發(fā)泡器的研究現(xiàn)狀綜述祝超

王浩 劉玉言 徐媛

摘 要：泡沫的用途較為廣泛，在泡沫的產(chǎn)生過程中，發(fā)泡器的作用舉足輕重。文章針對目前現(xiàn)有的發(fā)泡器結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行簡要的分析和歸納總結(jié)，提出了今后發(fā)泡器應(yīng)當(dāng)研究和改進(jìn)的方向。

關(guān)鍵詞：泡沫；發(fā)泡器；結(jié)構(gòu)形式

中圖分類號：TU998.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）14-0086-03

Abstract： Foam is widely used， and in the process of foam generation， the role of foaming device is very important. Based on the analysis and summary of the present structure of foaming apparatus， this paper puts forward the direction of research and improvement of foaming device in the future.

Keywords： foam； foaming device； structural form

1 概述

泡沫的用途較為廣泛，消防中的泡沫滅火、選礦中的泡沫浮選、油藏中的泡沫驅(qū)、礦井中的泡沫除塵等等。在泡沫的制備過程中，發(fā)泡器起到關(guān)鍵性的作用，本文對現(xiàn)有的發(fā)泡器結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行簡要的分析和歸納總結(jié)，試圖為今后發(fā)泡器的研制和改進(jìn)提供一定的參考。

2 現(xiàn)有發(fā)泡器的結(jié)構(gòu)形式

2.1 用于消防的發(fā)泡器的結(jié)構(gòu)形式

PFS-100型高倍數(shù)泡沫發(fā)生器[1]：

圖1為PFS-100型高倍數(shù)泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。混合液由壓力水和發(fā)泡劑溶液經(jīng)過比例混合器后形成，混合液在壓力作用下進(jìn)入泡沫發(fā)生器。當(dāng)混合液通過泡沫發(fā)生器的噴嘴時(shí)，噴嘴由于受到混合液的沖擊作用而發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。同軸風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生鼓風(fēng)，混合液由噴嘴噴到發(fā)泡網(wǎng)上，混合液受到風(fēng)流吹動(dòng)作用產(chǎn)生泡沫體，進(jìn)一步大量泡沫體從發(fā)泡網(wǎng)上脫離形成泡沫群，輸送到火區(qū)，起到隔氧滅火的作用。

2.2 用于泡沫浮選的發(fā)泡器的結(jié)構(gòu)形式

目前，比較先進(jìn)的用于泡沫浮選的發(fā)泡器的結(jié)構(gòu)形式為射流微泡發(fā)生器[2，3]。射流微泡發(fā)生器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要組成部分包括以下幾個(gè)部分：噴嘴、吸氣室、進(jìn)氣管、微孔擋板、喉管、擴(kuò)散管等。

其工作原理類似于液氣射流泵[4]。利用流體力學(xué)進(jìn)行分析，泡沫浮選的工作介質(zhì)為循環(huán)礦漿，循環(huán)礦漿通過加壓后，由噴嘴噴出形成高速射流，在吸氣室內(nèi)形成負(fù)壓狀態(tài)，外部的空氣通過吸氣口卷入到吸氣室內(nèi)，與高速循環(huán)礦漿混合，在喉管內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流，從而產(chǎn)生大量的微泡。

2.3 用于泡沫驅(qū)的發(fā)泡器的結(jié)構(gòu)形式[5]

2.3.1 渦輪式

圖3為渦輪式泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。其核心部件是渦輪組件，其結(jié)構(gòu)與渦輪鉆具中的定子和轉(zhuǎn)子類似，氣體、液體及表面活性劑由不同的入口進(jìn)入泡沫發(fā)生器，經(jīng)過渦輪組件，流道的面積、流體的形狀、流體方向發(fā)生較大的改變，進(jìn)而使氣、液充分進(jìn)行混和、碰撞、擠壓，發(fā)泡效率較高，產(chǎn)生的泡沫性能穩(wěn)定。其不足之處是渦輪組件的加工制造較復(fù)雜，一旦損壞，不易維修。

2.3.2 螺旋式

圖4為螺旋式泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。氣液兩股流體由不同的入口進(jìn)入泡沫發(fā)生器，由配氣盤噴嘴噴射到配氣盤腔室中，多個(gè)切割邊的銅片纏繞在開有螺旋槽的心體上，將產(chǎn)生的大泡沫進(jìn)一步分割成均勻細(xì)密的小泡沫。換向盤起到改變流體流動(dòng)方向的作用，用于增強(qiáng)氣液混合效果。

2.3.3 同心管式

圖5為同心管式泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。這種發(fā)泡器由兩根不同直徑的管子組成，其安裝方式是同心安裝。液體由進(jìn)液管進(jìn)入到內(nèi)管和外管之間的環(huán)形空間；氣體注入到內(nèi)管中，內(nèi)管上開有一定數(shù)量的孔眼，氣液經(jīng)充分混合后形成泡沫。形成的泡沫尺寸與內(nèi)管上孔眼的尺寸有關(guān)。

2.3.4 檔板式

圖6為擋板式泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。這種發(fā)泡器用在霧化鉆井領(lǐng)域。氣液兩股流體由同一入口進(jìn)入到發(fā)泡器中，采用這種方式的原因是由于霧化鉆井需要的氣體量較大。擋板用于改變流體的流動(dòng)方向，進(jìn)一步增強(qiáng)氣液兩股流體的混合效果，提高發(fā)泡效率。

2.4 用于泡沫除塵的發(fā)泡器的結(jié)構(gòu)形式

2.4.1 網(wǎng)式泡沫發(fā)生器[6]

圖7為網(wǎng)式發(fā)泡器的結(jié)構(gòu)示意圖。其主要由風(fēng)機(jī)、發(fā)泡網(wǎng)、噴嘴、壓力泵和供液軟管等幾部分組成。風(fēng)機(jī)提供壓力氣體，壓力氣體通過網(wǎng)式發(fā)泡器，將發(fā)泡劑稀釋液均勻的噴到發(fā)泡網(wǎng)上，壓力氣體的存在能夠連續(xù)產(chǎn)生大量的泡沫，泡沫通過輸送管路或直接將其噴灑到產(chǎn)塵點(diǎn)處，從而起到降塵的作用。

2.4.2 孔隙式

圖8為孔隙式泡沫發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。這種發(fā)泡器的原理是利用填充物間存在的孔隙，進(jìn)而產(chǎn)生均勻細(xì)膩的泡沫。通常填充物采用棘爪環(huán)、鋼棉、車床鐵屑及玻璃球等物體。可以利用鋼板鉆孔，或具有一定強(qiáng)度的鋼絲網(wǎng)用來作為孔板，孔板的孔洞尺寸應(yīng)小于填充物的尺寸，防止填充物漏出。

2.4.3 自吸空氣-發(fā)泡劑旋流式發(fā)泡器[7]

圖9為自吸空氣-發(fā)泡劑旋流式發(fā)泡器結(jié)構(gòu)示意圖。自吸空氣-發(fā)泡劑旋流式發(fā)泡器，它的動(dòng)力是小流量的壓力水射流，原理是利用射流卷吸效應(yīng)及其形成的負(fù)壓作用，能夠自動(dòng)吸入周圍環(huán)境中的空氣以及發(fā)泡劑，轉(zhuǎn)變泡沫制備中所需物質(zhì)要素的供給方式；采用旋流方法及其構(gòu)件降低氣液發(fā)泡介質(zhì)的流動(dòng)阻力及能量損失，同時(shí)保證氣液混合強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)泡過程中能量要素的集約化利用，提高產(chǎn)泡能力和泡沫出口能量。

3 結(jié)束語

本文總結(jié)了目前具有代表性的發(fā)泡器的結(jié)構(gòu)形式，介紹了其應(yīng)用的場合。筆者認(rèn)為，今后發(fā)泡器的研究方向應(yīng)當(dāng)向結(jié)構(gòu)簡單、加工制作方便、低成本、高可靠性的方向發(fā)展。結(jié)合現(xiàn)場的應(yīng)用情況，需要進(jìn)一步提高發(fā)泡器的發(fā)泡效果，對現(xiàn)有的發(fā)泡器的結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]PFS-100型高倍數(shù)泡沫發(fā)生器[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2004（10）：76-77.

[2]李磊.射流微泡發(fā)生器工作參數(shù)及實(shí)驗(yàn)檢測裝置研究[D].昆明理工大學(xué)，2008.

[3]謝軍.數(shù)值模擬在微泡浮選關(guān)鍵技術(shù)中的應(yīng)用研究[D].昆明理工大學(xué)，2008.

[4]劉炯天.旋流-靜態(tài)微泡浮選柱及潔凈煤制備研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)，1998.

[5]申瑞臣.泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜述[J].石油機(jī)械，1993（05）：52-55.

[6]蔣仲安，李懷宇，杜翠鳳.泡沫發(fā)生器性能和除塵效率的實(shí)驗(yàn)研究與分析[J].金屬礦山，1996（05）：41-43+54.

[7]王和堂.自吸空氣-發(fā)泡劑旋流產(chǎn)泡機(jī)理及抑塵技術(shù)研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2014.