CN113304690A - 一种离心式水力空化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离心式水力空化反应器，包括外壳、转子和定子，所述转子和定子均位于外壳内部，所述定子相对于外壳固定不动，所述转子通过轴可转动地设置于外壳内部；还包括流体入口和流体出口，所述外壳为蜗壳式结构，由一个圆周侧面和两个平侧面组成，所述流体出口设置在外壳的圆周侧面且与外壳切向式连通，所述流体入口设置在外壳的一个平侧面上；所述定子上设置有穿透定子的流体通道，所述流体通道与所述流体入口位置相对应；目的在于克服传统水力空化反应器空化效果不显著，空化效率低的缺点，提供一种新型离心式水力空化反应器，能够增强空化效果，增加空化效率，广泛的应用于各种行业。

Description

一种离心式水力空化反应器

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，具体涉及一种离心式水力空化反应器。

背景技术

水力空化是指当流体流经某些水力结构时，流体内部局部压力急剧下降至该状态饱和蒸汽压以下，使溶解在水中的气体析出，导致空化气泡产生并生长，随着流体的继续流动，局部压力恢复正常，产生的空化气泡随之溃灭，造成温度和压力的迅速上升，产生多种复杂的物理、化学效应。相比于其他的空化方式，水力空化不仅具有更高的效率、更低的能耗，而且在实际应用中水力空化可以在比较简便的条件下实现，在经济方面占有绝对优势。

由于水力空化空泡破灭时产生的复杂的效应，其被应用于多种场合，如水处理、冲击破岩、乳液制备等。目前常见的水力空化反应器(如文丘里管、多孔板)都存在空化效果不显著，空化效率低等缺点，限制了水力空化技术应用方面的进一步发展。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于克服传统水力空化反应器空化效果不显著，空化效率低的缺点，提供一种新型离心式水力空化反应器，能够增强空化效果，增加空化效率，广泛的应用于各种行业。

本发明采用的技术方案如下：一种离心式水力空化反应器，包括外壳、转子和定子，所述转子和定子均位于外壳内部，所述定子相对于外壳固定不动，所述转子通过轴可转动地设置于外壳内部，且所述定子与转子面对面的设置；还包括流体入口和流体出口，所述外壳为蜗壳式结构，由一个圆周侧面和两个平侧面组成，所述流体出口设置在外壳的圆周侧面且与外壳切向式连通，所述流体入口设置在外壳的一个平侧面上；所述定子上设置有穿透定子的流体通道，所述流体通道与所述流体入口位置相对应，以使得流体从流体入口流动至转子和定子之间的间隙内。所述定子为圆盘式实体结构，定子中心设置中空的流体通道，供流体通过，在与转子相面对的面上设置有多个未穿透的转子孔。转子由轮毂和多个叶片组成，转子形式为半开式，所述叶片依附于轮毂上，所述轮毂与外壳的内壁面临近，每个叶片上设置多个转子孔，所述转子孔也是盲孔式结构，叶片上的转子孔与定子上的定子孔对应分布。转子通过轴与电机连接，电机带动转子运转。流体由轴向进入，经过水力空化反应后被转子旋转径向甩出。

本发明中，所述定子上布置的定子孔数量不少于24个，孔直径不大于5mm，深度不小于15mm，所述定子孔以均匀分布、辐射分布或环状分布等排布方式分布在所述定子上。

本发明中，所述转子的每个叶片上有不少于两个的转子孔，每个转子孔的孔直径不大于5mm，深度不小于5mm。

所述转子孔为圆柱形盲孔、梅花形盲孔或者其他截面形状的盲孔；优选地，所述转子孔和定子孔还可以单独设置为文丘里状结构，或者转子孔转动至与定子孔开口重合对应时两者一起构成文丘里状结构。

本发明水力空化反应器的上述结构，使流体在水力空化反应器内形成了一个强空化场。一方面转子旋转在转子的入口处和背部形成了水力空化。另一方面转子和定子上的盲孔受流体剪切作用的影响，发生了强烈的剪切空化而且当转子盲孔和定子盲孔相对应时，形成了流动通道，促进了空化泡产生，加剧了空化发生。当空化泡溃灭时，释放出大量的能量，形成局部高温高压的环境，利用这种环境可以打开分子间的某些化学键，使某些正常情况下难以发生的化学反应出现。

本发明的优点在于：

1、本发明的离心式水力空化反应器操作简单，能量利用率高，成本低，应用范围广，适合于大多数现有的水力空化装置，易实现规模化；

2、结构模块易于更换，维修简单，且相对动部件少、无脆弱零件，故障率低，使用寿命长；

3、不仅仅依靠叶片剪切力提供剪切空化作用，定子孔和转子孔的结构设计，流体在进入定子孔和转子孔内部形成射流后，压强减小幅度增大，使得空化效果更易发生，相对降低了对形成的射流流速的要求，提高了本发明空化反应器的整体性能。。

附图说明

图1是本发明离心式水力空化反应器结构示意图；

图2是本发明空化反应器的转子结构示意图；

图3是本发明空化反应器的定子结构示意图；

图4是本发明空化反应器的外壳轮廓结构示意图；

图中，1.流体出口，2.转子，3.轴，4.转子孔，5.轮毂，6.外壳，7.流体入口，8.定子，9.定子孔。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1是本发明离心式水力空化反应器结构示意图，如图1所示，本发明的离心式水力空化反应器，包括外壳6、转子2、定子8、流体出口1和流体入口7，所述定子8固定设置于外壳6内部，所述转子2通过轴3可转动地设置于外壳6内部，且所述定子8与转子2面对面的设置；所述流体出口1和流体入口7设置在外壳6上。如图4所示，是本发明空化反应器的外壳轮廓结构示意图，所述外壳6为蜗壳式结构，由一个圆周侧面和两个平侧面组成，所述流体出口1设置在外壳6的圆周侧面且与外壳6切向式连通，所述流体入口7设置在外壳6的平侧面上；所述轴3穿出外壳6的另一平侧面与驱动结构连接，所述驱动结构，例如电机等，通过轴3带动所述转子2在外壳6内部转动。

图2是本发明空化反应器的转子结构示意图，如图2所示，所述转子2为半开式叶轮结构，其包括多个叶片，所述叶片依附于轮毂5上，所述轮毂5与外壳6的内壁面临近，优选地，所述轮毂5与外壳6内壁面之间设置有转动轴承，所述叶片的数量不少于三个。在每一个叶片上均设置有多个转子孔4，所述转子孔4为盲孔，例如为圆柱形盲孔、梅花形盲孔或者其他截面形状的盲孔，每个转子孔4的孔径均不大于5mm，且深度均不小于5mm。在图2给予的实施例中，所述叶片的数量为三个，每一个叶片上转子孔4的数量为两个，其可以根据空化反应器的尺寸及处理量的大小调节相适配的叶片和转子孔4的数量。在叶片上设置转子孔4，转子旋转时，不仅可以产生剪切力提供剪切空化作用，而且转子孔4的存在，使得流体形成射流，流速增大，压强减小，进一步强化了空化效果。

如图3所示，是本发明空化反应器的定子结构示意图，所述定子8为圆盘式结构，其固定安装在蜗壳式的外壳6内部且依附于外壳6的设置流体入口7的平侧面固定安装，所述定子8上设置有穿透定子8的流体通道，所述流体通道与所述流体入口7位置相对应，以使得待空化流体从流体入口7流动至转子2和定子8之间的间隙内；所述定子8的背离外壳6的设置流体入口7的平侧面的侧面上设置多个定子孔9，所述定子孔9也设置为盲孔，其截面形状优选为圆柱形盲孔，与转子孔4相对应的，其也可以选择为梅花形、三角形等其他截面形状的盲孔。所述定子孔9分布在定子8与转子2相面对的侧面上，且所述定子孔9的孔径均不大于5mm，深度均不小于15mm，具体的，所述定子孔9以均匀分布、辐射分布或环状分布的排布方式分布在所述定子8上。

在另一实施例中(未图示)，所述定子孔9和转子孔4均为文丘里状的盲孔，即所述定子孔9和转子孔4的腰部具有流线型内缩的腰部，所述腰部的孔径小于盲孔最大孔径的三份之二。流体在进入定子孔9和转子孔4内部形成射流后，压强减小幅度增大，使得空化效果更易发生，相对降低了对形成的射流流速的要求，提高了本发明空化反应器的整体性能。

在另一实施例中(未图示)，所述定子孔9和转子孔4均为近似锥形的盲孔，盲孔底部孔径大于开口处的孔径，使得转子孔4随叶片转动至与定子孔9重合对应时，转子孔4和定子孔9整体构成文丘里状结构，即在转子和定子的接触部分形成收缩的流道，使得射流降压增速。

下面结合图1-4对本发明的离心式空化反应器作用机理说明如下：流体经过流体入口7进入反应器内部，并通过定子8内部的流体通道进入定子8和转子2的面间隙内，经过转子2旋转剪切空化，并进入定子和转子上的盲孔中，形成射流，流速增大，压强减小，降低至饱和蒸汽压以下时空化发生。转子孔4和定子孔9的形状设计对空化效果产生额外的影响，例如在上文所述的特殊的实施例中(第三个实施例)，当转子2的盲孔与定子8上的盲孔相对应时，构成收缩的流道，文丘里效应降压增速，促进了空化的发生。同时由于转子高速旋转产生剪切力，从而产生了剪切空化作用，进一步强化了空化效果。经过所述多种形式的空化作用，形成多种物理、化学效应，产生高温高压的环境，利用这种环境可以打开分子间的化学键，使正常情况下难以发生的化学反应出现，达到应用效果。

以上虽结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但并不局限于本发明的保护范围，所属领域的技术人员应明白，在本发明的技术方案基础上，本领域的技术人员无需付出创造性劳动就可对本发明的各种等效结构或等效流程进行修改或变形，或直接或间接应用于其他相关技术领域，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离心式水力空化反应器，其特征在于，包括外壳、转子和定子，所述转子和定子均位于外壳内部，所述定子相对于外壳固定不动，所述转子通过轴可转动地设置于外壳内部，且所述定子与转子面对面的设置；还包括流体入口和流体出口，所述外壳为蜗壳式结构，由一个圆周侧面和两个平侧面组成，所述流体出口设置在外壳的圆周侧面且与外壳切向式连通，所述流体入口设置在外壳的一个平侧面上；所述定子上设置有穿透定子的流体通道，所述流体通道与所述流体入口位置相对应，以使得流体从流体入口流动至转子和定子之间的间隙内。

2.根据权利要求1所述的空化反应器，其特征还在于，所述转子为半开式叶轮结构，其包括多个叶片，所述叶片依附于轮毂上，所述轮毂与外壳的内壁面临近，在每一个叶片上均设置有多个转子孔，所述转子孔为盲孔。

3.根据权利要求2所述的空化反应器，其特征还在于，所述定子为圆盘式结构，其固定安装在蜗壳式的外壳内部且依附于外壳的设置流体入口的平侧面固定安装，所述定子的背离外壳的设置流体入口的平侧面的侧面上设置多个定子孔，所述定子孔也设置为盲孔。

4.根据权利要求2所述的空化反应器，其特征还在于，每个转子孔的孔径均不大于5mm，且深度均不小于5mm。

5.根据权利要求4所述的空化反应器，其特征还在于，所述转子孔为圆柱形盲孔、梅花形盲孔或者其他截面形状的盲孔。

6.根据权利要求3所述的空化反应器，其特征还在于，所述定子孔的孔径均不大于5mm，深度均不小于15mm。

7.根据权利要求6所述的空化反应器，其特征还在于，所述定子孔以均匀分布、辐射分布或环状分布的排布方式分布在所述定子上。

8.根据权利要求3所述的空化反应器，其特征还在于，所述定子孔和转子孔的腰部均具有流线型内缩的腰部，使得定子孔和转子孔均形成为文丘里状的盲孔，所述腰部的孔径小于盲孔最大孔径的三份之二。

9.根据权利要求3所述的空化反应器，其特征还在于，所述定子孔和转子孔均为近似锥形的盲孔，盲孔底部孔径大于开口处的孔径，使得转子孔随叶片转动至与定子孔重合对应时，转子孔和定子孔整体构成文丘里状结构。

10.根据权利要求1所述的空化反应器，其特征还在于，所述轴穿出外壳的另一平侧面与驱动结构连接，所述驱动结构通过轴带动所述转子在外壳内部转动。

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