一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，包括有可視化錐形布漿器、可視化階梯擴散器、可視化穩(wěn)流室、可視化湍流發(fā)生器、可視化唇口室及稀釋水供給系統(tǒng)，所述可視化錐形布漿器、可視化階梯擴散器、可視化穩(wěn)流室、可視化湍流發(fā)生器、可視化唇口室依次相接，組成箱體結構，且相鄰兩者之間的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式，同時，該可視化錐形布漿器上設有稀釋水注入口，稀釋水供給系統(tǒng)通過稀釋水管與該稀釋水注入口相接。本實用新型可以很方便地進行流漿箱流場的測量和可視化研究，能有效地實現(xiàn)非金屬與非金屬之間的密封，且拆卸非常方便。
【專利說明】一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及稀釋水調濃水力式流漿箱的【技術領域】，尤其是指一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱。
【背景技術】
[0002]目前，稀釋水調濃水力式流漿箱是國際上公認的常用先進高速流漿箱，其設備性能的優(yōu)化和技術的創(chuàng)新勢在必行，國內外研究人員對此開展了相關研究，并已取得了許多重要的科研成果。
[0003]在國內，山東昌華造紙機械有限公司的稀釋白水流漿箱，其稀釋水流道為錐管結構，該結構同時具備階梯擴散器和混合室的雙重功能，其中的二級湍流發(fā)生器為錯流蜂窩狀湍流發(fā)生器；濰坊凱信機械有限公司的高濃稀釋水流漿箱通過稀釋水管路向各支管內注入稀釋水，調節(jié)各點稀釋水量的大小，可以控制漿板橫幅定量使之均勻一致；河南江河紙業(yè)有限公司的高速紙機流漿箱，漿料擾流小、成紙均勻性好、紙張中纖維定向排列良好，其中的稀釋水裝置，利用低脈沖調頻上水泵對稀釋白水進行等差壓供水，根據(jù)掃描架掃描成紙絕干定量橫幅曲線可以自動調節(jié)稀釋水閥開度，從而對進入流漿箱管束漿料進行稀釋，改善整幅紙頁橫幅定量均勻度；陜西科技大學研究并公開了稀釋水水力式流漿箱控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)對稀釋水水力式流漿箱能進行有效控制，可以獲得良好的布漿、勻漿和噴漿效果。
[0004]在國際上，稀釋水調濃流漿箱技術發(fā)展方面有幾家很有影響的公司，如Beloit (metso)公司，Voith 公司，Valmet (metso)公司，以及 EsherWyss, Vaahto,Brandes&Heneze Gmbh,G&Lv公司等,無不在減少橫幅定量差和結構優(yōu)化上下功夫。其典型的產品有Beloit公司的Converflo和Coeept系列，Valmet公司的Sym-flo和opt1-flo系列及Votih的Moudel系列。另外在瑞流發(fā)生器方面，Beloit公司使用圓變方形的等面積管束，并在唇板區(qū)加漂片，漂片的間距很小，嚴格將湍流限定在狹小的空間內；而Voith公司采用階梯式湍流發(fā)生器，利用流量因階梯突擴產生的有限渦旋成湍動，也采用了變面積的圓變方管束。而在改善橫幅定量差方面，近十年來國際上取得了進步，以Beloit公司的conc印t 一 IV流漿箱為代表，使得橫幅定量差值由原來的1.5%不到的水平，減少到了 1%以下，顯著地提高了紙張產品質量。
[0005]盡管國內對稀釋水調濃水力式流漿箱的結構和控制的研究較多，而且也取得了很多成果，特別是最近陳克復院士主持的國家“十一五”科技支撐計劃“國產高速造紙機的研制”，將我國的紙漿流送技術與流漿箱技術提到國際先進水平，而國外研究的先進稀釋水調濃水力式流漿箱也較多，這些流漿箱在工程實踐中能發(fā)揮較大的作用，但是均不能滿足流漿箱流場測量的要求，無法獲得可視化的流場。目前在國內外沒有公開的滿足PIV(Particle Image Velocimetry粒子圖像速度儀)等測量系統(tǒng)進行測量和可視化研究的流漿箱，基于此，本實用新型的實驗流漿箱在符合工程實踐的基礎上，可以對各種車速下，流漿箱內各個部件的流場進行測量和可視化研究，從而使流漿箱的流送技術獲得理論上的突破，可以對工程實踐有良好的指導作用。
【發(fā)明內容】

[0006]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，從而使流漿箱的流送技術獲得理論上的突破，可以對工程實踐有良好的指導作用。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的技術方案為:一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，包括有可視化錐形布漿器、可視化階梯擴散器、可視化穩(wěn)流室、可視化湍流發(fā)生器、可視化唇口室以及用于調節(jié)流體橫幅定量的稀釋水供給系統(tǒng)，其中，所述可視化錐形布漿器、可視化階梯擴散器、可視化穩(wěn)流室、可視化湍流發(fā)生器、可視化唇口室依次相接，組成箱體結構，且相鄰兩者之間的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式，并使得進入可視化錐形布漿器內的流體能依次經過可視化階梯擴散器、可視化穩(wěn)流室、可視化湍流發(fā)生器后從可視化唇口室噴出，同時，該可視化錐形布漿器上設有稀釋水注入口，稀釋水供給系統(tǒng)通過稀釋水管與該稀釋水注入口相接，為該可視化錐形布漿器提供稀釋水。
[0008]所述可視化穩(wěn)流室與可視化階梯擴散器和可視化湍流發(fā)生器之間分別連接有可視化連接板，且相鄰兩者之間的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式。
[0009]所述相鄰兩者之間采用夾緊塊或者螺栓連接。
[0010]所述可視化錐形布漿器和可視化階梯擴散器之間采用凹凸面密封，且其凹凸面采用螺栓連接；可視化湍流發(fā)生器和可視化唇口室之間采用凹凸面密封，且其凹凸面采用夾緊塊連接。
[0011]所述可視化階梯擴散器與可視化連接板之間、可視化連接板與可視化湍流發(fā)生器之間均采用凹凸面密封，且其凹凸面均采用螺栓連接；可視化連接板與可視化穩(wěn)流室之間采用榫槽密封形式，且其榫槽面采用夾緊塊連接。
[0012]所述箱體結構配設有用于支撐及調整其水平狀態(tài)的機架。
[0013]所述可視化錐形布漿器設有大、小端口及側面流道，流體是先從可視化錐形布漿器的大端口進入，主流流體進入到側面流道，而少部分流體則從小端口流出進行回流。
[0014]所述可視化錐形布漿器的后壁是由二次曲線組成，所述可視化湍流發(fā)生器的形狀是由圓形逐漸變成方形。
[0015]所述可視化錐形布漿器為PMMA有機玻璃錐形布漿器，可視化階梯擴散器為PMMA有機玻璃階梯擴散器，可視化穩(wěn)流室為PMMA有機玻璃穩(wěn)流室，可視化湍流發(fā)生器為PMMA有機玻璃湍流發(fā)生器，可視化唇口室為PMMA有機玻璃唇口室。
[0016]所述可視化連接板為PMMA有機玻璃連接板。
[0017]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0018]1、適用PIV (particle image velocimetry)粒子圖像速度儀等流場測量系統(tǒng)進行測量以及可視化研究，可以清楚地反映稀釋水調濃水力式流漿箱的流道及其流場，對水力式流漿箱流場的特點包括速度、渦量、湍動能、耗散率等與速度相關的參數(shù)均可以很方便的進行測量和研究。
[0019]2、本實用新型采用的水力式實驗流漿箱形體小、結構簡單、密封性好、拆卸方便、成本低，可以進行工程實踐前的流體實驗?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的主視圖。
[0021]圖2為本實用新型的俯視圖。
[0022]圖3為可視化錐形布漿器與可視化階梯擴散器連接的結構示意圖。
[0023]圖4為可視化階梯擴散器、可視化連接板、可視化湍流發(fā)生器及可視化穩(wěn)流室之間連接的結構示意圖。
[0024]圖5為可視化唇口室與可視化湍流發(fā)生器連接的結構示意圖。
[0025]圖6為采用PIV測量系統(tǒng)對水力式實驗流漿箱進行流場測量及可視化研究的示意圖。
[0026]圖7為水力式實驗流漿箱的出口濃度變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合具體實施例對本實用新型作進一步說明。
[0028]參見圖1和圖2所示，本實施例所述的可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，包括有可視化錐形布漿器1、可視化階梯擴散器2、可視化穩(wěn)流室3、可視化湍流發(fā)生器4、可視化唇口室5以及用于調節(jié)流體橫幅定量的稀釋水供給系統(tǒng)6，其中，所述可視化錐形布漿器I設有大、小端口 101、102及側面流道103，紙漿流體是先從可視化錐形布漿器I的大端口 101進入，然后主流流體進入到側面流道103，而少部分流體則從小端口 102流出進行回流；所述可視化錐形布漿器1、可視化階梯擴散器2、可視化穩(wěn)流室3、可視化湍流發(fā)生器4、可視化唇口室5依次相接，組成箱體結構，且該可視化穩(wěn)流室3與可視化階梯擴散器2和可視化湍流發(fā)生器4之間分別連接有可視化連接板301 ;上述可視化錐形布漿器
1、可視化階梯擴散器2、可視化穩(wěn)流室3、可視化連接板301、可視化湍流發(fā)生器4、可視化唇口室5兩兩相鄰之間的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式，并使得進入可視化錐形布漿器I內的流體能依次經過可視化階梯擴散器2、可視化穩(wěn)流室3、可視化湍流發(fā)生器4后從可視化唇口室5噴出；同時，為了確保紙漿流體在箱體結構內的橫向分布均勻，所述可視化錐形布漿器I上設有稀釋水注入口 104，稀釋水供給系統(tǒng)6通過稀釋水管601與該稀釋水注入口 104相接，稀釋水供給系統(tǒng)6的稀釋水通過稀釋水管601進入可視化錐形布漿器I的側面流道103，與紙漿主流混合并一起依次經過可視化階梯擴散器2、可視化穩(wěn)流室3、可視化湍流發(fā)生器4后從可視化唇口室5噴射出去。此外，為了確保流漿箱在實驗時保持水平狀態(tài)，方便實驗的進行，本水力式實驗流漿箱還設計加工了機架9，同時，該機架9也可以支撐流漿箱的各個部件。
[0029]參見圖3至圖5所示，本實施例所述可視化錐形布漿器I和可視化階梯擴散器2之間、可視化階梯擴散器2與可視化連接板301之間、可視化連接板301與可視化湍流發(fā)生器4之間均采用凹凸面密封，且其凹凸面均采用螺栓8連接；所述可視化湍流發(fā)生器4和可視化唇口室5之間采用凹凸面密封，且其凹凸面采用夾緊塊7連接；所述可視化連接板301與可視化穩(wěn)流室3之間采用榫槽密封形式，且其榫槽面采用夾緊塊7連接。
[0030]為了實現(xiàn)流漿箱的流場測量和整個流道的可視化研究，本實施例所有與流道接觸的部件均采用PMMA有機玻璃制成，即是上述的可視化錐形布漿器1、可視化階梯擴散器2、可視化穩(wěn)流室3、可視化連接板301、可視化湍流發(fā)生器4、可視化唇口室5均是由PMMA有機玻璃制造，同時，由于本實施例所述可視化錐形布漿器I的后壁是由二次曲線組成，所述可視化湍流發(fā)生器4的形狀是由圓形逐漸變成方形，出于結構復雜性，故采用數(shù)控加工方法。而對于其他部件如機架9和夾緊塊7，不參加流場的測量，考慮到防腐的問題，所以采用不銹鋼材料制作。
[0031]另外，為了完成對水力式實驗流漿箱關鍵部件的流場測量，采用的循環(huán)水箱尺寸長、寬、高為3m、1.5m、1.7m,紙漿輸入泵和稀釋水泵均為KZ型寬流道紙漿泵，紙漿輸入泵的型號為KZ125-350，其流量為350m3/h，揚程為50m，而稀釋水泵的型號為KZ80-265，流量為265m3/h，揚程為60m，這兩個泵均采用變頻控制。在本實施例中，水力式實驗流漿箱采用PIV測量系統(tǒng)進行測量和可視化研究，其測量安裝具體如圖6所示，其中，在PIV測量過程中，讓激光器產生的片光和CXD相互垂直，且需要不斷移動激光器產生的片光和CXD進行調整，針對不同部位進行測量，而循環(huán)水箱中裝有低于0.01%的紙漿，紙漿通過紙漿輸入泵進入可視化錐形布漿器I的大端口 101。工作時，對水力式實驗流漿箱的出口濃度進行拍攝和測量，然后再對其圖像進行分析處理，可以得到出口濃度變化曲線，具體如圖7所示，最后得出在不同車速下，水力式實驗流漿箱在單個稀釋水閥注入稀釋水后，其唇口的濃度變化曲線與工程實踐中測得的曲線大體一致，而且從濃度數(shù)值上可以看到，將兩者濃度影響寬度的數(shù)值比較，相對差值小于5%，具體如下表1所示。
[0032]附表一濃度影響范圍比較表
[0033]
【權利要求】
1.一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，其特征在于:包括有可視化錐形布漿器(I)、可視化階梯擴散器(2 )、可視化穩(wěn)流室(3 )、可視化湍流發(fā)生器(4 )、可視化唇口室(5)以及用于調節(jié)流體橫幅定量的稀釋水供給系統(tǒng)(6)，其中，所述可視化錐形布漿器(I )、可視化階梯擴散器(2)、可視化穩(wěn)流室(3)、可視化湍流發(fā)生器(4)、可視化唇口室(5)依次相接，組成箱體結構，且相鄰兩者之間的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式，并使得進入可視化錐形布漿器(I)內的流體能依次經過可視化階梯擴散器(2)、可視化穩(wěn)流室(3 )、可視化湍流發(fā)生器(4 )后從可視化唇口室(5 )噴出，同時，該可視化錐形布漿器(I)上設有稀釋水注入口( 104)，稀釋水供給系統(tǒng)(6)通過稀釋水管(601)與該稀釋水注入口(104)相接，為該可視化錐形布漿器(I)提供稀釋水。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，其特征在于:所述可視化穩(wěn)流室(3)與可視化階梯擴散器(2)和可視化湍流發(fā)生器(4)之間分別連接有可視化連接板(301)，且相鄰兩者之間的密封采用凹凸面或者榫槽密封形式。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，其特征在于:所述相鄰兩者之間采用夾緊塊(7)或者螺栓(8)連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，其特征在于:所述可視化錐形布漿器(I)和可視化階梯擴散器(2 )之間采用凹凸面密封，且其凹凸面采用螺栓(8)連接；可視化湍流發(fā)生器(4)和可視化唇口室(5)之間采用凹凸面密封，且其凹凸面采用夾緊塊(7)連接。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，其特征在于:所述可視化階梯擴散器(2)與可視化連接板(301)之間、可視化連接板(301)與可視化湍流發(fā)生器(4)之間均采用凹凸面密封，且其凹凸面均采用螺栓(8)連接；可視化連接板(301)與可視化穩(wěn)流室(3 )之間采用榫槽密封形式，且其榫槽面采用夾緊塊(7 )連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，其特征在于:所述箱體結構配設有用于支撐及調整其水平狀態(tài)的機架(9)。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，其特征在于:所述可視化錐形布漿器(I)設有大、小端口(101、102)及側面流道(103)，流體是先從可視化錐形布漿器(I)的大端口( 101)進入，主流流體進入到側面流道(103)，而少部分流體則從小端口(102)流出進行回流。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，其特征在于:所述可視化錐形布漿器(I)的后壁是由二次曲線組成，所述可視化湍流發(fā)生器(4)的形狀是由圓形逐漸變成方形。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，其特征在于:所述可視化錐形布漿器(I)為PMMA有機玻璃錐形布漿器，可視化階梯擴散器(2)為PMMA有機玻璃階梯擴散器，可視化穩(wěn)流室(3)為PMMA有機玻璃穩(wěn)流室，可視化湍流發(fā)生器(4)為PMMA有機玻璃湍流發(fā)生器，可視化唇口室(5)為PMMA有機玻璃唇口室。
10.根據(jù)權利要求2所述的一種可進行流場測量和可視化研究的水力式實驗流漿箱，其特征在于:所述可視化連接板(301)為PMMA有機玻璃連接板。
【文檔編號】D21F1/02GK203429501SQ201320484925
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月8日 優(yōu)先權日:2013年8月8日
【發(fā)明者】曾勁松, 喻迪, 黃琨, 陳克復, 馮郁成 申請人:華南理工大學