一种内孔空化和锥齿空化结合的水力空化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种内孔空化和锥齿空化结合的水力空化装置及方法，属于液体空化技术领域。该装置包括储液罐、空化反应器和电机，所述储液罐用于储存需要进行空化处理的溶液，所述空化反应器与所述储液罐连接并构成循环回路；空化反应器包括空化转子和空化腔，所述空化转子位于空化腔内，且与空化腔之间具有间隙；所述空化转子与电机转动连接，电机用于驱动空化转子旋转；所述空化转子包括锥形空化齿组、空化齿和内部孔道。本发明专利技术采用了锥形空化转子并在锥形空化齿组上开设空化齿，提高了空化面积利用率；在空化转子内部开设多条内部孔道，显著提高了参与空化的溶液的比例和空化均匀性；有效降低了转子的转动惯量，显著提高了装置的能量效率。能量效率。能量效率。

【技术实现步骤摘要】
一种内孔空化和锥齿空化结合的水力空化装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种内孔空化和锥齿空化结合的水力空化装置及方法，属于液体空化


技术介绍

[0002]水力空化是一种新兴的过程强化技术，已被逐步应用于废水处理、杀菌消毒、生物燃料合成、纸浆精炼等众多领域。当流体通过突缩流道或不规则阻挡物边缘时，由于压缩效应造成静压骤降，流体内部发生液体蒸发现象从而引起微气泡的爆发性生长和扩张，当流体压力恢复时，逸出的气泡群发生坍塌溃灭。这种在液体中发生的气泡群生长、扩张和溃灭的过程被称为水力空化现象。空化气泡溃灭时会释放冲击波并产生局部高温高压，既可以从物理层面增强流体的混合传质强度，还可以从化学层面促进活性自由基的生成。因此，水力空化可以与其他物理化学过程结合，在众多领域都具有良好的应用潜力。
[0003]水力空化装置结构可以分为旋转式、孔板式、文丘里式、涡流式和自激振荡式。近年来，旋转式水力空化装置由于其空化效果明显、空化强度可控等优势，受到了广泛的关注和研究。
[0004]但是，目前存在的旋转式水力空化装置仍存在如下不足：
[0005]1.转子上仍存在大量空化盲区，有效利用面积小。如公开号为CN111229074A的专利公开了一种旋转齿筒式水力空化器，其所提供的旋转式水力空化装置，转子上设置有齿形突体，但在转子高速旋转时，溶液仅会在相邻两齿的间隙处产生小范围空化效应，转子的其他位置均无空化现象产生。公开号为CN109824217B的专利公开了一种农药废水芬顿试剂与水力空化联合处理系统，其也提供了类似的拥有齿状突体结构的转子，其转子实际空化面积小，转子上有很多位置未被充分利用，若要提高空化面积，只能增加齿数，但齿数过多会使定齿周向间隙减少，反而会减少空化充分发展的空间，降低空化效果。
[0006]2.装置内部参与空化效应的流体比例不够高，参与空化的流体体积小，导致空化效率低。如公开号为CN109824174B的专利公开了一种水力空化式海水或苦咸水的淡化装置，其所提供的锥形水力空化装置的空化槽为沿锥形转子的周向槽，流体难以顺利流入转子和定子之间的间隙，因此该装置的空化处理量较小。公开号为CN112726256A的专利公开了一种强化纤维素纸浆精炼生产的空化装置，当转子和定子之间的间隙较大时，由于转子上的空化槽是沿着旋转轴的周向而开槽的，这样会使得定子壁面部分的界面流体未经空化而直接流出，导致参与空化的流体比例降低，空化效果差。
[0007]3.圆筒状空化转子的转动惯量大，导致电机和主轴的工作负荷大，装置的能量效率低。目前常见的旋转式水力空化装置均使用圆筒状空化转子，如公开号为CN106669481A的专利公开的一种油砂分离空化器所提供的空化装置、公开号为CN111229074A的专利公开的一种旋转齿筒式水力空化器所提供的空化装置。与锥形转子相比，圆筒状转子转动惯量较大，圆筒状转子会使电机和主轴在启动或高速旋转时有很大负载，无效的旋转载荷会增加空化过程的能量损耗，降低能量利用效率。与同相体积的锥形转子相比，圆筒状转子的比
表面积较小，因此，同样体积的圆筒状转子的空化效果要低于锥形转子。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有旋转式水力空化装置的转子上仍存在大量空化盲区、有效利用面积小、装置内部参与空化效应的流体比例低、转子的转动惯量大、电机和主轴的工作负荷大、装置的能量效率低等问题，提出了一种内孔空化和锥齿空化结合的水力空化装置及方法。
[0009]本专利技术的第一个目的是提供一种内孔空化和锥齿空化结合的水力空化装置，包括储液罐、空化反应器和电机，所述储液罐用于储存需要进行空化处理的溶液，所述空化反应器与所述储液罐连接并构成循环回路；空化反应器包括空化转子和空化腔，所述空化转子位于空化腔内，且与空化腔之间具有间隙；所述空化转子与电机转动连接，电机用于驱动空化转子旋转；所述空化转子包括锥形空化齿组、空化齿和内部孔道。
[0010]在本专利技术的一种实施方式中，所述空化转子的侧面上均匀开设有若干个锥形空化齿组，相邻锥形空化齿组之间存在一定间距；每个所述锥形空化齿组上均设有至少一道轴向凹槽，所述轴向凹槽包括倾斜槽、变截面槽或等截面槽；当所述轴向凹槽为变截面槽时，其横截面积从空化转子的上端至空化转子的下端逐渐增大；当所述轴向凹槽为等截面槽时，其横截面在空化转子的轴线方向任意处均为相同形状；所有轴向凹槽的槽面均与所述空化转子的母线平行；开设在所述锥形空化齿组上的轴向凹槽形成了若干个空化齿。
[0011]在本专利技术的一种实施方式中，所述空化转子的内部开设有多条内部孔道；每条所述内部孔道均包括入口段、中间段和出口段；所述入口段、中间段和出口段之间以一定角度依次连接，形成平滑内孔道；所述入口段垂直开设在空化转子的底面；所述中间段和入口段形成交叉管路，二者之间为圆弧过渡连接；所述中间段和出口段同轴，均垂直于空化转子的侧面；所述出口段为锥形扩张管；所述内部孔道的出口段开设在相邻锥形空化齿组的中间位置；所述空化转子旋转时，所述内部孔道的出口段处的流体流速高于入口段处的流体流速，流速差形成压力差并引起自吸效应，部分溶液被内部孔道吸入，从入口段进入，流经中间段，从出口段流出；所述出口段的锥形扩张结构使溶液从出口段流出时内部压力降低，形成流体低压区；所述出口段和空化转子的侧面相互垂直，以使得从内部孔道流出的溶液和沿空化转子母线方向流动的溶液的流动方向相互垂直，在所述出口段处交汇的溶液相互碰撞形成涡流区。
[0012]在本专利技术的一种实施方式中，还包括三通换向阀、恒流泵、电机控制器、水压计、回料阀和逆向止流阀，所述储液罐通过三通换向阀与恒流泵连接；所述恒流泵的另一端连接空化反应器，恒流泵用于将储液罐内的溶液泵送进空化反应器中；所述空化反应器用于提供旋转流场以实现溶液的空化；所述电机控制器用于控制所述电机；所述回料阀的一端连接空化反应器，另一端连接储液罐，经过空化处理后的溶液流经回料阀回到储液罐内，参与下一次空化处理；所述水压计安装在空化反应器的出口处，用于检测空化反应器的出口流体压力。
[0013]在本专利技术的一种实施方式中，所述储液罐包括出料口、回料口、加料口和泄流口；所述三通换向阀包括进料通道、恒流泵通道和回料通道；所述出料口和进料通道相连，恒流泵通道和恒流泵相连，当所述三通换向阀内部的进料通道和恒流泵通道连通时，储液罐的
溶液能够在恒流泵的作用下进入空化反应器进行空化处理；所述回料口和回料阀相连，用于收集经过空化处理后的溶液并送回储液罐，从而形成流动循环；所述回料通道通过逆向止流阀和回料口相连，当所述三通换向阀内部的回料通道和恒流泵通道连通时，反转恒流泵的流体输送方向，能够将在空化反应器内部的溶液抽出并送回储液罐；所述加料口用于向储液罐中加入溶液；所述泄流口用于将储液罐内部的溶液引出。
[0014]在本专利技术的一种实施方式中，所述空化反应器还包括电机支架、旋转主轴、轴承座和总支架；所述电机固定在电机支架上，所述电机支架固定在轴承座上，所述轴承座固定在空化腔上，所述空化腔固定在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内孔空化和锥齿空化结合的水力空化装置，其特征在于，包括储液罐(1)、空化反应器(4)和电机(5)，所述储液罐(1)用于储存需要进行空化处理的溶液，所述空化反应器(4)与所述储液罐(1)连接并构成循环回路；空化反应器(4)包括空化转子(450)和空化腔(440)，所述空化转子(450)位于空化腔(440)内，且与空化腔(440)之间具有间隙；所述空化转子(450)与电机(5)转动连接，电机(5)用于驱动空化转子(450)旋转；所述空化转子(450)包括锥形空化齿组(452)、空化齿(453)和内部孔道(454)。2.根据权利要求1所述的内孔空化和锥齿空化结合的水力空化装置，其特征在于，所述空化转子(450)的侧面上均匀开设有若干个锥形空化齿组(452)，相邻锥形空化齿组(452)之间存在一定间距；每个所述锥形空化齿组(452)上均设有至少一道轴向凹槽，所述轴向凹槽包括倾斜槽、变截面槽或等截面槽；当所述轴向凹槽为变截面槽时，其横截面积从空化转子(450)的上端至空化转子(450)的下端逐渐增大；当所述轴向凹槽为等截面槽时，其横截面在空化转子(450)的轴线方向任意处均为相同形状；所有轴向凹槽的槽面均与所述空化转子(450)的母线平行；开设在所述锥形空化齿组(452)上的轴向凹槽形成了若干个空化齿(453)。3.根据权利要求1所述的内孔空化和锥齿空化结合的水力空化装置，其特征在于，所述空化转子(450)的内部开设有多条内部孔道(454)；每条所述内部孔道(454)均包括入口段(454a)、中间段(454b)和出口段(454c)；所述入口段(454a)、中间段(454b)和出口段(454c)之间以一定角度依次连接，形成平滑内孔道；所述入口段(454a)垂直开设在空化转子(450)的底面；所述中间段(454b)和入口段(454a)形成交叉管路，二者之间为圆弧过渡连接；所述中间段(454b)和出口段(454c)同轴，均垂直于空化转子(450)的侧面；所述出口段(454c)为锥形扩张管；所述内部孔道(454)的出口段(454c)开设在相邻锥形空化齿组(452)的中间位置；所述空化转子(450)旋转时，所述内部孔道(454)的出口段(454c)处的流体流速高于入口段(454a)处的流体流速，流速差形成压力差并引起自吸效应，部分溶液被内部孔道(454)吸入，从入口段(454a)进入，流经中间段(454b)，从出口段(454c)流出；所述出口段(454c)的锥形扩张结构使溶液从出口段(454c)流出时内部压力降低，形成流体低压区；所述出口段(454c)和空化转子(450)的侧面相互垂直，以使得从内部孔道(454)流出的溶液和沿空化转子(450)母线方向流动的溶液的流动方向相互垂直，在所述出口段(454c)处交汇的溶液相互碰撞形成涡流区。4.根据权利要求1所述的内孔空化和锥齿空化结合的水力空化装置，其特征在于，还包括三通换向阀(2)、恒流泵(3)、电机控制器(6)、水压计(7)、回料阀(8)和逆向止流阀(9)，所述储液罐(1)通过三通换向阀(2)与恒流泵(3)连接；所述恒流泵(3)的另一端连接空化反应器(4)，恒流泵(3)用于将储液罐(1)内的溶液泵送进空化反应器(4)中；所述空化反应器(4)用于提供旋转流场以实现溶液的空化；所述电机控制器(6)用于控制所述电机(5)；所述回料阀(8)的一端连接空化反应器(4)，另一端连接储液罐(1)，经过空化处理后的溶液流经回料阀(8)回到储液罐(1)内，参与下一次空化处理；所述水压计(7)安装在空化反应器(4)的出口处，用于检测空化反应器(4)的出口流体压力。5.根据权利要求4所述的内孔空化和锥齿空化结合的水力空化装置，其特征在于，所述储液罐(1)包括出料口(110)、回料口(120)、加料口(130)和泄流口(140)；所述三通换向阀(2)包括进料通道(210)、恒流泵通道(220)和回料通道(230)；所述出料口(110)和进料通道
(210)相连，恒流泵通道(220)和恒流泵(3)相连，当所述三通换向阀(2)内部的进料通道(210)和恒流泵通道(220)连通时，储液罐(1)的溶液能够在恒流泵(3)的作用下进入空化反应器(4)进行空化处理；所述回料口(120)和回料阀(8)相连，用于收集经过空化处理后的溶液并送回储液罐(1)，从而形成流动循环；所述回料通道(230)通过逆向止流阀(9)和回料口(120)相连，当所述三通换向阀(2)内部的回料通道(230)和恒流泵通道(220)连通时，反转恒流泵(3)的流体输送方向，能够将在空化反应器(4)内部的溶液抽出并送回储液罐(1)；所述加料口(130)用于向储液罐(1)中加入溶液；所述泄流口(140)用于将储液罐(1)内部的溶液引出。6.根据权利要求1所述的内孔空化和锥齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘汇洋，俞建峰，齐一搏，刘锐，马雨欣，化春键，蒋毅，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：