气体吹扫装置的制作方法

本发明涉及试验领域、工业生产领域(包括能源、电力、化工、食品等)中气体吹扫清洁技术以及可压缩气体动力学领域，更具体地，涉及一种以可压缩气体动力学原理为基础的、高效节能且普遍适用于试验台架和工业平台中需要清洁场合的以及流量可调的气体吹扫装置。
背景技术：
：目前，工业生产领域(包括能源、电力、化工、食品等)和试验领域中的试验台架管道、工业平台管道、设备外表面和辅助设施外表面，常常需要采用空气吹扫的方法去除杂质。对于内部有工作介质流动的公称直径小于600mm的管道，在管道系统投用之前(强度试验和严密性试验之前)，需要进行管道分段清洗和气体吹扫，确保管道内部的洁净和干燥。在管道系统使用一段时间之后，为了确保管道内部没有杂质，也需要采用空气吹扫的方法对管道内部进行清洁。对于能源、电力、化工的工业平台和热工水力试验台架，通常采用大型空气压缩机提供气源，或采用大型空气压缩机为台架装置中的大型储气罐提供空气、作为气源，对管道进行吹扫，吹扫流速不小于20m/s。由于这些工业平台和热工水力试验台架中的管道直径较大，吹扫要求的流速较高，因此需要气源提供更大的空气量，大型空气压缩机的耗能也较高。技术实现要素：本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明提出一种高效节能、运行可靠、结构简单、加工方便、普遍适用于试验台架/工业平台的气体吹扫装置。根据本发明实施例的气体吹扫装置，包括：本体，所述本体内限定有间隔开布置的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室具有第一进口和第一出口以形成气流，所述第二腔室具有第二进口和第二出口以形成气流，所述第一出口与所述第二腔室连通且所述第一出口朝向所述第二出口出气，所述第一出口的尺寸小于所述第一进口的尺寸；进气组件，所述进气组件与所述第一进口连通以向所述第一进口内进气。根据本发明实施例的气体吹扫装置，通过采用本体和进气组件相结合的装置，在本体内限定有间隔开布置的第一腔室和第二腔室，通过进气组件向第一进口内进气，由于第一出口的尺寸小于第一进口的尺寸，在第一出口处的压力减小，便于从第二腔室的第二进口处引入大量气体，第一腔室中的气体和第二腔室中的气体在第二腔室中混合且从第二出口流出，形成大流量的吹扫用气体，而且降低了进气组件的能耗，实现了高效节能，通过调节进气组件的流量，可实现吹扫用气量可调，适用于不同吹扫用气需求的试验台架/工业平台的管道系统。另外，根据本发明实施例的气体吹扫装置，还可以具有如下附加技术特征：根据本发明的一个实施例，所述第二腔室大致形成为柱状，所述第二腔室的一端设有所述第二进口，所述第二腔室的另一端设有所述第二出口，所述第一腔室设在所述第二腔室的侧部，所述第一进口设在所述第一腔室的侧部，所述第一出口设在所述第二腔室的侧部且所述第一出口轴线大致朝向所述第二出口。根据本发明的一个实施例，所述第一腔室形成为沿所述第二腔室的周向延伸的环形，所述第一腔室的一端与所述第二腔室的一端平齐，所述第一腔室的另一端延伸至邻近所述第二出口且与所述第二腔室连通形成为所述第一出口。根据本发明的一个实施例，所述本体包括：壳体，所述壳体大致形成为柱状且在轴向上包括第一管段、第二管段和第三管段，所述第一管段形成为柱状，所述第一管段的一端设有所述第二进口且另一端敞开，所述第一管段的侧部设有所述第一进口，所述第二管段的一端与所述第一管段的另一端相连，所述第二管段沿其轴向向另一端形成为渐缩管，所述第三管段形成为径向尺寸小于所述第一管段的径向尺寸的柱状，所述第三管段的一端敞开且与所述第二管段的另一端相连，所述第三管段的另一端设有所述第二出口；引流管，所述引流管形成为柱状且插接在所述第一管段和所述第二管段内，所述引流管的外壁面与所述第一管段和所述第二管段的内壁面间隔开限定出所述第一腔室，所述引流管与所述第三管段配合限定出所述第二腔室，所述引流管与所述第三管段在轴向上间隔开限定出所述第一出口。根据本发明的一个实施例，所述引流管的径向尺寸与所述第三管段的径向尺寸相等。根据本发明的一个实施例，本发明实施例的气体吹扫装置还包括：整流板，所述整流板设在所述第一腔室内且位于所述第一管段和所述第二管段之间，所述整流板形成为套设在所述引流管上的环形，所述整流板设有沿其厚度方向贯通的多个第一通孔。根据本发明的一个实施例，所述整流板形成为格栅板。根据本发明的一个实施例，所述引流管的一端敞开与所述第二进口连通，所述气体吹扫装置还包括：引流板，所述引流板设在所述引流管的一端，所述引流板设有沿其厚度方向贯通的多个第二通孔。根据本发明的一个实施例，至少一部分所述第二通孔沿所述引流板的径向间隔开布置。根据本发明的一个实施例，所述第一管段、所述第二管段和所述第三管段一体成型。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本发明实施例的气体吹扫装置的结构示意图；图2是根据本发明实施例的气体吹扫装置的整流板的结构示意图；图3是根据本发明实施例的气体吹扫装置的第一气体出口环隙的结构示意图；图4是根据本发明实施例的气体吹扫装置的引流管入口孔板的结构示意图；图5是根据本发明实施例的气体吹扫装置的气体流量倍增系数图。附图标记：气体吹扫装置100；本体10；壳体11；引流管12；第一管段13；第二管段14；第三管段15；进气组件20；空气压缩机21；储气罐22；调节阀23；压力表24；流量计25；第一腔室30；第一进口31；第一出口32；第二腔室40；第二进口41；第二出口42；整流板50；第一通孔51；引流管60；第二通孔61；引流管入口孔板62；第一气体出口环隙70；第一气体流动环腔80。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面结合附图具体描述根据本发明实施例的气体吹扫装置100。如图1至图4所示，根据本发明实施例的气体吹扫装置100包括本体10和进气组件20。具体而言，本体10内限定有间隔开布置的第一腔室30和第二腔室40，第一腔室30具有第一进口31和第一出口32以形成气流，第二腔室40具有第二进口41和第二出口42以形成气流，第一出口32与第二腔室40连通且第一出口32朝向第二出口42出气，第一出口32的尺寸小于第一进口31的尺寸，进气组件20与第一进口31连通以向第一进口31内进气。换言之，根据本发明实施例的气体吹扫装置100主要由本体10和进气组件20组成，本体10内限定有第一腔室30和第二腔室40，第一腔室30与第二腔室40间隔开布置且相连通，第一腔室30具有第一进口31和第一出口32以形成气流，进气组件20与第一进口31连通以向第一进口31内输送第一气体，第一气体通过第一进口31进入第一腔室30，且通过第一出口32流出第一腔室30，由于第一出口32的尺寸小于第一进口31的尺寸，第一气体在第一出口32处的流速增大，压力减小。第二腔室40具有第二进口41和第二出口42以形成气流，第一出口32与第二腔室40连通且第一出口32朝向第二出口42出气，由于从第一出口32流出的第一气体的压力减小，便于第二气体从第二进口41流入第二腔室40内，第二气体与第一气体混合后从第二出口42流出，形成吹扫用气，第二出口42为吹扫装置出口。由此，根据本发明实施例的气体吹扫装置100，通过采用本体10和进气组件20相结合的装置，由第一进口31引入第一气体，由于第一出口32的尺寸小于第一进口31的尺寸，从第一出口32流出的第一气体的流速增大，压力减小，便于向第二腔室40内引入大流量的第二气体，第一气体和第二气体混合后形成流量大的吹扫用气，减少了进气组件20做功，是一种高效节能的气体倍增方式。需要说明的是，通过第一进口31流入的第一气体以空气为例，通过第二进口41流入的第二气体以空气为例，第二气体为压缩空气。根据本发明的一个实施例，第二腔室40大致形成为柱状，第二腔室40的一端设有第二进口41，第二腔室40的另一端设有第二出口42，第一腔室30设在第二腔室40的侧部，第一进口31设在第一腔室30的侧部，第一出口32设在第二腔室40的侧部且第一出口32轴线大致朝向第二出口42。也就是说，进气组件20使第一气体通过第一进口31进入第一腔室30，并从第一出口32流出第一腔室30并进入第二腔室40，且朝向第二出口42流动。进一步地，第一腔室30形成为沿第二腔室40的周向延伸的环形。具体地，第一腔室30的一端与第二腔室40的一端平齐，第一腔室30的一端是封闭的，第一腔室30的另一端延伸至邻近第二出口42且与第二腔室40连通形成为第一出口32，第一气体朝向第一出口32流动，并流出第一腔室30后进入第二腔室40。在本发明的一些具体实施方式中，本体10包括：壳体11和引流管12。具体地，壳体11大致形成为柱状且在轴向上包括第一管段13、第二管段14和第三管段15，第一管段13形成为柱状，第一管段13的一端设有第二进口41且另一端敞开，第一管段13的侧部设有第一进口31，第二管段14的一端与第一管段13的另一端相连，第二管段14沿其轴向向另一端形成为渐缩管，第三管段15形成为径向尺寸小于第一管段13的径向尺寸的柱状，第三管段15的一端敞开且与第二管段14的另一端相连，第三管段15的另一端设有第二出口42。引流管12形成为柱状且插接在第一管段13和第二管段14内，引流管12的外壁面与第一管段13和第二管段14的内壁面间隔开限定出第一腔室30，引流管12与第三管段15配合限定出第二腔室40，引流管12与第三管段15在轴向上间隔开限定出第一出口32。也就是说，第一腔室30由引流管12和第一管段13和第二管段14相互配合限定出，第一腔室30一端封闭，一端与第二腔室40连通，第一气体通过第一进口31进入第一腔室30，在渐缩管的作用下，第一气体的流速增加，压力减小，第一气体在流出第一腔室30时流速最大，压力最小，可形成负压，第二腔室40由引流管12和第三管段15配合限定出，第二腔室40一端具有第二进口41，第二进口41可与外界环境相通，由于第一出口32附近压力小，甚至形成负压，可驱动引流管12从外界环境引入大量第二气体。需要说明的是，在第一出口32与第二腔室40连通位置形成第一气体出口环隙70，在第一腔室30中第一进口31与第一出口32之间形成第一气体流动环腔80。进一步地，引流管12的径向尺寸与第三管段15的径向尺寸相等，一方面便于引入大流量的第二气体，使第二气体与第一气体混合后形成大流量的吹扫用气，另一方面便于设备的加工，降低生产成本。可选地，气体吹扫装置100还包括：整流板50。具体地，整流板50可设在第一腔室30内且位于第一管段13和第二管段14之间，整流板50可形成为套设在引流管12上的环形，整流板50可设有沿其厚度方向贯通的多个第一通孔51，整流板50可对高速流动的第一气体整流，以获得均匀的压缩空气流场。优选地，整流板50可形成为格栅板。根据本发明的一个实施例，引流管12的一端敞开与第二进口41连通，引流管12可通过与外界环境连通的第二进口41引入大流量的第二气体，气体吹扫装置100还包括：引流管60。具体地，引流管60设在引流管12的一端，引流管60设有沿其厚度方向贯通的多个第二通孔61，第二通孔61设在引流管入口孔板62上，第二通孔61可用于过滤环境中的较大杂质。优选地，至少一部分第二通孔61沿引流管60的径向间隔开布置。优选地，第一管段13、第二管段14和第三管段15一体成型，不仅提高了组装效率，而且便于设备加工生产，降低生产投入成本。需要说明的是，进气组件20主要由空气压缩机21、储气罐22、调节阀23、压力表24和流量计25组成，根据试验台架/工业平台对吹扫用气的需求，空气压缩机21提供具有一定流量和压力的第一气体，通过储气罐22稳定压力后流出，采用调节阀23调节压缩空气流量，采用压力表24和流量计25测量第一气体的流量和压力。在本发明的一些具体实施方式中，本体10的固体壁面可形成为304不锈钢件，耐腐蚀，延长使用寿命。总而言之，根据本发明实施例的气体吹扫装置100，通过设有第一腔室30和渐缩管，在第一腔室30内自然形成负压，通过引流管60从外界环境引入第二气体，极大地减少了进气组件20的空气压缩机21做功，是一种高效节能的气体倍增方式。同时，根据本发明实施例的气体吹扫装置100无需能动设备和电源，运行稳定可靠,减少了后续维护成本，并且通过进气组件20的第一气体的流量控制，能够实现总气体流量调节，适用于不同用气需求的试验台架和工业平台；并且，根据本发明实施例的气体吹扫装置100基于可压缩气体动力学原理进行结构设计，结构简单、加工制造简易、成本低。本发明还提供了一种用于根据本发明实施例的气体吹扫装置100计算装置结构参数和气体流量的计算方法。需要说明的是，以第一气体为压缩空气以及第二气体为外界环境中的空气为例。设从第一进口31进入的第一气体的压力为p1，密度为ρ1，流速为u1，环腔流道截面积为a1，体积流量为q1＝ρ1u1，质量流量为qm1＝ρ1u1a1。从第一气体出口环隙70位置的第一气体的压力为p2，密度为ρ2，流速为u2，流道截面积为a2。引流管60入口处的第二气体的压力为p0，密度为ρ0，流速为u0，流道截面积为a0，因此从外界环境引流来的空气质量流量为qm0＝ρ0u0a0。在第一气体出口环隙70位置的第二气体的压力为p3，密度为ρ3，流速为u3，引流管流道截面积为a3。其中，由于在第一气体出口环隙70位置，第一气体与第二气体混合，因此p3＝p2。当地声速为c。据伯努利方程，第一气体流动方程：第二气体流动方程：第一气体质量守恒方程：ρ1u1a1＝ρ2u2a2(3)第二气体质量守恒方程：ρ0u0a0＝ρ3u3a3(4)对于第一气体，根据可压缩气体动力学原理，密度和流速关系式：对于第一气体，速度系数为：根据第一气体质量守恒方程，有如下关系式成立：通过迭代求解(7)计算得到速度系数λ2，从而得到在第一气体出口环隙70位置的第一气体流速u2，和第一气体密度ρ2。根据第一气体流动方程(1)，得到第一气体出口环隙70位置的压力p2。对于第二气体，可压缩气体密度和流速关系式：对于第二气体，速度系数关系式：迭代求解方程(2)(8)(9)计算得到第二气体在第一气体出口环隙70位置的截面上，引流管60内的空气流速u3，以及第一气体密度ρ3，由此得到从外界环境引流来的空气质量流量ρ3u3a3，根据质量守恒即等于从外界环境引流来的空气质量流量为qm0。因此，本体10对气体质量流量的倍增系数为，吹扫装置出口中的气体总流量与进气组件20提供的第一气体流量的比值：通过计算气体质量流量的倍增系数远大于2，说明本体10从外界环境引入的第二气体的流量远超过进气组件20提供的第一气体的流量，实现了高效节能。如表1所示，根据式(1)至式(10)，计算得气体吹扫装置的结构参数。表1参数示例1示例2工作气流动环腔内径d1，mm200200引流管内径d2，mm100100工作气体出口环隙宽度δ，mm0.50.8入口空气密度ρ0，kg/m31.2931.293当地声速c，m/s340340工作气体入口流量q1，m3/h10-13010-130气体流量倍增系数η，147.88-71.6642.63-45.18如图5所示，根据本发明实施例的气体吹扫装置的结构参数可以计算得气体流量倍增系数。本发明实施例的气体吹扫装置100在表1的结构参数下，在进气组件20提供的第一气体入口流量q1＝10-130m3/h条件下，气体流量倍增系数η＝47.88-71.66，说明本体10从外界环境中引流得到的第二气体的空气流量是进气组件20提供的第一气体的空气流量的46.88-70.66倍，计算表明本体10仅依赖结构设计无需能动设备，即极大地节省了空气压缩机21做功，达到了高效节能的效果。总而言之，本发明实施例的气体吹扫装置100基于可压缩气体动力学原理，设置了本体10(主要由第一气体流动环腔80、收缩管、第一气体出口环隙70、引流管60构成)和进气组件20。本体10无能动设备且结构简单，实现了气体流量的倍增和可调。进气组件20提供第一气体，环境大气提供第二气体，两者混合形成吹扫用气。根据伯努利方程，在第一气体流动的收缩管至第一气体出口环隙70，第一气体流速增加、压力降低；在第一气体出口环隙70压力降至最低，形成负压，则引流管60从环境大气中引入大量空气，第一气体和第二气体在引流管60中混合后从吹扫装置出口流出，形成大流量的吹扫用空气。根据气体吹扫装置100的结构设计计算，从环境大气中引入的第二气体的空气流量可达第一气体的流量的70倍，同时本体10中没有能动设备，无需电源，在满足相同流量的吹扫用气需求下本发明实施例的气体吹扫装置100极大降低了进气组件20中的空气压缩机21的能耗，实现了高效节能，并且通过进气组件20的调节阀23调节第一气体的流量，可实现吹扫用气量可调，适用于不同吹扫用气需求的试验台架/工业平台的管道系统。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页12