CN85105455A - 用于输送和有效地混合(均匀化)两种或多种液体(气体)，并使其液体的比例恒定但可调的混合泵 - Google Patents

Abstract

用于传送和按一恒定比例混合两种或两种以上液体或气体的混合泵，它包括有一双作用泵，该双作用泵适于在其第一冲程时，把泵缸中活塞2一端第一腔体中的液体V₁送入泵缸的第二腔体中，使液体V₁与从贮存罐5进入的液体V₂混合，双作用泵在其第二冲程时，把混合液体V₁+V₂送入泵缸以外的贮存罐中，同时把液体V₁吸入所说的第一腔体。

Description

本发明涉及一混合泵，通过泵的作用可以将两种或多种液体从各液体成分的贮存箱送到混合产品的贮存箱，同时使液体非常有效地混合，并使液体中各种成分的比例恒定，也可以根据需要调节。

在许多工业领域，特别是化学工业和燃料工业，需要把两种或更多种液体有效地混合在一起，并使其含量比例恒定（可调）。对真正高效的混合（在微相上），并得到恒定的比例（与容量无关）的要求是十分严格的，在过去几年，依靠技术上的精心设计，这些要求还是能够实现的，但解决问题的办法通常是非常复杂并非常昂贵。

显然，利用现代先进的技术，一个具有下列一个或多个装备如：测量泵，泵，流量控制元件，调节阀，各种混合设备如静态混合器等的工厂，以及最新的技术数据，上述要求是可以达到的，但通常这些设备非常复杂和昂贵，而且操作上稍有差错极易导致损坏。

本发明所提供的混合泵，在许多种情况下，都可非常简单又非常经济地解决问题，并且非常可靠。

混合两种或两种以上液体通常是件复杂的事情，混合两种完全相溶的，粘度低的液体还比较容易。但更多时候人们面临的是下面一种或几种问题：

1、具液体粘度很高，

2、液体之间温差很大

3、各液体是不相溶的

即使液体相溶，但其粘度很高，或者温差很大（1、和2），有效的混合也不容易。

这里，关键的是“能量”，因为，只有足够的能量才能在一短暂的时间里使各种成份的液体得到非常充分的混合。

在液体不相溶的情况下，为得到满意的乳液，对设备和能量供给都有特殊的要求，根据设备和供给的能量，制出的乳液可以是“粗分散相”或“细分散相”。

有些乳液是稳定的（或者是几乎稳定的），也就是说，它们能保持很长的时间不分解。

稳定性不但与液体本身有关，也与乳化过程的效率有关（设备，能量供给）。

另外一些乳液很不稳定，在很短的时间内就会分解，除非添加“乳化剂”。（乳化剂是一种化合物，起增加乳液稳定性的作用）。

水一燃油乳液和水一柴油乳液是广为人知的典型的两种乳液。

水一燃油乳液具有天然的稳定性，（含表面活化剂）用合适的设备，并供给合适的能量，就能制成乳液，可保持稳定几年。

水一柴油乳液却非常不稳定，不论使用的设备多么有效，也不论供给多大的能量，乳液还是在很短的时间内就分解。

最后，需要指出的是，在许多情况下，要混合的液体本身就是不均匀的，（例如燃油），所以，理想的混合设备的重要性超过混合方法，并且必须注意液体本身的条件（均匀性）。

本发明所提供的混合泵能满足这一要求。

上面所提到的问题涉及到混合的效率，这是问题复杂性的一个方面。

另一方面液体的比例这一点并不是一点不重要，-这个比例通常是恒定的，并与所生成的液体的比例无关。此外，液体比例的调节应很容易。

最后，比例必须是恒定的，即使在1∶10到1∶100的情况下。

上面所提及的所有问题都可由本发明所提供的混合泵解决，其方法，并不复杂。

制造混合物通常有两种不同的方法，一种是不连续的，即在容器中加入适量的各种液体并使其混合，另一种是连续的，即，通过测量泵，流量控制元件，流量测量元件，喷咀，注流孔等向混合设备中连续不断地供给各种液体。

本发明所提供的混合泵，在某种程度上是介乎于这两种极端的情况之间，即它不连续-连续地工作，也就是，混合泵每分钟产生几次少量的混合物，并使各种成份的比例恰到好处。

混合泵的排量不但与泵的尺寸有关，而且取决于每分钟注液的次数以及泵是否处于工作状态。

这最后两点使混合泵的排量有可能处于零和最大限度之间。

通过参考附图对本发明进行详细说明。其中：

图1.是一个双作用泵缸的剖面简图。示出了在活塞第一冲程时的运动和液体的流动。

图2.与图1相同、但表示活塞第二冲程的运动和液体的流动。

图3.为剖面简图，表示带有节流元件的混合泵的一个结构。

图4.在一分离油缸中带有第一节流元件的混合泵结构。

图5.本发明的单作用、偶连泵油缸的结构图。

a.用于混合两种成分

b.用于混合三种成分。

图1，混合泵的心脏部分是一带有活塞2的泵缸1，这一结构在活塞泵，蒸气机和液压传动系统中已经利用。此泵缸是一双作用缸，即活塞的两面（右和左腔室）都参与泵作用，泵缸在活塞来、回运动（第1和第2冲程）过程中都工作。在被活塞隔开的两个腔室中是两种混合成份。

这是发明的最佳结构。

这是因为这种结构有某种特定的优点，而且非常简单，要求空间小，密封问题不很严格，但这些特点绝没有任何约束，发明所提供的结构也包括分离、单作用偶连的泵缸，这里，每一个泵缸泵一种单独的液体。这种情况最好用于混合比如两种以上的液体。

图1示出了活塞在向左方的冲程时，将液体V₁从左腔室泵入液体V₂，同时，液体V₂从其贮存罐5中被吸入右腔室。

图2，是活塞完成第一冲程后，向右边运动（第二冲程）时的情况。由于系统中止回阀（单向阀）7、8和9的作用，在右腔室中V₁+V₂的混合液开始排出泵缸，混合液被压通过止回阀10和出口管道11，进入V₁+V₂混合液的贮存罐。同时，液体V₁从其贮存罐4中被吸入左腔室。

很明显，如果左腔室中所有V₁液体都流入右腔室，那么液体V₂将无法进入右腔室。

混合两种液体，并按照所需要的不同比例混合，就必须要有一定量的液体V₁流回贮存罐，而不是流入右腔室。

一定量的液体V₁的“隔离”是利用在图1，图2，图3和图4中所示出的调节装置6来完成。混合泵中的这一部件在实际应用中可根据混合泵的用途用多种不同方法制造。

调节装置也需要根据液体中各种成份的比例是恒定的（但仍可调）还是需要容易调节的而选择。

调节装置（6）例如可以是如图1、2、3、4中所示的一个压力调节阀或是一个流量控制阀，但也可以只是一个注流孔或喷嘴，使回到贮存罐（4）中的V₁有个恒定的排量。

以上解释以及图1和图2，解决了发明中关于两种（最终更多）液体的恒定比例（但仍可调）的有关问题。

本发明这部分的特点在于，双冲程活塞混合泵，其活塞从极右端位置（图1，图2）到极左端位置，然后再返回到极右端位置，形成一个完整的循环，也就产生了一定量的两种或多种成份的的混合液。每一次循环都产生比例完全一样的两种液体混合液，混合泵的排量与单位时间内循环的次数有关。

几乎所有比例都是可以得到的。由图1和图2可见：如果连接贮存罐（4）的调节元件（6）完全开启，将导致混合液中是百分之百的V₂，而当调节元件（6）完全密闭时，混合液几乎是百分之百的V₁。

在这两个极端比例之间的比例都有可能得到。

这是本发明对得到一个混合液的恒定比例所做出的贡献。发明的另一部分是对得到一两种或多种高效混合的液体的贡献。

正如以前所提到过的，快速有效地混合液体是件非常困难的事情，取决于液体的成份，尤其是它们不均匀时，混合更为困难。而且在任何情况都要提供能量。

只有提供足够的能量才能克服那些试图阻碍混合的力，如表面张力、剪切力等。

本发明所提供的混合泵，在这方面具有绝对的优势，由于结构允许，它可以精确地提供混合所需要的能量。只存在一提供的效果问题。当然最后还有一不可忽视的问题：能量消耗。

能量用来迫使液体混合液经过一高压力落差，这就要求有一节流元件，在这个节流元件上能产生高压降。

这种节流元件可以是注流孔、喷嘴、小孔、烧结材料等。在均一化方法中存在有多种结构的节流元件可供使用，在本发明中使用那种节流元件并不重要。

重要的是要使压力差高到足以使液体有效混合，而且最后不均匀的成份要被均匀化。

图3和图4示出了在两种不同形式的混合泵结构中的节流元件。

在图3中，液体V₁通过缸壁被喷雾到液体V₂中去，而在图4中，V₁是被喷雾到一个分离腔（泵缸）中。

这两种结构只是本发明特征的众多可能性中的两个例子，它们并不排除基于相同原理之上的其它结构。

无论在图3中还是在图4中，液体V₁都是在V₂的吸入或流向缸内（第1冲程）的过程中，通过节流元件12传送到液体V₂中。

这里，容易相溶的液体已经很好地混合了。

如果这两种液体是不相溶的，那么V₁将以雾状喷到溶液V₂中去，并以微滴的形式存在于V₂中。

混合乳液被泵出缸后（第二冲程），又通过了另一个节流元件（13），在此引起压力落差，这里，可溶的液体混合物被最后彻底混合，而不可溶的液体混合物被彻底均匀化。

如果液体V₂从一开始就是不均匀的，那么这种方法对V₂也有效。

发明所提供的混合泵，在混合效率方面（乳状化，均匀化）有其优越性，由于能够自由地调节通过节流元件的压力差，可以满足所需要的混合质量。

压力落差只涉及节流元件的阻尼和活塞速度的问题，由于混合泵缸（液压缸非常适合）通常选择能承受200巴的压力，因此对每一所需用途都能找到一相适合的压力差。

在绝大多数情况下，都是在相对于能量消耗，仔细考虑了混合液的质量之后，才确定压力落差。

以上所述的主题主要是描述了两种或多种液体的混合。

当然，根据发明的原则，其中之一种或所有的多种液体都可以被一种或多种气体来代替。

将一种气体与一种液体（可溶的或不可溶的）混合，或是将两种或多种气体混合也是可能的。

本发明对一种或多种气体混合的解释与对液体混合的解释是相同的，这里不再重复。

对于一种或多种气体混合，象混合液体所具有的优越性一样，也可以得到非常有效混合好的（均匀的）各种成份比例一定的（也可调节）的气体。

现在，液压技术已发展到一很高的水平，双作用缸的工作非常可靠，而且，由于它的结构非常合理，因此通常来说是最佳的选择。

根据本发明，混合泵的结构也不排除可以做成分离的单作用式偶连缸类型。在某些情况下，这种结构反而更好，例如当要混合两种以上液体/气体时）。

图5示出了两个分离、偶连缸例子的结构。

图5a是混合两种成份的例子，而图5b是混合三种成份的例子。

以上讲述的有关对双作用缸的解释，从字面上也同样适用于对两个或多个单作用缸的解释。

本发明所提供的混合泵，可以用来完成各种类型的要求恒定比例和有效混合的混合任务。以下所给出的例子绝不限制本申请所具有的广泛的适用领域。

这里只给出一个往重燃油中加入水的例子，仅从这一单独的领域展示本发明所具有的效力。

实例

这是一个广为人知的例子，将水与燃油混合改善燃烧，减少微粒子的排放量。

乳化到燃油中的水质越不纯，燃油越不均匀，需加入的水就越多，以得到良好的燃烧。利用效率不高的设备，可以加入百分之十至百分之二十的水。

而用效率较高的设备，这一水比例可能降到百分之五，但是，即使用这样的设备，对于那些不能很好地均匀化的燃油仍会遇到问题。

以下是根据本发明所做的混合泵实验的结果。

已知条件：压力喷射口，负荷550公斤油/小时，附加重燃油，（77厘沲，80℃）过量空气：

含2.3%氧气。

实验    水    均匀压力    微粒排放量    排放量的减少

序号    %    巴    克/公斤油    %

1    0    0    6.4    -

2    0    7    3.5    45

3    0    15    2.2    65

4    0    25    1.2    81

5    5.4    0    2.5    61

6    5.4    7    0.7    89

7    5.4    15    0.3    95

8    5.4    25    0.2    97

9    2.1    0    3.1    51

10    2.1    7    1.0    81

11    2.1    15    0.5    93

12    2.1    25    0.3    95

为更好地观察以上结果，用一更简单方式表示。

%    水

0    2.1    5.4

压力差    0    -    51    61

7    45    81    89

（巴）    15    65    93    95

25    81    95    97

可以看出，均匀过程的压力落差和油中含水的多少对微粒排发量的减小影响很大。

同样可以看出，如果混合泵是在高度均匀化压力差下运转，减少水的含量是可能的，因为损失了0.08%的水，应该注意水的节省。

最后，应该提出的是，混合泵中活塞的运动可用一种适当的动力传动方法驱动，例如，由电动机通过曲轴、齿条，丝杆或滚珠轴承螺杆驱动或用液动，风动或蒸气缸驱动。

Claims (6)

1、含有一双作用泵缸1和活塞2，用于传送和有效地按一恒定比例混合两种或两种以上液体的混合泵其特点在于：在两冲程循环泵的第一冲程中，活塞2将一种液体V₁从活塞的一端泵入到另一种液体V₂中去，同时液体V₂被吸入到缸内活塞的另一端；在第二冲程中，混合液体V₁+V₂被泵出泵缸，流入贮存罐，同时，液体V₁被吸入到泵缸内。

2、含有两个或多个单作用、偶连泵缸，用于传送和有效地按一恒定比例混合两种或两种以上液体的混合泵其特点在于：泵缸之间是这样连接的：在两冲程循环的第一冲程过程中，一种液体V₁从一个泵缸中被泵到另一种液体V₂中去，同时，液体V₂被吸入到另一泵缸中，在这个泵缸中的混合液V₁+V₂在第二冲程中被泵出缸外，进入贮存罐，同时液体V₁又被吸入到排放V₁的缸内。

3、在权项1或权项2中所要求保护的混合泵其特点在于：泵入到液体V₂中的液体V₁的量，可以通过控制流回贮存罐4的“泄流阀”6，在零和百分之百泵冲程容积之间调节，这样混合泵可以泵出纯液体间的各种比例。

4、在权项1或权项2中所要求保护的混合泵其特点在于：一种液体V₁被泵入到另一种液体V₂中，以及被泵出缸外的混合液V₁+V₂，被泵出的液体都经过节流元件12，13，通过节流元件产生一压力落差，在节流元件12，将一种液体雾化分散到另一液体中，而在另一节流元件13，使各种液体成份的混合更加充分，并使混合液均匀化。

5、在权项1或权项2中所要求保护的混合泵其特点在于：通过节流元件12，13的压力差可通过调节节流元件的阻尼系数和活塞的速度自由确定。

6、在权项1或权项2和权项3至5中所要求保护的混合泵其特点在于：可以用两种或多种气体代替液体，或也可以进行（多种）液体和（多种）气体之间的混合。

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