CN205516822U - 一种调频式自激振荡射流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种调频式自激振荡射流装置，其包括管状开口结构的壳体、底板、垂向射流进口、整流腔室、混流腔室、射流出口和切向射流进口；壳体底部开口处与底板固定连接；壳体顶部垂直设置有垂向射流进口，垂向射流进口入口端与反冲洗管路连接，垂向射流进口出口端与位于壳体内上部的整流腔室连通；位于壳体内，在整流腔室下方依次设置有通道和混流腔室，整流腔室下方与通道入口连通，通道出口位于混流腔室入口处上方，混流腔室出口穿出底板与射流出口连通；位于通道出口与混流腔室入口之间形成射流融合区域；位于通道上部，在壳体上部外侧壁上间隔设置有若干与通道上部连通的切向射流进口。本实用新型节约能耗，避免过高的冲击压力导致的滤网局部变形、冲蚀破损等问题。

Description

一种调频式自激振荡射流装置

技术领域

本实用新型涉及一种液固分离射流装置，特别是关于一种与LNG接收站旋转滤网过滤器配合的调频式自激振荡射流装置。

背景技术

LNG接收站旋转滤网过滤器具有耐海水腐蚀、分离效率稳定以及阻力适当等特点，旋转滤网过滤器通常与上游侧的拦污栅配套使用，可以有效地拦截和过滤海水中的颗粒杂质污物，是保障LNG接收站海水泵及取水口设施可靠运行的关键设备。

如图1～图4所示，旋转滤网过滤器主要结构包括：上部机架21、电动机22、涡轮蜗杆减速机23、传动链条24、导轨25、主轴转配26、过滤网板27、反冲洗循环再生装置28以及集污槽29等。其中反冲洗循环再生装置28主要由供水泵、电磁阀、反冲洗管路以及与反冲洗管路相连的射流喷嘴部分构成。旋转滤网过滤器的工作原理为：电动机22转动带动涡轮蜗杆减速机23运动，通过与其啮合使传动链条24经由导轨25带动工作链轮主轴装配26上的大传动链轮转动，工作链轮半径以下脱离啮合部分到水池底部圆弧轨道半径以上之间的距离为直线运动，工作链条运动带动其上的过滤网板27运动。由于过滤网板27运动过程是一端上升，另一端下降，过滤网板27上升端在上升过程中将过滤拦截到网面上的颗粒杂物带出，颗粒杂物被截流在网板上形成滤饼层，随着过滤的进行，网板外表面的滤饼层逐渐增厚，导致过滤网板27的孔隙率降低，压降增大，此时需要采用反冲洗循环再生装置28采用反冲洗的方式对附着在旋转滤网上的颗粒杂质进行清除，反冲洗时，电磁阀开启，供水泵提升水的压力形成压力水，压力水经由反冲洗管路从喷嘴喷出，将附着在过滤网板上的颗粒杂物冲落到集污槽29中，再由集污槽29将杂物冲推到排污沟中，然后集中卸污和运输。由于反冲洗循环再生装置28采用的水射流的方向与过滤方向相反，因此该方式也称为反冲洗循环再生，依靠喷嘴喷出的高压水动能将附着于过滤网板外表面的滤饼层剥离，使得过滤网板27的孔隙率和运行压降基本上恢复到最初过滤时的状态，从而实现旋转滤网的性能循环再生。

由此可见，反冲洗方式是实现过滤网板27性能循环再生的重要途径，研究中发现，反冲洗循环再生装置28中的射流喷嘴性能直接影响旋转滤网过滤器的长周期稳定运行。现有技术中反冲洗循环再生装置的射流喷嘴为直通式单管结构，主要以连续射流的方式实现对旋转滤网进行反冲洗操作。旋转滤网在实际运行过程中发现这种反冲洗结构在连续射流中不可避免的会产生以下问题：1、反冲洗射流压力过高，造成旋转滤网网板局部变形甚至冲蚀破损。为克服过滤过程中旋转滤网网板上的滤饼层粘附力，反冲洗水射流的压力通常高达0.8MPa-1MPa，运行能耗高，射流冲击力大，由于现有技术采用的是直通式单孔结构的射流喷嘴，只能以连续射流的方式对旋转滤网进行冲洗，射流冲击力不可避免的集中在过滤网板的某一区域，该区域的过滤网板容易受到较高的冲击力而发生形变甚至冲蚀破损，降低旋转滤网的使用寿命。2、反冲洗循环再生效果不均匀，导致旋转滤网网板发生颗粒杂质架桥而堵塞失效。由于现有技术喷嘴结构的限制，反冲洗射流范围有限，不能实现对过滤网板的全覆盖，存在射流盲区，附着在射流盲区的颗粒杂质无法被有效清除，这一问题由于设备安装空间和技术本身的限制，目前无法从根本上获得解决，已成为困扰行业的技术难题。过滤网板有效冲洗区域范围内和冲洗盲区的循环再生效果差异显著，位于冲洗盲区内的过滤网板之间的颗粒杂质容易发生架桥，即未能有效获得清除的若干区域颗粒物杂质相互粘接成块形成更大范围的不能有效清除区域。架桥导致滤网发生严重堵塞，造成了旋转滤网过滤压降升高、运行能耗增大以及工作失效等一系列问题。

综上所述，现有反冲洗循环再生系统易造成滤网堵塞、滤网破损、循环性能不稳定以及能耗高等问题。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种调频式自激振荡射流装置，用较低的反冲洗压力达到较好的循环再生效果，节约能耗；避免过高的冲击压力导致的滤网局部变形、冲蚀破损等问题，延长旋转滤网的使用寿命。

本实用新型的另一目的是通过该自激振荡射流装置使一次反冲洗过程产生多次压力振荡射流，相当于连续多次反冲洗，有效提升旋转滤网的循环再生效率；产生的压力振荡射流在旋转滤网连续传递，能够改善现有技术中滤网不同位置的反冲洗不均匀性，并能有效减少网板间的颗粒杂质架桥。同时振荡频率可以根据实际工况灵活调节，实现与旋转滤网以及射流装置性能相匹配。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种调频式自激振荡射流装置，其特征在于：该装置包括管状开口结构的壳体、底板、垂向射流进口、整流腔室、混流腔室、射流出口和切向射流进口；所述壳体底部开口处与所述底板固定连接；所述壳体顶部垂直设置有所述垂向射流进口，所述垂向射流进口入口端与反冲洗管路连接，所述垂向射流进口出口端与位于所述壳体内上部的所述整流腔室连通；位于所述壳体内，在所述整流腔室下方依次设置有通道和所述混流腔室，所述整流腔室下方与所述通道入口连通，所述通道出口位于所述混流腔室入口处上方，所述混流腔室出口穿出所述底板与所述射流出口连通；位于所述通道出口与所述混流腔室入口之间形成射流融合区域；位于所述通道上部，在壳体上部外侧壁上间隔设置有若干与所述通道上部连通的所述切向射流进口。

进一步，位于所述混流腔室外侧设置有近似圆锥形结构的旋流振荡壁，所述旋流振荡壁由一体成型的第一振荡壁、第二振荡壁和底部圆板构成，所述第二振荡壁一端与所述混流腔室顶部外壁固定连接，所述第二振荡壁另一端与所述第一振荡壁一端连接，所述第一振荡壁另一端与所述底部圆板端部连接，所述底部圆板环设在所述混流腔室下部。

进一步，所述第一振荡壁与所述第二振荡壁之间具有夹角α。

进一步，所述夹角α范围为：90°＜α＜180°。

进一步，所述通道包括一环形绕流壁、若干垂直导流壁和一弧形导流壁；由所述壳体外壁面向内依次垂向设置有所述环形绕流壁、垂直导流壁和弧形导流壁，若干所述垂直导流壁均布在由所述弧形导流壁和环形绕流壁构成的圆环内；所述环形绕流壁、垂直导流壁和弧形导流壁一端均固定在所述整流腔室下部，另一端均延伸至所述壳体内下方；所述环形绕流壁与所述壳体外壁面之间形成环形绕流通道，所述环形绕流通道与所述切向射流进口连通；两所述垂直导流壁之间形成环列射流通道，所述整流腔室内的压力水经所述环列射流通道射流向下游传递；所述弧形导流壁内部形成中心射流通道，所述中心射流通道为轴对称腔室，所述整流腔室内的压力水进入所述中心射流通道后，经过所述弧形导流壁向下传递。

进一步，所述环形绕流壁的在所述壳体内的延伸长度大于所述垂直导流壁的延伸长度，所述垂直导流壁的延伸长度大于所述弧形导流壁的延伸长度。

进一步，所述弧形导流壁内壁面由若干个弧形壁一体成型，每个弧形壁的圆弧部分均为椭圆的1/4。

进一步，所述混流腔室采用菱形腔室结构。

进一步，所述混流腔室与所述射流出口之间采用球形关节连接。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型采用的调频式自激振荡射流装置使用较低的反冲洗压力达到较好的循环再生效果，节约能耗；较低的反冲洗压力对旋转滤网的冲击力也较小，可以克服应力疲劳引发的滤网变形和冲蚀破损等问题，从而延长旋转滤网的使用寿命。2、本实用新型由于反冲洗时，在滤网网板上产生多次压力振荡，使一次反冲洗过程产生多次压力振荡射流，实现了连续多次反冲洗，有效提升旋转滤网的循环再生效率，降低旋转滤网运行能耗。3、本实用新型利用压力振荡将射流盲区的颗粒杂质清除，能够有效克服颗粒物架桥问题，提高旋转滤网的循环再生效率。4、本实用新型采用调节自激振荡射流装置底部的旋流振荡壁轴向位置的方法，实现该装置的频率与流体振荡频率相匹配，同时还可以根据需要调节喷嘴出口的球形关节，以灵活调整射流方向，使之能够适用于不同的工况。5、本实用新型采用的调频式自激振荡射流装置无附加外驱动结构、无动密封，振荡频率可灵活调节，实现与旋转滤网特性以及流体特性的有效匹配。

附图说明

图1是现有技术中旋转滤网过滤器的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是现有技术采用的直通式单管结构连续射流喷嘴示意图；

图4是图3中的C-C剖视图；

图5是本实用新型的整体结构示意图；

图6是图5中A-A剖视图；

图7是图5中B-B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。

如图5～图7所示，本实用新型提供一种调频式自激振荡射流装置，其适用于LNG接收站旋转滤网过滤器，其包括直通式管状开口结构的壳体1、底板2、垂向射流进口3、整流腔室4、混流腔室5、射流出口6、切向射流进口7和旋流振荡壁8；其中，壳体1底部开口处与底板2固定连接，形成封闭结构。壳体1顶部垂直设置有垂向射流进口3，垂向射流进口3入口端与反冲洗管路连接，垂向射流进口3出口端与位于壳体1内上部的整流腔室4连通；压力水射流由垂向射流进口3垂直进入到整流腔室4内，经整流腔室4后进行缓冲整流。位于壳体1内，在整流腔室4下方依次设置有通道和混流腔室5，整流腔室4下方与通道入口连通，通道出口位于混流腔室5入口处上方，混流腔室5出口穿出底板2，并与射流出口6连通；位于通道出口与混流腔室5入口之间形成射流融合区域51。位于通道上部，在壳体1上部外侧壁上间隔设置有若干与通道上部连通的切向射流进口7。位于混流腔室5外侧设置有近似圆锥形结构的旋流振荡壁8，旋流振荡壁8由一体成型的第一振荡壁81、第二振荡壁82和底部圆板83构成，第二振荡壁82一端与混流腔室5顶部外壁固定连接，第二振荡壁82另一端与第一振荡壁81一端连接，第一振荡壁81另一端与底部圆板83端部连接，底部圆板83环设在混流腔室5下部。第一振荡壁81与第二振荡壁82之间具有夹角α，来自切向射流进口7的压力水射流在旋流振荡壁8上回旋加速，与通道的射流混合后一起进入混流腔室5。

上述实施例中，通道包括一环形绕流壁9、若干垂直导流壁10和一弧形导流壁11。由壳体1外壁面向内依次垂向设置有环形绕流壁9、垂直导流壁10和弧形导流壁11，若干垂直导流壁10均布在由弧形导流壁11和环形绕流壁9构成的圆环内。环形绕流壁9、垂直导流壁10和弧形导流壁11一端均固定在整流腔室4下部，另一端均延伸至壳体1内下方，且环形绕流壁9的延伸长度大于垂直导流壁10的延伸长度，垂直导流壁10的延伸长度大于弧形导流壁11的延伸长度。其中，环形绕流壁9与壳体1外壁面之间形成环形绕流通道91，环形绕流通道91与切向射流进口7连通，来自各切向射流进口7的压力水沿环形绕流通道91向下旋转绕流，到达第一振荡壁81位置时迅速改变方向，沿第一振荡壁81向上游旋流。两垂直导流壁10之间形成环列射流通道101，整流腔室4内的压力水经环列射流通道101射流向下游传递，到达第二振荡壁82位置时有利于大尺度涡旋的形成。弧形导流壁11内部形成中心射流通道111，中心射流通道111为轴对称腔室，整流腔室4内的压力水进入中心射流通道后，经过弧形导流壁11向下传递过程，实现紊流混合，产生动量交换，形成不稳定剪切层。

其中，弧形导流壁11内壁面由若干个弧形壁一体成型，每个弧形壁的圆弧部分均为椭圆的1/4。

上述实施例中，第一振荡壁81与第二振荡壁82之间夹角α方向的垂线与环形绕流壁9垂向延长线重合。

上述各实施例中，混流腔室5采用菱形腔室结构。

上述各实施例中，混流腔室5与射流出口6之间采用球形关节12连接，压力水由射流出口6喷出，作用于旋转滤网网板，实现对过滤网板的反冲洗循环再生，通过球形关节12可以调节射流方向。

上述各实施例中，壳体1底部开口处与底板2之间、底板2与混流腔室5之间均采用定位螺钉13固定连接，壳体1底部开口处与底板2连接处之间、以及旋流振荡壁8与壳体1侧壁连接处之间均设置有密封件14，便于对本实用新型的射流装置进行拆装与检修维护，通过密封件14与定位螺钉13的配合，可实现旋流振荡壁8沿密封件14可以进行轴向位置调整，从而达到调节振荡频率的目的。

上述各实施例中，第一振荡壁81与第二振荡壁82之间的夹角α范围为：90°＜α＜180°。

上述各实施例中，本实用新型射流装置的自激振荡射流的固有频率根据来流中脉动频率进行设置，使自激振荡射流的频率与来流脉动频率尽可能接近，从而获得好的压力振荡效果。

本实用新型还提供一种调频式自激振荡射流装置的使用方法，所谓自激振荡，就是靠流体本身在流体结构中产生振荡，不须外加激励装置。其包括以下步骤：

1)旋转滤网反冲洗循环再生时，来自反冲洗管路的压力水射流由两条路径进入射流装置内部：一部分压力水射流沿轴向路径由垂直射流进口3进入整流腔室4，另一部分压力水射流沿水平切向路径由切向射流进口7进入环形绕流通道91。进入整流腔室4内的压力水射流分别沿环列射流通道101和中心射流通道111向下游传递。

2)进入中心射流通道111的射流，经过弧形导流壁11的若干个弧形壁后流体速度较低，流动阻力较大，导致射流将产生速度梯度差，即轴向中心线位置远离导流壁的流体速度高于靠近导流壁的流体速度，中心射流通道111内存在速度差的流体之间不断产生动量交换，在靠近导流壁的位置形成不稳定剪切层，由于射流速度大且剪切层的不稳定性，剪切层周围的流体被夹带形成轴对称涡旋，通过不稳定剪切层的选择放大作用，剪切射流中与流体固有频率相接近范围内的涡量扰动得到放大，当该射流离开中心射流通道111进入射流融合区域51时将形成大尺度涡环结构。

3)进入环列射流通道101的射流向装置下游传递，到达第二振荡壁82位置时发生碰撞，产生一系列离散涡环，此时由于来自中心射流通道111的流体剪切层中已存在与流体固有频率相接近成分的涡量扰动，该涡量扰动与来自环列射流通道与第二振荡壁82碰撞时产生的一系列离散涡环相互融合，在射流融合区域51使涡量扰动进一步被放大。

4)沿水平切向路径由切向射流进口7进入环形绕流通道91的射流，在环形空间内沿着环形路径向下游绕流，到达第一振荡壁81位置时将会改变方向加速旋转，沿振荡壁面向上游方向旋流，当旋流至第一振荡壁81与第二振荡壁82的夹角α位置时，由于旋流振荡壁8角度的突变，使得向上游旋流的流体速度陡增快速到达射流融合区域51。

5)射流融合区域51内存在涡量扰动的流体一部分与旋流壁面碰撞，另一部分进入菱形混流腔室16。其中与旋流壁面碰撞的流体，由于来自环形绕流通道内的流体加速旋转作用，将进一步增大融合区域内的涡量扰动，同时碰撞产生涡量扰动向上游反射，不断诱发新的涡量扰动。由于融合区与碰撞位置的涡量扰动相互为反相，就会形成涡量扰动-放大-新的涡量扰动产生的循环过程，导致流体阻抗发生周期变化，完成对射流的“完全阻断”、“部分阻断”及“不阻断”的调制过程，该过程不断重复，在菱形混流腔室16内最终形成强烈的自激振荡射流并沿射流出口6喷出。

综上所述，由于本实用新型采用了无外加激励装置实现了流体本身在合适的射流装置中产生振荡效果，达到了流体动能放大目的，因此可以采用相对较低的射流压力实现对旋转滤网的反冲洗，经试验测定，相比于现有技术采用的直通式单管连续射流(射流压力0.8MPa-1.0MPa)，本实用新型采用射流压力仅为0.2MPa-0.3MPa时即可实现良好的反冲洗效果，由于射流压力的降低，可以减少供水泵的运行能耗，同时也减少了现有技术采用的高压射流对旋转滤网的冲击和损坏，大大降低了对旋转滤网的冲击，有利于延长旋转滤网的运行寿命。

进一步，自激振荡射流到达旋转滤网时，在旋转滤网的网板上形成压力振荡传递效果，利用压力振荡将射流盲区的颗粒杂质清除，能够有效克服颗粒物架桥问题，提高旋转滤网的循环再生效率。

研究结果表明，当自激振荡射流的频率与射流装置固有频率相同或相近时，自激振荡效果明显提升，从而在混流腔室内产生更好效果的流体共振，使射流剪切层涡流变成大尺寸分离环状涡流，这种大尺寸的断续涡环流有利于提高对旋转滤网的反冲洗效果。旋流振荡壁8的位置改变对射流装置的频率具有重要的影响，因此应根据来流中脉动频率来设计自激振荡射流装置结构，使自激振荡射流装置的固有频率尽可能接近来流脉动频率，从而获得好的压力振荡效果。因此，本实用新型可调频的自激振荡射流装置，采用调节自激振荡射流装置底部的旋流振荡壁8轴向位置的方法，实现该装置的频率与流体振荡频率相匹配，使之能够适用于不同的工况。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种调频式自激振荡射流装置，其特征在于：该装置包括管状开口结构的壳体、底板、垂向射流进口、整流腔室、混流腔室、射流出口和切向射流进口；所述壳体底部开口处与所述底板固定连接；所述壳体顶部垂直设置有所述垂向射流进口，所述垂向射流进口入口端与反冲洗管路连接，所述垂向射流进口出口端与位于所述壳体内上部的所述整流腔室连通；位于所述壳体内，在所述整流腔室下方依次设置有通道和所述混流腔室，所述整流腔室下方与所述通道入口连通，所述通道出口位于所述混流腔室入口处上方，所述混流腔室出口穿出所述底板与所述射流出口连通；位于所述通道出口与所述混流腔室入口之间形成射流融合区域；位于所述通道上部，在壳体上部外侧壁上间隔设置有若干与所述通道上部连通的所述切向射流进口。

2.如权利要求1所述的一种调频式自激振荡射流装置，其特征在于：位于所述混流腔室外侧设置有近似圆锥形结构的旋流振荡壁，所述旋流振荡壁由一体成型的第一振荡壁、第二振荡壁和底部圆板构成，所述第二振荡壁一端与所述混流腔室顶部外壁固定连接，所述第二振荡壁另一端与所述第一振荡壁一端连接，所述第一振荡壁另一端与所述底部圆板端部连接，所述底部圆板环设在所述混流腔室下部。

3.如权利要求2所述的一种调频式自激振荡射流装置，其特征在于：所述第一振荡壁与所述第二振荡壁之间具有夹角α。

4.如权利要求3所述的一种调频式自激振荡射流装置，其特征在于：所述夹角α范围为：90°＜α＜180°。

5.如权利要求1所述的一种调频式自激振荡射流装置，其特征在于：所述通道包括一环形绕流壁、若干垂直导流壁和一弧形导流壁；由所述壳体外壁面向内依次垂向设置有所述环形绕流壁、垂直导流壁和弧形导流壁，若干所述垂直导流壁均布在由所述弧形导流壁和环形绕流壁构成的圆环内；所述环形绕流壁、垂直导流壁和弧形导流壁一端均固定在所述整流腔室下部，另一端均延伸至所述壳体内下方；所述环形绕流壁与所述壳体外壁面之间形成环形绕流通道，所述环形绕流通道与所述切向射流进口连通；两所述垂直导流壁之间形成环列射流通道，所述整流腔室内的压力水经所述环列射流通道射流向下游传递；所述弧形导流壁内部形成中心射流通道，所述中心射流通道为轴对称腔室，所述整流腔室内的压力水进入所述中心射流通道后，经过所述弧形导流壁向下传递。

6.如权利要求5所述的一种调频式自激振荡射流装置，其特征在于：所述环形绕流壁的在所述壳体内的延伸长度大于所述垂直导流壁的延伸长度，所述垂直导流壁的延伸长度大于所述弧形导流壁的延伸长度。

7.如权利要求5所述的一种调频式自激振荡射流装置，其特征在于：所述弧形导流壁内壁面由若干个弧形壁一体成型，每个弧形壁的圆弧部分均为椭圆的1/4。

8.如权利要求1所述的一种调频式自激振荡射流装置，其特征在于：所述混流腔室采用菱形腔室结构。

9.如权利要求1所述的一种调频式自激振荡射流装置，其特征在于：所述混流腔室与所述射流出口之间采用球形关节连接。