一种快速自力式混合装置及混合方法与流程

本发明涉及流体力学技术领域，具体主要涉及一种快速自力式混合装置及混合方法，适用于两种流体的快速混合。

背景技术：

两种不同液体在线混合时，由于混合比例发生变化以及总流量经常发生较大幅度的变化。特别是分期投产的项目，其管道安装一般是按最终规模进行设计施工，管道对于初期投产而言，偏大许多。需要两种流体混合时，管道内流速极低，尤其是混合比例较小的流体，其流速更低。通过三通混合后的两种流体，无法及时充分混合，导致混合参数检测不准，影响系统的混合比例调节。为了准确检测混合后的参数，往往需要设计一段较长的混合段，同时需要相对较长的时间才能检测混合后的参数，从而影响混水系统的混合比例调节控制。现有的混水技术主要集中在混合比例的调节方法及混合比例的调节装置的设计上面，对于基于需要快速混合以便于及时检测混合结果的装置和方法基本没有。

技术实现要素：

本发明的目的是提供可快速均匀混合两种流体的一种快速自力式混合装置及混合方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种快速自力式混合装置，包括第一筒体、第二筒体和第三筒体；

所述第一筒体内同轴安装所述第三筒体，所述第二筒体穿过第一筒体并与第三筒体内腔相连；第一筒体两端开口，一端为一种流体的进口，另一端为混合流体的出口；第二筒体外端开口，该开口端为另一种流体的进口；第三筒体两端封闭，其圆筒表面分布小孔。

进一步的，第三筒体通过结构支撑件固定安装。

本发明装置将三通混水后的筒体混水变为第一筒体与第三筒体组成的同心圆缝隙混水。同样的流体流量，同心圆缝隙混水更有利于混合流体达到喘流状态。另外，第三筒体圆筒表面小孔将流体分散成若干股水流，也有利于流体的均匀混合。

当液体混合比例经常变化或者总流量经常变化，且变化幅度较大时，上述快速自力式混合装置实现两种流体的快速均匀混合的效果有所下降。

针对该情况，本发明又提供了一种优选方案，即在上述快速自力式混合装置的基础上，增加隔板、动力传动机构、动力装置、水压差采集单元和控制器；

所述隔板滑动连接于第三筒体内，将第三筒体分割成左右两个独立空腔；

所述动力传动机构设于第一筒体和第三筒体内，动力传动机构的一端连接隔板，其另一端穿出第一筒体外连接设于第一筒体外的动力装置，动力装置通过动力传动机构带动隔板沿第三筒体轴向滑动；

所述水压差采集单元用来采集第一筒体和第三筒体内的水压差δp值，并将δp值信号传输给设于第一筒体外的控制器；

所述控制器还与动力装置信号连接。

该优选的混合装置除了能确保混合比例或总流量经常变化的流体的快速均匀混合外，还可以反馈混合结果。

进一步的，为使隔板平稳滑动，所述第三筒体内壁设有与所述隔板匹配的导向及限位机构，隔板安装于导向及限位机构上。

进一步的，动力传动机构为涡轮蜗杆或气动连杆机构。

进一步的，动力装置为手动动力装置、电动动力装置、磁动动力装置或气动动力装置。

进一步的，水压差采集单元包括设于第一筒体内的第一压力传感器和设于第三筒体内的第二压力传感器；或者，水压差采集单元采用压差传感器。

控制器将水压差采集单元反馈的δp值与δp设定值比对，根据比对结果移动隔板，以确保维持流体混合所所需要的出口流速和出口雷诺数。隔板移动可手动或自动完成。例如，工作人员可根据与控制器相连的显示屏显示的数据，通过手动型动力装置，通过动力传动机构滑动隔板；或者，由控制器向动力装置发送信号，动力装置根据所接收的信号来控制隔板移动。

本发明还提供了利用上述快速自力式混合装置的混合方法，包括：

a流体从第一筒体的进口进入第一筒体内；

b流体从第二筒体的进口进入第三筒体内；

利用水压差采集单元采集第一筒体和第三筒体内的水压差δp值，记为δp实际值，并传输给控制器；

控制器比较δp实际值和δp设定值；

当δp实际值小于δp设定值，控制器控制动力装置带动动力传动机构继而带动隔板向连接第二筒体的独立空腔移动，直至δp实际值达到δp设定值；

当δp实际值大于δp设定值，控制器控制动力装置带动动力传动机构继而带动隔板向未连接第二筒体的独立空腔移动，直至δp实际值达到δp设定值；

δp设定值为经验值。

作为优选，δp设定值为范围值，δp实际值小于δp设定值即δp实际值小于该范围值的下限，δp实际值大于δp设定值即δp实际值大于该范围值的上限。

进一步的，所述范围值，其下限值应确保小孔出口流速达到确保小孔出口流体的雷诺数处于喘流状态；其上限值应不大于5kpa。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）解决了两种流体在低流量低流速，尤其是处于层流状态下的流体的快速自力式混合，确保不同比例的两种不同流体能够在混合装置内快速均匀混合，确保混和后的参数能快速检测并反馈，有利于混合系统的精准测量与及时调节。

（2）降低了混水段长度，有利于机房内管道布置，节省机房面积。

（3）本发明基于流体力学原理，技术思路清晰、混合装置制造较容易，成本不高，液体混合快速均匀，混合后数据测量准确，反馈快速，为混合比例自控调节创造了有利条件。

附图说明

图1为实施例中快速自力式混合装置的结构示意图。

图中：1-第一筒体，2-第二筒体，3-第三筒体，4-隔板，5-动力传动机构，6-动力装置，7-导向及限位机构，8-第一压力传感器，9-第二压力传感器，10-结构支撑件，11-控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本实施例为一种优选方案。

本实施例快速自力式混合装置的结构示意图参见图1，其包括第一筒体1、第二筒体2、第三筒体3、隔板4、动力传动机构5、动力装置6、导向及限位机构7、第一压力传感器8、第二压力传感器9、结构支撑件10和控制器11。本实施例中，第一筒体1、第二筒体2、第三筒体3均为圆柱形筒体，其中，第一筒体1直径最大。所述第一筒体1内同轴安装所述第三筒体3，第三筒体3用结构支撑件10固定。显然，第一筒体1长度长于第三筒体3。所述第一筒体1两端开口，一端为一种流体的进口，另一端为混合流体的出口。所述第三筒体3两端封闭，第三筒体3表面钻有几十至数百个小孔。第二筒体2穿过第一筒体1表面并与第三筒体3表面相交，且与第三筒体3内腔相连，作为优选，第二筒体2和第三筒体3相连处位于第三筒体3侧部。第二筒体2外端开口，该开口端为另一种流体的进口。

所述第三筒体3内滑动连接有隔板4，隔板4将第三筒体3分割成左右两个独立空腔，隔板4可在第三筒体3内轴向滑动，使得两个独立空腔的体积比例可调。为使隔板4平稳滑动，在第三筒体3内壁设有与隔板4匹配的导向及限位机构7，隔板4安装于导向及限位机构7上，导向及限位机构7用来对隔板4的滑动进行导向和限位。

所述第一筒体1和所述第三筒体3内设动力传动机构5，动力传动机构5轴向安装于第一筒体1和第三筒体3内，并穿越第一筒体1与安装于第一筒体1外的动力装置6连接，动力装置6用来控制动力传动机构5带动隔板4滑动，控制逻辑来自于设定的δp值。所述第一筒体1内设有第一压力传感器8，所述第三筒体3内设有第二压力传感器9，具体来说，第一压力传感器8置于第一筒体1的流体进口处，第二压力传感器9置于第三筒体3的流体进口处。第一压力传感器8和第二压力传感器9用来采集第一筒体1和第三筒体3内的水压差δp值，记为δp实际值，并将δp实际值信号传输给控制器11。控制器11将δp实际值信号与设定的δp设定值进行比对，并根据比对结果调节隔板4移动。

当a、b两种流体混合比发生变化或其他原因导致δp实际值偏离δp设定值时，控制器11控制动力装置6通过动力传动机构5带动隔板4移动。具体来说，当δp实际值小于δp设定值时，隔板4被带动向左移动，以减少第三筒体3左侧独立空腔的体积，相对应的，也就减少了b流体流入a流体小孔数量，b流体流出的流速增加，δp实际值就会上升，直至达到δp设定值；当δp实际值大于δp设定值时，隔板4将被带动右移，增大第三筒体3左侧独立空腔的体积，相对应的也就增加了b流体流入a流体小孔数量，小孔流速降低，δp实际值就会下降，直至达到δp设定值。实际工程中，为避免隔板4移动过于频繁，可将δp设定值设定为一个范围值，下限值需确保小孔出口流速达到确保小孔出口流体的雷诺数处于喘流状态；上限需满足混合装置阻力不能太大，一般控制在3kpa左右为宜，最大不大于5kpa。

上述实施例仅为多种实施例中的一种，本发明核心技术是将其中一种流体（b流体）由一股液体通过小孔分割成几十至几百股流体甚至更多股，同时将混合后的筒体混水变为同心圆缝隙混水，两方面因素使混合装置内两种流体能快速自力式均匀混合。当混合比例经常发生变化或总流量经常变化，设定δp设定值，通过隔板移动，确保维持流体混合所需要的出口流速和出口雷诺数。

对于本领域内的技术人员，在上述说明基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，比如将两个压力传感器改为一个压差传感器；比如动力传动机构有涡轮蜗杆、有气动连杆机构等；比如动力装置有手动、电动、气动等；还有δp设定值可以改为温度设定值、浓度设定值等参数设定值，相应的，将压力传感器替换为相应参数的传感器。另外，本发明混合装置还具有混合比例调节的功能，而这些属于本发明实质精神而衍生出的其他变化或变动仍属于本发明保护范围。