CN2893612Y - 超音速混合传输加热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型针对现有的无动力超速混合器存在的易堵塞、泵送效率低的问题，公开了一种侧向进汽轴向进液的等截面直通道超音速混合传输加热器，包括进口管件(1)、壳体(19)，进口管件(1)安装在壳体(19)中，其进料口(11)与送料装置相连，其出料口位于壳体(19)中，其特征是壳体(19)上设有混合物出口(6)和至少一个蒸汽进口(3)，且混合物出口(6)与进料口(11)位于同一轴线上；在壳体(19)中依次设有相贯通的稳压室(10)、环形渐缩室(9)、环形渐扩室(8)、混合室(5)，混合物出口(6)与混合室(5)相通。具有不易堵塞、效率高、适用范围广的优点。

Description

超音速混合传输加热器

技术领域

本实用新型涉及一种物理混合器，尤其是一种热、能和动力学转换、多相流混合及流体泵输的超音速汽-液-固三相混合传输加热装置，具体地说是一种超音速混合传输加热器。

背景技术

在食品、饮料、酿造、石油化工等领域普遍使用超音速两相流技术进行汽液、汽固的混合，它们利用高压蒸汽的热能经先渐缩后渐扩喷嘴转化成超音速气流动能，并与冷工作液直接接触产生汽液两相超音速流，经过变截面通道后产生激波，压力升高达到泵送和加热的作用，超音速湍流蒸汽与混合液直接接触达到充分混合作用。其结构简单、混合均匀、热交换及泵送效率高，无需外加搅拌传输装置。

其主要缺点在于，由于在混合液通道中采用变截面通道和固定的喉部截面面积，当蒸汽操作条件超过设计条件时，汽液两相超音速流很容易堵塞在喉部，其性能将受到影响。因此变截面通道对蒸汽操作条件要求较高。另外，由于变截面通道的喉部截面较小，仅适用于单一流体，当混合液中含有固体物质时很容易堵塞导致整个系统的停运。

专利号99256549.9、200420041986.9、200420041987.3的专利均公开了一种采用中心蒸汽喷嘴、环形冷进口的变截面通道结构。它们除了具有上述主要缺点外，还由于采用了侧向进水导致进水阻力增加，使其泵送效率降低、应用领域受到限制。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的无动力超音速混合器存在的易堵塞、泵送效率低的问题，设计一种侧向进汽轴向进液的等截面直通道超音速混合传输加热器。

本实用新型的技术方案是：

一种超音速混合传输加热器，包括进口管件1、壳体19，进口管件1安装在壳体19中，其加料口11与送料装置相连，其出料口位于壳体19中，其特征是壳体19上设有混合物出口6和至少一个蒸汽进口3，且混合物出口6与加料口11位于同一轴线上；在壳体19中依次设有相互贯通的稳压室10、环形渐缩室9、环形渐扩室8、混合室5，其中稳压室10位于蒸汽进口3下方的壳体与进口管件1之间，环形渐缩室9紧邻稳压室10，环形渐扩室8紧邻环形渐缩室9，环形渐扩室8的出口端与进口管件1的出料口处引成一超音速喷嘴7，混合室5紧邻超音速喷嘴7，混合物出口6与混合室5相通。

所述的环形渐缩室9、环形渐扩室8由进口管件1的位于壳体19中的一端的外表面与壳体19相对应部位的内表面配合形成。

所述的壳体19或为整体结构，或为由蒸汽进口件2和混合液出口件4组成，相应地所述的蒸汽进口3位于蒸汽进口件2上，其轴线与进口管件1的轴线相垂直，所述的环形渐缩室9、环形渐扩室8、超音速喷嘴7、混合室5、混合物出口6均位于混合液出口件4中，所述的进口管件1的出料端伸入混合液出口件4中，所述的环形渐缩室9、环形渐扩室8由进口管件1的位于混合液出口件4中的一端的外表面与混合液出口件4相对应部位的内表面配合形成。

或进口管件1在蒸汽进口件2中的安装位置可调，或混合液出口件4在蒸汽进口件2中的安装位置可调，进而实现环形渐缩室9、环形渐扩室8大小可调，最终实现超音速喷嘴7的大小可调，以适应不同的物料混合。

壳体19上至少设有一个与进口管件1相通的且轴线与进口管件1或垂直或轴向或径向相切的固体或难溶性液体进口18。

超音速喷嘴7由进口管件1的外表面和壳体19的内表面配合而成，且沿从进口管件1至混合物出口6的方向呈环形先渐缩后渐扩状。

本实用新型具有以下优点：

一、本实用新型的环形先渐缩后渐扩喷嘴喷出的超音速蒸汽气流沿混合室的壁面产生一个驼峰状的分离区，从而在混合室内靠超音速蒸汽气流自身创立了一个类似于先渐缩后渐扩管的自适应柔性边界，克服了现有技术中混合液通道物理性固定先渐缩后渐扩管的限制，它不仅扩大了适用条件，蒸汽压力的适用范围可扩大到2～12bar，而且拓宽了混合液的范围，可进行液-固混合传输。

二、等截面直通道和轴向进液减少了混合液的流动阻力，增加了本实用新型超音速汽-液-固三相流混合传输加热装置的传输效率。

三、先渐缩后渐扩环形蒸汽喷嘴的可调性。由于环形蒸汽喷嘴由内外两件组合而成。根据不同要求，调整环形蒸汽喷嘴喉部间隙，以达到不同汽液比，从而可从其本的混合、加热、传输用途，拓展到乳化、雾化等用途。

四、对于初始难溶于混合液的添加料如粉状和油性液体，采用附图2所示的装有一个或多个加料口的超音速汽-液-固三相流混合传输加热装置，分别连续均匀自然吸入。

五、本实用新型可用于食品、饮料、酿造、石油化工等需要混合、加热、传输等过程的场合。

六、以下是本实用新型超音速汽-液-固三相流混合传输加热装置的部分实验数据：

蒸汽进口压力：0.3～0.7Mpa；

蒸汽流量：110～220公斤/小时；

混合液流量：7100～14000公斤/小时；

混合液温度增加：12℃ ；

混合液出口水头(背压)：≥3m.

蒸汽流量和混合液流量随蒸汽进口压力线性增加，混合液温度和混合液出口水头增加保持恒定。根据不同用途，本实用新型超音速汽-液-固三相流混合传输加热装置可单个或多个串联在管道系统中使用，也可单个或多个并联在大容器中使用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图之一。

图2是本实用新型的结构示意图之二。

图3是本实用新型的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示。

实施例一。

一种超音速混合传输加热器，包括进口管件1、壳体19，进口管件1安装在壳体19中，其加料口11与送料装置相连，其出料口位于壳体19中，壳体19上设有混合物出口6、加料口18和一个蒸汽进口3，且混合物出口6与加料口11位于同一轴线上，其中的加料口18的数量可根据需要加设或去除，其上应安装有相应的开关阀门；在壳体19中依次设有相到贯通的稳压室10、环形渐缩室9、环形渐扩室8、混合室5，其中稳压室10位于蒸汽进口3下方的壳体与进口管件1之间，环形渐缩室9紧邻稳压室10，环形渐扩室8紧邻环形渐缩室9，环形渐扩室8的出口端与进口管件1的出料口处引成一超音速喷嘴7，混合室5紧邻超音速喷嘴7，混合物出口6与混合室5相通。其中的环形渐缩室9、环形渐扩室8由进口管件1的位于壳体19中的一端的外表面与壳体19相对应部位的内表面配合形成，即形成环形渐缩室9的渐变面可在进口管件1的表面上(如图1)，也可在壳体19的内表面上。

具体实施时环形渐缩室9、环形渐扩室8、超音速喷嘴7、混合室5、混合物出口6均位于壳体19中，所述的进口管件1的出料端伸入壳体19中，所述的环形渐缩室9、环形渐扩室8由进口管件1的位于壳体19中的一端的外表面与壳体19相对应部位的内表面配合形成。为了实现环形渐缩室9、环形渐扩室8大小可调，最终实现超音速喷嘴7的大小可调，进口管件1与壳体19可采用常规的可调式连接结构相连。

具体实施时超音速喷嘴7可由进口管件1的外表面和壳体19的内表面配合而成，且沿从进口管件1至混合物出口6的方向看呈环形先渐缩后渐扩状。

实施例二。

如图2所示。

一种超音速混合传输加热器，包括进口管件1、蒸汽进口件2、混合液出口件4，进口管件1安装在蒸汽进口件2中，其加料口11与送料装置相连，其出料口位于混合液出口件4中，混合液出口件4上设有混合物出口6，蒸汽进口件2上设有加料口18和一个蒸汽进口3，加料口18与进口管件1相通、且轴线与进口管件1或垂直或轴向或径向相切。混合物出口6与加料口11位于同一轴线上，其中的加料口18的数量可根据需要加设或去除，其上应安装有相应的开关阀门；在相互配合的蒸汽进口件2、混合液出口件4的内腔中依次设有相互贯通的稳压室10、环形渐缩室9、环形渐扩室8、混合室5，其中稳压室10位于蒸汽进口3下方的蒸汽进口件2与进口管件1之间，环形渐缩室9紧邻稳压室10，环形渐扩室8紧邻环形渐缩室9，环形渐扩室8的出口端与进口管件1的出料口处引成一超音速喷嘴7，混合室5紧邻超音速喷嘴7，混合物出口6与混合室5相通。其中的环形渐缩室9、环形渐扩室8由进口管件1的位于混合液出口件4中的一端的外表面与混合液出口件4内腔相对应部位的内表面配合形成，即形成环形渐缩室9的渐变面可在进口管件1的表面上，也可在混合液出口件4的内表面上。

具体实施时为了实现环形渐缩室9、环形渐扩室8大小可调，最终实现超音速喷嘴7的大小可调，进口管件1与蒸汽进口件2可采用常规的可调式连接结构相连，混合液出口件4与蒸汽进口件2也可采用常规的可调式连接结构相连。

本实施例的加料口18主要用于混合液为粉状、难溶性液体时使用的结构，初始加入混合时，可采用装有加料口18的超音速汽-液-固三相流混合传输加热装置。由于混合液在蒸汽喷嘴上游的通道内流动，通道内压力减少，可使在加料口11处的粉状或难溶性液体能连续均匀自然吸入，并流向混合室混合。当添加料全部加入形成初始混合液后，可关闭加料口18。

具体实施时超音速喷嘴7可由进口管件1的外表面和混合液出口件4的内表面配合而成，且沿从进口管件1至混合物出口6的方向看呈环形先渐缩后渐扩状。

本实用新型的工作原理为：

如图3所示，高压蒸汽由蒸汽进口3进入稳压室10，经环形先渐缩室9、环形渐扩室8和超音速蒸汽喷嘴7后，产生低压(20kPa)低温超音速蒸汽气流(1000m/s)，完成蒸汽热能向超音速蒸汽气流动能的第一次转换。超音速蒸汽气流一方面与混合室壁面产生了一个驼峰状的分离区13，创立了一个类似于先渐缩后渐扩管的柔性边界14；另一方面，在混合室5中与来自上游的混合液(液-液，液-固)12直接渗透接触，弥散混合产生汽液两相超音速流低压区，以达到吸引上游混合液的作用。汽液两相流在混合室5内速度逐步减少，超音速蒸汽气流动能进一步交换成混合液的热能，汽液进一步混合后形成混合物17，此时蒸汽潜能大部分转换成混合液的热能，蒸汽冷凝成液体并产生冷凝激波16，汽液两相流经激波后变成液(液固)相，压力出现增跃，推动混合液流向下游混合液出口6(见附图1、2)。根据进口蒸汽压力及喉部间隙，柔性先渐缩后渐扩边界大小及冷凝激波位置可前后移动，达到自适应的效果。同时，进口蒸汽压力及喉部间隙大小决定超音速蒸汽湍流的强度和蒸汽流量及汽液比，达到不同的混合效果，如乳化、雾化等。

Claims (6)

1、一种超音速混合传输加热器，包括进口管件(1)、壳体(19)，进口管件(1)安装在壳体(19)中，其进料口(11)与送料装置相连，其出料口位于壳体(19)中，其特征是壳体(19)上设有混合物出口(6)和至少一个蒸汽进口(3)，且混合物出口(6)与进料口(11)位于同一轴线上；在壳体(19)中依次设有相互贯通的稳压室(10)、环形渐缩室(9)、环形渐扩室(8)、混合室(5)，其中稳压室(10)位于蒸汽进口(3)下方的壳体与进口管件(1)之间，环形渐缩室(9)紧邻稳压室(10)，环形渐扩室(8)紧邻环形渐缩室(9)，环形渐扩室(8)的出口端与进口管件(1)的出料口处引成一超音速环形喷嘴(7)，混合室(5)紧邻超音速喷嘴(7)，混合物出口(6)与混合室(5)相通。

2、根据权利要求1所述的超音速混合传输加热器，其特征是所述的环形渐缩室(9)、环形渐扩室(8)由进口管件(1)的位于壳体(19)中的一端的外表面与壳体(19)相对应部位的内表面配合形成。

3、根据权利要求1或2所述的超音速混合传输加热器，其特征是所述的壳体(19)或为整体结构，或为由蒸汽进口件(2)和混合液出口件(4)组成，相应地所述的蒸汽进口(3)位于蒸汽进口件(2)上，其轴线与进口管件(1)的轴线相垂直，所述的环形渐缩室(9)、环形渐扩室(8)、超音速喷嘴(7)、混合室(5)、混合物出口(6)均位于混合液出口件(4)中，所述的进口管件(1)的出料端伸入混合液出口件(4)中，所述的环形渐缩室(9)、环形渐扩室(8)由进口管件(1)的位于混合液出口件(4)中的一端的外表面与混合液出口件(4)相对应部位的内表面配合形成。

4、根据权利要求2或3所述的超音速混合传输加热器，其特征是或进口管件(1)在蒸汽进口件(2)中的安装位置可调，或混合液出口件(4)在蒸汽进口件(2)中的安装位置可调。

5、根据权利要求1所述的超音速混合传输加热器，其特征是壳体(19)上至少设有一个与进口管件(1)相通的且轴线与进口管件(1)或垂直或轴向或径向相切的固体或难溶性液体进口(18)。

6、根据权利要求1或3所述的超音速混合传输加热器，其特征是所述的超音速喷嘴(7)由进口管件(1)的外表面和壳体(19)的内表面配合而成，且沿从进口管件(1)至混合物出口(6)的方向呈环形先渐缩后渐扩状。