一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置、方法及应用

本发明属于水下减阻，具体涉及一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置、方法及应用。

背景技术：

1、对于水下或水面运动的物体来说，运动过程中所受到的阻力远远大于空气中受到的阻力。水下运动的生物或者水下航行器受到的阻力理论上约是空气中阻力的800倍，其中，占最大比重的一部分就是摩擦阻力。因此通过降低水下航行器和船舶等运动过程中受到的摩擦阻力来降低能源消耗具有非常重要的研究意义。

2、目前在水下航行器减阻方面，已经了解的减阻技术有壁面加热、柔性壁面、微气泡减阻、沟槽减阻、超疏水减阻以及高聚物添加剂湍流减阻等，另外比较有前景的减阻技术还有仿生减阻以及减阻涂层等技术。上述方法中，高聚物添加剂减阻效果最为显著，只需要在湍流中加入少量高聚物添加剂(几ppm到几十ppm，ppm指百万分之一)，添加剂中的长链结构能很好的抑制湍流结构，进而大幅降低摩擦阻力，实现显著减阻效果。对于管道内添加剂溶液减阻而言，添加剂需溶入整个流场区域中，因此也被称为添加剂均匀溶液减阻方法。但为了适应外流减阻的需求，向船舶和水下航行器表面喷射减阻剂溶液的减阻方法被提出并证实有减阻效果，该方法减阻剂消耗量少，且便于实施。

3、现有技术中公开的颗粒物料溶解搅拌装置，用以解决颗粒物料溶解缓慢且搅拌不均匀的问题，但该装置仅通过电机转动进行颗粒溶解掺混，其溶解罐缺少对原料进行翻动搅拌的功能。现有技术才有采用在搅拌的同时自动同步对原料上下循环翻动，实现翻动搅拌的目的。该技术均能够聚合物的快速溶解，但转动杆上安装的多组叶片都工作于同一容腔内，未能实现叶片组之间的多级耦合，限制了高聚物溶解速率的进一步提高，也不能保证物料的充分溶解。

4、现有技术中公开的加速聚丙烯酰胺颗粒充分溶解与混合的搅拌装置，该装置将搅拌电机采用倾斜的安装方式使搅拌的空间和搅拌的力度更大，提高了高聚物的溶解效率，搅拌时可以有效提高颗粒物与溶液接触的溶解强度，使颗粒溶解的更加均匀。但电机与转轴采用倾斜安装的方式会增加转动不稳定性，主体结构易产生振动和晃动问题。

5、现有技术中公开的聚合物拉伸传质一体化超速溶解装置，通过强制拉伸及超重力传质共同作用，实现聚合物快速溶解。但该装置内装有多种齿盘结构，结构复杂不易安装，且多个拉伸重复单元之间未采用空间隔开设计，造成溶解后的聚合物都掺混在同一空间内，不能定量制备高聚物溶液浓度。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置，将多个转笼设置于各自对应的独立溶解单元内，各溶解单元之间通过流通通道连通，且由动力源带动各转笼在溶解单元内转动，构成减阻剂颗粒的多级溶解系统。本发明在水下航行器的有限空间内，实现高聚物溶液快速实时制备的同时减小了对其航行状态的干扰，能够根据航行速度定量配制高聚物溶液浓度，并克服现有技术中制备高聚物溶液时易受剪切破坏的问题。

3、本发明的技术方案是：一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置，包括缸筒，其内转动连接有转轴，其外周面上设置有入口和出口，分别用于通入水和输出高聚物溶液；

4、所述转轴通过动力源驱动旋转，其上沿轴向安装有多个多孔网状结构的转笼，并在相邻转笼之间设置有隔板，通过隔板将缸筒内腔分隔为多个独立溶解单元；并在隔板上开有流通通道，各隔板的流通通道位置设置满足缸筒内溶液流通的路径最大化；

5、所述转笼装有减阻剂颗粒。

6、本发明的进一步技术方案是：所述缸筒通过入口通入纯水，纯水将缸筒内各溶解单元充满。

7、本发明的进一步技术方案是：所述隔板套装于转轴上，其端面上开有偏心圆孔，作为相邻溶解单元之间的流通通道。

8、本发明的进一步技术方案是：相邻隔板的偏心圆孔在安装时，沿中心轴呈空间对称布置，使得溶液在不同溶解单元内流动时走最长路径，保证减阻剂颗粒充分溶解。

9、本发明的进一步技术方案是：所述转笼为中空的环柱状结构，其内环周面通过连接键安装于转轴上，能够随转轴转动；其外环周面及两端面均为多孔网状结构，网孔径小于减阻剂颗粒的粒径，将减阻剂颗粒限制于转笼内，转笼转动时溶解单元内的溶液与减阻剂颗粒反复混合、充分溶解。

10、本发明的进一步技术方案是：相邻隔板和转笼之间的转轴上套装有垫圈，防止转笼旋转时隔板碰撞、摩擦。

11、本发明的进一步技术方案是：所述缸筒包括两端开口的筒体、及封装于两端的密封端盖；多个筒体的开口端依次同轴密封连接，能够扩充缸筒容量、增加缸筒的轴向长度和转笼的数量；根据高聚物溶液所需量增减筒体数量，并适配于不同航行器。

12、本发明的进一步技术方案是：所述缸筒内壁同轴套装有多个缸套，用以支撑缸筒周壁；缸套与溶解单元一一对应，位于缸筒入口/出口处的缸套为带孔缸套，其上的开孔与入口/出口位置相对，连通缸筒的腔体内外。

13、一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解方法，具体步骤如下：

14、按照所需高聚物溶液的配置浓度，称取减阻剂颗粒并放入转笼，再根据转笼数量调整缸筒安装长度；

15、安装完成后，通过管道向缸筒入口注入纯水，使得缸筒内注满水；

16、启动动力源，驱动转轴绕轴旋转；

17、根据减阻剂颗粒所需溶解速率调整转轴转速；

18、溶解后的高聚物溶液从缸筒出口流出。

19、一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置应用于水下航行器或船体，通过所述多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置得到的高聚物溶液能够对水下航行器外表面或船体底部进行减阻。

20、有益效果

21、本发明的有益效果在于：本发明提出一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置，将装有减阻剂颗粒的转笼浸泡于溶解单元的水中，并通过电机带动转笼旋转，使得减阻剂颗粒在单独的溶解单元内反复与水混合，使得减阻剂颗粒充分溶解。所述缸筒沿轴向设置多组转笼和溶解单元，并在分隔溶解单元的隔板上开有流通通道，通过隔板和流通通道的限制，延长了溶液在缸筒内的流通路径，即在相同缸筒体积内，能够更有效和充分的实现减阻剂颗粒溶解。

22、本发明所述转笼采用多孔网状结构，使其内减阻剂颗粒与水能够基本实现无障碍混合，电机在低转速下，既能加快溶解速度，因此减少了航行器的能量损耗。

23、由于本发明中转笼装置为多孔网状结构，其外形不存在突变，旋转时不会对高聚物的分子链长造成剪切破坏；液体在级与级之间流动时空间独立，可定量配置高聚物溶液浓度；且该装置的腔内充满液体，其密度分布均匀，转笼旋转不会因转笼中颗粒分布不均而产生偏心力，也不会带动腔室内的液体旋转而产生转动惯性力，故对水下航行器航行状态干扰较小。

技术特征：

1.一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置，其特征在于：包括缸筒，其内转动连接有转轴，其外周面上设置有入口和出口，分别用于通入水和输出高聚物溶液；

2.根据权利要求1所述一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置，其特征在于：所述缸筒通过入口通入纯水，纯水将缸筒内各溶解单元充满。

3.根据权利要求1所述一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置，其特征在于：所述隔板套装于转轴上，其端面上开有偏心圆孔，作为相邻溶解单元之间的流通通道。

4.根据权利要求3所述一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置，其特征在于：相邻隔板的偏心圆孔在安装时，沿中心轴呈空间对称布置，使得溶液在不同溶解单元内流动时走最长路径，保证减阻剂颗粒充分溶解。

5.根据权利要求1所述一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置，其特征在于：所述转笼为中空的环柱状结构，其内环周面通过连接键安装于转轴上，能够随转轴转动；其外环周面及两端面均为多孔网状结构，网孔径小于减阻剂颗粒的粒径，将减阻剂颗粒限制于转笼内，转笼转动时溶解单元内的溶液与减阻剂颗粒反复混合、充分溶解。

6.根据权利要求5所述一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置，其特征在于：相邻隔板和转笼之间的转轴上套装有垫圈，防止转笼旋转时隔板碰撞、摩擦。

7.根据权利要求1所述一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置，其特征在于：所述缸筒包括两端开口的筒体、及封装于两端的密封端盖；多个筒体的开口端依次同轴密封连接，能够扩充缸筒容量、增加缸筒的轴向长度和转笼的数量；根据高聚物溶液所需量增减筒体数量，并适配于不同航行器。

8.根据权利要求1所述一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置，其特征在于：所述缸筒内壁同轴套装有多个缸套，用以支撑缸筒周壁；缸套与溶解单元一一对应，位于缸筒入口/出口处的缸套为带孔缸套，其上的开孔与入口/出口位置相对，连通缸筒的腔体内外。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置进行减阻剂颗粒快速溶解的方法，其特征在于具体步骤如下：

10.一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置应用于水下航行器或船体，通过权利要求1-8任一项所述多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置得到的高聚物溶液能够对水下航行器外表面或船体底部进行减阻。

技术总结
本发明一种多级耦合式减阻剂颗粒快速溶解装置、方法及应用，属于水下减阻技术领域；装置包括缸筒，其内转动连接有转轴，其外周面上设置有入口和出口，分别用于通入水和输出高聚物溶液；所述转轴通过动力源驱动旋转，其上沿轴向安装有多个多孔网状结构的转笼，并在相邻转笼之间设置有隔板，通过隔板将缸筒内腔分隔为多个独立溶解单元；并在隔板上开有流通通道，各隔板的流通通道位置设置满足缸筒内溶液流通的路径最大化；所述转笼装有减阻剂颗粒。本发明实现高聚物溶液快速实时制备的同时减小了对其航行状态的干扰，能够根据航行速度定量配制高聚物溶液浓度，并克服现有技术中制备高聚物溶液时易受剪切破坏的问题。

技术研发人员：谢络,刘浩,胡海豹,文俊,杜鹏,黄潇,陈效鹏
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15