利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法及射流空化发生器技术

本发明专利技术公开了一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法及射流空化器，涉及液体物料制备技术领域。所述方法包括：带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室；进入负压腔室的水流压力降低，储料罐中的发泡剂开始被吸入负压腔内；随着在所述喷射腔内形成的高速水流流速的增加，进入负压腔室内的水流压力继续降低；当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔与发泡剂混合成泡沫液。本发明专利技术适用于各种化学、医药、混合物的制备工艺中。

Precise control of foam raw fluid volume by jet cavitation principle and jet cavitation generator

The invention discloses a method for accurately controlling the amount of foam liquid by using the principle of jet cavitation and a jet cavitator, which relates to the technical field of liquid material preparation. The method comprises the following steps: the pressurized water enters the cavity of the cavitation generator to form a high-speed water jet and enters the negative pressure chamber; the water pressure enters the negative pressure chamber decreases, and the foaming agent in the storage tank begins to be sucked into the negative pressure chamber; and with the increase of the high-speed water flow velocity formed in the cavity, the negative pressure chamber enters the negative pressure chamber. When the pressure in the negative pressure chamber decreases to the cavitation pressure of the liquid, cavitation occurs in some areas of the negative pressure chamber, the cavitation generator reaches the stage of jet cavitation, the pressure difference between the negative pressure chamber and the cavitation generator is constant, and the foaming agent is stable inhaled into the negative pressure chamber and mixed with the foaming agent to form foam liquid. . The invention is suitable for various chemical, pharmaceutical and mixture preparation processes.

【技术实现步骤摘要】
利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法及射流空化发生器
本专利技术涉及液体物料制备
，尤其是涉及一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法及射流空化发生器。
技术介绍
泡沫是由液体薄膜隔离开的空泡聚集体，由于其具有密度小、粘度大、覆盖面积广、堆积性好的优点，在消防灭火及抑尘
受到越来越多的关注。泡沫灭火技术由来已久，其最先用于地面建筑及森林灭火领域，随后在石油、化工、隧道等领域逐渐被用来灭火，矿山泡沫灭火最早起源于上世纪50年代，1956年，在第九届国际煤矿安全研究所所长会议上，英国矿山安全研究所的H.S.伊斯纳尔和P.B.史密斯提出了用高倍数泡沫扑灭井下巷道火灾的试验报告，泡沫用于我国煤矿灭火的试验研究起于1959年，1964年煤炭部组织了高倍数泡沫装备技术鉴定，几十年来，这些装置在处理井下火灾事故中多有应用，其强大威力和良好的灭火效果愈来愈为人们所认识，被认为是扑灭大空间隐蔽火源的重要选择。其次，泡沫抑尘作为矿井下一种高效的降尘措施，其通过泡沫的连续喷射将尘源覆盖，并形成类封闭空间，之后利用泡沫良好的润湿、粘附及包裹特性，有效抑制了粉尘的产生及扩散，抑尘效率可达85％-90％，是常规水喷雾效率的2-3倍，目前，泡沫抑尘正被国内外十多个国家科研机构研究，并在凿岩装运、转载、掘进及采煤等井下作业点进行了应用。但是，由于受制于泡沫制备系统复杂、操作繁琐及发泡剂成本高，泡沫消防及抑尘在过去几十年发展缓慢，始终未能在煤矿井下进行大规模推广应用，制约其发展的关键是不能实现发泡剂的稳定添加。泡沫由发泡剂、水和气体组成，泡沫液制备方法有两种，一种是将发泡剂与水预先混合，形成均匀泡沫液；另一种是利用专门的添加装置，将发泡剂添加至有压输水管路中，在管路中混合形成预混泡沫液。第一种制备方法减少了添加发泡剂的环节，系统相对简单，但需要较大的蓄液池或储运槽车，适用性不强，第二种制备操作简单，移动方便，是目前泡沫液制备的常用方法。目前，发泡剂的添加主要可分为定量泵添加、正压添加、负压添加三种类型。现有的泡沫制备方法中，为实现稳定控制，最为普遍且较为精确的添加方式是采用采用定量泵添加，如专利号2007200396451公布了一种煤矿井下用三相泡沫发泡剂定量添加泵，该定量添加泵可以手动无级调速，达到对发泡剂添加的稳定控制；专利号2008100235783公布了一种用于煤矿井下的泡沫除尘系统，其用小流量定量添加泵把发泡剂添加至水管中，达到稳定添加发泡剂从而实现了降尘泡沫的制备。但随着井下对带电设备管理的提高，尤其是在瓦斯矿井中，定量泵的使用受到限制。此外，正压添加是向发泡剂容器上方通入压风，利用压缩气体的压能将发泡剂添加到供水管路，该添加方式压力损失小，但是添加比例偏大，气量调节困难，也很难实现添加量的精准控制。对于负压添加的方式，专利号2011101303671一种发泡剂自动添加装置和文献“Experimentalinvestigationsontheperformanceofanewdesignoffoamingagentaddingdeviceusedfordustcontrolinundergroundcoalmines”提出和研究了一种并联射流式添加装置，采用阀门与射流器并联的方式，通过并联截止阀实现粗调，针型阀实现微调，该添加方式控制繁琐，而且高射流吸液过程受系统的压力变化影响较大，抗干扰能力弱，很难实现稳定添加，不能够对添加量精准控制。综上，在制备泡沫的现有技术中，存在如下问题：(1)采用定量泵添加的方式不仅复杂，而且由于使用了电机，在应用于矿井中时，存在电器失爆诱发瓦斯/煤尘爆炸事故的风险。(2)采用上述正压添加的方式发泡剂添加比例偏大，气量调节困难，也很难实现添加量的精准控制。(3)利用射流器并联阀门负压添加的方式控制繁琐，而且受系统的压力变化影响较大，抗干扰能力弱，很难实现稳定添加，不能够对添加量精准控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种利用射流空化原理制备泡沫及抑尘的方法，简单安全、能够稳定添加发泡剂，可实现对发泡剂的精准控制，从而能够解决或至少部分解决上述问题。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法，包括步骤：在储料罐中放入发泡剂，将空化发生器进水口与水管连通，将储料罐与空化发生器负压腔连通；带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室；进入负压腔室的水流压力降低，储料罐中的发泡剂开始被吸入负压腔内；随着在所述喷射腔内形成的高速水流流速的增加，进入负压腔室内的水流压力继续降低；当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内；负压腔内的液体与发泡剂混合形成泡沫液。优选地，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内包括步骤：在所述储料罐与空化发生器负压腔之间设置调压阀；当外界压力不稳定时，用所述调压阀调节负压腔内压力，使负压腔内压力保持在液体的空化压力水平。优选地，所述带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室包括：在空化发生器进水口前的管路上设置调压阀；用所述调压阀控制进入空化发生器的水流压力，使进入空化发生器的水流压力至少保持在产生射流空化所需压力水平。优选地，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内还包括：在所述储料罐与空化发生器负压腔之间设置节流阀；利用所述节流阀对吸入的发泡剂添加量进行定量控制。优选地，所述负压腔内的液体与发泡剂混合形成泡沫液包括：进入负压腔内的高速水流与发泡剂混合后依次通过空化发生器的喉管腔与扩散腔流向空化发生器出液口；流动的混合液体在喉管腔与扩散腔内发生质量的重新掺混、动量及能量的交换；在喉管腔末端，水流与发泡剂各自的流速趋于一致，形成掺混均匀的混合液体；所述掺混均匀的混合液体，在扩散腔内流速变慢，压力逐渐升高恢复至静压状态，在空化发生器出液口处形成带压的泡沫液。优选地，所述空化发生器出液口压力小于等于出液口临界压力值。优选地，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内包括：发泡剂吸入负压腔内被气化，产生极限空化；空化产生的大量空泡随混合后的液体流向空化发生器出口，占据负压腔体、喉管腔体及部分扩散腔体的空间；发泡剂吸入量达到最大，并维持不变；根据公式计算出所述吸入量；其中，m为被吸发泡剂吸入流量，α为流量损失系数，A为负压腔吸液口截面积，p为发泡剂密度，Ps为负压腔压力，P0为外界大气压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法，包括步骤：在储料罐中放入发泡剂，将空化发生器进水口与水管连通，将储料罐与空化发生器负压腔连通；带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室；进入负压腔室的水流压力降低，储料罐中的发泡剂开始被吸入负压腔内；随着在所述喷射腔内形成的高速水流流速的增加，进入负压腔室内的水流压力继续降低；当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内；负压腔内的液体与发泡剂混合形成泡沫液。

【技术特征摘要】
1.一种利用射流空化原理精准控制泡沫原液量的方法，包括步骤：在储料罐中放入发泡剂，将空化发生器进水口与水管连通，将储料罐与空化发生器负压腔连通；带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室；进入负压腔室的水流压力降低，储料罐中的发泡剂开始被吸入负压腔内；随着在所述喷射腔内形成的高速水流流速的增加，进入负压腔室内的水流压力继续降低；当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内；负压腔内的液体与发泡剂混合形成泡沫液。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内包括步骤：在所述储料罐与空化发生器负压腔之间设置调压阀；当外界压力不稳定时，用所述调压阀调节负压腔内压力，使负压腔内压力保持在液体的空化压力水平。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述带压水流进入空化发生器喷射腔内形成高速水流喷出，进入负压腔室包括：在空化发生器进水口前的管路上设置调压阀；用所述调压阀控制进入空化发生器的水流压力，使进入空化发生器的水流压力至少保持在产生射流空化所需压力水平。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当负压腔内的压力降低到液体的空化压力时，负压腔室内部分区域出现空泡，空化发生器负压腔内达到射流空化阶段；此时，吸液压力接近于负压腔内液体的空化压力，空化发生器负压腔内外压差恒定，发泡剂被稳定的吸入负压腔内还包括：在所述储料罐与空化发生器负压腔之间设置节流阀；利用所述节流阀对吸入的发泡剂添加量进行定量控制。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负压腔内的液...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆新晓，朱红青，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11