CN203429501U - 一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，包括有可视化锥形布浆器、可视化阶梯扩散器、可视化稳流室、可视化湍流发生器、可视化唇口室及稀释水供给系统，所述可视化锥形布浆器、可视化阶梯扩散器、可视化稳流室、可视化湍流发生器、可视化唇口室依次相接，组成箱体结构，且相邻两者之间的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式，同时，该可视化锥形布浆器上设有稀释水注入口，稀释水供给系统通过稀释水管与该稀释水注入口相接。本实用新型可以很方便地进行流浆箱流场的测量和可视化研究，能有效地实现非金属与非金属之间的密封，且拆卸非常方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及稀释水调浓水力式流浆箱的技术领域，尤其是指一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱。
背景技术
目前，稀释水调浓水力式流浆箱是国际上公认的常用先进高速流浆箱，其设备性能的优化和技术的创新势在必行,国内外研究人员对此开展了相关研究，并已取得了许多重要的科研成果。
在国内，山东昌华造纸机械有限公司的稀释白水流浆箱，其稀释水流道为锥管结构，该结构同时具备阶梯扩散器和混合室的双重功能，其中的二级湍流发生器为错流蜂窝状湍流发生器；潍坊凯信机械有限公司的高浓稀释水流浆箱通过稀释水管路向各支管内注入稀释水，调节各点稀释水量的大小，可以控制浆板横幅定量使之均匀一致；河南江河纸业有限公司的高速纸机流浆箱，浆料扰流小、成纸均匀性好、纸张中纤维定向排列良好，其中的稀释水装置，利用低脉冲调频上水泵对稀释白水进行等差压供水，根据扫描架扫描成纸绝干定量横幅曲线可以自动调节稀释水阀开度，从而对进入流浆箱管束浆料进行稀释，改善整幅纸页横幅定量均匀度；陕西科技大学研究并公开了稀释水水力式流浆箱控制系统，该系统对稀释水水力式流浆箱能进行有效控制，可以获得良好的布浆、匀浆和喷浆效果。
在国际上，稀释水调浓流浆箱技术发展方面有几家很有影响的公司，如Beloit(metso)公司，Voith公司，Valmet(metso)公司，以及EsherWyss，Vaahto，Brandes&Heneze Gmbh，G&Lv公司等，无不在减少横幅定量差和结构优化上下功夫。其典型的产品有Beloit公司的Converflo和Coeept系列，Valmet公司的Sym-flo和opti-flo系列及Votih的Moudel系列。另外在湍流发生器方面，Beloit公司使用圆变方形的等面积管束，并在唇板区加漂片，漂片的间距很小，严格将湍流限定在狭小的空间内；而Voith公司采用阶梯式湍流发生器，利用流量因阶梯突扩产生的有限涡旋成湍动，也采用了变面积的圆变方管束。而在改善横幅定量差方面，近十年来国际上取得了进步，以Beloit公司的concept一IV流浆箱为代表，使得横幅定量差值由原来的1.5%不到的水平，减少到了1%以下，显著地提高了纸张产品质量。
尽管国内对稀释水调浓水力式流浆箱的结构和控制的研究较多，而且也取得了很多成果，特别是最近陈克复院士主持的国家“十一五”科技支撑计划“国产高速造纸机的研制”，将我国的纸浆流送技术与流浆箱技术提到国际先进水平，而国外研究的先进稀释水调浓水力式流浆箱也较多，这些流浆箱在工程实践中能发挥较大的作用，但是均不能满足流浆箱流场测量的要求，无法获得可视化的流场。目前在国内外没有公开的满足PIV（Particle Image Velocimetry粒子图像速度仪）等测量系统进行测量和可视化研究的流浆箱，基于此，本实用新型的实验流浆箱在符合工程实践的基础上，可以对各种车速下，流浆箱内各个部件的流场进行测量和可视化研究，从而使流浆箱的流送技术获得理论上的突破，可以对工程实践有良好的指导作用。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，从而使流浆箱的流送技术获得理论上的突破，可以对工程实践有良好的指导作用。
为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，包括有可视化锥形布浆器、可视化阶梯扩散器、可视化稳流室、可视化湍流发生器、可视化唇口室以及用于调节流体横幅定量的稀释水供给系统，其中，所述可视化锥形布浆器、可视化阶梯扩散器、可视化稳流室、可视化湍流发生器、可视化唇口室依次相接，组成箱体结构，且相邻两者之间的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式，并使得进入可视化锥形布浆器内的流体能依次经过可视化阶梯扩散器、可视化稳流室、可视化湍流发生器后从可视化唇口室喷出，同时，该可视化锥形布浆器上设有稀释水注入口，稀释水供给系统通过稀释水管与该稀释水注入口相接，为该可视化锥形布浆器提供稀释水。
所述可视化稳流室与可视化阶梯扩散器和可视化湍流发生器之间分别连接有可视化连接板，且相邻两者之间的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式。
所述相邻两者之间采用夹紧块或者螺栓连接。
所述可视化锥形布浆器和可视化阶梯扩散器之间采用凹凸面密封，且其凹凸面采用螺栓连接；可视化湍流发生器和可视化唇口室之间采用凹凸面密封，且其凹凸面采用夹紧块连接。
所述可视化阶梯扩散器与可视化连接板之间、可视化连接板与可视化湍流发生器之间均采用凹凸面密封，且其凹凸面均采用螺栓连接；可视化连接板与可视化稳流室之间采用榫槽密封形式，且其榫槽面采用夹紧块连接。
所述箱体结构配设有用于支撑及调整其水平状态的机架。
所述可视化锥形布浆器设有大、小端口及侧面流道，流体是先从可视化锥形布浆器的大端口进入，主流流体进入到侧面流道，而少部分流体则从小端口流出进行回流。
所述可视化锥形布浆器的后壁是由二次曲线组成，所述可视化湍流发生器的形状是由圆形逐渐变成方形。
所述可视化锥形布浆器为PMMA有机玻璃锥形布浆器，可视化阶梯扩散器为PMMA有机玻璃阶梯扩散器，可视化稳流室为PMMA有机玻璃稳流室，可视化湍流发生器为PMMA有机玻璃湍流发生器，可视化唇口室为PMMA有机玻璃唇口室。
所述可视化连接板为PMMA有机玻璃连接板。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、适用PIV（particle image velocimetry）粒子图像速度仪等流场测量系统进行测量以及可视化研究，可以清楚地反映稀释水调浓水力式流浆箱的流道及其流场，对水力式流浆箱流场的特点包括速度、涡量、湍动能、耗散率等与速度相关的参数均可以很方便的进行测量和研究。
2、本实用新型采用的水力式实验流浆箱形体小、结构简单、密封性好、拆卸方便、成本低，可以进行工程实践前的流体实验。
附图说明
图1为本实用新型的主视图。
图2为本实用新型的俯视图。
图3为可视化锥形布浆器与可视化阶梯扩散器连接的结构示意图。
图4为可视化阶梯扩散器、可视化连接板、可视化湍流发生器及可视化稳流室之间连接的结构示意图。
图5为可视化唇口室与可视化湍流发生器连接的结构示意图。
图6为采用PIV测量系统对水力式实验流浆箱进行流场测量及可视化研究的示意图。
图7为水力式实验流浆箱的出口浓度变化曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
参见图1和图2所示，本实施例所述的可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，包括有可视化锥形布浆器1、可视化阶梯扩散器2、可视化稳流室3、可视化湍流发生器4、可视化唇口室5以及用于调节流体横幅定量的稀释水供给系统6，其中，所述可视化锥形布浆器1设有大、小端口101、102及侧面流道103，纸浆流体是先从可视化锥形布浆器1的大端口101进入，然后主流流体进入到侧面流道103，而少部分流体则从小端口102流出进行回流；所述可视化锥形布浆器1、可视化阶梯扩散器2、可视化稳流室3、可视化湍流发生器4、可视化唇口室5依次相接，组成箱体结构，且该可视化稳流室3与可视化阶梯扩散器2和可视化湍流发生器4之间分别连接有可视化连接板301；上述可视化锥形布浆器1、可视化阶梯扩散器2、可视化稳流室3、可视化连接板301、可视化湍流发生器4、可视化唇口室5两两相邻之间的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式，并使得进入可视化锥形布浆器1内的流体能依次经过可视化阶梯扩散器2、可视化稳流室3、可视化湍流发生器4后从可视化唇口室5喷出；同时，为了确保纸浆流体在箱体结构内的横向分布均匀，所述可视化锥形布浆器1上设有稀释水注入口104，稀释水供给系统6通过稀释水管601与该稀释水注入口104相接，稀释水供给系统6的稀释水通过稀释水管601进入可视化锥形布浆器1的侧面流道103，与纸浆主流混合并一起依次经过可视化阶梯扩散器2、可视化稳流室3、可视化湍流发生器4后从可视化唇口室5喷射出去。此外，为了确保流浆箱在实验时保持水平状态，方便实验的进行，本水力式实验流浆箱还设计加工了机架9，同时，该机架9也可以支撑流浆箱的各个部件。
参见图3至图5所示，本实施例所述可视化锥形布浆器1和可视化阶梯扩散器2之间、可视化阶梯扩散器2与可视化连接板301之间、可视化连接板301与可视化湍流发生器4之间均采用凹凸面密封，且其凹凸面均采用螺栓8连接；所述可视化湍流发生器4和可视化唇口室5之间采用凹凸面密封，且其凹凸面采用夹紧块7连接；所述可视化连接板301与可视化稳流室3之间采用榫槽密封形式，且其榫槽面采用夹紧块7连接。
为了实现流浆箱的流场测量和整个流道的可视化研究，本实施例所有与流道接触的部件均采用PMMA有机玻璃制成，即是上述的可视化锥形布浆器1、可视化阶梯扩散器2、可视化稳流室3、可视化连接板301、可视化湍流发生器4、可视化唇口室5均是由PMMA有机玻璃制造，同时，由于本实施例所述可视化锥形布浆器1的后壁是由二次曲线组成，所述可视化湍流发生器4的形状是由圆形逐渐变成方形，出于结构复杂性，故采用数控加工方法。而对于其他部件如机架9和夹紧块7，不参加流场的测量，考虑到防腐的问题，所以采用不锈钢材料制作。
另外，为了完成对水力式实验流浆箱关键部件的流场测量，采用的循环水箱尺寸长、宽、高为3m、1.5m、1.7m,纸浆输入泵和稀释水泵均为KZ型宽流道纸浆泵，纸浆输入泵的型号为KZ125-350，其流量为350m3/h,扬程为50m，而稀释水泵的型号为KZ80-265，流量为265m3/h,扬程为60m，这两个泵均采用变频控制。在本实施例中，水力式实验流浆箱采用PIV测量系统进行测量和可视化研究，其测量安装具体如图6所示，其中，在PIV测量过程中，让激光器产生的片光和CCD相互垂直，且需要不断移动激光器产生的片光和CCD进行调整，针对不同部位进行测量，而循环水箱中装有低于0.01%的纸浆，纸浆通过纸浆输入泵进入可视化锥形布浆器1的大端口101。工作时，对水力式实验流浆箱的出口浓度进行拍摄和测量，然后再对其图像进行分析处理，可以得到出口浓度变化曲线，具体如图7所示，最后得出在不同车速下，水力式实验流浆箱在单个稀释水阀注入稀释水后，其唇口的浓度变化曲线与工程实践中测得的曲线大体一致，而且从浓度数值上可以看到，将两者浓度影响宽度的数值比较，相对差值小于5%，具体如下表1所示。
附表一浓度影响范围比较表
| 车速 | PIV中测量影响的宽度（mm） | 工程实践中影响宽度（mm） | 相对宽度的百分比 |
| 800m/min | 245 | 240 | 2% |
| 1000m/min | 253 | 258 | 2% |
| 1200m/min | 293 | 285 | 2.7% |
| 1600m/min | 342 | 326 | 4.6% |
在采用以上方案后，本实用新型的流道同于工程应用的稀释水调浓水力式流浆箱的流道，既能满足流场的可视化研究，又能反映工程实践中流浆箱的结构流场，从而使流浆箱的流送技术获得理论上的突破，并可以对工程实践有良好的指导作用。相比现有技术，本实用新型具有形体小、结构简单、密封性好、拆卸方便、成本低等优点,是一款理想的流浆箱，值得推广。
以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，其特征在于：包括有可视化锥形布浆器（1）、可视化阶梯扩散器（2）、可视化稳流室（3）、可视化湍流发生器（4）、可视化唇口室（5）以及用于调节流体横幅定量的稀释水供给系统（6），其中，所述可视化锥形布浆器（1）、可视化阶梯扩散器（2）、可视化稳流室（3）、可视化湍流发生器（4）、可视化唇口室（5）依次相接，组成箱体结构，且相邻两者之间的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式，并使得进入可视化锥形布浆器（1）内的流体能依次经过可视化阶梯扩散器（2）、可视化稳流室（3）、可视化湍流发生器（4）后从可视化唇口室（5）喷出，同时，该可视化锥形布浆器（1）上设有稀释水注入口（104），稀释水供给系统（6）通过稀释水管（601）与该稀释水注入口（104）相接，为该可视化锥形布浆器（1）提供稀释水。
2.根据权利要求1所述的一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，其特征在于：所述可视化稳流室（3）与可视化阶梯扩散器（2）和可视化湍流发生器（4）之间分别连接有可视化连接板（301），且相邻两者之间的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式。
3.根据权利要求1或2所述的一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，其特征在于：所述相邻两者之间采用夹紧块（7）或者螺栓（8）连接。
4.根据权利要求1所述的一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，其特征在于：所述可视化锥形布浆器（1）和可视化阶梯扩散器（2）之间采用凹凸面密封，且其凹凸面采用螺栓（8）连接；可视化湍流发生器（4）和可视化唇口室（5）之间采用凹凸面密封，且其凹凸面采用夹紧块（7）连接。
5.根据权利要求2所述的一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，其特征在于：所述可视化阶梯扩散器（2）与可视化连接板（301）之间、可视化连接板（301）与可视化湍流发生器（4）之间均采用凹凸面密封，且其凹凸面均采用螺栓（8）连接；可视化连接板（301）与可视化稳流室（3）之间采用榫槽密封形式，且其榫槽面采用夹紧块（7）连接。
6.根据权利要求1所述的一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，其特征在于：所述箱体结构配设有用于支撑及调整其水平状态的机架（9）。
7.根据权利要求1所述的一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，其特征在于：所述可视化锥形布浆器（1）设有大、小端口（101、102）及侧面流道（103），流体是先从可视化锥形布浆器（1）的大端口（101）进入，主流流体进入到侧面流道（103），而少部分流体则从小端口（102）流出进行回流。
8.根据权利要求1所述的一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，其特征在于：所述可视化锥形布浆器（1）的后壁是由二次曲线组成，所述可视化湍流发生器（4）的形状是由圆形逐渐变成方形。
9.根据权利要求1所述的一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，其特征在于：所述可视化锥形布浆器（1）为PMMA有机玻璃锥形布浆器，可视化阶梯扩散器（2）为PMMA有机玻璃阶梯扩散器，可视化稳流室（3）为PMMA有机玻璃稳流室，可视化湍流发生器（4）为PMMA有机玻璃湍流发生器，可视化唇口室（5）为PMMA有机玻璃唇口室。
10.根据权利要求2所述的一种可进行流场测量和可视化研究的水力式实验流浆箱，其特征在于：所述可视化连接板（301）为PMMA有机玻璃连接板。
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