專利名稱：一種高壓旋流混合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固相與液相或固相與氣相混合的裝置，具體是用于油氣田、煤氣田等領(lǐng)域施工現(xiàn)場(chǎng)的粉塵、顆粒等固體與液體或氣體混合的裝置。
背景技術(shù)：
目前工業(yè)領(lǐng)域常用混合器主要有管道混合器、靜態(tài)混合器等。管道混合器一般由管道、噴嘴、渦流室、多孔板或異形板等原件組成，混合的方法分為為噴嘴式，渦流式，多孔板或異形板式三種；靜態(tài)螺旋片式混合器是在多孔板、異形板式混合器上發(fā)展而來，混合器有分左旋和右旋兩種固定螺旋葉片，流體通過螺旋葉片時(shí)流向變化出現(xiàn)紊流現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)混合。管道混合器體積太小，處理能力低；靜態(tài)混合器其流體在管路中流速非常低，混合效果差，因此兩者都不適合于油氣田、煤氣田等領(lǐng)域施工現(xiàn)場(chǎng)的混合。 油氣田、煤氣田現(xiàn)場(chǎng)所使用的混合裝置，主要使用機(jī)械攪拌，體積龐大，能耗高，不能充分利用流體本身的能量進(jìn)行混合。傳統(tǒng)上旋流器主要用于固液或氣液分離，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到選礦、冶金、石油化工和環(huán)保工程等眾多技術(shù)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的旋流器其結(jié)構(gòu)基本上是由內(nèi)腔呈圓柱形和圓錐形的各段連接而成的，腔內(nèi)無任何其它部件，完全依靠進(jìn)入腔內(nèi)的流體在高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的渦流作用，將兩種密度不同的介質(zhì)分離開。但目前為止在旋流器內(nèi)實(shí)現(xiàn)固體與液體或固體與氣體混合的研究在國內(nèi)外還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高壓旋流混合裝置，能夠在較高壓力條件下實(shí)現(xiàn)固體與液體或者固體與氣體的混合。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是在普通水力旋流器設(shè)計(jì)原理基礎(chǔ)上，按照與之相反的設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即按照混合效果最優(yōu)為目標(biāo)，優(yōu)化旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)，在腔體內(nèi)加裝噴嘴、混合擋板和穩(wěn)流彎管等裝置，實(shí)現(xiàn)旋流器在較高壓力下的混合功能。所提出的高壓旋流混合裝置的主體混合腔由圓柱形混合腔與圓錐形混合腔串聯(lián)組合而成。流體入口管與圓柱形混合腔連接，在流體入口管內(nèi)安裝有噴嘴，噴嘴耐壓要求大于lOMPa。圓柱形混合腔的上方安裝固相加料口，固相加料口的軸線與噴嘴的軸線垂直。圓錐形混合腔的出口處設(shè)計(jì)有混合擋板，此混合擋板由2-6片分布在圓錐形混合腔出口與水平面成20° -60°角的葉片組成，圓錐形混合腔的出口與穩(wěn)流彎管的入口連接，穩(wěn)流彎管采用變徑結(jié)構(gòu)，設(shè)穩(wěn)流彎管入口直徑為D1,出口直徑為D2，D1ZD2=L 5-1. 8，穩(wěn)流彎管中心軸線曲率半徑為R，RZD1=S. 0-3. 5。主體混合腔的內(nèi)壁噴涂有混入固體顆粒的耐磨材料，以增加噴涂面的凹凸性，這樣既可以提高腔體的耐磨性，并在一定程度上增強(qiáng)混合腔內(nèi)的紊流狀態(tài)、提高裝置的混合效率。本發(fā)明的有益效果是在高壓環(huán)境下，充分利用流體自身的旋流效果實(shí)現(xiàn)流體與固體的混合，由于優(yōu)化了其主體混合腔尺寸，并加裝了噴嘴，混合擋板和穩(wěn)流彎管等裝置，增大了旋流器內(nèi)紊流區(qū)域，使流體在旋流器內(nèi)沿徑向流動(dòng)產(chǎn)生很高的線速度、很大的速度梯度和很強(qiáng)的紊流現(xiàn)象，從而使固體與其他高壓流體實(shí)現(xiàn)充分均勻的混合，混合效率高。


圖I為本發(fā)明所提出的高壓旋流混合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所提出的高壓旋流混合裝置的俯視圖；圖3為本發(fā)明所提出的高壓旋流混合裝置的錐形混合腔出口處混合擋板的局部示意圖；圖4為本發(fā)明的試驗(yàn)裝置流程圖。圖中1.流體入口管，2.噴嘴，3.固相加料口，4.圓柱形混合腔，5.圓錐形混合腔，6.混合擋板，7.穩(wěn)流彎管，8.流體儲(chǔ)罐，9.加壓泵，10.壓力表，11.截止閥，12.加料裝置，13.加料口閥門，14.高壓旋流混合裝置，15.球形截止閥，16.流量計(jì)，17.計(jì)量裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明。實(shí)施例I :如圖1-3所示，高壓旋流混合裝置的主體混合腔由圓柱形混合腔4與圓錐形混合腔5串聯(lián)組合而成。流體入口管I與圓柱形混合腔4連接，流體入口管I內(nèi)設(shè)有耐壓大于IOMPa的噴嘴2。圓柱形混合腔4的上方裝有固相加料口 3，固相加料口 3的軸線與噴嘴2軸線垂直。圓錐形混合腔5的出口處設(shè)計(jì)有混合擋板6，此混合擋板6由2片分布在圓錐形混合腔出口與水平面成20°角的葉片組成。圓錐形混合腔5的出口與穩(wěn)流彎管7的入口連接，穩(wěn)流彎管7采用變徑結(jié)構(gòu)，其入口直徑為D1,出口直徑為D2, D1ZD2=L 5，穩(wěn)流彎管7的中心軸線曲率半徑為R，R/DP3. O。試驗(yàn)中，穩(wěn)流彎管中流出的混合物顆粒分布均勻，固相顆粒與流體的混合效率到達(dá)96%。實(shí)施例2 :如圖1-3所示，高壓旋流混合裝置的主體混合腔由圓柱形混合腔4與圓錐形混合腔5串聯(lián)組合而成。流體入口管I與圓柱形混合腔4連接。流體入口管I內(nèi)設(shè)有耐壓大于IOMPa的噴嘴2。圓柱形混合腔4的上方裝有固相加料口 3，固相加料口 3的軸線與噴嘴2軸線垂直。圓錐形混合腔5的出口處設(shè)計(jì)有混合擋板6，此混合擋板6由4片分布在圓錐形混合腔出口與水平面成45°角的葉片組成。圓錐形混合腔5的出口與穩(wěn)流彎管7的入口連接，穩(wěn)流彎管7采用變徑結(jié)構(gòu)，其入口直徑為D1,出口直徑為D2, D1ZD2=L 6，穩(wěn)流彎管7的中心軸線曲率半徑為R，R/DP3. 3。試驗(yàn)中，穩(wěn)流彎管中流出的混合物顆粒分布均勻，固相顆粒與流體的混合效率到達(dá)98%。實(shí)施例3 :如圖1-3所示，高壓旋流混合裝置的主體混合腔由圓柱形混合腔4與圓錐形混合腔5串聯(lián)組合而成。流體入口管I與圓柱形混合腔4連接。流體入口管I內(nèi)設(shè)有耐壓大于IOMPa的噴嘴2。圓柱形混合腔4的上方裝有固相加料口 3，固相加料口 3的軸線與噴嘴2軸線垂直。圓錐形混合腔5的出口處設(shè)計(jì)有混合擋板6，此混合擋板6由6片分布在圓錐形混合腔的出口與水平面成60°角的葉片組成。圓錐形混合腔5的出口與穩(wěn)流彎管7的入口連接，穩(wěn)流彎管7采用變徑結(jié)構(gòu)，其入口直徑為D1,出口直徑為D2A1ZD2=L 8，穩(wěn)流彎管7的中心軸線曲率半徑為R，R/DP3. 5。試驗(yàn)中，穩(wěn)流彎管7中流出的混合物顆粒分布均勻，固相顆粒與流體的混合效率到達(dá)97%。
如圖4所示為本發(fā)明的試驗(yàn)裝置流程圖，流體儲(chǔ)罐8與加壓泵9連接，加壓泵9出口管線與流體入口管I連接，做好密封處理。加料裝置12與固相加料口 3連接。穩(wěn)流彎管7出口接導(dǎo)流管，通向計(jì)量裝置17。裝置與管線連接完成后，進(jìn)行試驗(yàn)，首先打開加壓泵9進(jìn)行試壓操作，直到流量計(jì)16有讀數(shù)且計(jì)量裝置17有流體流出，然后關(guān)閉所有閥門，待壓力表10達(dá)到一定數(shù)值后，先打開截止閥11，然后再打開加料口閥門13與球形截止閥15，通過讀取流量計(jì)16讀數(shù)及計(jì)量裝置17計(jì)量固體的顆粒數(shù)，從而判斷混合效果，試驗(yàn)完畢后，需進(jìn)行卸壓操作，將混合腔內(nèi)的流體放出，直到混合腔體內(nèi)沒有混合物為止。采用本發(fā)明所提出的混合裝置，具有以下顯著特點(diǎn)(I)占地面積小，是普通混合裝置的體積的50%以下；(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)配合較好，混合效率高； (3)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件少，方便實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行組裝、拆卸，可移動(dòng)性強(qiáng)。本研究從旋流器基本理論出發(fā)，采用逆向思維，設(shè)計(jì)出能在較高壓力下實(shí)現(xiàn)固液或固氣混合功能的旋流器，并制造出試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證分析，對(duì)于提高大型高壓固液或固氣混合系統(tǒng)生產(chǎn)效率具有重要意義。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工，與現(xiàn)有的混合裝置相比，具有體積小，混合能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種高壓旋流混合裝置，主體混合腔由圓柱形混合腔與圓錐形混合腔串聯(lián)組合而成，其特征是流體入口管與圓柱形混合腔連接，流體入口管內(nèi)設(shè)有噴嘴，圓柱形混合腔的上方安裝固相加料口，固相加料口的軸線與噴嘴的軸線垂直，圓錐形混合腔的出口處設(shè)計(jì)有混合擋板，此混合擋板由2-6片分布在圓錐形混合腔的出口與水平面成20° -60°角的葉片組成，圓錐形混合腔的出口與穩(wěn)流彎管的入口連接，穩(wěn)流彎管采用變徑結(jié)構(gòu)，穩(wěn)流彎管的入口直徑D1/出口直徑D2=L 5-1. 8，穩(wěn)流彎管中心軸線曲率半徑R/穩(wěn)流彎管的入口直徑口^ 0-3. 5。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓旋流混合裝置，其特征是所述的混合擋板由2片分布在圓錐形混合腔出口與水平面成20°角的葉片組成；穩(wěn)流彎管入口直徑D1/出口直徑％=1. 5，穩(wěn)流彎管中心軸線曲率半徑R/穩(wěn)流彎管入口直徑D1=3. O。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓旋流混合裝置，其特征是所述的混合擋板由4片分布在圓錐形混合腔出口與水平面成45°角的葉片組成；穩(wěn)流彎管入口直徑D1/出口直徑％=1.6，穩(wěn)流彎管中心軸線曲率半徑R/穩(wěn)流彎管入口直徑D1=3. 3。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓旋流混合裝置，其特征是所述的混合擋板由6片分布在圓錐形混合腔出口與水平面成60°角的葉片組成；穩(wěn)流彎管入口直徑D1/出口直徑％=1.8，穩(wěn)流彎管中心軸線曲率半徑R/穩(wěn)流彎管入口直徑D1=3. 5。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓旋流混合裝置，其特征是所述的噴嘴耐壓大于lOMPa。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高壓旋流混合裝置，其主體混合腔由圓柱形混合腔與圓錐形混合腔串聯(lián)組合而成。流體入口管與圓柱形混合腔連接，流體入口管內(nèi)設(shè)計(jì)有耐壓大于10MPa的噴嘴,固相加料口位于圓柱形混合腔上方，其軸線與噴嘴軸線垂直，圓錐形混合腔的出口處設(shè)計(jì)有混合擋板，此擋板由2-6片分布在出口與水平面成20°-60°角的葉片組成，圓錐形混合腔的出口與穩(wěn)流彎管的入口連接，彎管采用變徑結(jié)構(gòu),其中彎管入口直徑D1/出口直徑D2=1.5-1.8，彎管中心軸線曲率半徑R/D1=3.0-3.5?；旌锨粌?nèi)壁噴涂有混入固體顆粒的耐磨材料，這樣既可以提高腔體的耐磨性，又可以增加噴涂面的凹凸性和增強(qiáng)混合腔內(nèi)的紊流狀態(tài)，提高混合效率。
文檔編號(hào)B01F15/02GK102698625SQ20121022842
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者劉鈺川, 吳百烈, 徐太雙, 楊柳, 程遠(yuǎn)方, 董丙響, 袁征, 黃浩勇 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(華東)