本发明涉及球阀式脉动发生器,属于脉动发生器领域。
背景技术:
脉动流就是流动参数如压力、速度等发生周期性或准周期变化的流体,如人类的动脉血液。该流体与普通层流流动流体在流动及传热传质方面有很大的不同,脉动流可以很有效的提高流动及传热传质效果,现已有文献证明脉动流强化换热最高可达20倍以上,传质效果更是成几个数量级的提高。强化传热传质的主要工程应用有:换热器、生物医药、化工生产、武器弹药、航空航天、电子散热等方面。
能够为工作过程提供脉动流动的装置称为脉动发生器。常见的脉动流发生装置可分为两类:自激励脉动源和强制脉动源。流体自激励脉动源,主要是通过改变管路结构形式来产生脉动的装置,这种脉动源无需额外消耗泵功。现有的自激励脉动源有单向阀系统、自激式系统等。强制脉动源,即通过消耗能量使流体产生脉动的装置。较为常用的强制脉动源可分为隔膜泵、电磁阀、活塞往复泵、组合式旋转叶片阀等。
目前已经检索到的国内外相关专利主要有三项:一种轮盘式流量脉动发生器(申请号:cn201110253476.2)、柱塞式流量脉动发生器(申请号:cn200810232217.x)和叶片式脉动发生器(申请号:cn200610052257.7)。三位申请人分别是:北京航空航天大学、西安交通大学和浙江工业大学。
专利201110253476.2,公开了一种轮盘式流量脉动发生器,如图1所示,通过电机带动轴上的轮盘旋转,轮盘的通孔与套筒中的液体流动通道按一定的周期连通或闭合,控制液体流动通道的通断,使流量以近似正弦的规律产生振荡。
专利200810232217.x,公开了一种柱塞式流量脉动发生器,由带有定位孔的转盘、推进轴、推进直线导轨组、导向直线导轨组、柱塞、缸筒、密封端盖、电机、减速器及变频器等组成,如图2所示,柱塞缸筒由三通接入流动管路,将一定量的主管路流体吸入或压出缸筒,在主流量上叠加一个正弦脉动。能够产生不同精确脉动幅值及连续变化周期的标准正弦流量输出。
专利201110253476.2和专利200810232217.x公开的两种脉动发生器结构复杂、体积庞大、零件繁多、加工困难、能量损耗大,且需根据管道径向尺寸的改变做相应的调整,不利于研究和生产。
专利200610052257.7,公开了一种叶片式脉动发生器,主要包括阀壳、流体通道、一对圆锥齿轮、静叶片和动叶片几部分组成,如图3所示,静叶片固定在阀壳上,动叶片由调速电机带动做周期性转动,使静叶片和动叶片上的通孔实现周期性的开启和关闭,从而实现对流动工质的脉动激励,也就产生了具有周期性脉动特征的脉动流。
此种脉动发生器结构相对简单,并通过关系换算实现了输入前后频率数值的统一。但其加工困难、能量损耗较大,管道径向尺寸受叶片尺寸的约束,且叶片前的锥齿轮会影响工质的流动状态,不利于脉动流的产生。
技术实现要素:
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种球阀式脉动发生器,结构简单、加工方便,可直接在球阀标准件上改装,通用型强,流体通道为直线,能量损耗小。
技术方案:为实现上述目的,本发明的球阀式脉动发生器,包括阀壳和阀球,所述阀壳内设有通道,通道包含同轴设置的第一段和第二段,所述第二段直径大于第一段,阀球固定安装在第二段中,在阀壳的壁上设有与第二段连通的安装口,在安装口上安装有阀杆,阀杆一端与阀球连接,阀球设有圆通孔,另一端与电机连接,电机安装在阀壳上。
作为优选,所述圆通孔与第一段同轴设置。
作为优选,所述圆通孔的直径与第一段的直径相同。
作为优选,所述阀杆与阀球同轴设置。
作为优选,所述通道的两端均设有内螺纹。
作为优选,所述阀球通过橡胶垫与第一段和第二段连接,在第二通道内通过限位座限制橡胶垫移动。
作为优选,所述限位座通过螺纹连接在第二段上。
作为优选,所述电机为变频电机。
有益效果:本发明的球阀式脉动发生器,具有以下优点:
1、结构简单、加工方便,可直接在球阀标准件上改装,通用型强;
2、流体通道为直线,能量损耗小;
3、使用了变频电机,即实现了流动工质脉动频率的可调性。
附图说明
图1是轮盘式流量脉动发生器结构示意图
图2是柱塞式流量脉动发生器结构示意图。
图3是叶片式脉动发生器结构示意图。
图4是本发明球阀式脉动发生器结构示意图。
图5是本发明球阀式脉动发生器工作流程示意简图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图4所示,本发明的球阀式脉动发生器,包括阀壳1和阀球2,所述阀壳1内设有通道,通道包含同轴设置的第一段和第二段,所述第二段直径大于第一段,阀球2固定安装在第二段中,在阀壳1的壁上设有与第二段连通的安装口,在安装口上安装有阀杆4,阀杆4一端与阀球2连接,阀球2设有圆通孔,另一端与电机3连接,电机3安装在阀壳1上。
在本发明中,所述圆通孔与第一段同轴设置,所述圆通孔的直径与第一段的直径相同,所述阀杆4与阀球2同轴设置,所述阀球2通过橡胶垫6与第一段和第二段连接,在第二通道内通过限位座5限制橡胶垫6移动,所述限位座5通过螺纹连接在第二段上。这样,流体经过球阀是密闭性好,产生脉动效果好。
在本发明中,所述通道的两端均设有内螺纹,通过螺纹连接安装到管路中。所述电机3为变频电机3,电机3的转速可通过频率调节。
如图5所示,变频电机3固定安装在阀壳1上,通过法兰连接带动阀杆4绕轴线转动,使启闭件(球阀)绕轴线转动,启闭件(球阀)上的通孔做周期性的开启和关闭,流体遇到周期性开闭的通道,从而实现了对流体的激励,也就产生了具有周期性变化特性的脉动流。改变变频电机3的频率,即改变电机3的转速,从而改变启闭件(球阀)的转动周期,改变启闭件(球阀)上通孔开闭的周期,从而改变脉动流的脉动频率,产生不同频率的脉动流。
通过取消普通球阀的限位,使启闭件(球阀)可以做360°回转,再对普通球阀的阀杆4进行简单改装,使阀杆4与变频电机3连接。球阀为标准件,根据管路尺寸,只需对相应尺寸的球阀进行改装,即为球阀式脉动发生器。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。