可实现均匀分布的气固掺混输送装置及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可实现均匀分布的气固掺混输送装置及其应用。
【背景技术】
[0002]在发动机的入口，为了阻挡空气中粉尘、树叶、草根、石块甚至飞鸟进入，通常要增加阻挡装置，如隔板、网罩等，可以实现大颗粒物的分离。对于小的颗粒物，可以在发动机进口增加导向装置，利用惯性实现气流中固体颗粒的分离，该装置一般被称为惯性粒子分离器(采用分叉的带曲率弯道，利用惯性，实现颗粒物从气流中分离进入分叉通道中)。
[0003]惯性粒子分离器的性能测试是验证其气固分离的有效措施。在测试中，惯性粒子分离器入口环境需要制造均匀分布的砂尘进口条件，就需要配置可实现均匀分布的气固(气体固体微粒)掺混装置。
[0004]现有的掺混装置有中心喷出式和周向喷出式，即在粒子分离器前喷出一股含尘气流；或者在粒子分离器环形通道中周向均匀布置投砂口来实现周向均匀。中心喷出式装置，其中无掺混作用，完全依靠气流裹挟微粒喷出管道，管径细，含高浓度微粒的气流速度可能过高，从而直接冲击粒子分离器进口轮毂，可能贴轮毂壁面进入粒子分离器环形通道，使粒子分离器实验性能下降。该装置无均匀性指标。周向喷出式是在粒子分离器环形通道中各个周向角度位置布置一定数量的喷口，以达到均匀性的目的，该装置必然会影响粒子分离器进口通道阻力分布，造成其流动阻力增大，同时影响通道中气流分布。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种可实现均勾分布的气固掺混输送装置，用于1-200 μ m固体颗粒(微粒)与气流掺混，将径向进入的微粒，实现轴向周向出口均匀化，进入粒子分离器环形通道。
[0006]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0007]—种可实现均匀分布的气固掺混输送装置，主要由依次相连的下砂段、缩放段、整流段和出口段构成的单根水平管道，所述下砂段为三通，其水平管道部分主要由两端的直管道、中间的直管道以及两端与中间部分的变截面管道形成，其垂直管道部分插入水平管道部分中心附近的直管道中，所述缩放段主要由两端的直管道、中间的直管道以及两端与中间部分的变截面管道形成，所述出口段为环形扩张喷嘴，在所述下砂段、缩放段、整流段以及出口段之间均设置有多层整流网。
[0008]所述缩放段设置为相互连接的两个或以上。
[0009]所述下砂段与缩放段、缩放段之间、缩放段与整流段、整流段与出口段之间均通过法兰连接，法兰上加装所述整流网。
[0010]所述下砂段的垂直管道出口深入到水平管道部分中部位置。
[0011]所述缩放段的管道扩张角为6?10°。
[0012]所述环形扩张喷嘴主要由内锥筒、外锥筒、顶锥装配而成。
[0013]所述多层整流网的每层背后均留有用于衰减旋涡的距离。
[0014]一种可实现均匀分布的气固掺混输送装置的应用，含尘气流经过所述的可实现均匀分布的气固掺混输送装置，由环形扩张喷嘴喷出，进入粒子分离器，装置的管道中心与粒子分离器中心同高，装置出口采用环形射流口轴向出气，裹挟固体颗粒进入粒子分离器，环形射流口中心与离子分离器环形进口通道中心对齐。
[0015]所述固体颗粒的粒径为1-200 μ m。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0017]I)通过少量气源带动颗粒，无运动掺混部件。
[0018]2)流动参数根据粒子分离器性能要求设计，整体结构简单，阻力损失小。
[0019]3)借助整流网后形成的气体旋涡，使气流裹挟微粒达到充分紊流状态，依靠气流绕流的旋涡带动微粒充分混合，使固体微粒与气流的充分掺混，在粒子分离器进口前实现分布均匀。
[0020]4)通过两段缩放装置使微粒撞击壁面后反弹与气流掺混，两段缩放管应用使小的微粒聚集在管道壁面处，在射流出口后，依靠其初始动量进入到粒子分离器环形通道中。
[0021]5)通过气力输送原理，保证气流速度，使含微粒的气流带动微粒喷出，不会集聚在装置中。
[0022]6)本发明装置不在粒子分离器内部，喷出的含微粒气流速度低于粒子分离器进口气流速度，不会影响粒子分离器气流流动。另外，环形喷口的设计，可以避免微粒喷出后撞击粒子分尚器轮毂。
【附图说明】
[0023]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0024]图1为本发明所提供的气固掺混输送装置结构图；
[0025]图2为直管道部分结构示意图；
[0026]图3为下砂段结构示意图；
[0027]图4为缩放段结构示意图；
[0028]图5为环形喷嘴结构示意图；
[0029]图6为整流网结构示意图；
[0030]图7为本发明所提供的装置应用的入口模型图；
[0031]图8为应用本发明装置的10 μ m颗粒运动轨迹；
[0032]图9为应用本发明装置的35 μ m颗粒运动轨迹；
[0033]图10为应用本发明装置的100 μ m颗粒运动轨迹。
【具体实施方式】
[0034]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0035]本发明所提供的可实现均匀分布的气固掺混输送装置一实施例如图1所示，主要包括下砂段1，缩放段3，整流段4，以及位于出口的扩张段管道(环形扩张喷嘴)6，各部分间采用法兰2联接。
[0036]该实施例根据气动参数(气体动力学参数，如压强、速度、温度等)要求总长为2.9mο
[0037]如图2所示为下砂段两端、缩放段两端以及整流段的水平直管道的结构示意图，选用不锈钢焊接钢管(GB/T21835-2008)，壁厚为2mm。共有三种型号，外径分别为38.4mm、60.3mm和88.9mm，选用88.9mm外径管道，法兰采用DN65突面(RF)平板法兰(GB/T9119-2010)，其外径为160mm。四组法兰通过M16螺栓连接，均加装了整流网用于均匀化管内气流。
[0038]如图3所示，下砂段I为三通结构，其水平管道部分主要由两端下砂段水平直管道10、中间下砂段水平直管道11以及连接两端和中间直管道的下砂段变截面管道12形成，其垂直管道部分插入水平管道部分中心附近位置的中间下砂段水平直管道11中。垂直管道部分主要由垂直直管道13、收缩管14和插入管16组成。各段管道之间焊接而成。水平管道部分入口截面积为65.61cm2，喉部即中间下砂段水平直管道11的横截面面积为11.58cm2，具体通过气流压强和速度在管道内的关系计算，一定参数的入口