МНОГОСОПЛОВОЙ ЭЖЕКТОР Российский патент 1994 года по МПК F04F5/14 

Изобретение относится к струйным насосам, используемым для перекачки различных газов, паров, жидкостей и сыпучих материалов, а также для создания и поддержания разрежения в замкнутых объемах промышленных и экспериментальных установок.

В эжекторе для уменьшения длины камеры смешения используется подвод активного газа через большое число отдельных сопел. Однако эффективное использование многосопловой схемы при больших перепадах давления смешиваемых газов ограничено предельными критическими режимами.

Предельные режимы зависят от формы канала камеры смешения, которая может быть определена в том случае, если известны процессы смешения, происходящие в этом канале.

Процессы смешения в многосопловых эжекторах представляют исключительно сложное явление и не имеют однозначных решений. Поэтому используются имперические данные как по числу и диаметру высоконапорных сопел, их установки по пространству камеры смешения, так и по форме камеры смешения. Однако эти данные ограничены и не всегда могут быть использованы.

Таким образом, с одной стороны, эффективная работа эжектора зависит от интенсивности процесса смешения - расположения высоконапорных сопел, с другой стороны,она ограничена предельными режимами работы, которые определяются площадью поперечного сечения камеры смешения - ее нельзя заранее определить, не зная интенсивности смешения. Поэтому необходимо регулирование в процессе настройки эжектора на оптимальный режим его работы по положению сопел и по сечению камеры смешения.

Известен многосопловой газовый эжектор, содержащий форкамеру, камеру смешения, расположенные по винтовой линии активные сопла и патрубок подвода пассивной среды, причем активные сопла выполнены с увеличивающимся по ходу среды отношением диаметров критического и выходного сечений, равным 0,1 - 0,25 на начальном участке камеры смешения, составляющим 10 - 20% от ее длины, и 0,5 - 0,9 на конечном участке [1].

Недостатком этого эжектора является узкая область применения по режимам его работы - вследствие фиксированного отношения диаметров активных сопел, отсутствие возможности регулирования камеры смешения.

Известен многосопловой эжектор, содержащий магистрали подачи высоконапорного и низконапорного газов, форкамеру, камеру смешения и установленный за нею диффузор, причем в нем форкамера высоконапорного газа расположена внутри камеры смешения осесимметрично, в стенках которой размещены дискретные сопла с углами наклона к оси эжектора 5 - 15^о [2].

Недостатком этого эжектора является отсутствие возможности регулирования геометрии его основных элементов : площади поперечного сечения канала камеры смешения в соответствии с интенсивностью смешения, размеров и положения в камере смешения дискретных сопел высоконапорного газа. Этот недостаток существенно ограничивает рабочие характеристики многосоплового эжектора и диапазон его практического применения.

Для оптимизации расширения рабочих характеристик в широком диапазоне давлений высоконапорного и низконапорного газов форкамера высоконапорного газа предлагаемого эжектора выполнена из отдельных сопловых блоков с дискретными соплами, соединенных друг с другом последовательно. Она имеет возможность перемещаться в осевом направлении вдоль профилированной камеры смешения. Сопловые блоки сменные и имеют возможность осевого поворота. Они могут быть установлены на разных расстояниях относительно друг друга путем установки проставок длиной 2 - 5 калибров эквивалентного диаметра камеры смешения. Дискретные сопла выполнены сменными с переменными углами наклона относительно оси эжектора и возможностью их отключения путем установки заглушек. В каждом сопловом блоке дискретные сопла размещены равномерно по окружности. Сопла в каждом последующем блоке повернуты относительно оси на угол ϕ = 0^°- , где n - число сопел в сопловом блоке. Углы расположения сопел к оси эжектора изменяются в пределах γ = 3 - 18^о. Подводящие патрубки низконапорного и высоконапорного газов выполнены перпендикулярно оси эжектора. Форкамера высоконапорного газа с сопловыми блоками имеет возможность продольного перемещения с помощью привода даже при работе эжектора.

На фиг.1 изображена принципиальная конструктивная схема многосоплового эжектора; на фиг.2 - узел дискретного сопла высоконапорного газа; на фиг.3 - вариант установки заглушки в сопловом блоке.

Предложенный многосопловой эжектор включает патрубки 1 и 2 подачи высоко- и низконапорных газов соответственно, форкамеру 3 высоконапорного газа, которая состоит из отдельных сопловых блоков 4 или проставок 5. В корпусе соплового блока 4 установлены дискретные сопла 6 газа высокого давления. Сопловые блоки 4, собранные последовательно, размещены осесимметрично относительно камеры 7 смешения с помощью штока 8, который связан с приводом 9. Камера 7 состоит из отдельных отсеков 10 и 11. За последним отсеком по ходу движения газа установлен выхлопной диффузор 12, в котором имеется задняя опора 13 для штока 8.

Дискретное сопло 6 (фиг.2) высоконапорного газа установлено в сопловом блоке 4 с помощью резьбового соединения и прокладки 14.

На фиг.3 показан вариант установки заглушки 15.

Количество сопловых блоков 4 определяется суммарной степенью сжатия эжектора и минимальной величиной суммарного коэффициента эжекции, а расстояния между сопловыми блоками 4 (местами установки дискретных сопел 6) - интенсивностью смешения на этом участке. Опыты показывают, что для многосоплового эжектора, работающего на воздухе, со степенью сжатия ε = 20, число сопловых блоков составляет 8, при этом расстояние между рядами сопел 6 составляет 3 - 5 калибров диаметра камеры смешения. Для газов с другими теплофизическими характеристиками количество блоков 4 и расстояния между ними могут быть иными и требуется коррекция сопловых блоков 4. В этом смысле предлагаемая конструкция эжектора универсальна и может быть настроена на любой режим. Кроме того, можно управлять интенсивностью смешения в камере 7 на каждом участке с помощью как замены дискретных сопел 6 соплового блока 4, так и их установки под разными углами, что позволяет оптимизировать рабочие характеристики эжектора при изменении параметров смешиваемых газов, например давлений.

Предлагаемая конструкция многосоплового эжектора позволяет определенной интенсивности смешения (каждому сопловому блоку 4) поставить в соответствие определенную площадь поперечного сечения камеры 7 смешения, имеющей угол наклона стенок к оси от 1 до 8^о. Это достигается тем, что форкамера 3 высоконапорного газа вместе с сопловыми блоками 4 может перемещаться вдоль профилированной камеры смешения 7 с помощью электропривода 9 и штоков 8, перемещаемых в опорах 13, причем это перемещение может производиться дистанционно при работе эжектора.

Эжектор работает следующим образом.

Высоконапорный газ из форкамеры 3 через дискретные сопла 6 в виде сверхзвуковых струй вытекает в камеру 7 смешения и эжектирует газ из магистрали низконапорного газа через патрубок 2. В камере 7 смешения происходит смешение высоко- и низконапорного газов и их смесь через выхлопной диффузор 12 истекает в заданный объем или трубопровод.

Использование: для перекачки различных газов, паров, жидкостей и сыпучих материалов. Сущность изобретения: форкамера высоконапорного газа с дискретными соплами расположена внутри камеры смешения соосно последней с образованием кольцевого проходного сечения. Форкамера выполнена составной из отдельных сопловых блоков с дискретными соплами, при этом сопловые блоки последовательно соединены между собой и установлены с возможностью их замены и автономного поворота вокруг оси эжектора, а форкамера установлена с возможностью осевого перемещения вдоль камеры смешения. 3 з.п. ф-лы 3 ил.

1. МНОГОСОПЛОВОЙ ЭЖЕКТОР, содержащий патрубки подачи высоконапорного и низконапорного газов, профилированную камеру смешения, форкамеру высоконапорного газа с дискретными соплами, расположенную внутри камеры смешения, соосно последней с образованием кольцевого проходного сечения и выхлопной диффузор, отличающийся тем, что форкамера выполнена составной из отдельных сопловых блоков с дискретными соплами, при этом сопловые блоки последовательно соединены между собой и установлены с возможностью их замены и автономного поворота вокруг оси эжектора, а форкамера установлена с возможностью осевого перемещения вдоль камеры смешения. 2. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что форкамера снабжена проставками, установленными между сопловыми блоками. 3. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что сопла установлены с возможностью их замены, а эжектор дополнительно снабжен заглушками, посредством которых отдельные сопла эжектора могут быть отключены. 4. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что дискретные сопла установлены под углом 3-18^o к оси эжектора.