一种具有自动排水功能的汽水混合装置的制作方法

本发明涉及一种混合装置领域，特别涉及一种具有自动排水功能的汽水混合装置。

背景技术：

近几十年来，由于传统工业和新兴工业，如化学工程、冶金工程、核工程、航空与航天工程等的迅速发展，促进了两相流动的研究和应用，是它发展成为一个独立的研究分支，得到了广泛的重视。但是，由于固有的复杂性、多样性以及测量手段的局限性，到目前为止，无论是在理论上，还是在方法，这一研究上处于发展阶段，而且，在今后一个较长的时间内，将继续是一个各抒己见，试验性强，充满着机会和突破的学术领域。

汽液两相流是多相流动中最为普遍的一种形式，广泛存在于各个工业生产过程中，在国民经济和日常生活中起着非常重要的作用。例如，能源动力工业过程中的锅炉、换热器、汽水分离器和化学工业过程中的重沸器、冷凝器等设备，制冷低温工业过程中的蒸汽压缩制冷设备，以及石油工业中的油汽开采、油汽混输等过程中，都存在汽液两相流动体系。此外，随着空间技术的发展，在航空航天领域的卫星、空间站和空间平台等微重力条件下的设备中，也存在有汽液两相流。

实际工程应用的管道中存在汽液混输，为了保证混输管道的正常运行，必须在混输泵入口安装汽液混合器，尽量使汽液均匀入流；部分单元设备中存在汽液两相间的反应、吸收、萃取、溶解和乳化等过程，这些工艺过程都需通过汽液两相间的混合过程来实现，为了提高混合效率，流程中必须设置汽液混合装置。汽液混合装置在两相流中显得非常的重要。

现有专利号cn204563382u，名称“一种气液混合器”的专利提出：一种气液混合器，包括混合器壳体、混合器出口接头、扰流隔板以及两根扰流弹簧；混合段的直径以及缓冲段的直径均大于收缩段的直径；混合器出口接头旋合在混合器壳体的泡沫出口上，并在混合器出口接头与混合器壳体的端面接触处设有密封圈；混合器壳体的外壁上设有与混合段相通的进液口。但是这个专利技术仍然存在以下两个问题：其一，该专利技术采用一处对汽体和液体进行混合，并未采用多点混合的方法，并不能达到均匀混合的效果；其二，该专利技术气体和液体混合时，气体运动方向和液体运动方向是相互垂直的，混合过程中会改变气体和液体原有的运动方向，不利于混合后的气液混合物的运动。

现有专利号cn203425729u，名称“气液混合器”的专利提出：一种气液混合器，其具有进水口、进气口及出水口，进水口与出水口之间设有混合腔，其中，进水口与混合腔之间设有进水孔，一针阀的阀柱穿过进水孔，阀柱靠近进水口的部分呈锥台状，阀柱的锥台状部分的横截面积自远离进水口一端向靠近进水口的一端逐渐增大。但是这个专利技术仍然存在以下问题：该专利技术采用一处对汽体和液体进行混合，并未采用多点混合的方法，并不能达到均匀混合的效果。

针对上述存在的不足，本发明人发明了“一种汽水混合装置”，使汽体和水能够均匀地进行混合，提高了混合的效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种汽水混合装置，提高了装置的混合效果，进一步提升了混合均匀度，使得汽液混合变得规范化、均匀化和可控化，进而提高混合效果。

本发明的主要目的是提供一种汽水混合装置，实现汽体和水的均匀混合，混合时并尽可能保持水原有的流动状态。本发明的技术方案是：

一种汽水混合装置，包括汽体输送管段连接法兰、汽体输入管段、液体输送管段连接法兰、液体输入管段、汽体储存套筒、汽体储存室、汽水混合部件、汽水两相输出管路、汽水两相输出管路连接法兰和自动排水装置。汽水混合装置的汽体输入管段和汽水两相输出管路为内外径相同且同轴线的圆管，汽体输入管段是圆形管并且和液体输入管段垂直。汽水混合部件有四部分组成且成十字交叉状分布，每个部分与相邻的部分都成90度分布，汽水混合部件有四个进汽孔，至少一个出汽孔，出汽孔方向与液体的流动方向相同。汽体储存套筒为圆形筒状结构且套筒中心轴线与汽体输入管段中心轴线处于同直线。

自动排水装置，由盖板、圆筒、上部滑动圆柱、浮球、下部滑动圆柱、圆锥柱塞和排水口组成，自动排水装置与汽体储存套筒之间通过锥螺纹连接固定，其中浮球、上部滑动圆柱、下部滑动圆柱和圆锥柱塞通过刚性连接构成一个整体，该部件竖直方向安置且在支撑部件的约束下沿着圆筒中轴线做上下运动；盖板和圆筒上分布着一系列圆形通孔；圆锥柱塞和排水口都成圆锥状，且两者的锥度相同。当汽体储存室内部进入水时，此时自动排水装置将会浸没在水中，随着液位的上升浮球浸入水中的体积不断增大，所受到的浮力越来原来大，当水位上升到一定位置时，浮球便会在浮力作用下向上运动，由于浮球的运动致使圆锥柱塞和排水口分离，汽体储存室内部里的水将会经过排水口排出汽水混合装置。

自动排水装置中浮球上部距离盖板的最大距离l3和滑动圆柱的长度l4之间存在以下数学关系，l3≧1.25*l4；自动排水装置上部滑动圆柱最上端离汽水混合部件单元的距离h最小值为10mm；圆锥柱塞锥度α和排水口的锥度β的取值满足如下关系：50°<α＝β<60°；浮球的半径r、圆筒内径d与浮球、上部滑动圆柱、下部滑动圆柱和圆锥柱塞的总质量m之间存在如下数学关系：

式中：

d-圆筒内径，m；

r-浮球半径，m；

m-浮球、上部滑动圆柱、下部滑动圆柱和圆锥柱塞的总质量,kg；

ρ-水的密度,kg/m³；

汽水混合装置中排水口锥孔上端孔直径d1、排水口锥孔下端孔直径d2、汽水混合装置汽体储存室内气体压力p1、汽水混合装置外界压力p2和汽体储存室内液体高度h之间满足如下关系式：

式中：

p1-汽水混合装置汽体储存室内气体压力，pa；

p2-汽水混合装置外界压力，pa；

h-汽体储存室内液体高度，m；

d1-排水口锥孔上端孔直径，m；

d2-排水口锥孔下端孔直径，m；

r-浮球半径，m；

m-浮球、上部滑动圆柱、下部滑动圆柱和圆锥柱塞的总质量，kg；

ρ-水的密度，kg/m³。

汽水混合部件由四个汽水混合部件单元组成，四个汽水混合部件单元之间不联通，每个汽水混合部件由一个进汽孔、至少一个汽体流动通道和至少一个出汽孔组成，且所有的汽体流动通道横截面相同，进汽孔和出汽孔垂直分布，进入汽水混合部件的汽体通过汽体流动通道后通过出汽孔与液体进行混合；汽体通过汽水混合部件的进口分别进入汽水混合部件的四个汽水混合部件单元，此时汽体的流动方向将发生90度的改变进入至少一个截面相同的汽体流动通道，此时汽体的流动方向将变得和水的流动方向一致，汽体通过汽水混合部件的出汽孔与水进行混合，汽体和水的同方向混合可以保证水的原有的流动状态，使混合效果变的平稳，提高了混合效果。

液体输入管段水平放置，汽体输入管段与液体输入管段垂直放置，汽体输入管段与水平面的夹角θ取值范围为，0°<θ<180°。这样布置的好处是可以避免在混合时水通过汽水混合部件和汽体储存套筒进入汽体体输入管段的情况，进一步保证了汽水混合效果的可靠性。

汽水混合部件四个汽水混合部件单元关于液体输入管段中心轴线成轴对称分布且与水平面或者竖直面都成45度，且上部汽体流动通道长度l1和下部汽体流动通道长度l2之间满足如下关系式：0.5·l1≤l2≤l1。这是因为上部两个汽水混合部件单元靠近汽体输入管段有更充足的汽体来源，汽体会优先通过上部两个汽水混合部件单元与水进行混合，而下部两个汽水混合部件单元远离汽体输入管段汽体来源，汽体会最后通过下部两个汽水混合部件单元与水进行混合，汽水混合部件单元的汽体流动通道长度越长则与汽体接触的面积就越大产生的摩擦阻力也就越大，可以一定程度的降低汽体的流动速度。上部两个汽水混合部件单元的汽体流动通道长度长于下部两个汽水混合部件单元的汽体流动通道长度可以使通过四个汽水混合部件单元的汽体在和水进行混合时汽体的速度尽可能的相近，提高了混合的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施方式的汽水混合装置剖视图；

图2为图1汽液混合器中的左视图；

图3为图1汽液混合器中b-b视图；

图4为图1中i的局部放大图，表示未排水工况下的自动排水装置状态图；

图5为图1中i的局部放大图，表示排水工况下的自动排水装置状态图。

图中，1-液体输送管段连接法兰；2-液体输入管段；3-汽体储存套筒；4-汽体输送管段连接法兰；5-汽体储存室；6-汽体输入管段；7-上部汽水混合部件单元；8-上部汽水混合部件单元；9-上部汽水混合部件单元汽体流动通道；10-下部汽水混合部件单元汽体流动通道；11-汽水两相输出管路；12-汽水两相输出段连接法兰；13-自动排水装置盖板；14-自动排水装置上部滑动圆柱；15-自动排水装置圆筒；16-圆形通孔；17-浮球；18-液位线；19-自动排水装置下部滑动圆柱；20-自动排水装置锥形柱塞；21-自动排水装置排水口；i-自动排水装置；箭头方向表示汽体或者液体的流动方向；h-自动排水装置上部滑动圆柱最上端离汽水混合部件单元的距离，m；l1-上部汽水混合部件单元汽体流动通道长度，m；l2-下部汽水混合部件单元汽体流动通道长度，m；l3-浮球上部距离盖板的最大距离，m；l4-滑动圆柱的长度，m；α-圆锥柱塞锥度，°；β-排水口的锥度，°；θ-汽体输入管段与水平面的夹角，°；d-自动排水装置圆筒内径，m；d1-排水口锥孔上端孔直径，m；d2-排水口锥孔下端孔直径，m；r-自动排水装置浮球半径，m。

具体实施方式

本发明提供一种汽水混合装置，提高了装置的独立性，进一步提升了混合均匀度，进而提高混合效果。下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明的主要目的是提供一种汽水混合装置，实现汽体和水的均匀混合。图1所示为本发明所述汽液混合装置的一种实施方式，所述汽水混合装置包括汽体输入法兰4、汽体输入管段6、液体输入法兰1、液体输入管段2、汽体储存套筒3、汽体储存室5、汽水混合部件7、8，汽水两相输出管路11、汽水两相输出法兰12。汽水混合装置的液体输入管段2和汽水两相输出管路11为内外径相同且同轴线的圆管，汽体输入管段6是圆形管并且和液体输入管段2垂直。汽水混合部件7,8有四部分组成且成十字交叉状分布，每个部分与相邻的部分都成90度分布，汽水混合部件有四个进汽孔，至少一个出汽孔，出汽孔方向与液体的流动方向相同。汽体储存套筒3为圆形筒状结构且套筒中心轴线与液体输入管段2中心轴线处于同直线。

汽水混合部件由四个汽水混合部件单元组成，四个汽水混合部件单元之间不联通，每个部分由一个进汽孔和至少一个出汽孔组成，进汽孔和出汽孔垂直分布，进入汽水混合部件的汽体通过至少一个横截面相同的汽体流动通道后通过出汽孔与液体进行混合。汽体通过汽水混合部件的进口分别进入进入汽水混合部件的四个汽水混合部件单元7,8，此时汽体的流动方向将发生90度的改变进入至少一个横截面相同的汽体流动通道9,10，此时汽体的流动方向将变得和水的流动方向一致，汽体通过汽水混合部件的出汽孔与水进行混合，汽体和水的同方向混合可以保证水的原有的流动状态，使混合效果变的平稳，提高了混合效果。

自动排水装置i，由盖板13、自动排水装置上部滑动圆柱14、自动排水装置圆筒15、浮球17、自动排水装置下部滑动圆柱19、圆锥柱塞20和排水口21组成，自动排水装置i与汽体储存套筒3之间通过锥螺纹连接固定，如图1所示，其中浮球17、自动排水装置上部滑动圆柱14、自动排水装置下部滑动圆柱19和圆锥柱塞20通过刚性连接构成一个整体，该部件竖直方向安置且在自动排水装置圆筒15和自动排水装置上部滑动圆柱14的约束下沿着圆筒15中轴线做上下运动；盖板13和圆筒15上分布着一系列圆形通孔16，盖板成圆形其圆周上用点焊的方式与圆筒进行固定；圆锥柱塞20和排水口21都成圆锥状，且两者的锥度相同。当汽体储存室5内部进入水时，此时自动排水装置i将会浸没在水中，此时锥形柱塞20和排水口21没有分离，如图4所示，随着液位的上升，浮球17浸入水中的体积不断增大，所受到的浮力越来越来大，当水位上升到一定位置时，浮球17便会在浮力作用下向上运动，由于浮球17的运动致使圆锥柱塞20和排水口21分离，如图5所示，汽体储存室5内部里的水将会经过排水口21排出汽水混合装置i,实现自动排水的功能。当汽体储存室5内的液位18的降低，浮球17受到的浮力逐渐减小，当浮球17所受的浮力小于浮球17、自动排水装置上部滑动圆柱14、自动排水装置下部滑动圆柱19和圆锥柱塞20四者的重力时，浮球17、自动排水装置上部滑动圆柱14、自动排水装置下部滑动圆柱19和圆锥柱塞20的位置会下降，致使圆锥柱塞20和排水口21重新闭合，此时如图4所示。

自动排水装置i中浮球17上部距离盖板13的最大距离l3和自动排水装置下部滑动圆柱19的长度l4之间存在以下数学关系，l3≧1.25*l4；自动排水装置上部滑动圆柱14最上端离汽水混合部件单元的距离h最小值为10mm，如图1所示；圆锥柱塞20锥度α和排水口21的锥度β的取值满足如下关系：50°<α＝β<60°；浮球17的半径r、圆筒15内径d与浮球17、自动排水装置上部滑动圆柱14、自动排水装置下部滑动圆柱19和圆锥柱塞20的总质量m之间存在如下数学关系：

式中：

d-圆筒内径，m；

r-浮球半径，m；

m-浮球、上部滑动圆柱、下部滑动圆柱和圆锥柱塞的总质量,kg；

ρ-水的密度,kg/m³。

汽水混合装置中排水口锥孔上端孔直径d1、排水口锥孔下端孔直径d2、汽水混合装置汽体储存室内气体压力p1、汽水混合装置外界压力p2和汽体储存室内液体高度h之间满足如下关系式：

式中：

p1-汽水混合装置汽体储存室内气体压力，pa；

p2-汽水混合装置外界压力，pa；

h-汽体储存室内液体高度，m；

d1-排水口锥孔上端孔直径，m；

d2-排水口锥孔下端孔直径，m；

r-浮球半径，m；

m-浮球、上部滑动圆柱、下部滑动圆柱和圆锥柱塞的总质量，kg；

ρ-水的密度，kg/m³。

液体体输入管段2水平放置，汽体输入管段6与液体输入管段2垂直放置，汽体输入管段6与水平面的夹角θ取值范围为，θ＝90°，如图2所示。这样布置的好处是可以避免在混合时水通过汽水混合部件7,8和汽体储存室5进入汽体体输入管段6的情况，进一步保证了汽水混合效果的可靠性。

汽水混合部件四个汽水混合部件单元7,8关于液体输入管段2中心轴线成轴对称分布且与水平面或者竖直面都成45度，且上部两个汽水混合部件单元7的汽体流动通道长度l1长于下部两个汽水混合部件单元的汽体流动通道长度l2，且上部汽体流动通道长度l1和下部汽体流动通道长度l2之间满足如下关系式：0.5·l1≤l2≤l1。这是因为上部两个汽水混合部件单元7靠近汽体输入管段6有更充足的汽体来源，汽体会优先通过上部两个汽水混合部件单元7与水进行混合，而下部两个汽水混合部件单元8远离汽体输入管段6汽体来源，汽体会最后通过下部两个汽水混合部件单元8与水进行混合，汽水混合部件单元的圆形汽体流动通道长度越长则与汽体接触的面积就越大产生的摩擦阻力也就越大，可以一定程度的降低汽体的流动速度。上部两个汽水混合部件单元的圆形汽体流动通道长度l1长于下部两个汽水混合部件单元的圆形汽体流动通道长度l2可以使通过四个汽水混合部件单元7,8的汽体在和水进行混合时汽体的速度尽可能的相近，提高了混合的稳定性。