專利名稱：流體變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過流體壓力能與速度能轉(zhuǎn)換實現(xiàn)流體壓力變換的裝置，并且能減少在高壓介質(zhì)向低壓介質(zhì)過渡時產(chǎn)生的節(jié)流損失，具體地說，是一種流體變壓器。
背景技術(shù)：
流體從高壓向低壓過渡時通常采用節(jié)流法，即通過摩擦產(chǎn)生阻力實現(xiàn)降壓。這個過程中流體的壓力能白白損失掉了，造成了能源的極大浪費。例如在供熱管網(wǎng)中，高層建筑供熱的回水，在與低層建筑回水匯流時一般都采用節(jié)流法。節(jié)流的手段有以下幾種例如所謂“直連供熱技術(shù)”及各種節(jié)流閥，也稱減壓閥、水力平衡閥、控制閥等，都不能有效地利用富余壓頭，即壓力能，而是通過節(jié)流摩擦，把由水泵提供的壓力能浪費掉了，這種浪費現(xiàn)象很普遍，因而能源浪費的數(shù)量是很大的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述技術(shù)中的缺點，提出一種流體變壓器，利用流體壓力能與速度能之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)流體壓力的過渡，盡可能地減少節(jié)流損失，從而達(dá)到節(jié)能的目的。本發(fā)明目的由以下技術(shù)方案實現(xiàn)該流體變壓器，包括有噴嘴1和擴(kuò)壓管6，噴嘴的高壓流體進(jìn)口為A截面，出口為a截面，擴(kuò)壓管進(jìn)口為c截面，擴(kuò)壓管出口，即高壓流體出口為D截面，在噴嘴和擴(kuò)壓管之間依次連接有繼流室3和合流室5，繼流室的進(jìn)口與噴嘴的出口在同一平面a上，繼流室的出口與合流室的進(jìn)口在同一平面b上，合流室的出口與擴(kuò)壓管的進(jìn)口在同一平面c上，在噴嘴和繼流室外圓周面設(shè)置有互相連接的泄流室2和吸流室 4，泄流室和吸流室之間由連接繼流室端部的圓錐形板分隔開成兩個腔室，泄流室2的另一個端面封閉，吸流室4的另一個端面與繼流室3的出口、合流室5的進(jìn)口同在b截面上，泄流室設(shè)置有低壓流體出口 B，吸流室設(shè)置有低壓流體進(jìn)口 C。繼流室3是漸縮型錐形管，即加速減壓型，適用于流體經(jīng)過繼流室后需要繼續(xù)加速的情況；繼流室或者采用漸擴(kuò)型錐形管，即減速升壓型，適用于流體經(jīng)過繼流室后需要緩速的情況，錐形管的錐度均是0° -30°。繼流室或者采用等徑管，即等速型。上述特征描述適用于亞音速流動狀態(tài)。對于超音速氣體而言，情況相反。上述的流體變壓器，噴嘴出口是錐度為0° -90°的漸縮形錐形管，擴(kuò)壓管是錐度為2° -20°漸擴(kuò)形錐形管。泄流室2和低壓流體出口 B能夠設(shè)置在靠近噴嘴的前段，吸流室4和低壓流體進(jìn)口 C設(shè)置在靠近擴(kuò)壓管的后段，這種流體變壓器稱為先泄后吸型。而將吸流室和泄流室位置前后互換，泄流室2和低壓流體出口 B設(shè)置在靠近擴(kuò)壓管的后段，吸流室4和低壓流體進(jìn)口 C設(shè)置在靠近噴嘴的前段，這種流體變壓器稱為先吸后泄型。先泄后吸型流體變壓器適應(yīng)于高壓介質(zhì)流量大于低壓介質(zhì)流量的場合，而先吸后泄型流體變壓器適應(yīng)于高壓介質(zhì)流量等于或小于低壓介質(zhì)流量的場合。
低壓流體入口 C和低壓流體出口 B可以設(shè)在吸流室、泄流室外面的同側(cè)，也可以設(shè)在吸流室、泄流室外面不同方位上。根據(jù)設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)和安裝位置的具體條件確定。噴嘴中心設(shè)置有用于調(diào)節(jié)噴嘴截面積的節(jié)流芯7，前后調(diào)解節(jié)流芯7的位置，可以改變噴嘴進(jìn)流面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。另一種流體變壓器的技術(shù)方案，包括有噴嘴1和擴(kuò)壓管6，噴嘴的高壓流體進(jìn)口為 A截面，出口為a截面，擴(kuò)壓管進(jìn)口與噴嘴出口同為a截面，擴(kuò)壓管的高壓流體出口為D截面，在噴嘴外面設(shè)置有泄流室2，泄流室一端面與噴嘴出口、擴(kuò)壓管進(jìn)口同在a截面，另一端面封閉，泄流室設(shè)置有低壓流體出口 B。在噴嘴后面直接設(shè)置擴(kuò)壓管擴(kuò)壓，由擴(kuò)壓管出口 D 出口的流體，壓力升高超過噴嘴進(jìn)口的壓力，構(gòu)成了升壓器。由泄流室2上設(shè)置的低壓流體出口 B出口的低壓流體的壓力，低于噴嘴進(jìn)口的壓力。升壓器是流體變壓器的一個特例，只采用了部分功能。流體變壓器共有4個流體進(jìn)出口，分別為高壓流體的進(jìn)口 A，出口 D，低壓流體的進(jìn)口 C，出口 B。將高壓進(jìn)出口 A、D在外部連接構(gòu)成高壓循環(huán)回路；將低壓進(jìn)出口 C、B在外部連接構(gòu)成低壓循環(huán)回路，就實現(xiàn)了變壓流動過程。本發(fā)明的優(yōu)點是利用流體壓力能與速度能之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了流體壓力的過渡， 盡可能地減少了節(jié)流損失，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。


圖1是一種流體變壓器結(jié)構(gòu)示意圖，繼流室3是漸縮型錐形管，圖2也是一種流體變壓器結(jié)構(gòu)示意圖，繼流室3是漸擴(kuò)型錐形管，圖3表示的流體變壓器結(jié)構(gòu)示意圖，繼流室3是等徑直管，圖4表示的流體變壓器結(jié)構(gòu)示意圖，在噴嘴1后面直接設(shè)置擴(kuò)壓管6，構(gòu)成升壓器，圖5表示的流體變壓器中，吸流室4和低壓流體進(jìn)口 C設(shè)置在靠近噴嘴的前段，圖6表示的流體變壓器中，噴嘴中心設(shè)置有用于調(diào)節(jié)噴嘴截面積的節(jié)流芯7，圖7是普通供熱管網(wǎng)示意圖，圖8是安裝有流體變壓器的供熱管網(wǎng)示意圖。
具體實施例方式結(jié)合

實施例。圖1、圖2、圖3、圖5表示流體變壓器的結(jié)構(gòu)。包括有噴嘴1 和擴(kuò)壓管6，噴嘴的進(jìn)口為A截面，出口為a截面，擴(kuò)壓管進(jìn)口為c截面，出口為D截面。在噴嘴和擴(kuò)壓管之間依次連接有繼流室3和合流室5，在噴嘴和繼流室外圓周面設(shè)置有互相連接的泄流室2和吸流室4，泄流室設(shè)置有低壓流體出口 B，吸流室設(shè)置有低壓流體進(jìn)口 C。其中噴嘴1的出口錐度為0 90°的錐形管結(jié)構(gòu)，繼流室3的形狀不同，圖1中為漸縮形的錐形管，圖2中為漸擴(kuò)形的錐形管結(jié)構(gòu)，錐度為0 30° ；圖3中是等徑直管。擴(kuò)壓管6為漸擴(kuò)形錐形管，錐度為2 20°，圖1、圖2、圖3中的泄流室2和低壓流體出口 B 設(shè)置在靠近噴嘴的前段，吸流室4和低壓流體進(jìn)口 C設(shè)置在靠近擴(kuò)壓管的后段；圖5中的位置與上述三種位置相反。圖4中的流體變壓器在噴嘴1后面直接設(shè)置擴(kuò)壓管6，構(gòu)成升壓器。圖6的流體變壓器中，噴嘴中心設(shè)置有用于調(diào)節(jié)噴嘴截面積的節(jié)流芯7。
對于圖1、圖2、圖3所表示的先泄后吸型結(jié)構(gòu)的流體變壓器的工作過程如下1、高壓流體自進(jìn)口 A進(jìn)入噴嘴，被加速后達(dá)到界面a。2、在界面a，流體將動量傳遞給繼流室3的流體，繼流室內(nèi)流體壓力被提升。這個過程中經(jīng)過噴嘴的流體，一部分進(jìn)入繼流室3，另一部分轉(zhuǎn)向進(jìn)入泄流室2，由出口 B排出。 反向流動的流體會產(chǎn)生反作用力給繼流室3內(nèi)的流體，在兩部分動量共同作用下，繼流室3 內(nèi)的流體的總壓頭，即壓力能加速度能升高。此時如果直接設(shè)擴(kuò)壓管擴(kuò)壓，這部分流體會升壓，并超過由進(jìn)口 A進(jìn)入時的壓力，這也就構(gòu)成一個“升壓器”，就是圖4表示的結(jié)構(gòu)。這是本發(fā)明中的一個重大而關(guān)鍵的創(chuàng)新點。如果不需要擴(kuò)壓，而是要繼續(xù)加速、或適當(dāng)緩速、或保持原速，以引射自吸流室4來的低壓流體，就不必經(jīng)過一個擴(kuò)壓再降壓升速的過程。流體在繼流室3繼續(xù)加速，或緩速，或保持原速達(dá)到界面b。流體經(jīng)過繼流室進(jìn)入下一級噴射結(jié)構(gòu)時的流速，由下一級設(shè)計計算確定。若下一級所需流速，即b界面處流速需要高于繼流室入口，即a界面處的流速，流體需要繼續(xù)加速，此時的繼流室應(yīng)設(shè)計成漸縮型，如圖1所示結(jié)構(gòu)；b界面處流速需要低于繼流室入口，即a界面處的流速，流體需要繼續(xù)緩速，此時繼流室應(yīng)設(shè)計成漸擴(kuò)型，如圖2所示結(jié)構(gòu)；若等于，則設(shè)計成等徑管，如圖3所示結(jié)構(gòu)。以上描述若對超音速氣體而言情況相反。3、在界面b，流體與自進(jìn)口 C經(jīng)吸流室4來的部分流體相遇合流進(jìn)入合流室，在合流室兩部分流體進(jìn)行動量交換，達(dá)到一個介于二者之間的流速，達(dá)到界面c，這是一個引射過程。4、流體經(jīng)過界面c進(jìn)入擴(kuò)壓管，在擴(kuò)壓管內(nèi)，流體被減速升壓后，經(jīng)出口 D排出。在以上過程中，本發(fā)明流體變壓器，完成了兩個高壓口分別進(jìn)出流體和兩個低壓口分別進(jìn)出流體的過程。以上所述流體變壓器是先泄后吸型，即低壓介質(zhì)出口 B和泄流室2設(shè)在前段，而低壓介質(zhì)進(jìn)口 C和吸流室4設(shè)置在后段。如果將上述兩者的位置顛倒就構(gòu)成了先吸后泄型， 如圖5所示。先泄后吸型流體變壓器適應(yīng)于高壓介質(zhì)流量大于低壓介質(zhì)流量的場合，而先吸后泄型流體變壓器適應(yīng)于高壓介質(zhì)流量等于或小于低壓介質(zhì)流量的場合。如果要對噴嘴1的進(jìn)流面積進(jìn)行調(diào)節(jié)，可在噴嘴中心設(shè)節(jié)流芯7，如圖6所示。通過改變節(jié)流芯7的位置改變進(jìn)流面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。例如在一個供熱管網(wǎng)中，高層、低層同時供熱，高區(qū)供水壓力高，回水壓力也高， 而低區(qū)壓力低。管網(wǎng)壓力一般都是按低區(qū)要求提供，高區(qū)要用升壓泵才能供上水，但回水需要降壓后才能匯入管網(wǎng)，一般做法通過節(jié)流手段解決，但節(jié)流浪費了水泵電能。如圖7所 在供熱管網(wǎng)中，采用流體變壓器，避免了大部分節(jié)流損失，可選用揚(yáng)程較低的升壓水泵，從而節(jié)能。如圖8所示。此處使用的流體變壓器，可稱水力變壓器。該流體變壓器除節(jié)能外，還有增大流量，減小溫差的混水作用，本身是一臺很好的混水器(供熱專業(yè)術(shù)語)。以下給出一些具體數(shù)據(jù)，以反映流體變壓器的節(jié)能效果。高溫水供熱管網(wǎng)的供水溫度通常為110°C左右，設(shè)供、回水壓力分別為0. 3Mpa和 0.2Mpa。有一高層建筑需供熱，要求供、回水溫度分別為60°C、5(TC，供、回水壓力分別為1. OMpa和0. 9Mpa,如果采用傳統(tǒng)方法，如圖7所示，工作過程如下1、用水泵將供水壓力由0. 3Mpa升壓至1. OMpa供用戶；2、回水壓力0. 9Mpa,回水分兩部分，一部分(經(jīng)熱力學(xué)計算為1/6)壓力降至 0.2Mpa，成為回水；另一部分(5/6)降至0. 3Mpa進(jìn)行再循環(huán)。以上過程要求循環(huán)水泵揚(yáng)程為(1. 0-0. 3) XlO = 70 (m)。如果采用流體變壓器，如圖8所示，工作過程如下1、系統(tǒng)回水先進(jìn)流體變壓器前段進(jìn)行泄流、升壓。其中泄流部分成為回水，升壓部分進(jìn)后段引射供水。2、在流體變壓器后段，供水被上述升壓部分水引射，一并進(jìn)水循環(huán)水泵入口。經(jīng)流體力學(xué)計算(本發(fā)明人專門編寫了計算軟件)。此處的壓力可達(dá)0.622Mpa，這些水經(jīng)循環(huán)水泵升壓至1. OMpa后，供高層建筑。以上過程要求循環(huán)水泵揚(yáng)程為(1. 0-0. 622) X 10 = 37. 8 (m)。以上兩個方案中循環(huán)水泵流量一樣(與供熱面積成正比)，但揚(yáng)程不一樣，節(jié)能幅度為(70-37. 8)/70X100%= 46%0
權(quán)利要求
1.一種流體變壓器，包括有噴嘴(1)和擴(kuò)壓管(6)，噴嘴的高壓流體進(jìn)口為A截面，出口為a截面，擴(kuò)壓管進(jìn)口為c截面，高壓流體出口為D截面，其特征在于在噴嘴和擴(kuò)壓管之間依次連接有繼流室C3)和合流室(5)，繼流室的進(jìn)口與噴嘴的出口同在a截面上，繼流室的出口與合流室的進(jìn)口同在b截面上，合流室的出口與擴(kuò)壓管的進(jìn)口同在c截面上，在噴嘴和繼流室外圓周面設(shè)置有互相連接的泄流室( 和吸流室G)，泄流室和吸流室之間由連接繼流室端部的圓錐形板分隔開成兩個腔室，吸流室(4)的另一個端面封閉，泄流室(2)的另一個端面與繼流室(3)的出口、合流室( 的進(jìn)口同在b截面上，泄流室設(shè)置有低壓流體出口 B，吸流室設(shè)置有低壓流體進(jìn)口 C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體變壓器，其特征在于繼流室C3)是漸縮型錐形管，即減壓加速型，或者是漸擴(kuò)型錐形管，即減速升壓型，錐度是0° -30°，繼流室或者是等徑管，即等速型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體變壓器，其特征在于噴嘴的出口段是錐度為0°-90°的漸縮形錐形管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體變壓器，其特征在于擴(kuò)壓管是錐度為2°-20°的漸擴(kuò)形錐形管。
5.根據(jù)權(quán)力要求1所述的流體變壓器，其特征在于泄流室( 和低壓流體出口B能夠設(shè)置在靠近噴嘴的前段，吸流室(4)和低壓流體進(jìn)口 C設(shè)置在靠近擴(kuò)壓管的后段，或者泄流室⑵和低壓流體出口 B設(shè)置在靠近擴(kuò)壓管的后段，吸流室(4)和低壓流體進(jìn)口 C設(shè)置在靠近噴嘴的前段。
6.根據(jù)權(quán)力要求1所述的流體變壓器，其特征在于低壓流體入口C和低壓流體出口 B 可以設(shè)在吸流室、泄流室外面的同側(cè)，也可以設(shè)在吸流室、泄流室外面的不同方位上。
7.根據(jù)權(quán)力要求1所述的流體變壓器，其特征在于噴嘴中心設(shè)置有用于調(diào)節(jié)噴嘴截面積的節(jié)流芯(7)。
8.一種流體變壓器，包括有噴嘴(1)和擴(kuò)壓管(6)，噴嘴的高壓流體進(jìn)口為A截面，出口為a截面，擴(kuò)壓管進(jìn)口與噴嘴出口同為a截面，擴(kuò)壓管的高壓流體出口為D截面，其特征在于在噴嘴外面設(shè)置有泄流室( ，泄流室一端面與噴嘴出口、擴(kuò)壓管進(jìn)口同在a截面，另一端面封閉，泄流室設(shè)置有低壓流體出口 B。
全文摘要
流體變壓器是一種通過流體壓力能與速度能轉(zhuǎn)換實現(xiàn)流體壓力變換的裝置。包括有噴嘴1和擴(kuò)壓管6，噴嘴的進(jìn)口為A截面，出口為a截面，擴(kuò)壓管進(jìn)口為c截面，出口為D截面。在噴嘴和擴(kuò)壓管之間依次連接有繼流室3和合流室5。在噴嘴和繼流室外圓周面設(shè)置有互相連接的泄流室2和吸流室4，泄流室設(shè)置有低壓流體出口B，吸流室設(shè)置有低壓流體進(jìn)口C。優(yōu)點是利用流體壓力能與速度能之間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了流體壓力的過渡，盡可能地減少了節(jié)流損失，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。能夠廣泛用于供熱管網(wǎng)系統(tǒng)、供水管網(wǎng)系統(tǒng)等。
文檔編號F15B3/00GK102297168SQ20101020899
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者劉麗君, 劉龍強(qiáng), 朱建文, 辛小燕, 鐘凱, 高寶峰, 黃保寛 申請人:青島高遠(yuǎn)熱能動力設(shè)備有限公司