本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)液哨空化發(fā)生器。

背景技術(shù)：

空化現(xiàn)象是液體內(nèi)部蒸氣或氣體的空泡(空穴)的形成、發(fā)展和潰滅的過程，是一種非常復(fù)雜的流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象?？张菰谝后w中運(yùn)動(dòng)和潰滅時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫、高壓、并伴隨著強(qiáng)烈的沖擊波和高速射流。按照產(chǎn)生空化的不同方法可將空化分為：超聲空化、水力空化、光空化以及粒子空化四大類。

化工領(lǐng)域所應(yīng)用的空化主要是超聲空化和水力空化。超聲空化是指存在于液體中的微小氣泡(氣核)在正負(fù)壓強(qiáng)的交變作用下，發(fā)生氣核的震蕩、擠壓、收縮、斷裂、生長(zhǎng)和潰滅等一系列動(dòng)力學(xué)過程。水力空化指液體流經(jīng)孔板或文丘里管時(shí)，由于流速突然增大，壓強(qiáng)降低到低于液體的飽和蒸汽壓，發(fā)生空化，產(chǎn)生氣泡的爆發(fā)和潰滅的動(dòng)力學(xué)過程。

空化技術(shù)主要應(yīng)用于污水處理、海水淡化、水力切割、清洗污垢和液液混合等領(lǐng)域。

空化技術(shù)應(yīng)用在污水處理：空泡潰滅瞬間形成局部高溫點(diǎn)，產(chǎn)生極高的高溫、高壓，有機(jī)物被分解，即有機(jī)物“水相燃燒”反應(yīng)?？张葜車母邷馗邏?，使水分子分解，產(chǎn)生具有高化學(xué)性和高氧化性的羥基自由基，將水中的大多數(shù)污染物氧化降解。另外，空泡潰滅能在液體中產(chǎn)生較大的剪切力，該剪切力能打斷大分子主鏈上的碳鍵并破壞微生物的細(xì)胞壁，達(dá)到降解高分子有機(jī)物和失活微生物的作用?？栈夹g(shù)應(yīng)用在海水淡化：利用海水在空化時(shí)產(chǎn)生的高溫、高壓和霧化效應(yīng)，能夠加速海水的蒸發(fā)，增加海水的蒸發(fā)表面積，提高生產(chǎn)率，此種方法具有能耗低、性能穩(wěn)定、可靠性高和便于操作的特點(diǎn)，因此將超聲空化技術(shù)運(yùn)用到海水淡化中具有廣闊的發(fā)展前景。

空化技術(shù)應(yīng)用在水力切割：在高壓水射流中引入空化作用而形成空化射流是一種新型高效的射流，在相同條件下，空化射流有比普通射流強(qiáng)得多的切割、粉碎和鉆孔的作用，在煤炭、石油、冶金、船舶等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景?？栈夹g(shù)應(yīng)用在清洗污垢：空化射流利用空泡潰滅產(chǎn)生的高溫、高壓清洗物體表面，會(huì)大大地提高水射流的清洗效果。空化技術(shù)應(yīng)用在液液混合：空泡潰滅在液體中產(chǎn)生微射流和沖擊波，促使非均相的兩種液體快速高效的混合乳化。

專利號(hào)為CN200820099521.7的中國(guó)專利公開了一種液哨型超聲空化噴嘴，該裝置的特點(diǎn)是上游設(shè)有射流入孔的腔體和下游設(shè)有噴射出孔的噴嘴體，噴嘴體嵌設(shè)一帶有尖劈的簧片。該發(fā)明把液哨型超聲發(fā)生器結(jié)構(gòu)和射流自振動(dòng)空化結(jié)構(gòu)有機(jī)的結(jié)合和統(tǒng)一，以此強(qiáng)化高壓水射流的清洗和沖蝕力，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、空化效果好。但該裝置受其結(jié)構(gòu)的影響，空化區(qū)域小，通量小，不適合使用在處理量大的場(chǎng)合。

專利號(hào)為CN201020632791.7的中國(guó)專利公開了一種組合水力空化器，該發(fā)明在圓形管道中有機(jī)的結(jié)合了尾流空化的潛體、射流空化的孔板和超聲空化的液哨簧片以強(qiáng)化空化效果。該裝置液體的流動(dòng)阻力大，且做工要求高，造價(jià)高。

專利號(hào)為CN201120324072.3的中國(guó)專利公開了一種尾渦空化旋轉(zhuǎn)發(fā)生器，在該裝置中，表面設(shè)有多排凸臺(tái)的轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，液體繞流過轉(zhuǎn)子表面的某一個(gè)凸臺(tái)后，凸臺(tái)后方形成的瞬時(shí)低壓產(chǎn)生空泡，空泡在下一個(gè)凸臺(tái)的前方潰滅。液體繞流過多排凸臺(tái)，因而液體多次空化，空化強(qiáng)度和空化效率得以提高。該裝置液體通量大，但該裝置有較大的液體軸向返混，從而影響空化效率的進(jìn)一步提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明改變以往液哨空化器液體高速流動(dòng)而簧片不動(dòng)的思路，采用液體相對(duì)靜止而簧片高速運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，以形成液體與簧片之間的相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)，從而提供一種空化強(qiáng)度大、空化效率高、液體通量高、液體軸向返混小以及液體停留時(shí)間長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)液哨空化發(fā)生器。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：

旋轉(zhuǎn)液哨空化發(fā)生器，包括同軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子、殼體和轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子固定套設(shè)在轉(zhuǎn)軸上，殼體罩設(shè)在轉(zhuǎn)子外，所述殼體的兩端設(shè)有軸承，所述轉(zhuǎn)軸通過所述軸承與所述殼體可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且所述轉(zhuǎn)軸的一端貫穿所述殼體并連接用于輸出扭矩的動(dòng)力裝置；

所述殼體的兩端與所述轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有密封裝置，所述殼體的內(nèi)壁面和所述轉(zhuǎn)子的外壁面之間有間隙，且所述殼體的內(nèi)壁面、所述轉(zhuǎn)子的外壁面和所述密封裝置圍合成密封的內(nèi)腔；

所述殼體的一端設(shè)有液體進(jìn)口，所述殼體的另一端設(shè)有液體出口，所述液體進(jìn)口和所述液體出口均與所述內(nèi)腔相連通；

所述殼體內(nèi)沿軸向間隔設(shè)有若干個(gè)環(huán)形隔板，且所述環(huán)形隔板的外周邊固定在殼體的內(nèi)壁面上；轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地穿設(shè)在所述環(huán)形隔板的中心通孔內(nèi)，且所述環(huán)形隔板將所述內(nèi)腔分隔成若干個(gè)密封的分腔，相鄰分腔之間的隔板上設(shè)有短管，相鄰兩個(gè)分腔通過所述短管連通；

位于每個(gè)分腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子上均分布有若干個(gè)簧片，且所述簧片沿所述轉(zhuǎn)子的徑向固定在轉(zhuǎn)子的外壁面上。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)子呈圓柱體狀，且所述圓柱體的長(zhǎng)度與圓柱體橫截面直徑的比值為0.001～1000：1。

進(jìn)一步，殼體的內(nèi)壁面和轉(zhuǎn)子的外壁面之間的徑向間隙與所述轉(zhuǎn)子橫截面的直徑的比值為0.001～1000：1。殼體的內(nèi)壁面和轉(zhuǎn)子的外壁面之間的間隙包括徑向間隙和軸向間隙。

進(jìn)一步，所述簧片通過焊接或通過螺栓螺母與轉(zhuǎn)子的外表面固定連接。

進(jìn)一步，所述的環(huán)形隔板的外周邊通過焊接與殼體的內(nèi)表面固定連接。

進(jìn)一步，所述的殼體、轉(zhuǎn)子、簧片、環(huán)形隔板均采用不銹鋼、碳鋼或塑料材質(zhì)制作。

進(jìn)一步，所述殼體包括筒體和密封固定在筒體兩端的圓形平板。進(jìn)一步，每個(gè)分腔內(nèi)的簧片數(shù)量相等。

進(jìn)一步，所述簧片為直線式。

或者，所述簧片為波浪式。

進(jìn)一步，所述密封裝置為動(dòng)密封。

進(jìn)一步，所述短管沿軸向設(shè)置。

所述的軸向指的是轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子和殼體的中心軸所在方向；所述的徑向指的是轉(zhuǎn)子(殼體或轉(zhuǎn)軸)的橫截面的直徑所在的方向。

本發(fā)明的工作原理為：

在本發(fā)明中，殼體不動(dòng)，轉(zhuǎn)子隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得液體相對(duì)靜止而簧片高速運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，液體高速流過簧片，激發(fā)簧片高頻振動(dòng)，在簧片兩側(cè)的液體中發(fā)生空化泡的產(chǎn)生和潰滅，從而產(chǎn)生超聲空化，如圖3所示。

由于轉(zhuǎn)子外表面安裝多個(gè)簧片，因而會(huì)發(fā)生多次超聲空化，對(duì)產(chǎn)生的空化效應(yīng)起到積累和加強(qiáng)作用，大大提高空化強(qiáng)度和空化效果。

環(huán)形隔板把所述內(nèi)腔分隔成數(shù)個(gè)獨(dú)立的分腔，相鄰的分腔通過環(huán)形隔板上的短管連通。液體在分腔內(nèi)全混，然后通過短管進(jìn)入下一個(gè)分腔。因而，液體在本發(fā)明的流動(dòng)類似液體在串聯(lián)的全混反應(yīng)釜中的流動(dòng)。分腔的數(shù)量越多，液體在本發(fā)明中的軸向返混越小，從而空化效果得以提高。

液體在分腔內(nèi)沿周向逐漸被加速時(shí)，會(huì)沿軸向進(jìn)入到下一個(gè)分腔內(nèi)，由于短管的存在，在進(jìn)入下一個(gè)分腔時(shí)，液體的周向速度為零，使得液體與簧片之間仍保持了最大的相對(duì)速度，從而提高空化效果。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

1、利用轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，液體高速流過簧片，激發(fā)簧片高頻振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波，在簧片兩側(cè)的液體中發(fā)生空化泡的產(chǎn)生和潰滅，從而產(chǎn)生超聲空化。由于轉(zhuǎn)子外表面安裝多排簧片，因而就會(huì)發(fā)生多次超聲空化，對(duì)產(chǎn)生的空化效應(yīng)起到積累和加強(qiáng)作用，大大提高了空化強(qiáng)度和空化效果。

2、液體在本發(fā)明內(nèi)停留的時(shí)間長(zhǎng)。內(nèi)腔的容積大小與殼體和轉(zhuǎn)子之間的間隙大小、轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度成正比，內(nèi)腔容積除以液體體積流量即為液體停留時(shí)間。增大殼體和轉(zhuǎn)子之間的間隙距離或增大轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度都可以增大旋轉(zhuǎn)液哨空化發(fā)生器的空隙體積。從圖1可以看出，本發(fā)明的內(nèi)腔容積明顯大于孔板、文丘里管等空化設(shè)備，故在相同液體體積流量下，液體在本發(fā)明中的停留時(shí)間遠(yuǎn)大于孔板、文丘里管等空化設(shè)備，從而空化效果得以提高。

3、液體的軸向返混小。本發(fā)明的環(huán)形隔板把內(nèi)腔分隔成數(shù)個(gè)獨(dú)立的分腔，相鄰的分腔通過環(huán)形隔板上的短管連通。液體在上一個(gè)分腔內(nèi)全混，然后通過環(huán)形隔板上的短管進(jìn)入下一個(gè)分腔。因而，液體在本發(fā)明的流動(dòng)類似液體在串聯(lián)的全混反應(yīng)釜中的流動(dòng)。分腔的數(shù)量越多，液體在本發(fā)明中的軸向返混越小，從而空化效果得以提高。

4、液體在上一個(gè)分腔內(nèi)沿周向逐漸被加速時(shí)，同時(shí)沿軸向進(jìn)入到下一個(gè)分腔內(nèi)，但由于短管的存在，進(jìn)入到下一個(gè)分腔時(shí)，液體的周向速度為零，使得液體與簧片之間仍保持了最大的相對(duì)速度，從而提高空化效果。

5、空化區(qū)域大。在整個(gè)轉(zhuǎn)子外表面上都有空化泡的產(chǎn)生和潰滅，雖然每個(gè)簧片的空化區(qū)域是小的，但是整個(gè)轉(zhuǎn)子外表面有多排簧片，所以總的空化區(qū)域很大。

6、可以根據(jù)具體需要調(diào)整本發(fā)明來控制空化強(qiáng)度和空化效應(yīng)，如調(diào)整轉(zhuǎn)子的直徑、長(zhǎng)度以及轉(zhuǎn)速；調(diào)整轉(zhuǎn)子外表面簧片的數(shù)量和排列方式；調(diào)整環(huán)形隔板的數(shù)量等，滿足個(gè)性化需求，實(shí)用性強(qiáng)。

7、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、設(shè)備利用率高，造價(jià)低，應(yīng)用領(lǐng)域廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中A-A向的剖視圖；

圖3是簧片高頻振動(dòng)在液體中產(chǎn)生超聲空化的工作原理圖；

圖4是直線式簧片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是波浪式簧片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是在不同液量情況下羥自由基濃度與時(shí)間的關(guān)系示意圖。

附圖標(biāo)記說明：液體進(jìn)口1，轉(zhuǎn)軸2，圓形平板3，轉(zhuǎn)子4，殼體5，短管6，簧片(又稱為液哨)7，密封裝置8，軸承9，液體出口10，環(huán)形隔板11，轉(zhuǎn)子外表面的液流方向示意箭頭12，簧片高頻振動(dòng)示意箭頭13，轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向示意箭頭14。

具體實(shí)施方式

旋轉(zhuǎn)液哨空化發(fā)生器，包括同軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子4、殼體5和轉(zhuǎn)軸2，轉(zhuǎn)子4固定套設(shè)在轉(zhuǎn)軸2上，殼體5罩設(shè)在轉(zhuǎn)子4外，所述殼體5的兩端設(shè)有軸承2，所述轉(zhuǎn)軸2通過所述軸承與所述殼體5可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且所述轉(zhuǎn)軸2的一端貫穿所述殼體5并連接用于輸出扭矩的動(dòng)力裝置；

所述殼體5的兩端與所述轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有密封裝置8，所述殼體5的內(nèi)壁面和所述轉(zhuǎn)子4的外壁面之間有間隙，且所述殼體5的內(nèi)壁面、所述轉(zhuǎn)子4的外壁面和所述密封裝置8圍合成密封的內(nèi)腔；

所述殼體5的一端設(shè)有液體進(jìn)口1，所述殼體5的另一端設(shè)有液體出口10，所述液體進(jìn)口1和所述液體出口10均與所述內(nèi)腔相連通；

所述殼體5的內(nèi)壁沿軸向間隔設(shè)有若干個(gè)環(huán)形隔板11，且所述環(huán)形隔板11的外周邊固定在殼體5的內(nèi)壁面上；轉(zhuǎn)子4可轉(zhuǎn)動(dòng)地穿設(shè)在所述環(huán)形隔板11的中心孔內(nèi)，且所述環(huán)形隔板11將所述內(nèi)腔分隔成若干個(gè)密封的分腔，相鄰分腔之間的隔板11上設(shè)有短管6，相鄰兩個(gè)分腔通過所述短管6連通；

位于每個(gè)分腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子4上均分布有若干個(gè)簧片7(又稱為液哨)，且所述簧片7沿所述轉(zhuǎn)子4的徑向固定在轉(zhuǎn)子4的外壁面上。

所述轉(zhuǎn)子4呈圓柱體狀，且所述圓柱體的長(zhǎng)度與圓柱體橫截面直徑的比值為0.001～1000：1。

殼體5的內(nèi)壁面和轉(zhuǎn)子4的外壁面之間的徑向間隙與所述轉(zhuǎn)子4橫截面的直徑的比值為0.001～1000：1。殼體的內(nèi)壁面和轉(zhuǎn)子的外壁面之間的間隙包括徑向間隙(即筒體與轉(zhuǎn)子之間的間隙)和軸向間隙(即圓形平板和轉(zhuǎn)子端面之間的間隙)。所述簧片7通過焊接或通過螺栓螺母與轉(zhuǎn)子4的外表面固定連接。

所述的環(huán)形隔板11的外周邊通過焊接與殼體5的內(nèi)表面固定連接。

所述的殼體5、轉(zhuǎn)子4、簧片7、環(huán)形隔板11均采用不銹鋼、碳鋼或塑料材質(zhì)制作。

所述殼體5包括筒體和密封固定在筒體兩端的圓形平板3，且圓形平板3通過螺栓固定在筒體上。

每個(gè)分腔內(nèi)的簧片7數(shù)量相等。

所述簧片7為直線式，即簧片呈直線狀。

或者，所述簧片為波浪式，即簧片呈波浪狀。

環(huán)形隔板11與殼體5的軸向相垂直，環(huán)形隔板11可沿著所述軸向等間距分布。

轉(zhuǎn)子4高速旋轉(zhuǎn)，液體高速流過簧片7，激發(fā)簧片7高頻振動(dòng)，在簧片7兩側(cè)的液體中發(fā)生空化泡的產(chǎn)生和潰滅，從而產(chǎn)生超聲空化，如圖3所示。由于轉(zhuǎn)子4外表面安裝多個(gè)簧片7，因而會(huì)發(fā)生多次超聲空化，對(duì)產(chǎn)生的空化效應(yīng)起到積累和加強(qiáng)作用，大大提高空化強(qiáng)度和空化效果。

液體在分腔內(nèi)全混，然后通過短管6進(jìn)入下一個(gè)分腔。因而，液體在本發(fā)明的流動(dòng)類似液體在串聯(lián)的全混反應(yīng)釜中的流動(dòng)。分腔的數(shù)量越多，液體在本發(fā)明中的軸向返混越小，從而空化效果得以提高。液體在分腔內(nèi)沿周向逐漸被加速時(shí)，會(huì)沿軸向進(jìn)入到下一個(gè)分腔內(nèi)，由于短管的存在，在進(jìn)入下一個(gè)分腔時(shí)，液體的周向速度為零，使得液體與簧片之間仍保持了最大的相對(duì)速度，從而提高空化效果。

現(xiàn)在結(jié)合實(shí)驗(yàn)說明本發(fā)明的優(yōu)越性。

實(shí)驗(yàn)原理：以一定量的亞甲基藍(lán)試劑與蒸餾水配置出一定濃度的亞甲基藍(lán)水溶液，作為原料液注入儲(chǔ)槽。原料液從儲(chǔ)槽由液體進(jìn)口進(jìn)入本發(fā)明的內(nèi)腔，從液體出口流出后回到儲(chǔ)槽，并再次由液體進(jìn)口進(jìn)入本發(fā)明的內(nèi)腔，如此不斷循環(huán)。每隔一定時(shí)間在本發(fā)明的液體出口取樣，測(cè)定樣品吸光度的改變值，由吸光度的改變值得到亞甲基藍(lán)濃度的改變值。亞甲基藍(lán)濃度的改變值即為空化而產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)濃度的改變值。而(·OH)濃度的大小可以反映出該發(fā)明的空化效果。產(chǎn)生的(·OH)濃度越高，說明空化效果越好。

圖6是在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)/分鐘和溫度35℃的條件下，不同液量下，羥自由基濃度與時(shí)間的關(guān)系圖。其中橫坐標(biāo)表示的是時(shí)間，縱坐標(biāo)表示的是本發(fā)明產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)濃度。從圖6可以看出，液量400L/h時(shí)的羥基自由基(·OH)濃度最大，這說明存在一個(gè)最佳液量，在該液量下，空化效果最好。

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。