一种变湍流强度的多级脉冲管道混合器

1.本实用新型涉及水处理过程中的管道混合器，具体为可用于给水处理系统、城市污水处理系统与工业废水处理系统中药剂与所处理水混合反应的管道混合器。


背景技术：

2.在水处理系统中，净水药剂与水的充分混合是水质净化过程中的重要环节。管道混合器是使水流和药剂在管道混合器内流过时，通过某一构件或混合元件的作用而达到药剂与水流均匀混合的目的。其混合原理是在混合器内部设置有若干个特定形状的混合单元，当自混合器入口进入的多路流体通过时，不断地被混合单元剪切导流，发生流动方向的改变，并产生分离、旋转、碰撞，最终达到混合的效果。
3.管道混合器主要有两种类型，一类是利用管道内安装的混合单元实现混合效果，混合单元多为剪切型混合单元，即流体流过时被混合单元剪切导流，发生流动方向的改变，实现药剂与水的混合。公布号cn207287167u、申请号201720940284.1的文献所公开了“一种管道混合器”，其结构包括本体和设置于本体上的若干加药口，本体内部均匀设有若干组螺旋叶片，螺旋叶片相邻两组设置方向相反且相错90
°
；公布号cn211936436u、申请号202020534712.2的文献所公开了“一种低压降高效管道混合器”，其结构包括混合器管体、高效混合单元和导流管，在混合器管体内设有导流管，在导流管的外缘面上间隔套接数个高效混合单元；前述此类“管道混合器”通过螺旋叶片或混合单元使流体与药剂混合更加均匀和充分，提高其效率；但此种类型的管道混合器需要较长的螺旋段或多个混合单元才能达到所需的混合效果，螺旋段或混合单元流动阻力大，相应水头损失大、能耗高，而且所处理水中常见的软性漂浮物、纤维类杂质会被螺旋叶片或混合单元截留，逐步积累，导致管道混合器堵塞，另外此类管道混合器加工较复杂、堵塞后清通较困难。
4.另一类是采用普通文丘里结构的管道混合器，该类管道混合器混合距离短，混合效果较差，较难达到理想的混合效果。因此有管道混合器在普通文丘里结构上进行了改进，公布号cn213725837u、申请号202022550359.x的文献所公开了“一种高效的管道混合器”，其结构包括有呈三通管状的管道，管道带有一个介质容腔，介质容腔两端分别设置收缩入口、扩张出口，管道的侧壁上设置混合介质入口端，在混合介质入口端与介质容腔之间的管壁上设置有带有分布孔的环形容腔，通过入口处设置螺旋内壁、混合段呈环状包围介质容腔均匀设置分布孔，使两种介质初始接触更加充分，其扩张出口段设置内凸结构增加介质扩散混合时的湍流强度，该“管道混合器”可以使介质在混合器中接触更充分、混合更均匀，缩短混合的长度和时间；但由于其只有一个收缩入口和一个扩张出口，和普通文丘里结构管道混合器类似，混合效果有限，在管壁上设置有带有分布孔的环形容腔、收缩入口处设置螺旋内壁、扩张出口段设置内凸结构来强混合效果，其内部构造复杂，制造难度大，而且因内壁不光滑，管壁摩擦系数大，水头损失大，能耗高，同样容易截留所处理水中的软性漂浮物、纤维类杂质，逐步积累后导致堵塞，且清通较困难。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提出一种变湍流强度的多级脉冲管道混合器，可用于水处理过程的所处理水与药剂的混合反应，有利于提高混合反应效果，且结构简单，制造加工简便，内壁光滑，摩擦系数低，流动阻力小，水头损失低，且不易堵塞，对所处理水的适用范围广。
6.实现发明目的的技术方案，参见图1，包括：
7.含有内腔的管道壳体1，壳体1两端分别有进水口2，出水口3；
8.位于所述壳体1与进水口2相邻的管壁上有一个或多个药剂投加口4；
9.位于所述壳体1的进水口2与出水口3之间的壳体内腔由多组渐缩管1a、渐扩管1b串联组成，壳体1形成截面积收缩、扩张交替变化；
10.所述多组渐缩管1a、渐扩管1b的每一组的渐缩管1a与渐扩管1b为形状尺寸一致的同心异径管，一个渐缩管1a和一个渐扩管1b对称连接成为一组，连接点为直径小的缩口端，组与组之间的连接点为直径大的扩口端；
11.所述渐缩管1a、渐扩管1b的扩口端直径d与进水口2和出水口3的直径相同，渐缩管1a、渐扩管1b的缩口端直径d逐步变大，第一组缩口端直径d与扩口端直径d之比值为0.3～0.5:1，最后一组缩口端直径d与扩口端直径d之比值为0.7～0.9:1，中间各组缩口端直径d与扩口端直径d之比值呈等差数列递增；
12.所述渐缩管1a、渐扩管1b的长度l相等，长度l与扩口端直径d之比为0.5～3:1；
13.所述进水口2与第一组渐缩管1a相连通，最后一组渐扩管1b与出水口3相连通，所述药剂投加口4与进水口2端的壳体1相连通；
14.所述进水口2与出水口3的端头设法兰，分别与相邻管道相连通。
15.本实用新型的工作过程是，被处理的水和药剂分别由进水口2、药剂投加口4进入壳体1，药剂和水流的混合流体依次通过各组渐缩管1a、渐扩管1b，混合流体在渐缩管1a中流速逐步增大，当经过渐缩管1a与渐扩管1b连接处时流速最大，混合流体流经渐扩管1b时流速降低，在渐扩管1b的扩口端流速最小，流体流经一组渐缩管1a和渐扩管1b时，流速由小变大再变小，形成显著变速流，从而促进药剂和水流的混合，尤其是流体从渐缩管1a与渐扩管1b连接处进入并流经渐扩管1b时，其流速由大变小的过程中，高速流体喷射进入低流速区时产生明显脉冲涡旋流，强化了药剂和水流的混合效果；药剂和水流的混合流体依次经过多组渐缩管1a、渐扩管1b的连续作用，形成湍流强度逐级降低的多级脉冲涡旋流混合，实现完全充分混合，并保证混合反应所需时间；药剂和水流完全充分混合后的流体自出水口3流出，进入后续处理环节。
16.本实用新型的技术效果是：
17.1、由于所成组设置的渐缩管1a与渐扩管1b，药剂与水流的混合流体流经时形成流速由小变大再变小的流速显著变化，从而促进药剂和水流的混合，尤其是流速由大变小的过程中，高速流体喷射进入低流速区时发生明显脉冲涡旋流，强化了药剂和水流的混合效果，具有混合效果好的特点。
18.2、由于多组渐缩管1a与渐扩管1b的串联组合方式，形成多级脉冲涡旋流混合效果，药剂与水流的混合均匀度逐级提升，具有混合充分的特点。
19.3、由于渐缩管1a、渐扩管1b的缩口端流速与扩口端流速之比为d/d值(扩口端直径
d与缩口端直径d之比值)的平方，即d/d值(缩口端直径d与扩口端直径d之比值)越小，流速差越大，流体脉冲涡旋流越显著，相应的混合剪切强度越大，因各组渐缩管1a、渐扩管1b的缩口端直径d与扩口端直径d之比值呈等差数列递增，即药剂与水流的混合流体流经各组渐缩管1a、渐扩管1b时，其形成的脉冲涡旋流的湍流强度逐组降低，即在壳体1前段药剂与水流混合均匀度较低时，通过产生的较高湍流强度实现药剂在水流中的快速扩散混合，在壳体1后段药剂与水流混合均匀度较高时，通过相对低的湍流强度实现混合均匀度的提升和保证混合反应时间，相对低的湍流强度条件下其水头损失相应减少，本发明技术方案营造的湍流强度梯度差形成宽范围的混合反应速度梯度g值，具有与药剂在水流中扩散混合均匀度的变化过程及其相应过程的混合强度需求相匹配的特点，对水流流量变化适应范围大，既可实现充分混合的目的，又可实现在较低水头损失条件下保证混合反应时间，有利于提升后续处理环节的效果。
20.4、由于成组设置渐缩管1a与渐扩管1b且d/d值呈等差数列递增的方式，可以根据药剂的类型、药剂与水流混合难易度和均匀度的要求，相应选择渐缩管1a与渐扩管1b的组数和d/d值，具有应用灵活、适应范围广的特点。
21.5、由于壳体1内无通常设置于管内壁上或管中的螺旋叶片或混合单元等扰流构造，壳体内壁光滑，摩擦系数低，流动阻力小，水头损失小，具有节能的特点。
22.6、由于壳体1内壁光滑结构不会截留所处理水中的软性漂浮物、纤维类杂质，无堵塞风险，无需维护清通，对所处理对象的杂质预处理要求低，具有不堵塞、免维护、处理对象的适用条件宽泛的特点。
23.本实用新型所具有的其它特点和效果将结合具体实施方式进一步说明。
24.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
附图说明
25.图1为本实用新型方案的结构示意图，确定为摘要附图；
26.图2为本实用新型方案的一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
27.参见附图。本实用新型包括含有内腔的管道壳体1，壳体1两端的进水口2、出水口3，壳体1中段位于进水口2和出水口3之间的多组渐缩管1a、渐扩管1b，壳体1管壁上的药剂投加口4；
28.所述进水口2与第一组渐缩管1a相连通，最后一组渐扩管1b与出水口3相连通，所述药剂投加口4与进水口2端的壳体1相连通；
29.所述进水口2与出水口3的端头设法兰，分别与相邻管道相连通；
30.所述药剂投加口4，位于壳体1与进水口2相邻的管壁上，被处理的水和药剂分别由进水口2、药剂投加口4进入壳体1，药剂投加口4的数量为一个或多个，可根据投加药剂的种类确定药剂投加口4的数量，满足不同应用场景的需要；
31.所述多组渐缩管1a、渐扩管1b的每一组的渐缩管1a、渐扩管1b由形状尺寸一致的同心异径管对称连接而成，由多组渐缩管1a、渐扩管1b组成的壳体1形成截面积收缩、扩张交替变化；药剂和水流的混合流体在渐缩管1a中流速逐步增大，当经过渐缩管1a与渐扩管
1b连接处时流速最大，混合流体流经渐扩管1b时流速降低，在渐扩管1b的扩口端流速最小，混合流体流经一组渐缩管1a和渐扩管1b时，流速由小变大再变小，形成显著变速流，从而促进药剂和水流的混合，尤其是流体从渐缩管1a与渐扩管1b连接处进入并流经渐扩管1b时，其流速由大变小的过程中，高速流体喷射进入低流速区时产生明显脉冲涡旋流，强化了药剂和水流的混合效果；药剂和水流的混合流体经过多组d/d值逐组等差递增的渐缩管1a、渐扩管1b的作用，形成湍流强度逐级降低的多级脉冲涡旋流混合，实现完全充分混合，并保证其混合反应所需时间；
32.所述渐缩管1a与渐扩管1b的组数可根据药剂的类型、药剂与水流混合难易度和均匀度的要求确定，优选的组数为3～5组；
33.所述渐缩管1a、渐扩管1b的扩口端直径d与进水口2和出水口3的直径相同，渐缩管1a、渐扩管1b的缩口端直径d逐步变大，第一组缩口端直径d与扩口端直径d之比值为0.3～0.5:1，最后一组缩口端直径d与扩口端直径d之比值为0.7～0.9:1，中间各组缩口端直径d与扩口端直径d之比值呈等差数列递增；药剂与水流的混合流体流经各组渐缩管1a、渐扩管1b时，其形成的脉冲涡旋流的湍流强度逐组降低，即在壳体1前段药剂与水流混合均匀度较低时，通过产生的较高湍流强度实现药剂在水流中的快速扩散混合，在壳体1后段药剂与水流混合均匀度较高时，通过相对低的湍流强度实现混合均匀度的提升和保证混合反应时间，相对低的湍流强度条件下其水头损失相应减少，营造的湍流强度梯度差形成宽范围的水流速度梯度g值，与药剂在水流中扩散混合均匀度的变化过程及其相应过程的混合强度需求相匹配，对水流流量变化适应范围大，既可实现充分混合的目的，又可实现在较低水头损失条件下保证混合反应时间，有利于提升后续处理环节的效果；可根据药剂的类型、药剂与水流混合难易度和均匀度的要求，相应优选设置各组的d/d值，优选的第一组缩口端直径d与扩口端直径d之比值为0.4～0.5:1，最后一组缩口端直径d与扩口端直径d之比值为0.7～0.8:1；
34.所述渐缩管1a、渐扩管1b的l相等，l/d值(长度l与扩口端直径d之比值)为0.5～3:1，可根据安装空间大小相应优选确定l/d值；优选的l/d值为0.8～1.5:1；
35.所述壳体1的管径均匀变化，内壁光滑，摩擦系数低，水头损失小，运行能耗低；内壁光滑结构不会截留所处理水中的软性漂浮物、纤维类杂质，无堵塞风险，无需维护清通，对处理对象的杂质预处理要求低，处理对象的适用条件宽泛；
36.药剂和水流完全充分混合后的流体自出水口3流出，进入后续处理环节。
37.图2为另外一种实施方式的结构示意图，渐缩管1a、渐扩管1b的管径变化非直线，而是弧线形。
38.本实用新型说明书中所描述的各种实施结构和对本发明技术方案的其他任何变型结构均属于本实用新型的保护范围。