CN109731490A - 一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生方法及装置。收缩腔两端分别与进水管末端和一次加速管相连，一次加速管顶部开有与进气管相连的进气口，一次降速增压腔与一次加速管末端连接，一级稳压管与一次降速增压腔连接，二次加速管与一级稳压管连接，二次加压扩散腔与二次加速管连接，二次加压扩散腔内含有U型分流器、多个一级切割板和多个二级切割板，其中U型分流器与二次加压扩散腔处在同一垂直线上，U型分流器距二次加速管末端距离为1‑10 cm，U型分流器底面积为二次加压扩散腔出口面积的1/3，U型分流器外间隔布置了切割板。本发明可有效地降低气泡尺寸并提高纳米气泡发生器动力效率。
Description
技术领域
本发明涉及的是微气泡技术领域，具体涉及一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生方法及装置。
背景技术
微气泡技术因其独特的性能优势，主要应用于黑臭水体增氧、气浮净水、臭氧消毒、医疗美容、养殖业等领域，市场空间广阔。在河湖治理中，微气泡因气泡粒径小，可长时间停留在水中，从而可有效地去除河湖中的有机物、藻类等污染物，实现河湖净化清澈。
目前，应用于河湖治理的微气泡发生技术主要有分散空气法、溶气释气法等。分散空气法主要通过高速搅拌剪切等方式将空气反复剪切破碎，从而可稳定地产生大量微气泡，但此法需使用大功率高转速电机，设备结构复杂、制造要求高、加工难度大。溶气释气法主要通过加压使空气溶解在水中，然后通过减压，使空气重新从水中释放出来，产生大量微细气泡，此设备动力效率较低且无法原位充氧曝气，难以广泛应用于河湖治理中。综上所述，传统的微气泡发生装置，因动力效率低，结构复杂且气泡尺寸未达到纳米级，难以满足河湖治理实际需求。
本发明设计了一种二次加压多级破碎装置的纳米气泡发生方法及装置，可高效地产生纳米气泡。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生方法及装置，可有效地降低气泡尺寸并提高纳米气泡发生器动力效率。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生装置，包括进水管、收缩腔、一次加速管、一次降速增压腔、一级稳压腔、二次加速管、二次加压扩散腔、U型分流器、一级切割板和二级切割板，收缩腔两端分别与进水管末端和一次加速管相连，一次加速管顶部开有与进气管相连的进气口，一次降速增压腔与一次加速管末端连接，一级稳压管与一次降速增压腔连接，二次加速管与一级稳压管连接，二次加压扩散腔与二次加速管连接，二次加压扩散腔内含有U型分流器、多个一级切割板和多个二级切割板，其中U型分流器与二次加压扩散腔处在同一垂直线上，U型分流器距二次加速管末端距离为1-10 cm，U型分流器底面积为二次加压扩散腔出口面积的1/3，U型分流器外间隔布置了切割板，与二次加压腔内部间隔布置的切割板成交叉状，完成对气泡多级切割破碎，充分保证从二级加压扩散腔末端流出的气泡达到纳米级别。
作为优选，所述的收缩腔腔径逐级收缩减小，流体速度逐渐增大，收缩角度为15°-30°。
作为优选，所述的一次加速管内水流速度为进水管内水流速度的10-20倍。
作为优选，所述的一次降速增压腔腔径逐渐变大，流体速度逐渐降低，扩散角角度为5°-15°。
作为优选，所述的一级稳压管内部需维持水的静压为0.1-1.0 Mpa。
作为优选，所述的二次加速管内水流速为进水管内水流速度的10-20倍。
本发明的一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生装置中包含的进水管、收缩腔、一次加速管、一次降速增压腔、一级稳压腔、二次加速管、二次加压扩散腔、U型分流器、一级切割板和二级切割板各个部分，可以采用整体加工，也可采用螺纹连接或法兰连接等方式。
二级加压多级破碎的纳米气泡发生方法，包括以下步骤：
1、水由水泵提升至纳米气泡发生装置进水管中，通过收缩腔过渡，使流体速度逐渐增加并在一次加速管中达到最大，流速为进水管中流速的10-20倍，实现在加速管中自动稳定负压吸气。
2、一次加速管出来的流体通过一次降速增压腔过渡，流体速度逐渐降低，一次降速增压腔的过渡作用主要体现在两方面，一是降速作用，气水混合物因气泡、水加速度不同从而在腔内形成冲量差，进而撕裂破碎气泡，使大气泡形成小气泡；二是流体速度逐渐降低会逐渐增大流体压强，提高了小气泡与水溶解系数，经一次降速增压腔作用后的流体进入一级稳压管中。
3、一级稳压管中，一方面因为流体静压大，可使气泡和水过饱和溶解，另一方面因一次降速增压腔中形成的微米小气泡，气泡比表面积大，进一步促进气泡和水充分溶解。双重作用下，气泡和水在一级稳压腔中形成富氧水，进入二次加速管中。
4、二次加速管中，一方面流体速度骤升致使流体压力骤降，溶解的气体从流体中释放出来，形成气泡含量高的气泡水，一方面提高气液两相流体能量。经过二次加速管形成的气泡水，进入二次加压扩散腔中。
5、气泡水进入二次加压扩散腔中，在二次加速管末端和U型分流器顶部这段区域内，因气泡和水的能量骤降，致使气泡和水的惯性冲量不同，实现气泡二次撕裂破碎；破碎后的小气泡和水混合物在U型分流器作用下，进入多级折流破碎区，小气泡在U型分流器外壁间隔布置切割板和二级加压腔内壁间隔布置切割板区间内成几形流动，小气泡经多级切割板破碎作用后，形成纳米气泡。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过”二次加速二次降速增压”的结构设计，通过气泡两次撕裂破碎，从而可产生更小尺寸的气泡。
2、本发明通过在二次加压扩散腔中设置U型分流器，从而实现气泡水更加均匀地进入气泡切割区。
3、本发明通过在气泡切割区设置多道“一级切割板和二级切割板”，通过对气泡水进行多级几形流动切割，实现微米气泡粒径更小化，成为纳米气泡。
4、本发明在文丘里结构基础上设计了一套纳米气泡释放器，充分结合了文丘里通量大的特点，并通过二次加压多级破碎的结构优化设计，从而可高通量地产生纳米气泡。
5、本发明采用二级加压多级破碎的方法，结构设计新颖独特，简单合理，产生的纳米气泡通量大且仅能耗低，即动力效率效率低。该装置工艺性能好，操作简单，产生气泡尺寸小，分布均匀，装置运行成本低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的剖视主视图；
图2为图1的A-A向剖视图；
图3为图1的B-B向剖视图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-图3，本具体实施方式采用以下技术方案：一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生装置，包括进水管1、收缩腔2、一次加速管3、一次降速增压腔4、一级稳压腔5、二次加速管6、二次加压扩散腔7、U型分流器8、一级切割板9和二级切割板10，收缩腔2两端分别与进水管1末端和一次加速管3相连，一次加速管3顶部开有与进气管11相连的进气口，一次降速增压腔4与一次加速管3末端连接，一级稳压管5与一次降速增压腔4连接，二次加速管6与一级稳压管5连接，二次加压扩散腔7与二次加速管6连接，二次加压扩散腔7内含有U型分流器8、多个一级切割板9和多个二级切割板10，其中U型分流器8与二次加压扩散腔7处在同一垂直线上，U型分流器8距二次加速管末端距离为1-10 cm，U型分流器8底面积为二次加压扩散腔7出口面积的1/3，U型分流器8外间隔布置了一级切割板9，与二次加压扩散腔7内部间隔布置的二级切割板10成交叉状，完成对气泡多级切割破碎，充分保证从二级加压扩散腔7末端流出的气泡达到纳米级别。
本具体实施方式的装置使用时，进水管1进水口与水泵相联，水流通过收缩腔2射入一次加速管3中，并在一次加速管3中完成吸气和气泡形成过程，一次加速管3中形成的高速气泡水以极高的流速射入一次降速增压腔4中，在一次降速增压腔4中完成气泡撕裂破碎溶解过程，在一次降速增压腔4中形成气泡水，气泡水在一级稳压管5中实现气水融合，形成饱和溶气水，饱和溶气水在二次加速管6中实现流速骤升压力骤降的过程，完成饱和溶气水中气体释放，在二次加速管6中再次形成气泡水，气泡水在二次增压扩散腔7中实现气泡二次撕裂破碎和稳定小气泡形态，并在多级一级切割板9和多级二级切割板10之间成几形运动完成小气泡多级破碎形成纳米气泡。
为了保证纳米气泡产生效果，所述的水泵需为增压泵，水泵扬程为30-40 m；所述的一次加速管流速为水泵流速的10-20倍；所述的一次降速增压腔扩散角为为5°-15°；所述的一级稳压管内部需维持水的静压为0.1-1.0 Mpa；所述的二次加速管内水流速为进水管内水流速度的10-20倍；所述的U型分流器距二次加速管末端距离为1-10 cm，U型分流器底面积为二次加压扩散腔出口面积的1/3，U型分流器外间隔布置了切割板，与二次加压腔内部间隔布置的切割板成交叉状，完成对气泡多级切割破碎。
本具体实施方式的二次加压多级破碎的纳米气泡发生方法及装置，结构设计新颖独特，具有产生纳米气泡通量大且能耗低的优点；本发明提供的纳米气泡发生装置性能好，产生气泡分布均匀且尺寸小，能达到纳米级别；并且本装置结构简单，加工和装配工艺性能好，操作简单方便。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生装置，其特征在于，包括进水管(1)、收缩腔(2)、一次加速管(3)、一次降速增压腔(4)、一级稳压腔(5)、二次加速管(6)、二次加压扩散腔(7)、U型分流器(8)、一级切割板(9)和二级切割板(10)，收缩腔(2)两端分别与进水管(1)末端和一次加速管(3)相连，一次加速管(3)顶部开有与进气管(11)相连的进气口，一次降速增压腔(4)与一次加速管(3)末端连接，一级稳压管(5)与一次降速增压腔(4)连接，二次加速管(6)与一级稳压管(5)连接，二次加压扩散腔(7)与二次加速管(6)连接，二次加压扩散腔(7)内含有U型分流器(8)、多个一级切割板(9)和多个二级切割板(10)，其中U型分流器(8)与二次加压扩散腔(7)处在同一垂直线上，U型分流器(8)距二次加速管末端距离为1-10cm，U型分流器(8)底面积为二次加压扩散腔(7)出口面积的1/3，U型分流器(8)外间隔布置了一级切割板(9)，与二次加压扩散腔(7)内部间隔布置的二级切割板(10)成交叉状，完成对气泡多级切割破碎，充分保证从二级加压扩散腔(7)末端流出的气泡达到纳米级别。
2.根据权利要求1所述的一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述的收缩腔(2)腔径逐级收缩减小，流体速度逐渐增大，收缩角度为15°-30°。
3.根据权利要求1所述的一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述的一次加速管(3)内水流速度为进水管内水流速度的10-20倍。
4.根据权利要求1所述的一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述的一次降速增压腔(4)腔径逐渐变大，流体速度逐渐降低，扩散角角度为5°-15°。
5.根据权利要求1所述的一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述的一级稳压管(5)内部需维持水的静压为0.1-1.0 Mpa。
6.根据权利要求1所述的一种二次加压多级破碎的纳米气泡发生装置，其特征在于，所述的二次加速管(6)内水流速为进水管(1)内水流速度的10-20倍。
7.二级加压多级破碎的纳米气泡发生方法，包括以下步骤：
(1)、水由水泵提升至纳米气泡发生装置进水管中，通过收缩腔过渡，使流体速度逐渐增加并在一次加速管中达到最大，流速为进水管中流速的10-20倍，实现在加速管中自动稳定负压吸气；
(2)、一次加速管出来的流体通过一次降速增压腔过渡，流体速度逐渐降低，一次降速增压腔的过渡作用主要体现在两方面，一是降速作用，气水混合物因气泡、水加速度不同从而在腔内形成冲量差，进而撕裂破碎气泡，使大气泡形成小气泡；二是流体速度逐渐降低会逐渐增大流体压强，提高了小气泡与水溶解系数，经一次降速增压腔作用后的流体进入一级稳压管中；
(3)、一级稳压管中，一方面因为流体静压大，可使气泡和水过饱和溶解，另一方面因一次降速增压腔中形成的微米小气泡，气泡比表面积大，进一步促进气泡和水充分溶解；双重作用下，气泡和水在一级稳压腔中形成富氧水，进入二次加速管中；
(4)、二次加速管中，一方面流体速度骤升致使流体压力骤降，溶解的气体从流体中释放出来，形成气泡含量高的气泡水，一方面提高气液两相流体能量；经过二次加速管形成的气泡水，进入二次加压扩散腔中；
(5)、气泡水进入二次加压扩散腔中，在二次加速管末端和U型分流器顶部这段区域内，因气泡和水的能量骤降，致使气泡和水的惯性冲量不同，实现气泡二次撕裂破碎；破碎后的小气泡和水混合物在U型分流器作用下，进入多级折流破碎区，小气泡在U型分流器外壁间隔布置切割板和二级加压腔内壁间隔布置切割板区间内成几形流动，小气泡经多级切割板破碎作用后，形成纳米气泡。
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