CN219730612U - 锥形多级环隙的空化发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种锥形多级环隙的空化发生器，包括空化柱体，所述空化柱体的前端板中心设有物料进口，空化柱体的入口段内腔设有：三级锥筒体，固定于空化柱体的入口段内腔，内壁设有三道过流直径逐渐放大的锥形环；活动截流锥，位于所述三级锥筒体的内腔且能够轴向移动，其锥形外壁与各所述锥形环之间留有锥环隙；第一道锥形环的内缘对称设有多个沿料流方向吹出的发散通气孔，各发散通气孔的根部与锥形环径向孔的内端头相连通，各锥形环径向孔的外端头与所述三级锥筒体外壁的环形气槽相通，所述环形气槽与所述空化柱体上的柱体空气进口相通。该空化发生器可形成不同环隙截面积，实现多次空化，提高空化效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种空化发生器，尤其涉及一种锥形多级环隙的空化发生器，可用于食品加工、废水处理等工序，属于空化设备技术领域。
背景技术
水力空化现象是流体流过一个限流区域(孔板、文丘里管、环隙等)时内部压力下降，当压力降至液体在该温度下的饱和蒸汽压时，液体开始汽化而产生大量空化汽泡，空化汽泡在流经瞬间扩大流道时，液体压力上升，空化汽泡体积急剧缩小直至溃灭，在其溃灭瞬间伴有高温、高压、强烈的冲击波和微射流。利用空泡溃灭时释放的巨大瞬间能量能够破坏化学链、加快反应进程，故水力空化在废水处理、食品、强化反应过程等领域得到广泛运用。
目前国内外研究者一般认为用空化值δc来判定空化发生强弱，δc＜1有空化发生可能，空化值δc越小，空化反应越剧烈；可以看出局部静压P、液体速率V是重要的控制参数。根据流体静压能、动能的转变关系、静压P、速率V反比关系，可以得出空化强弱由速率V、静压P主导，同时流体流经的边界条件也会对空化产生影响；对工业运用的水力空化器而言，空化泡产生和空化泡溃灭一直是研究的方向。
空化数Cv的计算公式为：Cv＝2(P-PV)/(ρV2)，其中CV是空化数，P是液体板后静压，Pv是液体饱和蒸汽压，ρ是液体的密度，V是液体的速度。
目前国内外空化器设计基本靠单级或串联多级固定孔孔板或由内部阻流体和外腔体之间形成的环隙来强制流体截流、流速急增、失压产生空化泡，当流体流经截面增大，压力升高、气泡溃灭，达到强化反应的功效。
空化数Cv(空化强度)随着液体局部静压增加而增加，随空化元件孔或狭窄喉部的速度增大而减少。研究表明，理想条件下空化开始发生通常Cv＝1(Cv起始)；当Cv＜1时空化效应显著。然而在很多情况下，由于存在少量溶解气体和悬浮颗粒，在CV大于1时也能产生空化泡。溶解的气体和悬浮的粒子负责产生引发空化所需的核。Cv值越小虽然空化泡生成数量增加，但空化泡坍塌的强度会降低，阻塞空化、即所谓的超级空化，空化泡开始相互合并，形成空泡云，流体由两相气泡流转变为两相环形射流，中心液核被环形蒸汽云覆盖，不利于产生更多的能量和活性自由基。常规污水处理时，空化状态应介于起始空化和阻塞空化之间。
公开号为CN105858862A的中国发明专利申请，公开了一种臭氧与壅塞空化协同的污水处理装置，包括水接头、中间体、壅塞体和背压罩，中间体和壅塞体配合形成环形喷嘴，壅塞体和被压罩配合形成溃灭腔，壅塞体中间的通孔形成壅塞管，中间体的径向孔形成臭氧接口和轴向孔形成臭氧喷嘴，背压罩的径向孔形成背压孔。该发明中，臭氧通过壅塞体喷嘴处特殊流场(流体流速最高、静压强低)产生的局部真空被吸入，臭氧气泡汇同污水通过壅塞截面后空化产生大量微气泡，增加臭氧与污水的接触面积，提高污水的降解处理能力。该中间体和壅塞体环间隙固定、空化强度不可调节控制，在加上气体加入后很容易形成气液喷射，阻塞空化产生，形成空泡云，中心液核被环形蒸汽云覆盖，不利于产生更多的能量和活性自由基，反应降解不够充分，另一方面溃灭腔通过覆盖背压孔的流通面积调节控制气泡溃灭强度，调节范围有限。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种锥形多级环隙的空化发生器，可形成不同环隙截面积，实现多次空化，提高空化效率。
为解决以上技术问题，本实用新型的一种锥形多级环隙的空化发生器，包括空化柱体，所述空化柱体的前端板中心设有物料进口，空化柱体的入口段内腔设有：
三级锥筒体，固定于空化柱体的入口段内腔，内壁设有三道过流直径逐渐放大的锥形环；
活动截流锥，位于所述三级锥筒体的内腔且能够轴向移动，其锥形外壁与各所述锥形环之间留有锥环隙；
第一道锥形环的内缘对称设有多个沿料流方向吹出的发散通气孔，各发散通气孔的根部与锥形环径向孔的内端头相连通，各锥形环径向孔的外端头与所述三级锥筒体外壁的环形气槽相通，所述环形气槽与所述空化柱体上的柱体空气进口相通。
作为本实用新型的改进，所述活动截流锥的锥形外壁与所述锥形环之间的锥环隙沿料流方向逐级增大。
作为本实用新型的进一步改进，后一级锥环隙宽度与相邻前一级锥环隙宽度比为(1.1～1.4)：1。
作为本实用新型的进一步改进，所述活动截流锥的外壁母线与轴线之间的夹角为17°。
作为本实用新型的进一步改进，所述空化柱体的中段设有扩径的出料段柱体，所述出料段柱体的前侧圆周上均匀设有多个物料出口，各物料出口的后侧设有能够沿轴向平移的活动靶向板，所述活动靶向板的外缘设有密封圈与所述出料段柱体的内壁实现密封。
作为本实用新型的进一步改进，所述空化柱体的后端覆盖有后端盖，所述后端盖的中心通过后端盖轴承支撑有能够转动且轴向固定的螺母座，所述螺母座的内螺孔中旋接有滑动螺杆套，所述滑动螺杆套的外端头安装有大手轮，所述滑动螺杆套的内端头驱动所述活动靶向板平移。
作为本实用新型的进一步改进，所述滑动螺杆套的内端头通过法兰与活塞的后端面相连，所述活塞的外周通过活塞外密封圈与所述空化柱体的内壁实现密封，所述活塞的前端固定有轴套，所述轴套的前端固定在所述活动靶向板的中心。
作为本实用新型的进一步改进，所述轴套的内腔设有芯轴，所述芯轴的前端固定连接在所述活动截流锥的后端中心，所述芯轴的中段穿过所述活塞的中心孔且通过外螺纹与所述滑动螺杆套的内螺纹相旋接，所述芯轴的外端头安装有小手轮。
相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：1、可形成不同环隙截面积、可实现多级空化，可避免阻塞空化发生，且锥环隙的宽度可以调节；
2、在环隙第一级锥环隙的处通入空气，激发更多的空化泡的产生，空化泡生成后破裂产生的局部爆破力强，空化效果好；
3、在溃灭腔室设置可移动的活动靶向板调节气泡与壁面的撞击距离和溃灭空间，使大气泡由于撞击作用生成纳米级小微粒，显著促进分子间剧烈碰撞，伴随微射流、剪切流、高强混合、深度反应、减少化学剂的添加量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。
图1为本实用新型锥形多级环隙的空化发生器的主视图；
图2为图1沿A-A的剖视图；
图3为图1中三级锥筒体部位的放大图；
图中：1.空化柱体；1a.物料进口；1b.柱体空气进口；1c.物料出口；1d.柱体内台阶；2.三级锥筒体；2a.锥形环；2b.环形气槽；2c.锥形环径向孔；2d.发散通气孔；3.活动截流锥；4.活动靶向板；5.后端盖；5a.后端盖轴承；6.螺母座；6a.大手轮；7.滑动螺杆套；8.活塞；9.轴套；9a.衬套；10.芯轴；10a.小手轮。
具体实施方式
在本实用新型的以下描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指装置必须具有特定的方位。料流先流经的部位为“前”，后流经的部位为“后”。
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。
如图1至图3所示，本实用新型锥形多级环隙的空化发生器包括空化柱体1，空化柱体1的前端板中心设有物料进口1a，空化柱体1的入口段内腔设有三级锥筒体2，三级锥筒体2的内壁设有三道锥形环2a，锥形环2a的高度沿料流方向逐级递减。即第三道锥形环的过流孔直径大于第二道锥形环的过流孔直径，第二道锥形环的过流孔直径大于第一道锥形环的过流孔直径。活动截流锥3的外壁母线与轴线之间的夹角为17°。
三级锥筒体2的内腔设有活动截流锥3，锥形外壁与各锥形环2a之间留有锥环隙，通过轴向移动活动截流锥3，可形成不同环隙截面积、可实现多次空化，沿流体方向三级锥环隙宽度逐级增大，第一级锥环隙宽度S1＜第二级锥环隙宽度S2＜第三级锥环隙宽度S3，后一级锥环隙宽度与相邻前一级锥环隙宽度比为(1.1～1.4)：1。这样设计，虽末级空化稍减弱了些，但可实现多级的空化，而且锥环间隙调整可控制空化强度避免阻塞空化发生。
第一道锥形环的内缘对称设有多个沿料流方向吹出的发散通气孔2d，各发散通气孔2d的根部与锥形环径向孔2c的内端头相连通，各锥形环径向孔2c的外端头与三级锥筒体2外壁的环形气槽2b相通，环形气槽2b与空化柱体1上的柱体空气进口1b相通。锥形环径向孔2c通常对称设有四个，压缩空气从柱体空气进口1b进入空化柱体内腔，沿环形气槽2b进入四个锥形环径向孔2c中向内流动，最后转弯从发散通气孔2d流出，发散通气孔2d的轴线平行于三级锥筒体2的轴线。
在第一级锥环隙处通入空气，该区域流体速度最快、静压最低，气体能轻松被吸入空化腔室。空化泡产生的机理除低压环境、低压作用时间外，还需要空化核也叫气核，当流体的局部压力很低时，气核就会膨胀，由于气泡内压强很低，在气泡及液体水的界面上会产生“蒸发”现象，水蒸汽进入气泡内与不溶解气体混合，形成空化泡，并使空化泡得以加速生长。通过气体加入强化空化泡的生成，提高空化的效果。对于植物油加酸加碱工况也有很高的适用价值，由于油的沸点很高，工艺物料中的水分含量也很低，通过添加少量气体能够激发更多的空化泡的产生，空化泡生成后破裂产生的局部爆破力打断钙镁盐、非水化磷脂分子链，将非水化磷脂转变成水化磷脂通过加水絮凝成胶体得以去除，减少添加酸碱的用量、副产品的量、提高油的得率。
空化柱体1的中段设有扩径的出料段柱体，出料段柱体的前侧圆周上均匀设有多个物料出口1c，各物料出口1c的后侧设有活动靶向板4，活动靶向板4的外缘设有密封圈与出料段柱体的内壁实现密封。
空化柱体1的后端覆盖有后端盖5，后端盖5的中心孔通过后端盖轴承5a支撑有螺母座6，后端盖轴承5a的内圈内端面抵靠在螺母座6的根部外台阶上，后端盖轴承5a的内圈外端面通过卡簧与螺母座6轴向固定。后端盖轴承5a的里侧设有骨架油封进行密封。
螺母座6的内螺孔中旋接有滑动螺杆套7，滑动螺杆套7的外端头安装有大手轮6a，滑动螺杆套7的内端头通过法兰与活塞8的后端面相连，活塞8的外周通过活塞外密封圈与空化柱体1的内壁实现密封，活塞8的前端固定有轴套9，轴套9的前端固定在活动靶向板4的中心。
转动大手轮6a时，螺母座6跟随转动但轴向位置不变，与其旋接的滑动螺杆套7沿轴向平移，滑动螺杆套7的内端头牵引活塞8轴向平移，活塞外密封圈阻止流体向活塞8的外侧空间泄漏。活塞8通过轴套9牵引活动靶向板4平移，以改变出料段的腔体空间，调节气泡与壁面的撞击距离和溃灭空间，使大气泡由于撞击作用生成纳米级小微粒，显著促进分子间剧烈碰撞，伴随微射流、剪切流、高强混合、深度反应，对于污水处理来说可以减少化学剂的添加量。
轴套9的内腔设有芯轴10，芯轴10前端的小径段插入活动截流锥3后端中心的沉孔中，通过穿心螺钉固定连接。芯轴10的中段穿过活塞8的中心孔，活塞8的内壁通过活塞内密封圈与芯轴10的外壁实现密封。
轴套9的前端口嵌装有衬套9a，衬套9a的内壁与芯轴10的外壁过渡配合，确保导向准确。芯轴10穿过滑动螺杆套7的部位设有外螺纹，与滑动螺杆套7的内螺纹相旋接，芯轴10的外端头安装有小手轮10a。
转动小手轮10a时，芯轴10相对于滑动螺杆套7轴向移动，牵引活动截流锥3轴向平移，改变与三级锥筒体2的各锥形环2a之间的锥环隙宽度。
出料段柱体的前端内壁设有对活塞8进行限位的柱体内台阶1d，防止活塞8滑入出料段柱体中。
以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点，非因此局限本实用新型的专利保护范围，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制。除上述实施例外，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还可以有其他实施方式。本实用新型还会有各种变化和改进，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。
Claims (8)
1.一种锥形多级环隙的空化发生器，包括空化柱体，所述空化柱体的前端板中心设有物料进口，其特征在于，空化柱体的入口段内腔设有：
三级锥筒体，固定于空化柱体的入口段内腔，内壁设有三道过流直径逐渐放大的锥形环；
活动截流锥，位于所述三级锥筒体的内腔且能够轴向移动，其锥形外壁与各所述锥形环之间留有锥环隙；
第一道锥形环的内缘对称设有多个沿料流方向吹出的发散通气孔，各发散通气孔的根部与锥形环径向孔的内端头相连通，各锥形环径向孔的外端头与所述三级锥筒体外壁的环形气槽相通，所述环形气槽与所述空化柱体上的柱体空气进口相通。
2.根据权利要求1所述的锥形多级环隙的空化发生器，其特征在于：所述活动截流锥的锥形外壁与所述锥形环之间的锥环隙沿料流方向逐级增大。
3.根据权利要求2所述的锥形多级环隙的空化发生器，其特征在于：后一级锥环隙宽度与相邻前一级锥环隙宽度比为(1.1～1.4)：1。
4.根据权利要求1所述的锥形多级环隙的空化发生器，其特征在于：所述活动截流锥的外壁母线与轴线之间的夹角为17°。
5.根据权利要求1所述的锥形多级环隙的空化发生器，其特征在于：所述空化柱体的中段设有扩径的出料段柱体，所述出料段柱体的前侧圆周上均匀设有多个物料出口，各物料出口的后侧设有能够沿轴向平移的活动靶向板，所述活动靶向板的外缘设有密封圈与所述出料段柱体的内壁实现密封。
6.根据权利要求5所述的锥形多级环隙的空化发生器，其特征在于：所述空化柱体的后端覆盖有后端盖，所述后端盖的中心通过后端盖轴承支撑有能够转动且轴向固定的螺母座，所述螺母座的内螺孔中旋接有滑动螺杆套，所述滑动螺杆套的外端头安装有大手轮，所述滑动螺杆套的内端头驱动所述活动靶向板平移。
7.根据权利要求6所述的锥形多级环隙的空化发生器，其特征在于：所述滑动螺杆套的内端头通过法兰与活塞的后端面相连，所述活塞的外周通过活塞外密封圈与所述空化柱体的内壁实现密封，所述活塞的前端固定有轴套，所述轴套的前端固定在所述活动靶向板的中心。
8.根据权利要求7所述的锥形多级环隙的空化发生器，其特征在于：所述轴套的内腔设有芯轴，所述芯轴的前端固定连接在所述活动截流锥的后端中心，所述芯轴的中段穿过所述活塞的中心孔且通过外螺纹与所述滑动螺杆套的内螺纹相旋接，所述芯轴的外端头安装有小手轮。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |