CN206428033U - 旋转液哨空化发生器 - Google Patents

Abstract

旋转液哨空化发生器，包括同轴设置的转子、壳体和转轴，壳体的两端与转轴之间设有密封装置，壳体的内壁面和转子的外壁面之间有间隙，且壳体的内壁面、转子的外壁面和密封装置围合成密封的内腔；壳体的一端设有液体进口，壳体的另一端设有液体出口，液体进口和液体出口均与内腔相连通；壳体内沿轴向间隔设有若干个环形隔板，且环形隔板的外周边固定在壳体的内壁面上；转子可转动地穿设在环形隔板的中心通孔内，且环形隔板将内腔分隔成若干个密封的分腔，相邻分腔之间的隔板上设有短管，相邻两个分腔通过短管连通；位于每个分腔内的转子上均分布有若干个簧片，且簧片沿转子的径向固定在转子的外壁面上。

Description

旋转液哨空化发生器

技术领域

本实用新型涉及一种旋转液哨空化发生器。

背景技术

空化现象是液体内部蒸气或气体的空泡(空穴)的形成、发展和溃灭的过程，是一种非常复杂的流体动力学现象。空泡在液体中运动和溃灭时会产生瞬时高温、高压、并伴随着强烈的冲击波和高速射流。按照产生空化的不同方法可将空化分为：超声空化、水力空化、光空化以及粒子空化四大类。

化工领域所应用的空化主要是超声空化和水力空化。超声空化是指存在于液体中的微小气泡(气核)在正负压强的交变作用下，发生气核的震荡、挤压、收缩、断裂、生长和溃灭等一系列动力学过程。水力空化指液体流经孔板或文丘里管时，由于流速突然增大，压强降低到低于液体的饱和蒸汽压，发生空化，产生气泡的爆发和溃灭的动力学过程。

空化技术主要应用于污水处理、海水淡化、水力切割、清洗污垢和液液混合等领域。

空化技术应用在污水处理：空泡溃灭瞬间形成局部高温点，产生极高的高温、高压，有机物被分解，即有机物“水相燃烧”反应。空泡周围的高温高压，使水分子分解，产生具有高化学性和高氧化性的羟基自由基，将水中的大多数污染物氧化降解。另外，空泡溃灭能在液体中产生较大的剪切力，该剪切力能打断大分子主链上的碳键并破坏微生物的细胞壁，达到降解高分子有机物和失活微生物的作用。空化技术应用在海水淡化：利用海水在空化时产生的高温、高压和雾化效应，能够加速海水的蒸发，增加海水的蒸发表面积，提高生产率，此种方法具有能耗低、性能稳定、可靠性高和便于操作的特点，因此将超声空化技术运用到海水淡化中具有广阔的发展前景。

空化技术应用在水力切割：在高压水射流中引入空化作用而形成空化射流是一种新型高效的射流，在相同条件下，空化射流有比普通射流强得多的切割、粉碎和钻孔的作用，在煤炭、石油、冶金、船舶等领域有广阔的应用前景。空化技术应用在清洗污垢：空化射流利用空泡溃灭产生的高温、高压清洗物体表面，会大大地提高水射流的清洗效果。空化技术应用在液液混合：空泡溃灭在液体中产生微射流和冲击波，促使非均相的两种液体快速高效的混合乳化。

专利号为CN200820099521.7的中国专利公开了一种液哨型超声空化喷嘴，该装置的特点是上游设有射流入孔的腔体和下游设有喷射出孔的喷嘴体，喷嘴体嵌设一带有尖劈的簧片。该发明把液哨型超声发生器结构和射流自振动空化结构有机的结合和统一，以此强化高压水射流的清洗和冲蚀力，其结构简单、空化效果好。但该装置受其结构的影响，空化区域小，通量小，不适合使用在处理量大的场合。

专利号为CN201020632791.7的中国专利公开了一种组合水力空化器，该发明在圆形管道中有机的结合了尾流空化的潜体、射流空化的孔板和超声空化的液哨簧片以强化空化效果。该装置液体的流动阻力大，且做工要求高，造价高。

专利号为CN201120324072.3的中国专利公开了一种尾涡空化旋转发生器，在该装置中，表面设有多排凸台的转子高速旋转，液体绕流过转子表面的某一个凸台后，凸台后方形成的瞬时低压产生空泡，空泡在下一个凸台的前方溃灭。液体绕流过多排凸台，因而液体多次空化，空化强度和空化效率得以提高。该装置液体通量大，但该装置有较大的液体轴向返混，从而影响空化效率的进一步提高。

发明内容

为克服背景技术中存在的缺陷，本实用新型改变以往液哨空化器液体高速流动而簧片不动的思路，采用液体相对静止而簧片高速运动的结构，以形成液体与簧片之间的相对高速运动，从而提供一种空化强度大、空化效率高、液体通量高、液体轴向返混小以及液体停留时间长的旋转液哨空化发生器。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：

旋转液哨空化发生器，包括同轴设置的转子、壳体和转轴，转子固定套设在转轴上，壳体罩设在转子外，所述壳体的两端设有轴承，所述转轴通过所述轴承与所述壳体可转动连接，且所述转轴的一端贯穿所述壳体并连接用于输出扭矩的动力装置；

所述壳体的两端与所述转轴之间设有密封装置，所述壳体的内壁面和所述转子的外壁面之间有间隙，且所述壳体的内壁面、所述转子的外壁面和所述密封装置围合成密封的内腔；

所述壳体的一端设有液体进口，所述壳体的另一端设有液体出口，所述液体进口和所述液体出口均与所述内腔相连通；

所述壳体内沿轴向间隔设有若干个环形隔板，且所述环形隔板的外周边固定在壳体的内壁面上；转子可转动地穿设在所述环形隔板的中心通孔内，且所述环形隔板将所述内腔分隔成若干个密封的分腔，相邻分腔之间的隔板上设有短管，相邻两个分腔通过所述短管连通；

位于每个分腔内的转子上均分布有若干个簧片，且所述簧片沿所述转子的径向固定在转子的外壁面上。

进一步，所述转子呈圆柱体状，且所述圆柱体的长度与圆柱体横截面直径的比值为0.001～1000：1。

进一步，壳体的内壁面和转子的外壁面之间的径向间隙与所述转子横截面的直径的比值为0.001～1000：1。壳体的内壁面和转子的外壁面之间的间隙包括径向间隙和轴向间隙。

进一步，所述簧片通过焊接或通过螺栓螺母与转子的外表面固定连接。

进一步，所述的环形隔板的外周边通过焊接与壳体的内表面固定连接。

进一步，所述的壳体、转子、簧片、环形隔板均采用不锈钢、碳钢或塑料材质制作。

进一步，所述壳体包括筒体和密封固定在筒体两端的圆形平板。进一步，每个分腔内的簧片数量相等。

进一步，所述簧片为直线式。

或者，所述簧片为波浪式。

进一步，所述密封装置为动密封。

进一步，所述短管沿轴向设置。

所述的轴向指的是转轴、转子和壳体的中心轴所在方向；所述的径向指的是转子(壳体或转轴)的横截面的直径所在的方向。

本实用新型的工作原理为：

在本实用新型中，壳体不动，转子随着转轴转动，使得液体相对静止而簧片高速运动。转子高速旋转，液体高速流过簧片，激发簧片高频振动，在簧片两侧的液体中发生空化泡的产生和溃灭，从而产生超声空化，如图3所示。

由于转子外表面安装多个簧片，因而会发生多次超声空化，对产生的空化效应起到积累和加强作用，大大提高空化强度和空化效果。

环形隔板把所述内腔分隔成数个独立的分腔，相邻的分腔通过环形隔板上的短管连通。液体在分腔内全混，然后通过短管进入下一个分腔。因而，液体在本实用新型的流动类似液体在串联的全混反应釜中的流动。分腔的数量越多，液体在本实用新型中的轴向返混越小，从而空化效果得以提高。

液体在分腔内沿周向逐渐被加速时，会沿轴向进入到下一个分腔内，由于短管的存在，在进入下一个分腔时，液体的周向速度为零，使得液体与簧片之间仍保持了最大的相对速度，从而提高空化效果。

本实用新型的有益效果主要表现在：

1、利用转子的高速旋转，液体高速流过簧片，激发簧片高频振动，产生超声波，在簧片两侧的液体中发生空化泡的产生和溃灭，从而产生超声空化。由于转子外表面安装多排簧片，因而就会发生多次超声空化，对产生的空化效应起到积累和加强作用，大大提高了空化强度和空化效果。

2、液体在本实用新型内停留的时间长。内腔的容积大小与壳体和转子之间的间隙大小、转子长度成正比，内腔容积除以液体体积流量即为液体停留时间。增大壳体和转子之间的间隙距离或增大转子长度都可以增大旋转液哨空化发生器的空隙体积。从图1可以看出，本实用新型的内腔容积明显大于孔板、文丘里管等空化设备，故在相同液体体积流量下，液体在本实用新型中的停留时间远大于孔板、文丘里管等空化设备，从而空化效果得以提高。

3、液体的轴向返混小。本实用新型的环形隔板把内腔分隔成数个独立的分腔，相邻的分腔通过环形隔板上的短管连通。液体在上一个分腔内全混，然后通过环形隔板上的短管进入下一个分腔。因而，液体在本实用新型的流动类似液体在串联的全混反应釜中的流动。分腔的数量越多，液体在本实用新型中的轴向返混越小，从而空化效果得以提高。

4、液体在上一个分腔内沿周向逐渐被加速时，同时沿轴向进入到下一个分腔内，但由于短管的存在，进入到下一个分腔时，液体的周向速度为零，使得液体与簧片之间仍保持了最大的相对速度，从而提高空化效果。

5、空化区域大。在整个转子外表面上都有空化泡的产生和溃灭，虽然每个簧片的空化区域是小的，但是整个转子外表面有多排簧片，所以总的空化区域很大。

6、可以根据具体需要调整本实用新型来控制空化强度和空化效应，如调整转子的直径、长度以及转速；调整转子外表面簧片的数量和排列方式；调整环形隔板的数量等，满足个性化需求，实用性强。

7、本实用新型结构简单、操作方便、设备利用率高，造价低，应用领域广。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中A-A向的剖视图；

图3是簧片高频振动在液体中产生超声空化的工作原理图；

图4是直线式簧片结构示意图；

图5是波浪式簧片结构示意图；

图6是在不同液量情况下羟自由基浓度与时间的关系示意图。

附图标记说明：液体进口1，转轴2，圆形平板3，转子4，壳体5，短管6，簧片(又称为液哨)7，密封装置8，轴承9，液体出口10，环形隔板11，转子外表面的液流方向示意箭头12，簧片高频振动示意箭头13，转轴的转动方向示意箭头14。

具体实施方式

旋转液哨空化发生器，包括同轴设置的转子4、壳体5和转轴2，转子4固定套设在转轴2上，壳体5罩设在转子4外，所述壳体5的两端设有轴承2，所述转轴2通过所述轴承与所述壳体5可转动连接，且所述转轴2的一端贯穿所述壳体5并连接用于输出扭矩的动力装置；

所述壳体5的两端与所述转轴之间设有密封装置8，所述壳体5的内壁面和所述转子4的外壁面之间有间隙，且所述壳体5的内壁面、所述转子4的外壁面和所述密封装置8围合成密封的内腔；

所述壳体5的一端设有液体进口1，所述壳体5的另一端设有液体出口10，所述液体进口1和所述液体出口10均与所述内腔相连通；

所述壳体5的内壁沿轴向间隔设有若干个环形隔板11，且所述环形隔板11的外周边固定在壳体5的内壁面上；转子4可转动地穿设在所述环形隔板11的中心孔内，且所述环形隔板11将所述内腔分隔成若干个密封的分腔，相邻分腔之间的隔板11上设有短管6，相邻两个分腔通过所述短管6连通；

位于每个分腔内的转子4上均分布有若干个簧片7(又称为液哨)，且所述簧片7沿所述转子4的径向固定在转子4的外壁面上。

所述转子4呈圆柱体状，且所述圆柱体的长度与圆柱体横截面直径的比值为0.001～1000：1。

壳体5的内壁面和转子4的外壁面之间的径向间隙与所述转子4横截面的直径的比值为0.001～1000：1。壳体的内壁面和转子的外壁面之间的间隙包括径向间隙(即筒体与转子之间的间隙)和轴向间隙(即圆形平板和转子端面之间的间隙)。所述簧片7通过焊接或通过螺栓螺母与转子4的外表面固定连接。

所述的环形隔板11的外周边通过焊接与壳体5的内表面固定连接。

所述的壳体5、转子4、簧片7、环形隔板11均采用不锈钢、碳钢或塑料材质制作。

所述壳体5包括筒体和密封固定在筒体两端的圆形平板3，且圆形平板3通过螺栓固定在筒体上。

每个分腔内的簧片7数量相等。

所述簧片7为直线式，即簧片呈直线状。

或者，所述簧片为波浪式，即簧片呈波浪状。

环形隔板11与壳体5的轴向相垂直，环形隔板11可沿着所述轴向等间距分布。

转子4高速旋转，液体高速流过簧片7，激发簧片7高频振动，在簧片7两侧的液体中发生空化泡的产生和溃灭，从而产生超声空化，如图3所示。由于转子4外表面安装多个簧片7，因而会发生多次超声空化，对产生的空化效应起到积累和加强作用，大大提高空化强度和空化效果。

液体在分腔内全混，然后通过短管6进入下一个分腔。因而，液体在本实用新型的流动类似液体在串联的全混反应釜中的流动。分腔的数量越多，液体在本实用新型中的轴向返混越小，从而空化效果得以提高。液体在分腔内沿周向逐渐被加速时，会沿轴向进入到下一个分腔内，由于短管的存在，在进入下一个分腔时，液体的周向速度为零，使得液体与簧片之间仍保持了最大的相对速度，从而提高空化效果。

现在结合实验说明本实用新型的优越性。

实验原理：以一定量的亚甲基蓝试剂与蒸馏水配置出一定浓度的亚甲基蓝水溶液，作为原料液注入储槽。原料液从储槽由液体进口进入本实用新型的内腔，从液体出口流出后回到储槽，并再次由液体进口进入本实用新型的内腔，如此不断循环。每隔一定时间在本实用新型的液体出口取样，测定样品吸光度的改变值，由吸光度的改变值得到亚甲基蓝浓度的改变值。亚甲基蓝浓度的改变值即为空化而产生的羟基自由基(·OH)浓度的改变值。而(·OH)浓度的大小可以反映出该实用新型的空化效果。产生的(·OH)浓度越高，说明空化效果越好。

图6是在转子转速为750转/分钟和温度35℃的条件下，不同液量下，羟自由基浓度与时间的关系图。其中横坐标表示的是时间，纵坐标表示的是本实用新型产生的羟基自由基(·OH)浓度。从图6可以看出，液量400L/h时的羟基自由基(·OH)浓度最大，这说明存在一个最佳液量，在该液量下，空化效果最好。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.旋转液哨空化发生器，包括同轴设置的转子、壳体和转轴，转子固定套设在转轴上，壳体罩设在转子外，所述壳体的两端设有轴承，所述转轴通过所述轴承与所述壳体可转动连接，且所述转轴的一端贯穿所述壳体并连接用于输出扭矩的动力装置；

所述壳体的两端与所述转轴之间设有密封装置，所述壳体的内壁面和所述转子的外壁面之间有间隙，且所述壳体的内壁面、所述转子的外壁面和所述密封装置围合成密封的内腔；

所述壳体的一端设有液体进口，所述壳体的另一端设有液体出口，所述液体进口和所述液体出口均与所述内腔相连通；

其特征在于：

所述壳体内沿轴向间隔设有若干个环形隔板，且所述环形隔板的外周边固定在壳体的内壁面上；转子可转动地穿设在所述环形隔板的中心通孔内，且所述环形隔板将所述内腔分隔成若干个密封的分腔，相邻分腔之间的隔板上设有短管，相邻两个分腔通过所述短管连通；

位于每个分腔内的转子上均分布有若干个簧片，且所述簧片沿所述转子的径向固定在转子的外壁面上。

2.如权利要求1所述的旋转液哨空化发生器，其特征在于：所述转子呈圆柱体状，且所述圆柱体的长度与圆柱体横截面直径的比值为0.001～1000：1。

3.如权利要求2所述的旋转液哨空化发生器，其特征在于：壳体的内壁面和转子的外壁面之间的径向间隙与所述转子横截面的直径的比值为0.001～1000：1。

4.如权利要求3所述的旋转液哨空化发生器，其特征在于：所述簧片通过焊接或通过螺栓螺母与转子的外表面固定连接。

5.如权利要求4所述的旋转液哨空化发生器，其特征在于：所述的环形隔板的外周边通过焊接与壳体的内表面固定连接。

6.如权利要求5所述的旋转液哨空化发生器，其特征在于：所述的壳体、转子、簧片、环形隔板均采用不锈钢、碳钢或塑料材质制作。

7.如权利要求6所述的旋转液哨空化发生器，其特征在于：所述壳体包括筒体和密封固定在筒体两端的圆形平板。

8.如权利要求7所述的旋转液哨空化发生器，其特征在于：每个分腔内的簧片数量相等。

9.如权利要求8所述的旋转液哨空化发生器，其特征在于：所述簧片为直线式。

10.如权利要求8所述的旋转液哨空化发生器，其特征在于：所述簧片为波浪式。