Статический смеситель

Полезная модель относится к статическим смесителям для смешивания жидкостей и получения однородных смесей в трубопроводах и может применяться, в частности при определении содержания воды в потоке смеси жидкостей.
При измерении обводненности жидкости предъявляются высокие требования к однородности смеси, так как первичные преобразователи большей части влагомеров измеряют характерный параметр, пропорциональный содержанию воды, в ограниченном диапазоне потока. При перекачке смеси жидкостей происходит расслоение фаз потока, обусловленное различием свойств компонентов смеси (плотности, вязкости и т.п.). Это, в свою очередь, приводит к уменьшению точности при измерениях количественного содержания воды в смеси жидкостей, поскольку точность зависит от положения первичного преобразователя в потоке.
Существует множество устройств, которые предназначены для смешивания жидкостей и могут применяться для увеличения дисперсности смеси жидкостей, но все они обладают сложностью конструкции.
Известен статический смеситель, содержащий цилиндрический корпус с последовательно размещенными в нем завихрителями, которые могут быть конической формы или в виде призмы, пирамиды, полусферы, крыльчатки, клина и т.п. Часть завихрителей выполнена со сквозными отверстиями, причем завихрители без сквозных отверстий размещены за завихрителями со сквозными отверстиями (Заявка РФ №94018285, опубл. 1996 г.).
Данный смеситель обладает высокой эффективностью смешивания, за счет прохождения потока через ряд завихрителей, вызывающих интенсивное смешивание потока.
Вместе с тем, он имеет достаточно сложную конструкцию, предусматривающую крепление к внутренней стенке корпуса целого ряда (как минимум трех) элементов.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является упрощение конструкции статического смесителя при одновременном обеспечении высокого качества смешения потока до образования гомогенной смеси.
Технический результат достигается тем, что в статическом смесителе, содержащем трубчатый корпус с размещенными в нем смесительными элементами, последние включают в себя первый смесительный элемент, представляющий собой центральное тело в форме эллипсоида с входной и выходной частями по отношению к ходу движения жидкости, причем выходная часть эллипсоида выполнена по периметру с U-образным вырезом и с усеченной вершиной, и второй смесительный элемент в виде шайбы с вогнутой поверхностью, установленной по периметру внутренней поверхности корпуса напротив выходной части эллипсоида, причем вогнутость шайбы обращена в сторону входной части эллипсоида, при этом первый и второй смесительные элементы закреплены на плоском кольце, размещенным между двумя присоединительными фланцами трубопровода.
Выполнение смесительного элемента в виде центрального тела в форме эллипсоида с U-образным вырезом и с усеченной вершиной в выходной его части и шайбы с вогнутой поверхностью, обращенной в сторону входной части эллипсоида, которая установлена по периметру внутренней поверхности корпуса напротив выходной части эллипсоида позволяет упростить конструкцию смесителя, за счет уменьшения числа устанавливаемых в корпусе смесительных элементов, обеспечивая при этом высокое качество смешения потока, его гомогенизацию.
Криволинейная поверхность эллипсоида обеспечивает центральному телу оптимальную форму, при обтекании которого набегающий на него поток жидкости постоянно меняет направление движения, которое совпадает с касательной по кривой в каждой точке соприкосновения (касания). В тоже время эллипсоид суживает поперечное сечения потока, что вызывает смещение слоев потока и увеличение скорости течения жидкости. U-образный вырез, выполненный на выходной по ходу движения жидкости части эллипсоида по его периметру, способствует увеличению эффективности смешивания жидкости за счет образования вихрей у его поверхности. За счет разной направленности кривизны поверхностей во входной части эллипсоида (выпуклость поверхности) и выходной его части (вогнутость выреза) происходит изменение направления движения прилегающих к эллипсоиду слоев потока жидкости. Установка второго смесительного элемента, выполненного в виде вогнутой шайбы, на уровне середины выреза эллипсоида способствует тому, что завихрение слоев жидкости, соприкасающихся с вогнутой поверхностью шайбы, происходит во встречном направлении по отношению к завихрению, производимому от поверхности выреза эллипсоида, что дополнительно повышает эффективность смешивания.
Крепление смесительных элементов к кольцу, которое установлено между фланцами обеспечивает их оптимальное размещение, не требующее проведения каких-либо дополнительных работ с трубопроводом, что также упрощает конструкцию статического смесителя.
На фиг. 1 изображен предлагаемый статический смеситель.
Статический смеситель содержит корпус 1, выполненный в виде отрезка трубы с размещенными в ней первым смесительным элементом 2 представляющим собой центральное тело, выполненное в виде эллипсоида с усеченной вершиной и U-образным вырезом 3 по периметру, образующая которого в плоскости продольного сечения имеет форму нелинейной функции с вогнутостью к линии осевой симметрии, и вторым смесительным элементом 4, выполненным в виде шайбы с вырезом 5, образующая которого в плоскости продольного сечения имеет форму нелинейной функции с вогнутостью от линии осевой симметрии. Второй смесительный элемент 4 расположен напротив выреза 3 первого смесительного элемента 2.
Смесительные элементы 2 и 4 закреплены на плоском кольце 6, зажимаемым между присоединенными фланцами 7 корпуса 1. Первый смесительный элемент 1 жестко соединен с кольцом 6 при помощи опорных стержней 8, а второй смесительный элемент 4 прикреплен к стержням 8 через втулку 9.
Устройство работает следующим образом.
В полость корпуса 1 устройства из технологического трубопровода поступает жидкость, имеющая в своем составе недостаточно диспергированные фазы (например, воду и нефть). Жидкость, проходя через зазор между корпусом 1 и смесительным элементом 2, сначала сжимается и смешивается за счет плавного увеличения скорости и смещения направления набегающего потока. После прохождения сужения напротив средней части смесительного элемента 2 распределенный по периметру поток резко смещается к центру за счет изменения проходного сечения и падения давления, обуславливая перемешивание жидкости. Часть жидкости попадает в вырез 3 смесительного элемента 2, в области которого возникает зона пониженного давления с активными вихревыми потоками, направление которых изменяется в соответствии с формой вогнутости выреза 3, чем достигается получение необходимой гомогенности смеси жидкостей. Другая часть жидкости попадает в вырез 5 смесительного элемента 4, закручивается в направлении вогнутости выреза, образуя вихревые потоки, имеющие встречное направление по отношению к вихревым потокам, формируемым вогнутой поверхностью выреза 3 смесительного элемента 2.
Использование предложенного устройства совместно с поточными влагомерами позволит увеличить точность измерения влагосодержания перекачиваемой жидкости, поскольку при достаточно однородной смеси характеристики жидкости одинаковы во всем сечении потока, и точность измерений уже не зависит от положения первичного преобразователя в потоке.
Предлагаемый смеситель, имея достаточно простую конструкцию, оптимально размещенную в трубопроводе, обеспечивает необходимую степень дисперсности потока, требуемую при определении количественного состава воды в жидкости.