超音速混合傳輸加熱器的製作方法

2023-05-30 08:31:31 2

專利名稱：超音速混合傳輸加熱器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種物理混合器，尤其是一種熱、能和動力學轉換、多相流混合及流體泵輸的超音速汽-液-固三相混合傳輸加熱裝置，具體地說是一種超音速混合傳輸加熱器。
背景技術：
在食品、飲料、釀造、石油化工等領域普遍使用超音速兩相流技術進行汽液、汽固的混合，它們利用高壓蒸汽的熱能經先漸縮後漸擴噴嘴轉化成超音速氣流動能，並與冷工作液直接接觸產生汽液兩相超音速流，經過變截面通道後產生激波，壓力升高達到泵送和加熱的作用，超音速湍流蒸汽與混合液直接接觸達到充分混合作用。其結構簡單、混合均勻、熱交換及泵送效率高，無需外加攪拌傳輸裝置。
其主要缺點在於，由於在混合液通道中採用變截面通道和固定的喉部截面面積，當蒸汽操作條件超過設計條件時，汽液兩相超音速流很容易堵塞在喉部，其性能將受到影響。因此變截面通道對蒸汽操作條件要求較高。另外，由於變截面通道的喉部截面較小，僅適用於單一流體，當混合液中含有固體物質時很容易堵塞導致整個系統的停運。
專利號99256549.9、200420041986.9、200420041987.3的專利均公開了一種採用中心蒸汽噴嘴、環形冷進口的變截面通道結構。它們除了具有上述主要缺點外，還由於採用了側向進水導致進水阻力增加，使其泵送效率降低、應用領域受到限制。

發明內容
本實用新型的目的是針對現有的無動力超音速混合器存在的易堵塞、泵送效率低的問題，設計一種側向進汽軸向進液的等截面直通道超音速混合傳輸加熱器。
本實用新型的技術方案是一種超音速混合傳輸加熱器，包括進口管件1、殼體19，進口管件1安裝在殼體19中，其加料口11與送料裝置相連，其出料口位於殼體19中，其特徵是殼體19上設有混合物出口6和至少一個蒸汽進口3，且混合物出口6與加料口11位於同一軸線上；在殼體19中依次設有相互貫通的穩壓室10、環形漸縮室9、環形漸擴室8、混合室5，其中穩壓室10位於蒸汽進口3下方的殼體與進口管件1之間，環形漸縮室9緊鄰穩壓室10，環形漸擴室8緊鄰環形漸縮室9，環形漸擴室8的出口端與進口管件1的出料口處引成一超音速噴嘴7，混合室5緊鄰超音速噴嘴7，混合物出口6與混合室5相通。
所述的環形漸縮室9、環形漸擴室8由進口管件1的位於殼體19中的一端的外表面與殼體19相對應部位的內表面配合形成。
所述的殼體19或為整體結構，或為由蒸汽進口件2和混合液出口件4組成，相應地所述的蒸汽進口3位於蒸汽進口件2上，其軸線與進口管件1的軸線相垂直，所述的環形漸縮室9、環形漸擴室8、超音速噴嘴7、混合室5、混合物出口6均位於混合液出口件4中，所述的進口管件1的出料端伸入混合液出口件4中，所述的環形漸縮室9、環形漸擴室8由進口管件1的位於混合液出口件4中的一端的外表面與混合液出口件4相對應部位的內表面配合形成。
或進口管件1在蒸汽進口件2中的安裝位置可調，或混合液出口件4在蒸汽進口件2中的安裝位置可調，進而實現環形漸縮室9、環形漸擴室8大小可調，最終實現超音速噴嘴7的大小可調，以適應不同的物料混合。
殼體19上至少設有一個與進口管件1相通的且軸線與進口管件1或垂直或軸向或徑向相切的固體或難溶性液體進口18。
超音速噴嘴7由進口管件1的外表面和殼體19的內表面配合而成，且沿從進口管件1至混合物出口6的方向呈環形先漸縮後漸擴狀。
本實用新型具有以下優點一、本實用新型的環形先漸縮後漸擴噴嘴噴出的超音速蒸汽氣流沿混合室的壁面產生一個駝峰狀的分離區，從而在混合室內靠超音速蒸汽氣流自身創立了一個類似於先漸縮後漸擴管的自適應柔性邊界，克服了現有技術中混合液通道物理性固定先漸縮後漸擴管的限制，它不僅擴大了適用條件，蒸汽壓力的適用範圍可擴大到2～12bar，而且拓寬了混合液的範圍，可進行液-固混合傳輸。
二、等截面直通道和軸向進液減少了混合液的流動阻力，增加了本實用新型超音速汽-液-固三相流混合傳輸加熱裝置的傳輸效率。
三、先漸縮後漸擴環形蒸汽噴嘴的可調性。由於環形蒸汽噴嘴由內外兩件組合而成。根據不同要求，調整環形蒸汽噴嘴喉部間隙，以達到不同汽液比，從而可從其本的混合、加熱、傳輸用途，拓展到乳化、霧化等用途。
四、對於初始難溶於混合液的添加料如粉狀和油性液體，採用附圖2所示的裝有一個或多個加料口的超音速汽-液-固三相流混合傳輸加熱裝置，分別連續均勻自然吸入。
五、本實用新型可用於食品、飲料、釀造、石油化工等需要混合、加熱、傳輸等過程的場合。
六、以下是本實用新型超音速汽-液-固三相流混合傳輸加熱裝置的部分實驗數據蒸汽進口壓力0.3～0.7Mpa；蒸汽流量110～220公斤/小時；混合液流量7100～14000公斤/小時；混合液溫度增加12℃ ；混合液出口水頭(背壓)≥3m.
蒸汽流量和混合液流量隨蒸汽進口壓力線性增加，混合液溫度和混合液出口水頭增加保持恆定。根據不同用途，本實用新型超音速汽-液-固三相流混合傳輸加熱裝置可單個或多個串聯在管道系統中使用，也可單個或多個並聯在大容器中使用。


圖1是本實用新型的結構示意圖之一。
圖2是本實用新型的結構示意圖之二。
圖3是本實用新型的工作原理示意圖。
具體實施方式
下面結構附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
如圖1所示。
實施例一。
一種超音速混合傳輸加熱器，包括進口管件1、殼體19，進口管件1安裝在殼體19中，其加料口11與送料裝置相連，其出料口位於殼體19中，殼體19上設有混合物出口6、加料口18和一個蒸汽進口3，且混合物出口6與加料口11位於同一軸線上，其中的加料口18的數量可根據需要加設或去除，其上應安裝有相應的開關閥門；在殼體19中依次設有相到貫通的穩壓室10、環形漸縮室9、環形漸擴室8、混合室5，其中穩壓室10位於蒸汽進口3下方的殼體與進口管件1之間，環形漸縮室9緊鄰穩壓室10，環形漸擴室8緊鄰環形漸縮室9，環形漸擴室8的出口端與進口管件1的出料口處引成一超音速噴嘴7，混合室5緊鄰超音速噴嘴7，混合物出口6與混合室5相通。其中的環形漸縮室9、環形漸擴室8由進口管件1的位於殼體19中的一端的外表面與殼體19相對應部位的內表面配合形成，即形成環形漸縮室9的漸變面可在進口管件1的表面上(如圖1)，也可在殼體19的內表面上。
具體實施時環形漸縮室9、環形漸擴室8、超音速噴嘴7、混合室5、混合物出口6均位於殼體19中，所述的進口管件1的出料端伸入殼體19中，所述的環形漸縮室9、環形漸擴室8由進口管件1的位於殼體19中的一端的外表面與殼體19相對應部位的內表面配合形成。為了實現環形漸縮室9、環形漸擴室8大小可調，最終實現超音速噴嘴7的大小可調，進口管件1與殼體19可採用常規的可調式連接結構相連。
具體實施時超音速噴嘴7可由進口管件1的外表面和殼體19的內表面配合而成，且沿從進口管件1至混合物出口6的方向看呈環形先漸縮後漸擴狀。
實施例二。
如圖2所示。
一種超音速混合傳輸加熱器，包括進口管件1、蒸汽進口件2、混合液出口件4，進口管件1安裝在蒸汽進口件2中，其加料口11與送料裝置相連，其出料口位於混合液出口件4中，混合液出口件4上設有混合物出口6，蒸汽進口件2上設有加料口18和一個蒸汽進口3，加料口18與進口管件1相通、且軸線與進口管件1或垂直或軸向或徑向相切。混合物出口6與加料口11位於同一軸線上，其中的加料口18的數量可根據需要加設或去除，其上應安裝有相應的開關閥門；在相互配合的蒸汽進口件2、混合液出口件4的內腔中依次設有相互貫通的穩壓室10、環形漸縮室9、環形漸擴室8、混合室5，其中穩壓室10位於蒸汽進口3下方的蒸汽進口件2與進口管件1之間，環形漸縮室9緊鄰穩壓室10，環形漸擴室8緊鄰環形漸縮室9，環形漸擴室8的出口端與進口管件1的出料口處引成一超音速噴嘴7，混合室5緊鄰超音速噴嘴7，混合物出口6與混合室5相通。其中的環形漸縮室9、環形漸擴室8由進口管件1的位於混合液出口件4中的一端的外表面與混合液出口件4內腔相對應部位的內表面配合形成，即形成環形漸縮室9的漸變面可在進口管件1的表面上，也可在混合液出口件4的內表面上。
具體實施時為了實現環形漸縮室9、環形漸擴室8大小可調，最終實現超音速噴嘴7的大小可調，進口管件1與蒸汽進口件2可採用常規的可調式連接結構相連，混合液出口件4與蒸汽進口件2也可採用常規的可調式連接結構相連。
本實施例的加料口18主要用於混合液為粉狀、難溶性液體時使用的結構，初始加入混合時，可採用裝有加料口18的超音速汽-液-固三相流混合傳輸加熱裝置。由於混合液在蒸汽噴嘴上遊的通道內流動，通道內壓力減少，可使在加料口11處的粉狀或難溶性液體能連續均勻自然吸入，並流向混合室混合。當添加料全部加入形成初始混合液後，可關閉加料口18。
具體實施時超音速噴嘴7可由進口管件1的外表面和混合液出口件4的內表面配合而成，且沿從進口管件1至混合物出口6的方向看呈環形先漸縮後漸擴狀。
本實用新型的工作原理為如圖3所示，高壓蒸汽由蒸汽進口3進入穩壓室10，經環形先漸縮室9、環形漸擴室8和超音速蒸汽噴嘴7後，產生低壓(20kPa)低溫超音速蒸汽氣流(1000m/s)，完成蒸汽熱能向超音速蒸汽氣流動能的第一次轉換。超音速蒸汽氣流一方面與混合室壁面產生了一個駝峰狀的分離區13，創立了一個類似於先漸縮後漸擴管的柔性邊界14；另一方面，在混合室5中與來自上遊的混合液(液-液，液-固)12直接滲透接觸，彌散混合產生汽液兩相超音速流低壓區，以達到吸引上遊混合液的作用。汽液兩相流在混合室5內速度逐步減少，超音速蒸汽氣流動能進一步交換成混合液的熱能，汽液進一步混合後形成混合物17，此時蒸汽潛能大部分轉換成混合液的熱能，蒸汽冷凝成液體並產生冷凝激波16，汽液兩相流經激波後變成液(液固)相，壓力出現增躍，推動混合液流向下遊混合液出口6(見附圖1、2)。根據進口蒸汽壓力及喉部間隙，柔性先漸縮後漸擴邊界大小及冷凝激波位置可前後移動，達到自適應的效果。同時，進口蒸汽壓力及喉部間隙大小決定超音速蒸汽湍流的強度和蒸汽流量及汽液比，達到不同的混合效果，如乳化、霧化等。
權利要求1.一種超音速混合傳輸加熱器，包括進口管件(1)、殼體(19)，進口管件(1)安裝在殼體(19)中，其進料口(11)與送料裝置相連，其出料口位於殼體(19)中，其特徵是殼體(19)上設有混合物出口(6)和至少一個蒸汽進口(3)，且混合物出口(6)與進料口(11)位於同一軸線上；在殼體(19)中依次設有相互貫通的穩壓室(10)、環形漸縮室(9)、環形漸擴室(8)、混合室(5)，其中穩壓室(10)位於蒸汽進口(3)下方的殼體與進口管件(1)之間，環形漸縮室(9)緊鄰穩壓室(10)，環形漸擴室(8)緊鄰環形漸縮室(9)，環形漸擴室(8)的出口端與進口管件(1)的出料口處引成一超音速環形噴嘴(7)，混合室(5)緊鄰超音速噴嘴(7)，混合物出口(6)與混合室(5)相通。
2.根據權利要求1所述的超音速混合傳輸加熱器，其特徵是所述的環形漸縮室(9)、環形漸擴室(8)由進口管件(1)的位於殼體(19)中的一端的外表面與殼體(19)相對應部位的內表面配合形成。
3.根據權利要求1或2所述的超音速混合傳輸加熱器，其特徵是所述的殼體(19)或為整體結構，或為由蒸汽進口件(2)和混合液出口件(4)組成，相應地所述的蒸汽進口(3)位於蒸汽進口件(2)上，其軸線與進口管件(1)的軸線相垂直，所述的環形漸縮室(9)、環形漸擴室(8)、超音速噴嘴(7)、混合室(5)、混合物出口(6)均位於混合液出口件(4)中，所述的進口管件(1)的出料端伸入混合液出口件(4)中，所述的環形漸縮室(9)、環形漸擴室(8)由進口管件(1)的位於混合液出口件(4)中的一端的外表面與混合液出口件(4)相對應部位的內表面配合形成。
4.根據權利要求2或3所述的超音速混合傳輸加熱器，其特徵是或進口管件(1)在蒸汽進口件(2)中的安裝位置可調，或混合液出口件(4)在蒸汽進口件(2)中的安裝位置可調。
5.根據權利要求1所述的超音速混合傳輸加熱器，其特徵是殼體(19)上至少設有一個與進口管件(1)相通的且軸線與進口管件(1)或垂直或軸向或徑向相切的固體或難溶性液體進口(18)。
6.根據權利要求1或3所述的超音速混合傳輸加熱器，其特徵是所述的超音速噴嘴(7)由進口管件(1)的外表面和殼體(19)的內表面配合而成，且沿從進口管件(1)至混合物出口(6)的方向呈環形先漸縮後漸擴狀。
專利摘要本實用新型針對現有的無動力超速混合器存在的易堵塞、泵送效率低的問題，公開了一種側向進汽軸向進液的等截面直通道超音速混合傳輸加熱器，包括進口管件(1)、殼體(19)，進口管件(1)安裝在殼體(19)中，其進料口(11)與送料裝置相連，其出料口位於殼體(19)中，其特徵是殼體(19)上設有混合物出口(6)和至少一個蒸汽進口(3)，且混合物出口(6)與進料口(11)位於同一軸線上；在殼體(19)中依次設有相貫通的穩壓室(10)、環形漸縮室(9)、環形漸擴室(8)、混合室(5)，混合物出口(6)與混合室(5)相通。具有不易堵塞、效率高、適用範圍廣的優點。
文檔編號B01F5/02GK2893612SQ200620072049
公開日2007年4月25日 申請日期2006年4月11日 優先權日2006年4月11日
發明者朱廣 申請人:朱廣