[发明专利]一种超声水力射流空化泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声水力射流空化泵，具体地说是在射流空化过程中加入超声发生器进行复合作用，且将两种空化发生装置与多级离心泵集成在一起，使空化条件可控，在空化循环过程中使流体介质达到均化的超声射流复合空化泵。

背景技术

水力空化是液体介质射流通过一个几何孔板、文丘里管等射流装置时产生压降，溶解在液体介质中的微小气体核会释放，当在管孔末端压力降至液体介质饱和蒸汽压及以下时由于剧烈气化作用气体核产生大量空化泡，随着压力继续降低气泡膨大，在均化室压强恢复时瞬间爆灭产生高温(1000K以上)和爆灭高压(10～50Mpa)，由此空化爆灭产生的冲击波和射流产生局部高浓度具有高化学活性的氧化OH，利用这一特性使溶液中的有机污染物发生氧化反应，将有机污染物降解为无害物质，或者利用空化时产生的高温、高压极端环境的性质将添加在液体介质的添加剂分子链裂解，产生自由基活化效应使介质与添加剂融合的化学、物理过程强化。例如在生物燃油与食品工业生产过程中，过去均利用乳化作用使其融合，但长期放置后还会分层，而采用空化生产后则达到溶液完全融合。此外还利用空化产生的羟自由基进行杀菌、生物降解，或工件、油污表面加热冲洗作用。

目前水力射流强化技术作为反应过程强化手段也应用于生物柴油制备，用于进行酯交换反应过程。机械均质搅拌和水利空化技术强化相比较，水力空化技术强化醇油互不相容体系酯交换反应传质过程，缩短酯交换反应时间，提高反应转化率。其强烈的超声乳化均质和射流空化作用是醇油两相反应界面增加互相作用加速进行，空化的局部高温高压作用影响反应平衡，促使酯交换反应更迅速彻底。有超声复合作用产生空穴效应进一步改善起始空化化条件，空化数值越低空化现象越激烈，强化反应生成物越多，转化率越高，同时达到平衡时间也缩短。

在空化状态时射流的搅拌作用和超声的均质作用可应用于食品、饮料的液体的均质灭菌消毒，同时加强乳化程度，遏制水悬浊及液体分层，同理对药品的针剂溶剂、载体中含有悬浊物的分解都能起到良好作用，减少为处理分层、悬浊所用的化学添加剂，保障食品安全起到作用。

目前在市场上还尚未有成熟的空化设备应用在食品和药品领域中。

发明内容

本发明提供一种超声水力射流空化泵，通过集成在多级离心叶片泵一体内的超声与水力射流发生器复合作用，使液体介质产生空化，其空化程度可控并且空化效果更均匀一致。

本发明的超声水力射流空化泵包括泵体、电机、加强轴套、电机主轴、射流装置、叶轮、溢流阀和超声发生器；其中泵体上端设有连接法兰，泵体内腔由隔板和射流装置将其分隔成上、中、下三个腔室，最上方的腔室中安装有固定在泵体上方的电机主轴和联轴器，电机主轴垂直贯通至泵体底部并由轴承固定，电机主轴外部套装有加强轴套，电机通过法兰与泵体上端的安装法兰固定连接；泵体中间的腔室是均化室，均化室外壁上开有回流口且周向均匀布置4-8个超声发生器；下方的腔室外壁上分别开有吸入口和末级压力出口，吸入口位于泵体的底部，末级压力出口位于射流装置的下方，两级以上的叶轮固定安装在下方的腔室内的电机主轴上；射流装置上设置有溢流阀。

其中，射流装置可为几何孔板或文丘里管；溢流阀起到超压时的溢流和调节工艺参数压力的作用。

工作过程和原理：启动电机后，叶轮的高速旋转使空化介质从吸入口进入泵体下方的腔室，空化介质的压力随叶轮的级数从零逐级升高，到最高一级的叶轮时达到最高，在压力的作用下空化介质产生离心射流直接进入几何板孔或文丘里管进行空化，空化后的液体介质进入均化室，在超声发生器组成的超声阵列的作用下，液体介质中在运动过程中就会悬浮着一批气相的微泡，超声发生器提供改变空化起始条件，加强射流空化作用，增强两相或多相介质互相反应作用，缩短交换反应时间，提高反应转化率，同时加速空化的局部高温高压影响反应平衡，促使交换反应更迅速彻底；在均化室均化后的空化介质通过回流口再循环至吸入口进行二次循环空化处理，当空化介质在末级压力出口的压力下降到设定的压力时，此时空化介质已达到了空化要求，空化介质从末级压力出口输出，同时吸入口实时补充新的空化介质以保证空化过程的连续循环。

由于在射流空化过程中，提供连续的压力和流量等参数，及其液体中的气核、杂质的多少都可能影响到过空化的产生的危害，因此超声发生器还有反馈其振动强度的功能，分析检测结果控制调频或伺服电机改变转速，以改变物理参数达到控制减少空化振动产生，减少爆震冲击破坏作用，提高设备的使用寿命和提供空化液体介质的品质。