[发明专利]一种适于3D打印的模块式空化发生装置

说明书

本发明公开了一种适于3D打印的的模块式空化发生装置，用于解决空化发生装置易受破坏，难于维护换件，安装后难于对装置进行观测排查故障和更新换代等技术问题。装置包括空化器基体，顶部盖板，顶部观测窗口，顶部窗口固定件，前侧观测窗口，前侧窗口固定件，后侧观测窗口，后侧窗口固定件，侧面压力计及其安装装置，底部上游压力计及其安装装置，底部插入件固定装置，底部文丘里喉部插入件，底部下游压力计及其安装装置。多个观测窗口既可直接进行观测，也可安装上各种测量传感器得到流场数据。本发明由相对独立的各部件模块组成，易于3D打印或传统制造，维护和更新方便，具有观测及调节空化强度的功能，适用场景广泛。

技术领域

本发明涉及一种水力空化发生装置，尤其是一种适于3D打印方便换件的模块化文丘里管型流道。

背景技术

空化是当水的静压力低于饱和蒸气压时发生的一种气化现象。用另一种常见的气化现象作为比较，即水的蒸发，其在1个大气压下需要达到100摄氏度。而空化发生时由于局部压力足够低，在室温下气化就可以进行。比如在0.023个大气压下，20摄氏度的液态水就会转变成无数的微小气泡。这些空化气泡随着液体向下游流动而不断长大、膨胀。大量的空化气泡会聚集成空化云。当液体压力在下游恢复到常压时，这些空化气泡和空化云会在瞬间溃灭，同时形成微射流和冲击波，并产生瞬间局部高温(1000至5000K)和瞬间高压(10000至50000kPa)。这种剧烈的能量释放，一方面对水力机械如叶轮造成“汽蚀”等伤害，另一方面在特定场景中也可以进行有效利用。比如在灭菌、有机污水废水处理、射流清洗以及化工分离等领域已经得到应用或显示出巨大应用潜力。

文丘里管是一种管径急剧变化的管道，往往由收缩段，喉部和扩张段组成。水流流经喉部时由于加速而使得静压力大大降低，从而液体气化形成气泡。这种水力空化具有反应装置简单，空化效果理想，易于大规模工业化运行的优点。但由于空化本身会对管道造成损伤，因此需要定期的维护与坏件更换。

3D打印是一种运用粉末状或固态可熔的金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。与传统制造方法相比，零件的生产速度更高效。合理设计的模型可以从软件上导出并在几个小时内利用3D打印机制作出来，而通过传统加工方式制造原型可能要花费几天甚至几周的时间。当然，使用3D打印需要对模型外型进行优化设计，满足一体制造成型的要求。

发明内容

针对现有技术中空化发生装置易受破坏，难于维护换件，安装后难于对装置进行故障排查和更新换代等技术问题，本发明提供一种模块化的，各部件更换方便，适于3D打印高效制造的水力空化发生器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种模块化组装式空化发生器，包括空化器基体1，顶部盖板2，顶部观测窗口3，顶部窗口固定件4，前侧观测窗口5，前侧窗口固定件6，后侧观测窗口7，后侧窗口固定件8，侧面压力计及其安装装置9，底部上游压力计及其安装装置10，底部插入件固定装置11，底部文丘里喉部插入件12，底部下游压力计及其安装装置13。

上述的模块化组装式空化发生器，所述的空化器基体，为一棱角分明的准立方体形结构，适于3D打印将材料进行逐层堆叠；其在六个面均有开口，其中左右开口为突出式柱体，用以连接上下游的进出水管道；前后开口为矩形，用以安装观测窗口或压力计，温度计等测量装置；底部共有三个开口，其中中间开口为矩形，用以安装文丘里喉部插入件；底部两边的开口为内矩形外圆形，用以安装压力计等测量装置及其固定件；上部开口跟随流道形状，为前宽后窄圆弧过渡形，由上部盖板予以封闭。六个面的其余各个部件插入安装完成后，整体形成封闭式可观测的文丘里流道结构。

较优地，基体的左右柱体开口上设计有三层锯齿台阶，提升与上下游管道的摩擦力防止泄露。

较优地，基体的前后开口周围有一圈凹槽，用以安装密封圈；及6至8个螺纹孔，用以连接两侧窗口固定件，并为密封圈提供压力。