一种去除液体中混悬气的装置及其应用的制作方法

本发明属于水力能利用技术领域，具体涉及一种去除液体中混悬气的装置及其应用。

背景技术：

水是人类赖以生存的基础。在我们的生活中，水流是一种普遍的现象。自然状态下，水中溶解有饱和气体。水流过程中，局部会有压强变化，这种现象在紊流状态下尤为明显。当局部水流的压强小于外界大气压时，溶解于水中的气体会分离出来形成气泡，这时的水流不再是单相液体流，而是混有混悬气（混悬气是指，未溶解于液体，但是存在于液体中的气体。）的气液两相流（液体、气体同时流动）。气液两相流的存在会产生很多影响，如：两相流的强阻尼使沿程水头损失加大、产生气蚀现象、损害管道等。

例如，在水力发电时，水流从高水位流向低水位的过程中，往往是紊流状态，会出现较强的局部压强变化，这种压强变化会将溶解于水中的气体分离出来形成气泡。同时,水流从高水位流向低水位时,也会将大气中的气体带入水流中,这部分气体也会在水流中形成气泡。这些气泡中,部分会溶于水中或者上浮出液面进入大气中，但仍会有大量的气泡在水中形成混悬气，这些混悬气附着于管壁上或随水流一起运动。附着于管壁上的混悬气增加了水流的摩擦力，降低了水流的动能，从而降低了水流势能转化为水轮机动能的转化率，也就降低了水流势能转化为电能的转化率；随水流一起运动的混悬气会随着水流一起带动水轮机运转，而水轮机运转会使水流产生高压区，当混悬气气泡流动到液体压力超过气泡压力的区域时，气泡便溃灭，在溃灭瞬时产生极大的冲击力和高温，水轮机或管壁表面受到这种冲击力的多次反复作用，其材料发生疲劳脱落，使水轮机或管壁表面出现小凹坑，严重时可形成大片的凹坑、穿孔等。所以，降低水流中的混悬气是水力发电中亟需解决的技术问题。

为了减少水力发电时进入管道或水轮机的混悬气气泡，现有技术中有些技术人员将管道的入口处设置在较低的地方，这样做的不足之处是降低了水位的势能，导致降低了发电量；还有些技术人员采取的是提高水位的液面，这样加大了工程量，也造成水位势能的浪费；并且，现有技术的这些措施并不能很有效地去除液体中的混悬气气泡，适用范围也较小。

因此，现有技术中需要一种能够真正减少液体中混悬气的技术。

技术实现要素：

为了更有效地去除液体中混悬气，同时达到节约能源、无污染、且操作方便、适用范围广等目的，本发明提供一种减小液体中溶解气，消除混悬气的装置。

本发明采用如下技术方案：一种去除液体中混悬气的装置，其包括第一连接管，所述第一连接管上设有第一出气孔；所述第一出气孔与输气管连接，所述输气管与入气孔连接，所述入气孔位于第二连接管上；所述第一连接管内有第一液体流动，所述第二连接管内有第二液体流动，所述入气孔附近的气体压强小于第一出气孔附近的气体压强。

优选的是，所述入气孔位于第二连接管上液体的流出端。

优选的是，所述入气孔附近的液体流速大于第一出气孔附近的液体流速。

上述任一方案优选的是，所述第一连接管通过第一进水管与液体装置连通，所述第一连接管的管径大于所述第一进水管的管径。

较佳地，所述第一连接管还与第一出水管连接。

进一步地，所述第一进水管、第一连接管和第一出水管构成倒U形结构。

优选的是，所述第二连接管高于所述第一连接管。

优选的是，所述第二连接管通过第二进水管与液体装置连通。

优选的是，所述第二连接管的出水端与第二出水管连接。

进一步地，所述第二进水管、第二连接管和第二出水管构成倒U形结构。

优选的是，所述第二出水管与横管连接，所述横管上设有第二出气孔。

进一步地，所述横管的管径大于第二出水管的管径。

优选的是，所述第一出水管与水轮机连接。

优选的是，所述横管与水轮机连接。

优选的是，所述第二出气孔与待曝气装置或水泵连接。

本发明的去除液体中混悬气的装置，其通过第一连接管、第二连接管、输气管及第一出气孔、入气孔的设置，利用液体的流动，将入气孔附近的气体携带走，进而使入气孔附近的气体压强低于第一出气孔附近的气体压强，在输气管中就会产生从第一出气孔流向入气孔方向的气流，而通过第二连接管中第二流动液体的不断流动（其携带大量的气体流出），最终可以使第一出气孔附近的气体压力低于第一流动液体对混悬气的压力和/或管道壁对气体的附着力，进而可以将第一流动液体中的混悬气抽吸走，这就实现了去除第一流动液体中混悬气的目的。

另外,由于液体局部产生压强变化而形成的混悬气被去除后，尤其对于紊流状态的液体，其溶解的气体是处于不饱和状态的，因此，本发明去除液体中混悬气的装置也是可以减少液体中的溶解气的装置。液体中溶解的气体处于不饱和状态，可以大大地降低气液两相流现象产生的几率，进而能够降低两相流产生的强阻尼，也降低了沿程水头损失，同时也可避免气蚀现象等。

需要说明的是，本发明的去除液体中混悬气的装置与现有技术的真空泵相比，具有效率高（可以将第一流动液体中的50%以上的混悬气去除）、设备简单（只需要管道的设置就能实现）、安装方便（只需要管道的安装）、易于操作、不用消耗油/电资源（直接利用液体的势能就可以完成）、无任何污染、且适用范围较大等优点。

该去除液体中混悬气的装置可用于水力发电领域。使用时将该装置的第一连接管与水轮机所在的通道相连通即可。该装置用于水力发电时，不仅可以除去进入水轮机的水流中的混悬气，而且不需要额外的筑坝工程，由于去除了混悬气，避免了水势能因混悬气的存在而导致转化为电能较低的问题；而且该装置可以不消耗油、电等其他能源，只用水势能就可以完成，真正节能环保。

另外，该装置还可以用于除去石油中的混悬气，既方便又安全。该装置除去的混悬气还可以收集起来，用于需要进行曝气的装置（如污水池等）。

本发明中所述混悬气，是指液体中未溶解于液体的气体。如：混悬气会存在于流动的水中，也会存在于盛水的容器壁上。

附图说明

图1为本发明一实施例中优选的去除液体中混悬气的装置。

图2为本发明另一实施例中优选的去除液体中混悬气的装置。

图3为本发明又一实施例中优选的去除液体中混悬气的装置。

图4为本发明另一实施例中优选的去除液体中混悬气的装置。

图5为本发明另一实施例中优选的去除液体中混悬气的装置。

图6为本发明另一实施例中优选的去除液体中混悬气的装置。

图7为本发明另一实施例中优选的去除液体中混悬气的装置。

1-第一连接管，2-第二连接管，3-第一出气孔，4-输气管，5-入气孔，6-第一流动液体，7-第二流动液体,8-第一进水管，9-第一出水管，10-第二进水管，11-第二出水管，12-横管,13-第二出气孔,14-水轮机,15-水泵。

具体实施方式

为了更加清楚地了解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细介绍。本发明的实施例具有示例性的作用，本领域技术人员在本发明实施例基础上做出的无实质形的改进，都应属于本发明的保护范围。

本发明实施例中的“第一”、 “第二”、“第三”，只是对某特征进行区别性地称呼，这是为了方便理解设定的，并无其他方面的限定。附图1-7中，虚线示例性地表示液体，液体及管道中的圆圈示例性地表示气体。

本发明一实施例中提供一种去除液体中混悬气的装置，如图1所示，其包括第一连接管1，所述第一连接管1上设有第一出气孔3；所述第一出气孔3与输气管4连接，所述输气管4与入气孔5连接，所述入气孔5位于第二连接管2上；所述第一连接管1内有第一流动液体6，所述第二连接管2内有第二流动液体7，所述入气孔5附近的气体压强小于第一出气孔3附近的气体压强。

所述入气孔附近的气体压强小于第一出气孔附近的气体压强，可以通过多种方式实现。如：通过设置第一连接管的管径、第二连接管的管径及第一连接管、第二连接管各自的安装位置等，设置出入气孔附近的流速大于第一出气孔附近的流速，由于入气孔附近的流速较大，就会在入气孔附近产生负压（由于液体粘滞力及液体流动的作用，会携带气体随着液体流动），输气管中的其它气体就会流动到入气孔附近，第一出气孔附近的气体压强就会越来越低，在第一出气孔附近的气体压强低到第一流动液体中的液体给予混悬气的压力和/或气体附着于管壁的附着力时，气体就会上浮，进而实现气液分离，也就实现了去除混悬气的目的。另外，也可以通过设置第一连接管的管径、第二连接管的管径及第一连接管、第二连接管各自的安装位置，设置出利用第二连接管内的第二液体的重力势能和粘滞力的作用将入气孔附近的气体被液体流携带走（如图1所示，将入气孔安装在第二连接管的出水端，第二连接管的出水端的水流在重力的作用下可以向下流动），而第一出气孔附近的第一流动液体（通过设置流速）携带的气体可以远远低于第二流动液体。

所述液体可以是水、石油或其它需要排出混悬气的液体等。所述第一流动液体通常是含有混悬气的液体，所述第二流动液体可以与第一流动液体相同，也可以不同，即第一流动液体和第二流动液体可以来自相同的液体源（图1中所示的第一流动液体和第二流动液体来自相同的液体源），也可以不同。第一流动液体、第二流动液体可以分别通过气压的作用或水压的作用进入到第一连接管、第二连接管中。

所述第一连接管、第二连接管可以分别是PVC（聚氯乙烯，Polyvinyl chloride）或不锈钢或水泥或其它能够抗一定负压的管材，通常为了方便制作、节约成本、延长使用寿命等，可以选择PVC材质。

本发明实施例的入气孔的设置，是为了将输气管的气体进入到第二流动液体中，进而使输气管内呈负压状态。

本发明实施例通过第一连接管1、第二连接管2、输气管4及第一出气孔3、入气孔5的设置，利用第二流动液体7的流动，将入气孔5附近的气体携带走，进而使入气孔5附近的气体压强低于第一出气孔3附近的气体压强，在输气管4中就会产生从第一出气孔3流向入气孔5方向的气流（如图1中所示的输气管中的箭头表示气体流向），而通过第二连接管2中第二流动液体7的不断流动（可以携带大量的气体流出），最终可以使第一出气孔3附近的气体压力低于第一流动液体6对混悬气的压力和/或管道壁对混悬气的附着力，进而可以将第一流动液体中的混悬气抽吸走，这就实现了去除第一流动液体中混悬气的目的。

另外,由于液体局部产生压强变化而形成的混悬气被去除后，尤其对于紊流状态的液体，其溶解的气体是处于不饱和状态的，因此，本发明去除液体中混悬气的装置也是可以减少液体中的溶解气的装置。液体中溶解的气体处于不饱和状态，可以大大地降低气液两相流现象产生的几率，进而能够降低两相流产生的强阻尼，也降低了沿程水头损失，同时也可避免气蚀现象等。

需要说明的是，本发明的去除液体中混悬气的装置与现有技术的真空泵相比，具有效率高（可以将第一流动液体中的大多数的混悬气去除）、设备简单（只需要管道的设置就能实现）、安装方便（只需要管道的安装）、易于操作、不用消耗油/电资源（直接利用液体的势能就可以完成）、无任何污染、且适用范围较大等优点。

优选的实施例中，如图1所示的去除液体中混悬气的装置，所述入气孔5位于第二连接管2上液体的流出端。因为液体从第二连接管的流出端流出时，其具有的重力势能和动能可以同时作用于气体，促使气体随液体流出，所以，入气孔位于第二连接管上液体的流出端，可以更利于液体将气体携带出入气孔。

另一优选实施例中，所述入气孔附近的液体流速大于第一出气孔附近的液体流速。

第一出气孔附近的液体流速低于所述入气孔附近的液体流速，可以通过多种措施实现，如图2所示的去除液体中混悬气的装置：第二连接管2设置在高液面的水源处，第一连接管1设置在低液面的水源处，第一连接管1、第二连接管2均为横管（开口在水平或接近水平方向的管道），同时流入第二连接管2内的第二流动液体7所受到的水的压力大于第一连接管1内的第一流动液体6所受到的水的压力（可以由水源液面的高度和管道的位置决定），并能大到使第二流动液体7在经过入气孔5附近时的速度大于第一流动液体6经过第一出气孔3附近的速度。当然，这是可以通过两液面的高度、管径大小及管道的安装位置实现的，不同的需求，各参数可以设置不同，在此不做具体限制。根据实际需要，第一连接管和第二连接管也可以设置在同一液体源，在此不做详细介绍。

较佳地实施例中，如图3所示的去除液体中混悬气的装置，所述第一连接管1通过第一进水管8与液体装置连通，所述第一连接管1的管径大于所述第一进水管8的管径。

所述液体装置是提供液体源（水、石油等）的装置，可以是水池、河流、江、海等。

液体从第一进水管8进入第一连接管1时，会由于管径变大（横截面变大）而流速变慢，液体的流速变慢且管径变大（有多余的空间）有利于气体上浮，因此，更易于去除混悬气。第一进水管与第一连接管的管径比例具体为多少，可以根据具体需求进行设定，在此不做限定。

优选的，如图4所示，所述第一连接管1还与第一出水管9连接。第一出水管9的设置，可以方便将排出混悬气的液体引流到所需的地方。

通常气体是可以上浮的，为了方便将混悬气体从第一出气孔引入到入气孔附近，可以设置所述第二连接管高于所述第一连接管。

较佳地，如图4所示，所述第一进水管8、第一连接管1和第一出水管9构成倒U形结构。所述倒U型结构可以根据虹吸原理进行设置，具体是将所述第一进水管的进水端液面高于所述第一出水管的出水端液面（如图4所示）。这样可以使第一流动液体在第一连接管中流动时，不需要消耗额外的能源，从而达到节能、环保的目的；所述倒U型结构可以是“∩”形或“ ”形或其他形状，该倒U型结构的设置，可以从液体装置（液体源）的上部将液体向下游引流，因此可以在不改变液体源结构的情况下，进行排除混悬气，也增大了本发明的除气装置的使用范围（实际运用中，有些水源不容易从下部进行引流或者是需要增加额外的设备），使该装置更具有使用价值。较佳地，倒U形结构的最高位置位于第一连接管上。连接管处于倒U形管的顶部，而连接管上设有第一出气孔，这有利于气体的排出；通常是将第一出气孔设置在倒U形管的最高位置处。另外，通过第二连接管的设置，第一连接管内不需要其他设备就能达到所需的负压状态，这也节约了设备的安装。

优选的是，如图5所示，所述第二连接管2通过第二进水管10与液体装置连通。所述液体装置是提供液体源（水、石油等）的装置，可以是水池、河流、江、海等。

进一步地，如图5所示，所述第二连接管2的出水端与第二出水管11连接。所述出水端是指第二连接管中的第二流动液体排出第二连接管的一端。当第二流动液体排出时，其中已含有大量的气体（是气液混合物）。第二出水管11的设置，可以更方便地将气液混合物引流到所需的位置。通常，第二出水管11为竖管，这可以方便利用液体的重力势能将入气孔附近的气体带走。

优选的是，如图6所示，所述第二进水管10、第二连接管2和第二出水管11构成倒U形结构。所述倒U型结构可以是“∩”形或“ ”形或其他形状。倒U型结构的设置，可以在不改变水源结构的情况下，进行除去混悬气，增大了除气装置的使用范围，使该装置更具有使用价值；同时可以形成虹吸结构，以达到节能、环保的目的。

较佳的实施例中，如图7所示，所述第二出水管11与横管12连接，所述横管12上设有第二出气孔13。所述横管，是指水平放置，或者根据具体的地形进行接近水平放置的管道。横管起到引流的作用，可以使液体在水平方向上（或接近水平方向上）进行流动，这样可以方便气体上浮；第二出气孔的设置是为了将上浮的气体排出管道。

进一步优选的是，所述横管12的管径大于第二出水管11的管径。这样能增大液体流动的横截面积，可以降低液体的流速，从而有利于气体的排出；同时横管的管径较大，也可以为气体上浮留有空间，也有利于气体的排出。需要说明的是，横管内水流的压强一般大于外界大气压的压强，这样横管内的气体就可以自动上浮。

另一实施例中，参考图7，所述第一出水管9与水轮机14连接。第一出水管流出的水流是已排除混悬气的，通常也是不饱和状态的水流（即溶解于水流中的气体处于不饱和状态），该不饱和状态的水流不易产生气液两相流的现象，这就避免了由于两相流而产生的强阻尼，也会因此而减少沿程水头损失，同时也可以避免气蚀现象的发生。 故，其可以有效避免混悬气对水轮机的破坏，提高水轮机的使用寿命，减少维修成本，同时，由于混悬气的排除，也提高了水能的利用率，进而提高了水轮机的发电量。

优选的是，参考图7，所述横管12与水轮机14连接。通常，横管12的一端与第二出水管11连接，另一端与第三出水管连接，而第三出水管中可以安装水轮机，以便于将横管中流出的水流作用于水轮机。横管流出的水流也是已经排除混悬气的，将横管中的水流也用于水轮机进行发电，可以很大程度地提高发电量，提高了能量的利用率。

需要说明的是，从横管12中流出的水流可以与从第一出水管9中流出的水流混合后共同作用于水轮机14，当然也可以分别作用于不同的或相同的水轮机。当横管12中流出的水流与从第一出水管9中流出的水流混合后，形成的混合水流通常也是不饱和状态的水流（即溶解于水流中的气体处于不饱和状态），这大大降低了局部水流形成气液两相流现象的机率。

为了进一步提高能源的利用率，如图7所示，所述第二出气孔13与待曝气装置或水泵15连接。所述待曝气装置可以是污水池、水产养殖池、微生物培养池等，所述水泵通常是指不需要消耗油、电等其它能源，而是需要气压差能为能量来源的水泵。从第二出气孔13排出的混悬气可以为待曝气装置提供有压力的气体，进而可以节约由于曝气而需要消耗的能源、设备等；也可以为水泵提供气压差能（混悬气体产生的气压与大气压的差），进而可以节约为了泵水而消耗的能源、设备等；同时，也充分利用了液体中的混悬气的能量。

本发明实施例中，还提供了上述任一实施例中的去除液体中混悬气的装置在水力发电过程中去除水中混悬气的应用。使用时将该装置的第一连接管与水轮机所在的通道相连通即可。该装置用于水力发电时，不仅可以除去进入水轮机的水流中的混悬气，而且不需要额外的筑坝工程，由于去除了混悬气，避免了水势能因混悬气的存在而导致转化为电能较低的问题；而且该装置可以不消耗油、电等其他能源，只用水势能就可以完成，环保无污染。

本发明实施例中，还提供了上述任一实施例中的去除液体中混悬气的装置在去除石油中的混悬气的应用。

本发明实施例中，还提供了上述任一实施例中的去除液体中混悬气的装置在污水处理、水产养殖或微生物培养方面的应用。例如：可以将第二连接管的液体流出端或第二出气孔与污水处理池、水产养殖池或微生物培养池直接连通，液体与气体或者只有气体就可以直接进入所需要的装置中了，避免了能源浪费。

本发明实施例中，还提供了上述任一实施例中的去除液体中混悬气的装置在水泵方面的应用。

以上所述，仅为本发明的实施例，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。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。