降低流体输送成本和输送难度；对现行技术难以输送的流体能在低成本、大流量条件下输送，广泛用于抽吸气液混合物、输送固液混合物和屏蔽输送液体等，特别适用于大流量、远距离输送高浓度、大粒径、高密度含固液体和高腐蚀性、毒害性及现行离心泵难以输送的液体。

Description

一种流体变送方法和装置

所属技术领域：

本发明涉及流体的变换和输送。

背景技术：

流体变送是指流体的变换和输送，流体变换是指变换流体的某种组成，如相、平均密度、压强、能量等，使其从一种流体系统转移到另一种流体系统中。现行的如气动隔膜泵就是一种简单的小型流体变送装置，即把一种气体的能量转移到另一种气体或液体中。该装置的不足在于：一是大型化难度大，制造成本高；二是被变送的流体是以脉动方式输送，不像离心泵或风机那样连续稳定输送；三是液体中含有的固体成分在泵腔内不能浓缩或稀释；四是输送液体中含有的固体粒度一般都很小，因为大粒度、高密度固体物易沉淀在泵腔内或卡在止回阀中，影响泵的运行。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种新的流体变送方法和装置，实现对流体进行相、密度、压强、能量的变送，从而降低流体输送成本和输送难度，改善输送流体的外特性。

本发明所述的流体变送方法，其特征在于：在若干个流体系统之间并联若干个容器，控制流体系统的若干种流体或流体中的某些成分在一定的循环角度差下依次进入各个容器，再以一定的循环角度差依次排出各个容器进入另一流体系统，使流体或流体中的某些成分交替循环进出，从而使进出若干容器的流体系统具有了连续、稳定的流动外特性。

所述的流体系统包括受控流体系统和随受控流体系统而连动的随动流体系统。

所并联的容器个数比受控流体系统数目至少多1个。

所述的流体中的某些成分是指相、密度、压强、能量等。

所述的控制是指设置控制流体进出容器的控制装置。

所述的控制流体进出容器的控制装置包括可控的开关装置和随动的开关元件。

本发明所述的流体变送装置，其特征在于：在若干个受控流体系统中并联若干+1个容器，在受控流体系统到每个容器之间的连接管路中包含着串有可控的开关装置，在随动的流体系统到每个容器之间的连接管路中包含着串有随动的开关元件。

所述的可控的开关装置是指用动力控制的阀，包括由若干个同轴旋转的组合切换阀，或者电动、气动、液压切换阀所组成的切换系统。本发明优选同轴旋转切换阀。

所述的随动的开关元件是随流体的状态变化而自行开关的元件，如止回阀、止气阀、单向排气阀等状态开关元件。

本发明的有益效果在于：1、能将流体之间的相、密度、压强、能量等进行变送，使其易于使用或输送。2、变送装置具有往复泵的隔离屏蔽特性，也有离心泵的连续稳定特性，对现行技术难以输送的流体能在低成本、大流量条件下输送。3、对含固液体的采吸输送、中继加压，特别是用在大流量、远距离输送高浓度、大粒径、高密度含固液体时，也能像输送纯液体一样方便。4、变送装置的各个组成元件均为现有产品，易于制造，并且具有广泛的用途。

附图说明：

图1是本发明的流体变送装置的结构示意图，

图2是本发明用于抽吸气液混合物的示意图，

图3是本发明用于抽吸输送固液混合物的示意图，

图4是本发明用于屏蔽输送液体的示意图。

图1中，1，2-同轴旋转切换阀，3-止气阀，4-容器止回阀，5-单向排气阀，6-流体进口，1a、1b、1c、2a、2b、2c-流体进出口均分通道，7A、7B、7C-容器，GW-高位水源，DW-低位水道，H1-高位水源高度，H2-低位水道高度；

图2中，8-水泵，9-节流阀，10-高位水箱止回阀，11-高位水箱，12-负压总管；

图3中，13-高压水泵，14-高压水源三通阀，15-分流水三通阀，16-固液分离器，17-防堵吸头，18-固液出口止回阀，19-固液输送管路；

图4中，20-高压气柜，21-空压机出口止回阀，22-空压机进口止回阀，23-负压源止回阀，24-空压机，25-负压气柜，26-吸程管，27-扬程管，28-吸程进口止回阀，29-出口单向排液止回阀，30-高压气进口，31-止液排气阀，32-单向止液阀，33-高压气切换阀，34-回收气切换阀，35-负压气切换阀；36A、36B、36C、36D-容器。

具体实施方式：

为了清楚完整地理解本发明，首先结合具体实施方法介绍流体变送方法的实用目的和变送装置的实施要求及工作原理。

1、流体变送方法的实用目的：

在图1中，本发明对高位水源变送为高压气体源或是负压气体源，目的在于获得高位水源的能量，以利于输送和做功。

进出容器的高位水源、低位水道是控制量，气源是随动量；高位水源GW、低位水道DW是受控流体系统，空气是随动流体系统。

2、流体变送装置的组成参见图1：

高位水源GW通过管道接入同轴旋转切换阀1的中心通道，并从中心旋塞开孔口以逆时针方向循环对外排液。同轴旋转切换阀1有3个流体进出口均分通道1a、1b、1c，在本实施例中，每个流体进出口均分通道约占有120度角，按1a、1b、1c的顺序分别接到容器7A、7B、7C的三个流体进口6。容器7A、7B、7C的三个排液口分别从三个单向排止气阀3接入同轴旋转切换阀2的相应流体进出口均分通道2a、2b、2c，经过中心旋塞的开口，依次循环进入的流体从中心孔的管路进入低位水道DW中。在容器7A、7B、7C的上部，设置有让随动气体进入的容器止回阀4和防止排液的、让随动气体排出的单向排气阀5。

3、本发明装置各组成元部件的选择要求：

容器的选择：为了让变送流体能克服现有往复泵的脉动性，实现连续稳定变送，容器数量的选择要求是应比受控流体系统至少多一个。容器个数是2+1＝3个。容器的体积应等于每小时变送流量÷容器个数÷每小时容器循环次数。

同轴旋转切换阀1、2是本发明的控制元件，是现有技术产品。有多少需控制的流体量，就设多少个同轴旋转切换阀；有多少容器，每个同轴旋转切换阀就设多少进出口通道。本发明选择使用的目的在于，该组合切换装置有严格的同步循环特性，各阀间有严格的可以人为调节的循环角度差。每个阀的出口有固定的均分出口角。如选用电动、气动、液动的单体阀，只要严格控制好开关顺序和时间，也能产生同样的效果。

随动控制元件是本发明的辅助控制元件，如单向止回阀、止气阀、单向排气阀等随流体的状态变化而自行开关的元件，均为现有规范产品。

4、本发明流体变送装置的工作原理，参见图1：

高位水源变送为高压气体。当高位水源GW高于本发明的容器H1米高度时，可以变换成具有H1米水柱压强的压缩空气。

其工作原理是：高位水源GW从管道进入同轴旋转切换阀1，从初始点向容器7C进水，并按逆时针方向旋转，依次对容器7C、7A、7B循环进水，同轴旋转切换阀2从初始点对容器7A排水，并依次对容器7A、7B、7C循环排水。因二个同轴旋转切换阀1、2进水和排水始终互差180度角，每个容器都保持着进水时不排水，排水时不进水，进排水在受控状态下交替进行。当容器7C进水时，将对容器7C内的空气进行压缩，并经单向排气阀5自动排出，其排出的气体最高可达H1米水柱的压强。当容器7C进入排水期时，容器7C内已充满水，排水的同时将从容器止回阀4吸入气体。这样，容器7A、7B、7C循环进排水，高压空气也将从容器7A、7B、7C连续排出，高位水源GW也就连续不断地流向低位水道DW，同时，高位水源GW的能量变换为气体的能量。

高位水源变送为真空源。因水的进出是受控量，当低位水道DW有H2米落差时，这一落差可以形成连续稳定的真空源。因此，容器7A、7B、7C进水时将容器内的气体从单向排气闸5排出，而排水时将从容器止回阀4吸入气体，吸入气体的真空度，就是落差H2的高度。当H2大于10米时，能形成约1个大气压的真空度，而且是一个连续稳定的真空源。

本发明的应用：

由于本发明具有流体变换性、可控性、输送的连续稳定性和装置制造的简易性，使得这一方法具有广泛的用途。如上述高位水源的能量转移到气源中、用液体输送气体、用气体输送液体、液体含固时分离固体、向液体增加固体或浓缩、稀释液体中的含固量等，所以流体变送涉及面大、面广。

本发明的方法和装置仅涉及流体或流体中的某些成分为输送和使用而变换，便于降低输送成本和技术难度，提高输送质量和数量，获得流体使用上的便利性。特别是对于输送现行设备难以输送的液体，或者大流量输送大粒径、高密度含固液体，将会获得良好的使用效果。

应用例1、本发明用于抽吸气液混合物(参照图2)

实施目的

在真空蒸发、真空干燥和某些真空过滤中，要求很高的真空度，其气液混合物中气体体积在5％到50％之间。采用本发明低位抽吸气液混合物，不但能成倍降低投资成本，还能大幅度降低运行成本，也为回收利用真空蒸发、真空干燥的废气潜热和冷凝水提供了条件。另外，气液在一套设备内一起排出，排液量大小可调，真空度高、负压稳定，省去了现行工艺中的抽真空设备。

实施方法

图2与图1比较，仅是利用高位水箱代替了高位水源GW，利用水泵8代替了低位水道DW。

工作原理是：高位水箱11通过同轴旋转切换阀1对容器7A供水，同时从单向排气阀5排出容器7A中的气体，这样液体变换了气体，即发生了相的变换。充满了容器7A的水经单向排液的止气阀3和同轴旋转切换阀2被水泵8强制抽吸出来，并经高位水箱止回阀10送入高位水箱11。在抽吸容器7A的水时，将负压总管12的气液混合物从容器止回阀4吸入。三个容器7A、7B、7C循环抽吸气液混合物，进入容器7A、7B、7C的气体被高位水箱11的水循环排出，在循环中到达高位水箱11的多余液体将从溢流口溢流出循环系统。

因水泵8是处在负压状态下进行，为了防止泵轴封等进气影响水泵8的启动，在其出口加装一个带节流阀9的气压平衡管连接到负压总管12上以形成液位计回路。水泵8在负压状态下灌入式进水，能使容器7A、7B、7C形成95％以上的真空度，这是本发明人ZL03272704.6实用新型专利技术的应用。

应用例2、本发明用于输送固液混合物(参见图3)

实施目的

因大粒径固体物不能进入离心泵腔，使得大粒径、高浓度、高密度固液混合物的大流量采吸和输送成为离心泵的一大局限，为此本发明将离心泵吸程中的固体物用变送装置送到扬程中而不进入离心泵腔，从而实现对固液混合物的加压运送。

该装置因流体通道具备单向顺流止回特性，还适用于含固液体远距离输送途中的中继加压和较深水下固体物的采吸和输送，特别适合大型水库、河道、湖泊清淤及工矿企业输送固体物，优点是使输送固体物也像输送液体一样方便。

在本应用例中，使流体中的固体变换为液体，便于输送。

实施方法：

该装置的流程参见图3。固液混合物从防堵吸头17吸入吸程管，以切线方式从容器止回阀4进入固液分离器16，固体部分经旋流落入容器7A中，液体部分从固液分离器16的中心溢流管经同轴旋转切换阀1进入水泵8的入口，经加压后通过分流水三通阀15到高压水源三通阀14，经高压泵13加压后，从同轴旋转切换阀2进入容器7C，进入的高压水分成若干支路，对容器里的固体物冲击搅拌并从容器7C下部唯一的固液出口止回阀18进入固液输送管道19而远送。因此，容器7A、7B、7C循环采吸收集固体物，高压水又循环排出固体物，使固体物始终绕开水泵8和高压泵13而连续吸入和排出，与固体物能接触的只有容器止回阀4和固液出口止回阀18。

因同轴旋转切换阀1、2对每一进出口都存在一个开口角度的渐开区、全开区和渐关区，在渐关区液流速度逐渐小到截止，此时进入容器止回阀4的固体物已无流速能量。固液分离器16是一个充满水而无固体的部位，高压水进入时，容器止回阀4在下落关闭过程中伴随无固体卡阀的反冲水而关闭。固液出口止回阀18随高压水自动打开，固体物在容器下部且总是首先排出。当高压水渐止时，容器已无固体物，固液出口止回阀18处在一个无固体物的静水区，当容器进入负压状态时，该阀也能自动关闭。因此，这二个随动阀都能在无大粒径固体状态下安全可靠关闭。

分流水三通阀15为分流部分水浓缩固体物而设，高压水源三通阀14为高压水泵13退出运行而设，无远送要求时水泵8可以单独完成排固。

应用例3、本发明用于屏蔽输送液体(参见图4)

实施目的

高腐蚀性、毒害性及现行离心泵难以输送的液体可采用本发明方法输送，特别对于大流量、高扬程和工厂企业液体输送集中区及易燃易爆区，本发明的装置可作屏蔽泵应用。其优点是能耗低、气体循环使用、液体屏蔽输送、控制元件切换气体，元件体积小、故障极低，易于制造、成本低，排液量不受制造能力限制、液流连续稳定。

在本应用例中，使气体中的能量转移到液体中，气体变换为液体。

实施方法

用循环气体作隔离介质，用电功效率更高的空压机真空泵代替水泵作动力源，循环气体可选用空气、惰性气体。为降低能耗，本实施例选用高压气、排液废气和负压气三个受控流体系统，液体吸程和负压气是连动体，液体扬程和高压气是连动体，排液废气气压与高压气相等，控制回收进高压气柜、空压机电耗低，因此3个受控流体应有3+1＝4个容器，有3个同轴旋转切换阀，旋转方向为逆时针，容器按36A、36B、36C、36D顺序吸排液，每个容器排液体120°，回收气120°，吸液体120°，顺序往复循环。

运行流程以容器36A为例：高压气柜20中的高压气经同轴旋转的高压气切换阀33，对容器36A从高压气进口30对液体加压，加压液体从出口单向排液止回阀29进入扬程管27。排液废气从止液排气阀31经回收气切换阀34到空压机进气管，经进口止回阀22进入空压机24被压缩后经空压机出口止回阀21进入高压气柜20。进入吸液期时，吸程管26的液体从吸程进口止回阀28吸入，液体吸满后单向止液阀32自动切断液流，以防液体从容器36A经负压气切换阀35进入负压气柜25中。容器36A、36B、36C、36D以互差90°顺序循环以上流程，使外排扬程管27获得连续稳定的液流。负压源止回阀23的作用是吸程管如改为高位进液，负压气柜25的负压气源可取消。容器排出的气体是带有正压的气体，可经负压源止回阀23进入空气机24，回收该气体可节能。如不回收该气体，该路气源可直接排空，实际受控流体数为2，随动流体数也为2，而容器个数仍然为4个。该装置转入正压进液、加压排液，管道中继加压就是这种运行状态。

Claims (9)

1、一种流体变送方法，其特征在于：在若干个流体系统之间并联若干个容器，控制流体系统的若干种流体或流体中的某些成分在一定的循环角度差下依次进入各个容器，再以一定的循环角度差依次排出各个容器进入另一流体系统，使流体或流体中的某些成分在每个容器中都交替循环进出。

2、如权利要求1所述的流体变送方法，其特征在于：所述的流体系统包含有受控流体系统和随受控流体系统而连动的随动流体系统；所并联的容器个数比受控流体系统数目至少多1个；所述的控制为设置控制流体进出容器的控制装置。

3、如权利要求2所述的流体变送方法，其特征在于：所述的控制流体进出容器的控制装置包括可控的开关装置和随动的开关元件。

4、一种流体变送装置，其特征在于：在受控流体系统之间并联比受控流体系统个数多1个的容器，在受控流体系统到每个容器之间的连接管路中包含着串有可控的开关装置，在随动流体系统到每个容器之间的连接管路中包含着串有随动的开关元件。

5、如权利要求4所述的流体变送装置，其特征在于：所述的可控的开关装置为同轴旋转的组合切换阀，或者为电动、气动、液压切换阀所组成的切换系统；所述的随动的开关元件为止气阀(3)、容器止回阀(4)、单向排气阀(5)。

6、如权利要求5所述的流体变送装置，其特征在于：所述的可控的开关装置为同轴旋转切换阀(1)、(2)。

7、如权利要求1所述的流体变送方法在抽吸气液混合物中的应用。

8、如权利要求1所述的流体变送方法在输送固液混合物中的应用。

9、如权利要求1所述的流体变送方法在屏蔽输送液体中的应用。

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