专利名称：一种流体驱动多介质比例混合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及多介质比例混合系统，特别是涉及一种由流体驱动的多介质比例混合
直O
背景技术：
在目前使用的消防系统中需要将一种或多种灭火剂与主体消防水按比例混合形 成所需的混合液，以达到消防灭火的目的。同样，在化工、食品等生产领域中根据产品工艺 的要求，也需要对多种不同流体介质进行比例混合。可见，多介质混合技术的研究和应用， 在当代生产和生活中关系是极为紧密的。据本申请人对相关技术的分析，现有的多介质比 例混合装置有如下几种主要型式。1、负压式比例混合系统，含压介质A (参见
图1)在流经比例混合器时产生负压，将 介质B吸入与其混合形成比例混合液；2、压力式比例混合系统，介质B储存在耐压容器中的胶囊内，介质A在流经比例混 合器时产生负压，同时流入耐压容器，将介质B从胶囊中挤进比例混合器与其混合形成比 例混合液；3、为平衡式比例混合系统，含压介质A在流经比例混合器时产生负压，介质B由加 压泵加压，流经压力式平衡阀后在比例混合器中与介质A混合形成比例混合液，压力式平 衡阀通过平衡介质A和介质B的压力进而控制进入比例混合器的介质B的压力和流率，以 保持两种介质的混合比例。4、计量注入式比例混合系统，安装在介质A流通管道的流量计测量其流率，并将 流率信号传送至控制器，控制器按照设定的混合比和介质A流率计算出所需的介质B流率， 并通过控制变频器、变频电机和容积泵所需介质B注入介质A管道，与之混合形成混合液。以上前三种比例混合系统对介质混合比的控制能力按序增强，但均使用了以文丘 里管原理设计的比例混合器(参见
图1)。文丘里管中有一个收缩段，根据伯努利方程可知， 主流体(介质A)流过收缩段时管壁静压变小，由此产生负压，并通过一个节流孔板将其他流 体(介质B)吸入并混合。而这种由负压与节流孔板所形成的其他流体(介质B)的流量与流 经比例混合器的主流体(介质A)的流量之间是非线性关系的。因此，这种比例混合器的流 量范围是很有限的，为保证介质混合比控制在合适的范围内，它额定的工作流量范围通常 都较窄，只能适用于流量范围变化不大的场所，通常只是两种介质的混合。另外，收缩段的 存在还会导致流体介质压力降低。第4种比例混合系统中虽然不再需要上述的比例混合器，做到了混合比可随时设 置且可大可小，可实现超过两种介质的多种介质混合，但系统构成复杂，必须借助于外加动 力源，系统的供电可靠性要求较高。因此，探寻一种既能有效实现多介质比例混合，同时又能不借助于外加动力源的 多介质比例混合系统，就成为相关行业亟需解决的一大课题。发明内容针对现有的比例混合系统只适用于介质流量范围变化不大的场所，存在工作流量 范围较窄、压力损失大、系统构成复杂、对供电可靠性要求较高等问题，本发明的目的是提 供一种流体驱动多介质比例混合系统。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是这种流体驱动多介质比例混合装置，包括用于从主流体介质获取动力的驱动装 置、用于传递机械能的机械动力传输机构、用于输送其它流体介质的输送装置、用于盛装其 它流体介质的常压容器以及介质输送管道；所述驱动装置的机械能输出端经机械动力传输 机构与输送机构的动力输入端相连，并经与输送装置配置的其它介质输入管道与常压容器 相连，同时又由输送机构的其他流体出口端经其它流体输出管道与自驱动装置引出的混合 介质输出管道相连，由此构成无外加驱动力的比例自调型多介质比例混合系统。所述的驱动装置包括两端分别设置主介质输入端和主介质输出端的外壳、以及安 置在所述外壳内的水轮驱动机构；其中所述的水轮驱动机构由水轮机壳体、水轮叶片和安 装水轮叶片的转动轴组成；所述的外壳为一带双向开口的腔体，所述的水轮机壳体为一嵌 置在外壳内的环状体，环状体的对应周边的壳体部位设有面向外壳左、右端开口的水轮机 进液孔和水轮机出液孔，所述转动轴呈偏心状设于水轮机壳体的内腔，并在所述转动轴的 轴杆上设有两片呈十字交叉状安置的水轮叶片。所述水轮机壳体横截面上弧ad和弧be与转动轴同心，弧ab和弧cd的两端均与 相接触的水轮叶片相切，所述水轮叶片沿转轴轴向垂直面方向做往复运动。所述转动轴的横截面为圆环形。进一步优选方案为所述的驱动装置的机械能输出端经机械动力传输机构与配有 多个常压容器的多个输送机构分别连接，由每个输送机构将储存在每个常压容器内的其它 介质经介质输送管道分别并联到自驱动装置引出的混合介质输出管道中，由此构成无外加 驱动力的液体流动多介质比例混合系统。在上技术方案中所述驱动装置和输送机构之间使用的机械动力传输机构可以使 联轴器、变速箱，或者是分动箱连接。本发明的有益效果在于1、本发明的多介质比例混合装置使用驱动装置从一种介质中获取动力以驱动其 它介质的容积泵进入最终的混合管线，无额外供电需求，系统可靠性高。2、驱动装置具有通过介质流率与输出转速成正比的特点，直接使用驱动装置驱动 容积泵就可以用最简单结构实现介质混合比的恒定不变。3、由于介质混合比通常较小，需要注入的其他介质流量因此很小，因此驱动装置 需要输出的功率也会很小，所以对通过介质的压力损失相应也会较小。4、输送装置为容积泵，所以其它介质可直接注入主介质管道，无需配置任何比例 混合器，从而也不存在比例混合器对流通介质产生的额外压力损失。5、驱动装置和输送装置之间使用变速箱连接时，可通过调节传动比方便地调节介 质混合比；当使用分动箱连接时，还可同时混合多种介质，装置具有灵活多变，应用方便的 优点。[0024]以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明；
图1为比例混合器的结构示意图；图2为本实用新型的系统框架图；图3为本实用新型中驱动装置的结构示意图；图4为图3的e-e剖面图；图5和图6为实施例4的系统框架图。图中1-常压容器 2-输送机构 3-机械动力传输机构 4-主介质输送管道 5-驱动装置 6-混合介质输送管道 7-其它介质输入管道 8-其它介质输出管道 11 一外壳 12 —水轮机进液孔 13 —主介质输入端 14 一水轮机壳体 15—水 轮叶片 16 —转动轴17 —水轮机出液孔 18 —主介质输出端
具体实施方式
以下结合附图2给出的本实用新型的组成设备装配示意图，进一步阐述本本发 明一定压力的介质A从主介质输送管道4进入驱动装置5，并从连接驱动装置5出口 的后续输送管道流出，主介质A经过驱动装置5时流率不发生变化，只是压力有部分损失， 并由驱动装置5将部分水力动能转换为转动机械能并由转动轴16输出，驱动装置5输出的 机械能通过机械动力传输机构3 (由联轴器、变速箱或者是分配箱)驱动输送机构2，输送机 构2通过与该输送机构连接的输送管道从盛放其它介质的常压容器1中抽取其它介质、并 又通过输送机构2输出管道注入到自驱动装置5引出的后续输出管道(混合介质输送管道 8)中，与主介质A混合成所需要的多介质混合液(这种多介质混合液可以是化工生产中所 需生产工艺中的配制中间体或最终液体，也可以是消防灭火中水和泡沫添加剂形成的灭火 泡沫水剂)。从理论分析可知如果设进液管处主介质A压力为P、通过驱动装置5的流率为Q， 驱动装置5由于输出机械能而给主介质A带来的压力损失为ΔΡ，驱动装置5的输出机械能 为W1, Q1为驱动装置5的能量转换效率，α 2为驱动装置5与输送机构2间的能量传递效 率，α 3为输送机构2的能量转换效率，β为介质混合比，则有W1= Ci1APQ,根据输送机 构2处的能量守恒可得到如下公式α工Δ PQ α 2 = α 3 β Q (P —Δ P)，从而得到P/ Δ P = I^(Ct1Ct2)/ (α3β)。由此可见，一旦设定了介质混合比，只要各个能量传递效率与能量转换效率保持 不变，驱动装置5的压力损失与输入主介质A压力比值就保持恒定。在输入介质压力一定 的条件下，驱动装置5的输出功率只与其通过介质流率相关，且成正比，当输出转动的负载 扭矩恒定时，输出功率与转速成正比，因此可以认为驱动装置5的通过介质流率与输出机 械能转速成正比。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，并给出本发明的实施例。实施例1 结合图3和图4说明本发明的流体驱动多介质比例混合装置，该装置系 统中的驱动装置5工作时，流体主介质A从主介质输入端13进入并通过水轮机进液孔12进入水轮机壳体14的内腔中，流体介质推动两个水轮叶片15，水轮叶片15驱动转动轴16 进行逆时针转动，使其输出转动机械能，在水轮叶片15的转动过程中，流体介质从水轮机 壳体14的左侧到达右侧，在通过水轮机出液孔17后，进入主介质输出端18并流入连接驱 动装置5引出的输送管道中，从而实现输入介质压力降低并转换为转动机械能的目的。与 此同时，由驱动装置5输出的转动机械能则通过机械动力传输机构3 (联轴器)使输送机构 2进入工作状态。进入工作状态的输送机构2的输入口接受来自常压容器1内的其它流体 介质，并通过输送机构2的输出口将需添加的其它介质送入自驱动装置5引出的输送管道中 (此时该输送管道已经成为混合介质输送管道6)，实现比例混合，形成所需要的比例混合液。在能量转换过程中，外壳11与水轮机壳体14固定不动，水轮叶片15除随转动轴 16进行逆时针转动，还沿水轮机壳体14内腔横截面中的弧ab和弧cd做径向往复运动，水 轮叶片15的两端始终与水轮机壳体14的内壁紧密贴合，水轮叶片15的运动使转动轴16 产生较大的扭矩，减少了流体介质的压力损失。由于驱动装置的特殊结构使其能够在一定 范围内实现流过的介质流率与其输出机械能的转速成正比，而输送装置输送的介质流率又 与其转速成正比，因此通过驱动装置的介质流率与输送装置抽取的介质流率成正比，从而 保证了两种流体介质的介质混合比恒定不变。选用合适参数的驱动装置与容积泵装配成流 体驱动多介质混合装置，一种介质流过驱动装置，用容积泵输送另一种介质，即可实现某段 流率范围内的介质混合比恒定。实施例2 在驱动装置1与容积泵参数确定的情况下，如需实时、方便地调节介质 混合比，可将上述实施例中以联轴器作为机械动力传输机构2的方式，扩展为使用变速箱， 通过选择不同的速比实现介质混合比的调节。实施例3 当需要混合多种介质时，将最大流量的介质流过驱动装置5，选择分动 箱作为机械动力传输机构2，作为连接驱动装置5和输送机构2。此时驱动装置5输出的机 械能通过分动箱可分别驱动不同参数的输送机构2，将各种需要添加的其它介质注入到驱 动装置5的后续的混合介质输送管道6中。实施例4 附图7和附图8给出的本发明的流体驱动多介质比例混合装置，主要用于混合一 种或多种灭火泡沫液与消防用水的多介质混合，为泡沫混合系统。在这一系统中所述的驱 动装置5的机械能输出端经变速箱/分动箱与多个组成输送装置的泡沫泵(机械传输机构 2)分别连接，由每个泡沫泵将与该泡沫泵配置的泡沫液罐(常压容器1)并联到自驱动装置 5引出的混合介质输送管道6中，由此构成无外加驱动力的比例自调型多介质比例混合系 统。使用时，消防水从驱动装置5 (水轮机)的主介质输入端13进入，从主介质输出端 18输出，流率不变，压力些许降低，驱动装置5的转动输出机械能，且转动轴16的转速与流 经的消防水流率成正比，驱动装置5 (水轮机)输出的转动机械能通过分动箱或变速箱分别 驱动泡沫泵1、2……N，每个泡沫泵分别从泡沫液罐(常压容器)1、2……N中抽出泡沫液1、 2……N注入自驱动装置5引出的混合介质输送管道6 (消防水管道)中，形成可以用于现 场灭火的泡沫混合液，由于该系统在运行中整体压力的损耗较小，因此依然能够保证最终 喷出的消防泡沫具有一定的压力和扬程。每种泡沫液均可通过变速箱(机械传输机构3)调节混合比，当消防水中只需要混合一种泡沫液时，只需将驱动装置5 (水轮机)通过变速箱(机械动力传输机构3)连接驱动 一台泡沫泵即可，如泡沫液混合比例无需调节，可将变速箱(机械传输机构3)替换为联轴 器，再选用合适参数的泡沫泵(输送机构2)。实际使用表明本实用新型的多介质比例混合装置对流通介质压力影响很小，介 质混合比可方便地设置与调节，驱动装置输出机械能用分动箱驱动多个容积泵时还可同时 混合多种介质，装置配置灵活，具有很高的性价比。本装置可降低多介质比例混合系统对供 电的依赖，增强其可靠性，同时保持介质混合比的精确性。本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式
只是示例性的，是为了使本领 域技术人员能够更好的理解本专利内容，不应理解为是对本专利保护范围的限制，只要是 根据本专利所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护范围。
权利要求1.一种流体驱动多介质比例混合装置，其特征在于包括用于从主流体介质获取动力 的驱动装置(5)、用于传递机械能的机械动力传输机构(3)、用于输送其它流体介质的输送 机构(2)、用于盛装其它流体介质的常压容器(1)及介质输送管道；所述驱动装置(5)的机 械能输出端经机械动力传输机构(3)与输送机构(2)的动力输入端相连，并经与输送机构 (2)配置的其它介质输入管道与常压容器(1)相连，同时又由输送机构(2)的介质出口端经 其它介质输出管道(7)与自驱动装置(5)引出的混合介质输出管道(6)相连，由此构成无外 加驱动力的多介质比例混合系统。
2.如权利要求1所述的一种流体驱动多介质比例混合装置，其特征在于所述的驱动 装置(5)包括两端分别设置主介质输入端(13)和主介质输出端(18)的外壳(11)、以及安 置在所述外壳(11)内的水轮驱动机构；其中所述的水轮驱动机构由水轮机壳体(14)、水轮 叶片(15)和安装水轮叶片(15)的转动轴(16)组成；所述的外壳(11)为一带双向开口的腔 体，所述的水轮机壳体(14)为一嵌置在外壳(11)内的环状体，环状体的对应周边的壳体部 位设有面向外壳(11)左、右端开口的水轮机进液孔(12)和水轮机出液孔(17)，所述转动轴 (16)呈偏心状设于水轮机壳体(14)的内腔，并在所述转动轴(16)的轴杆上设有两片呈十 字交叉状安置的水轮叶片(15)。
3.如权利要求2所述的一种流体驱动多介质比例混合装置，其特征在于所述水轮机 壳体(14)横截面上弧ad和弧be与转动轴(16)同心，弧ab和弧cd的两端均与相接触的水 轮叶片(15)相切，所述水轮叶片(15)沿转轴轴向垂直面方向做往复运动。
4.如权利要求1或2所述的一种流体驱动多介质比例混合装置，其特征在于所述转 动轴(16)的横截面为圆环形。
5.如权利要求1或2所述的一种流体驱动多介质比例混合装置，其特征在于所述的 驱动装置(5)的机械能输出端经机械动力传输机构(3)与配有多个常压容器(1)的多个输 送机构(2 )分别连接，由每个输送机构(2 )将储存在每个常压容器(1)内的其它介质经介质 输送管道(7 )分别并联到自驱动装置(1)引出的混合介质输出管道(6 )中，由此构成无外加 驱动力的液体流动多介质比例混合系统。
6.如权利要求1所述的一种流体驱动多介质比例混合装置，其特征在于所述的机械 动力传输机构(3)为联轴器、变速箱、或分动箱中的任一种机械动力传输机构。
专利摘要本实用新型涉及一种流体驱动多介质比例混合装置，它包括用于从主流体介质获取动力的驱动装置(5)、用于传递机械能的机械动力传输机构(3)、用于输送其它流体介质的输送机构(2)、用于盛装其它流体介质的常压容器(1)及介质输送管道；所述驱动装置(5)的机械能输出端经机械动力传输机构(3)与输送机构(2)的动力输入端相连，并经与输送机构(2)配置的其它介质输入管道与常压容器(1)相连，同时又由输送机构(2)的介质出口端经其它介质输出管道(7)与自驱动装置(5)引出的混合介质输出管道(6)相连，由此构成无外加驱动力的多介质比例混合系统。本实用新型适用于化工、消防等领域，主要适用于室内外火灾的消防工程或者化工生产领域。
文档编号A62C5/02GK201880242SQ201020625300
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者倪震楚, 刘益民, 周象义, 张兆宪, 秦翔宇, 邵红林 申请人:上海金盾消防安全设备有限公司