CN110067792A - 一种气液双相流引射管、具有其的传输装置及传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液双相流引射管、具有其的传输装置及传输方法，涉及金属材料热处理后高温流体的传输装置技术领域，解决了现有技术中直接采用熔盐泵、柱塞泵、盐泵、油泵、水泵等设备传输高温流体而对设备安装精度要求高的技术问题。该气液双相流引射管包括收缩管与扩张管相对设置形成窄喉；收缩管上设置有气相管与液相管；气相流通过气相管进入收缩管经过窄喉引射通过液相管进入收缩管的液相流。本发明的气液双相流引射管整体为管状结构，引射管本身无需较高的安装精度，而仅需将引射管置入待传输的高温液相流体中，再通过气相流体的引射作用即可将液相流体传输至所需存储的容器中，使得引射管的安装简单，并且需要更换时也方便操作。

Description

一种气液双相流引射管、具有其的传输装置及传输方法

技术领域

本发明涉及金属材料热处理后高温流体的传输装置技术领域，具体来说，是指一种气液双相流引射管、具有该引射管的传输装置以及该传输装置的传输方法。

背景技术

高温流体的传输一直以来是热处理、石油化工、机械制造、光伏行业等经常应用的关键环节，是决定众多设备产能效率的关键因素。为解决高温流体的传输，现有技术中往往需要用柱塞泵、盐泵、油泵、水泵等设备来直接与高温流体接触以对其进行传输。尤其在热处理硝盐淬火行业、太阳能光伏发电行业、核反应堆的换热领域，高温液相流体的传输是制约这些领域产品质量、生产效率、安全运行的保障。

对于高温流体泵，目前国内外都有相关的介绍，市场上也有专业的产品，其中广泛应用在硝盐淬火热处理行业的熔盐泵就是其中一种。熔盐泵是专门用于输送高温熔盐的泵，按照结构形式，可以分为熔盐液下泵和熔盐轴流泵，另外还有RXB型熔盐循环泵。熔盐液下泵是小流量高扬程的熔盐泵，其叶轮为离心式叶轮，这种形式的泵应用最广泛。熔盐轴流泵是大流量低扬程的熔盐泵，其叶轮是轴流式叶轮，特别适用于化工行业大流量熔盐换热场合。

但是熔盐泵在使用过程中需要有良好的通风条件，确保电机和熔盐泵充分散热；同时熔盐泵振动剧烈，对安装精度要求极高，转子静止时难于用手转动转子；使用过程中轴承支架和支架的夹套的冷却水管应并联，否则使用寿命大大降低。另外，由于熔盐泵的启停受限于安装以及叶轮被熔盐凝固所冷冻的原因，每次开启时需要很长的余热时间来保证轴承和叶轮的间隙内熔盐的充分熔化，否则会造成卡死和电机烧损的问题。这些弊端大大限制了高温熔盐在太阳能光伏、熔盐热处理热处理行业的推广。尤其是第四代核反应堆，目前已经采用溶液作为燃料传输以及换热介质后，寻找更加稳定和耐高温的高温流体传输设备，成为解决反应堆使用效率的关键。

高温条件下的液相流体传输具有很多难点，正如前述熔盐泵的使用特点，高温条件下对叶轮、轴材质的选择以及高温轴承的选择都是一个不小的挑战，另外对于长轴泵，在高温条件下长期服役，很容易产生弯曲变形，从而大大降低熔盐泵的使用寿命。

因此，提供一种能够在高温条件下传输液相流体，并且对设备安装精度要求不高的传输装置，是本技术领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，首先提供一种气液双相流引射管，以解决现有技术中直接采用熔盐泵、柱塞泵、盐泵、油泵、水泵等设备传输高温流体而对设备安装精度要求高的技术问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

提供一种气液双相流引射管，包括收缩管以及扩张管，其中：

所述收缩管与扩张管相对设置形成窄喉；

所述收缩管上设置有气相管与液相管；

气相流通过气相管进入收缩管经过窄喉引射通过液相管进入收缩管的液相流。

在上述技术方案的基础上，该气液双相流引射管还可以做如下的改进。

进一步，所述气相管向收缩管内延伸并形成收缩形状的喷嘴，所述喷嘴与所述窄喉之间具有间隙，并且所述喷嘴的直径小于所述窄喉的直径。

进一步，所述扩张管的开度为10°至15°；所述液相管与气相流传输方向的夹角为30°至90°；所述喷嘴与所述窄喉之间的间隙为2厘米至5厘米。

本发明还提供一种气液双相流传输装置，包括依次连接的气相发生装置、气相输入管、上述的气液双相流引射管、液相输入管以及第二存储罐，所述第二存储罐上分别设置有气相输出管和液相输出管，使气相流通过所述气液双相流引射管将第一存储罐中的液相流输送至第二存储罐。

在上述技术方案的基础上，该气液双相流传输装置还可以做如下的改进。

进一步，所述气相输入管上设置有调节阀，所述气相输出管上设置有放散阀，所述液相输出管上设置有流量阀。

进一步，所述气相输入管与气相输出管上还分别设置有压力传感器，所述液相输出管上还设置有流量传感器，所述第二存储罐内设置有液位传感器。

进一步，所述调节阀、放散阀、流量阀、压力传感器、流量传感器以及液位传感器分别与上位机PLC控制系统电连接。

进一步，所述气相输入管与气相输出管的材质均为310S不锈钢，所述液相输入管、气液双相流引射管以及液相输出管的材质均为347H不锈钢。

本发明还提供一种气液双相流传输装置的传输方法，包括以下步骤：

S1、所述气相发生装置将气相流通过所述气相输入管输入上述的气液双相流引射管中；

S2、气相流抽吸并将液相流通过所述液相输入管输入所述第二存储罐中；

S3、所述气相输出管排出第二存储罐中的气相流，所述液相输出管排出第二存储罐中的液相流。

在上述技术方案的基础上，该传输方法还可以做如下的改进。

进一步，所述气相流为常温空气、高温空气、水蒸汽或者去离子水，所述液相流为熔盐、硝酸盐、碳酸盐、氯化盐、氟化盐或者淬火油。

与现有技术相比，本发明提供的气液双相流引射管具有的有益效果是：

本发明的气液双相流引射管整体为管状结构，引射管本身无需较高的安装精度，而仅需将引射管置入待传输的高温液相流体中，再通过气相流体的引射作用即可将液相流体传输至所需存储的容器中，使得引射管的安装简单，并且需要更换时也方便操作。

与现有技术相比，本发明提供的气液双相流传输装置具有的有益效果是：

本发明的气液双相流传输装置摆脱了高温流体对熔盐泵、柱塞泵、盐泵、油泵、水泵等设备的严苛要求，有效避免了常规设备高速运转的震动、噪音等问题，通过引射管对高温液相流体的引射传输作用，解决了现有技术对设备安装精度要求高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的气液双相流引射管的剖视结构示意图；

图2是本发明的气液双相流引射管的立体结构示意图；

图3是本发明的气液双相流传输装置的整体结构示意图。

图中：

11—收缩管；12—扩张管；13—窄喉；14—气相管；15—液相管；16—喷嘴；

21—第一存储罐；22—第二存储罐；

31—气相输入管；32—液相输入管；33—气相输出管；34—液相输出管；

40—气相发生装置；

51—调节阀；52—放散阀；53—流量阀；

61—压力传感器；62—流量传感器；63—液位传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全面的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

一种气液双相流引射管，如图1与图2所示，包括收缩管11和扩张管12，收缩管11和扩张管12相对设置，整体构成喇叭状结构，在收缩管11和扩张管12的交界位置形成窄喉13。在收缩管11上分别设置有气相管14和液相管15，其中，气相管14设置于收缩管11的端部，使气相管14的中心与收缩管11和扩张管12的中心重合；液相管15设置于收缩管11的侧壁。另外，扩张管12的开度优选10°至15°。

根据拉瓦尔管原理：收缩管11中的气相流随截面的变小而使得气相流的流速不断增大，当到达窄喉13时，气相流的流速超过音速。而跨音速的流体在运动时却不再遵循"截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大流速越快。因此，气相流在依次经过收缩管11和扩张管12的过程中流速是呈递增趋势的，能够将液相流引射至扩张管12外。

本发明不再受限于高温条件下设备的安装精度问题，没有了现有设备如轴承和轴的间隙配合以及长轴的高速转动带来的震动问题，使得该气液双相流引射管的制造更加简便，服役寿命更长。

实施例2：

作为优选的，为更好地实现本发明，在上述实施例的基础上进一步优化，特别采用下述设置结构：

如图1与图2所示，气相管14向收缩管11内延伸形成喷嘴16，喷嘴16整体呈收缩的形状，喷嘴16与窄喉13之间具有2厘米至5厘米的间隙，并且喷嘴16的直径小于窄喉13的直径。

这种结构设计一方面不影响气相流的引射作用，另一方面，液相流从液相管15流入收缩管11后，可以从喷嘴16与窄喉13之间的间隙流入，液相流对气相流起补充作用，并且能够约束气相流的膨胀。

如图1与图2所示，引射角度是液相流进入引射管与气相流传输方向之间的夹角。引射率是被引射流体与工作流体的体积流量之比，表示气相流卷吸液相流的比例。气相流进入引射管后压力减小，在喷嘴16附近形成负压区，与液相管15进口处形成压力差，代表了引射管抽吸液相流能力的大小，压力差越大抽吸能力越强。

本发明借助流体力学仿真模拟CFD计算软件，对不同引射角度的液相管15进行三维建模并进行模拟计算，计算模型采用湍流模型。

如下表所示不同引射角度下的引射管参量：

引射角	30°	60°	90°
				引射率	0.5	0.7	0.6
压力差MPa	0.35	0.45	0.40

由此可知，当液相管15与气相流传输方向之间的夹角为60°时引射效果最佳。

实施例3：

本发明还提供一种气液双相流传输装置，如图1至图3所示，包括依次连接的气相发生装置40、气相输入管31、上述的气液双相流引射管、液相输入管32以及第二存储罐22。其中，气相发生装置40优选气相加压柱塞泵。气相输入管31与气相输出管33的材质均为310S不锈钢，液相输入管32、气液双相流引射管以及液相输出管34的材质均为347H不锈钢。在第二存储罐22上分别设置有气相输出管33和液相输出管34。

如图1至图3所示，气相发生装置40将气相流通过气相输入管31输入气液双相流引射管的气相管14中，气液双相流引射管的液相管15与第一存储罐21内的高温液相流接触。当气相流和液相流在引射管内混合为气液两相流时，气相流和液相流发生热传递，气相流被加热发生体积膨胀和压力升高，产生向扩张管12出口端的冲力，使得气相流引射着液相流通过液相输入管32到达第二存储罐22。第二存储罐22中的气相流被液相流加热升温，导致体积膨胀，造成第二存储罐22内压力增加，气相流则通过气相输出管33输出，从而实现将液相流从第一存储罐21传输到第二存储罐22的目的。

当然，本发明在第二存储罐22上还设置有液相输出管34，使得第二存储罐22中的液相流还可以通过液相输出管34传输至第三存储罐、第四存储罐等多个容器中。

实施例4：

作为优选的，为更好地实现本发明，在上述实施例的基础上进一步优化，特别采用下述设置结构：

如图1至图3所示，气相输入管31上设置有调节阀51，气相输出管33上设置有放散阀52，液相输出管34上设置有流量阀53。气相输入管31与气相输出管33上还分别设置有压力传感器61，液相输出管34上还设置有流量传感器62，第二存储罐22内设置有液位传感器63。其中，调节阀51采用GTD52型号的阀门，放散阀52采用GTD63型号的阀门，流量阀53采用Q41F46型号的阀门，压力传感器61采用CCY18型号的传感器，流量传感器62采用FL-10型号的传感器，液位传感器63采用CYW13型号的传感器。

本发明通过调节阀51的开度控制气相输入管31中气相流的压力，压力传感器61通过与预先设定的气相流压力进行比较，实时反馈信号调整调节阀51的开度，从而获得引射状态下稳定的气源动力。调节阀51与压力传感器61还可以电连接上位机PLC控制系统实现闭环控制，当遇到压力巨大波动的情况下，能够及时反馈信号，关闭调节阀51以停止引射过程，从而实现气源动力稳定性的自动控制。

根据引射管末端插入液相流液面以下的深度、引射管出口的高度以及调节阀51的开度，能够最终确定气液两相流的扬程，详见下表：

扬程	2米	5米	10米
				气液两相流的压力	0.5Mpa	1.2MPa	2MPa

第二存储罐22为压力容器，气相输出管33与液相输出管34均具有外排功能，通过放散阀52、流量阀53、压力传感器61以及流量传感器62均能够实现闭环控制，从而保证第二存储罐22内压力的稳定。其中，放散阀52和压力传感器61、流量阀53和流量传感器62的作用原理均与调节阀51和压力传感器61的作用原理相同。放散阀52、流量阀53、压力传感器61以及流量传感器62均电连接上位机PLC控制系统实现闭环控制。

由于第二存储罐22为压力容器，液位传感器63能够感知第二存储罐22内液相流的体积，同时结合放散阀52和压力传感器61，通过获得的压力信号，控制放散阀52的开度，能够保证整个液相流传输过程的顺利进行。

实施例5：

作为优选的，为更好地实现本发明，在上述实施例的基础上进一步优化，特别采用下述设置结构：

本发明根据实际传输工作效率的要求，在引射管的输出端连接多支液相输入管32，每支液相输入管32分别连接多个第二存储罐22，能够实现液相流的集体传输。当然，也可以使气相发生装置40通过气相输入管31分别连接多支气液双相流引射管，以实现液相流的集体传输。

实施例6：

作为优选的，为更好地实现本发明，在上述实施例的基础上进一步优化，特别采用下述设置结构：

本发明的气相流可以为气相发生装置40加压的常温气体，也可以是高温高压下的过热水减压后放散的高温水蒸汽或者去离子水。作为气相流的来源，还可以通过预设在第一存储罐21液相流内的蛇形弯管来获得，由高温液相流对蛇形弯管内通入的气相流进行加热后通入气液双相流引射管。

本发明用于传输的高温液相流可以是温度在50-1000℃之间的熔盐、硝酸盐、碳酸盐、氯化盐、氟化盐以及淬火油。

实施例7：

本发明能够在光伏行业的太阳能蓄热中得到应用，光伏行业采用槽式聚光镜将高处的熔盐罐中的硝酸盐加热到要求温度后，通过本发明的传输装置引射进入换热器，在换热器内硝酸盐和水发生热交换，产生高温高压的蒸汽进行发电。被冷却的熔盐流回低温储盐罐，再通过该装置传输到高处的熔盐罐，进行连续的蓄热，从而替代了盐泵在这一行业的应用。熔盐罐内的硝盐1000吨，熔盐的温度在350-600℃，引射气相压力2MPa，本发明的传输装置的小时传输为120吨，可以产生40MW/h的热力。

实施例8：

本发明能够在油淬火热处理中得到应用，利用本发明的传输装置通过气相传输和引射作用，将120℃的淬火油进行输送，以保证整个油淬火槽的流场的均匀性，从而代替了油泵或者搅拌器的作用。油槽的容积100吨，引射气相压力0.2MPa，本发明的传输装置的小时传输15吨。在这一过程中，还同时实现了淬火油温度的降低，维持了淬火槽的温度恒定，为淬火的连续进行提供了必要的保证。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气液双相流引射管，其特征在于，包括收缩管(11)以及扩张管(12)，其中：

所述收缩管(11)与扩张管(12)相对设置形成窄喉(13)；

所述收缩管(11)上设置有气相管(14)与液相管(15)；

气相流通过气相管(14)进入收缩管(11)经过窄喉(13)引射通过液相管(15)进入收缩管(11)的液相流。

2.根据权利要求1所述的气液双相流引射管，其特征在于，所述气相管(14)向收缩管(11)内延伸并形成收缩形状的喷嘴(16)，所述喷嘴(16)与所述窄喉(13)之间具有间隙，并且所述喷嘴(16)的直径小于所述窄喉(13)的直径。

3.根据权利要求2所述的气液双相流引射管，其特征在于，所述扩张管(12)的开度为10°至15°；所述液相管(15)与气相流传输方向的夹角为30°至90°；所述喷嘴(16)与所述窄喉(13)之间的间隙为2厘米至5厘米。

4.一种气液双相流传输装置，其特征在于，包括依次连接的气相发生装置(40)、气相输入管(31)、至少一组权利要求1至3中任一项所述的气液双相流引射管、液相输入管(32)以及第二存储罐(22)，所述第二存储罐(22)上分别设置有气相输出管(33)和液相输出管(34)，使气相流通过所述气液双相流引射管将第一存储罐(21)中的液相流输送至第二存储罐(22)。

5.根据权利要求4所述的气液双相流传输装置，其特征在于，所述气相输入管(31)上设置有调节阀(51)，所述气相输出管(33)上设置有放散阀(52)，所述液相输出管(34)上设置有流量阀(53)。

6.根据权利要求5所述的气液双相流传输装置，其特征在于，所述气相输入管(31)与气相输出管(33)上还分别设置有压力传感器(61)，所述液相输出管(34)上还设置有流量传感器(62)，所述第二存储罐(22)内设置有液位传感器(63)。

7.根据权利要求6所述的气液双相流传输装置，其特征在于，所述调节阀(51)、放散阀(52)、流量阀(53)、压力传感器(61)、流量传感器(62)以及液位传感器(63)分别与上位机PLC控制系统电连接。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的气液双相流传输装置，其特征在于，所述气相输入管(31)与气相输出管(33)的材质均为310S不锈钢，所述液相输入管(32)、气液双相流引射管以及液相输出管(34)的材质均为347H不锈钢。

9.一种气液双相流传输装置的传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述气相发生装置(40)将气相流通过所述气相输入管(31)输入权利要求1至3中任一项所述的气液双相流引射管中；

S2、气相流抽吸并将液相流通过所述液相输入管(32)输入所述第二存储罐(22)中；

S3、所述气相输出管(33)排出第二存储罐(22)中的气相流，所述液相输出管(34)排出第二存储罐(22)中的液相流。

10.根据权利要求9所述的传输方法，其特征在于，所述气相流为常温空气、高温空气、水蒸汽或者去离子水，所述液相流为熔盐、硝酸盐、碳酸盐、氯化盐、氟化盐或者淬火油。