ЭЖЕКТОР Российский патент 1994 года по МПК F04F5/14 

Изобретение относится к струйной технике и может быть использовано при перекачивании различных сред.

Известен газовый эжектор [1], содержащий активное сопло, камеру смешения с диффузором и соосно установленную лопастную винтообразную вставку, наружные кромки лопастей которой прилегают вплотную к внутренней цилиндрической поверхности камеры, передние и задние кромки направлены радиально и повернуты на угол относительно друг друга, при этом толщина лопастей переменна.

Недостатком такого эжектора является низкий КПД, так как указанная вставка оказывает влияние только на длину камеры смешения и не приводит к увеличению КПД.

Наиболее близким к предложенному эжектору является струйный насос (эжектор) [2] , содержащий активное сопло, камеру подвода пассивной среды, камеру смешения с диффузором, соосно установленную лопастную вставку, передние кромки которой меньшего диаметра расположены в активном сопле, а большего диаметра - вне сопла, при этом передние и задние кромки повернуты на угол относительно друг друга, а внутренние кромки вставки в камере смешения расположены на расстоянии от оси эжектора.

Недостатком такого эжектора является низкий КПД, так как процесс взаимодействия двух сред происходит в периферийной зоне камеры смешения и при этом не достигается объемного перемешивания указанных сред.

Цель изобретения - повышение КПД и уменьшение габарита.

Указанная цель достигается тем, что в известном струйном насосе (эжекторе), содержащем активное сопло, камеру смешения с диффузором, соосно установленную винтовую лопастную вставку, передние кромки лопастей которой выполнены ступенчатыми, при этом передние кромки лопасти меньшего диаметра расположены в активном сопле, а большего диаметра - вне сопла и пересекают выходную кромку сопла, внутренние кромки лопастей расположены на оси эжектора, передние и задние кромки лопастей большего диаметра выполнены переменного радиуса, увеличивающегося от сопла, а каждая лопасть ступени большего диаметра имеет по крайней мере один разрез, начинающийся с радиуса, равного или большего радиуса выходного сечения сопла, разрезы выполнены в направлении от оси эжектора к стенке камеры смешения, радиус каждой точки линии разреза увеличивается одновременно с удалением ее от выходного сечения сопла, а участки лопастей за каждым из разрезов плавно отогнуты в направлении закрутки по линии, проходящей через точку начала разреза, при этом в лопастях вставки со стороны их задних кромок выполнены продольные щелевые пазы с образованием между последними продольных консольных лопаток.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками, описывающими предлагаемый эжектор, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен продольный разрез эжектора; на фиг.2-4 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.5 - фрагмент сопла с лопастью; на фиг.6 - фрагмент лопасти ступени большего диаметра; на фиг. 7 - фрагмент лопасти ступени большего диаметра.

В эжекторе (фиг.1 и 2), содержащем активное сопло 1, камеру 2 смешения с диффузором 3, соосно установленную винтовую лопастную вставку 4, передние кромки 5 лопастей которой выполнены ступенчатыми, при этом передние кромки лопасти 6 меньшего диаметра расположены в активном сопле 1, а лопасти 7 большего диаметра - вне сопла 1 и пересекают выходную кромку сопла 1, внутренние кромки 8 лопастей расположены на оси эжектора, передние 5 и задние 9 кромки лопастей 7 большего диаметра выполнены переменного радиуса, увеличивающегося от сопла 1, а каждая лопасть 7 ступени большего диаметра имеет по крайней мере один разрез, начинающийся с радиуса, равного или большего радиуса r выходного сечения сопла 1, разрезы выполнены в направлении от оси эжектора к стенке камеры 2 смешения, радиус каждой точки линии разреза увеличивается одновременно с удалением ее от выходного сечения сопла 1, а участки лопастей за каждым из разрезов плавно отогнуты в направлении закрутки по линии, проходящей через точку начала разреза (т. а), при этом в лопастях вставки со стороны их задних кромок 9 выполнены продольные щелевые пазы 10 с образованием между последними продольных консольных лопаток 11.

Участки лопастей 7 большего диаметра, полученные в результате разреза последних, в своей периферии могут образовывать цилиндрические поверхности 12, соосные камере 2 смешения (фиг.3); смежные одноименные цилиндрические участки (поверхности) 12 лопастей 7 большего диаметра, образованные на их периферии, могут быть замкнуты между собой (фиг.4), Участки разрезанных лопастей 7 большего диаметра, примыкающие к задним кромкам их периферийных участков, имеющих цилиндрические поверхности 12, могут быть выполнены гофрированными, причем указанные гофры 13 совпадают с направлением потока (фиг. 5). Кромка 14 каждого участка лопасти 7, граничащая с продольным щелевым пазом 10 и обращенная в сторону оси сопла 1, может быть выполнена острой и совпадающей с вогнутой поверхностью 15 лопасти 7 (фиг.5). Каждая последующая от оси эжектора продольная консольная лопатка 11 может быть отогнута на величину, превышающую предыдущую, в направлении выпуклой стороны смежной лопасти 7 так, что острая кромка 14 каждой лопатки 11 лопасти 7, обращенная в сторону оси сопла 1, а также ее противоположная кромка расположены над вогнутой поверхностью лопасти 7, совпадая с последней только в месте перехода лопатки 11 в сплошную часть лопасти 7 (фиг.5). Каждая последующая от оси эжектора продольная консольная лопатка 11 может быть отогнута на величину, превышающую предыдущую, в направлении выпуклой стороны смежной лопасти 7 так, что острая кромка 14 каждой лопатки 11 лопасти 7, граничащая с продольным щелевым пазом 10 и обращенная в сторону оси сопла 1, может быть расположена над вогнутой поверхностью лопасти 7, а ее противоположная кромка совпадает с вогнутой поверхностью лопасти 7, при этом острая кромка 14 указанной лопатки 11 совпадает с вогнутой поверхностью лопасти 7 только в корневой (начальной) точке b, расположенной на стороне сопла 1 (фиг.5). Каждая последующая от оси эжектора продольная консольная лопатка 11 может быть отогнута на одинаковую величину в направлении выпуклой стороны смежной лопасти 7 так, что острая кромка каждой лопатки 11 лопасти 7, граничащая с продольным щелевым пазом 10, обращенная в сторону оси сопла 1, может быть расположена над вогнутой поверхностью лопасти 7, а ее противоположная кромка совпадает с вогнутой поверхностью лопасти 7, при этом острая кромка 14 указанной лопатки 11 совпадает с вогнутой поверхностью лопасти 7 только в корневой (начальной) точки b, расположенной на стороне сопла 1 (фиг.5).

Ширина каждого продольного щелевого паза 10 в каждом его сечении каждой лопасти 7 может быть одинакова в направлении оси эжектора (фиг.5). Ширина каждого смежного продольного щелевого паза 10 в каждом его сечении каждой лопасти 7 может увеличиваться в направлении от оси эжектора (фиг.5). Ширина каждого продольного щелевого паза 10 может изменяться в направлении оси эжектора (фиг. 5). В каждый щелевой паз 10 вплотную к его боковым границам на стороне вогнутой поверхности лопасти 7 может быть установлена вставка 15.1 (фиг.6) с вогнутой поверхностью 16, обращенной к оси эжектора, а входная (передняя) кромка 17 вставки 15.1. может быть выполнена острой и совпадающей с ее внутренней вогнутой поверхностью 16. При этом кромка 18 вставки, обращенная к вогнутой поверхности смежной лопасти 7, совпадает с выпуклой поверхностью лопасти 7. Кромка вставки 15.1 в каждый щелевой паз 10 лопасти 7 может быть выполнена с цилиндрической поверхностью, ось которой совпадает с осью эжектора (фиг.6). Каждая лопасть 7 своей задней кромкой 9 может пересекаться с задней кромкой 19 вставки, установленной в щелевой паз 10 (фиг.6). Задняя кромка 19 каждой вставки в щелевой паз 10 может выступать за границы лопасти на стороне, обращенной к диффузору 3, как в направлении к последнему, так и в обоих поперечных лопасти 7 направлениях (фиг.7). При этом участок 20, примыкающий к задней кромке 19 каждой вставки 15.1, обращенной в сторону диффузора 3, может быть выполнен гофрированным и указанные гофры совпадают с направлением потока. Каждая точка передней кромки 5 каждой лопасти 6 меньшего диаметра может быть расположена в плоскости сечения сопла 1 (фиг.1). Передняя кромка 5 каждой лопасти 6 меньшего диаметра, расположенная в активном сопле 1, может быть выполнена переменного радиуса, увеличивающегося в направлении от выходного сечения сопла 1 (фиг. 1). Передняя кромка 5 каждой лопасти 6 меньшего диаметра, расположенная в активном сопле 1, может быть выполнена переменного радиуса, увеличивающегося в направлении к выходному сечению сопла 1 (фиг.1).

Эжектор работает следующим образом.

На выходе из сопла 1 периферийные слои активной среды за счет действующих центробежных сил, возникающих при закрутке указанной среды в лопастной вставке 4, расположенной частично в самом сопле 1, движутся вдоль вогнутой поверхности каждой лопасти, перемещаясь одновременно вдоль оси эжектора и в направлении от оси последнего к стенке камеры 2 смешения. Вследствие взаимного проникновения активной среды в пассивную и соприкосновения частиц этих сред происходит передача кинетической энергии от активной к пассивной среде и пассивная среда приобретает повышенную скорость.

Благодаря ступенчатому по длине камеры 2 смешения расположению отогнутых участков лопасти 7 большего диаметра, образующихся в результате разреза последней, обеспечивается более равномерное распределение активной среды в объеме пассивной среды, в результате чего эффективность передачи кинетической энергии в пассивной среде резко повышается, а КПД эжектора увеличивается, длина камеры смешения сокращается за счет более качественного смешения сред на коротком участке указанной камеры. Выполнение передних 5 и задних 9 кромок лопастей 7 большего диаметра переменного радиуса, увеличивающегося от сопла 1, уменьшает гидравлическое сопротивление при движении пассивной и активной сред. Наличие в лопастях 7 вставки 4 со стороны их задних кромок 9 продольных щелевых пазов 10 с образованием между последними продольных консольных лопаток 11 обеспечивает объемное распределение активной среды в пассивной среде, так как активная среда, проходя через указанные пазы 10 из зоны повышенного давления в зону низкого давления с пассивной средой за задними кромками 9 лопастей 7, распределяется в пространстве камеры смешения в форме гребенки, резко увеличивая поверхность взаимодействия двух сред при равномерном распределении активной среды в пассивной, что обеспечивает повышение КПД эжектора и уменьшает его габарит.

Выполнение участков лопастей 7 большего диаметра, полученных в результате разреза последней лопасти, таким образом, что в своей периферии первые образуют цилиндрические поверхности 12, соосные камере 2 смешения (фиг.3), а также выполнение указанных одноименных цилиндрических участков (поверхностей) 12 замкнутыми между собой (фиг.4) определяется из условия достижения наибольшего КПД эжектора и зависит от характеристик последнего, количества лопастей у винтовой вставки, параметров активной среды и других. При определенных условиях указанные технические решения улучшают качество смешения двух сред и, таким образом, увеличивают КПД эжектора.

Участки гофр 13 разрезанных лопастей 7 большего диаметра, примыкающие к задним кромкам 9 их периферийных участков, имеющих цилиндрические поверхности 12 (фиг.5), обеспечивают дополнительное увеличение поверхности взаимодействия двух сред.

Геометрия продольных щелевых пазов 10, выполненных в лопастях 7 вставки 4 со стороны их задних кромок 9 (фиг.1 и 5), их количество и размеры зависят от характеристик эжектора и выбираются из условия достижения наибольшего КПД. Выполнение кромки 14 каждого участка лопасти 7, граничащей с продольным щелевым пазом 10 и обращенной в сторону к оси сопла 1, острой уменьшает потери энергии при разделении потока активной среды, движущегося по вогнутой поверхности лопасти 7.

В зависимости от характеристик эжектора (расхода активной среды), количества лопастей 7 для увеличения КПД продольные консольные лопатки 11 могут быть выполнены так, что их острые кромки 14, обращенные в сторону к оси сопла 1, совпадают с вогнутой поверхностью 15 лопасти 7 (фиг.5). Кроме того, указанные лопатки 11 могут быть отогнуты на разную или одинаковую величину так, что обе продольные кромки каждой лопасти расположены над вогнутой поверхностью лопасти 7 или острая кромка 14 расположена над вогнутой поверхностью лопасти 7, а противоположная ей кромка совпадает с вогнутой поверхностью лопасти 7 (фиг.5).

Выбор ширины каждого продольного щелевого паза 10 и ее изменения в направлении оси эжектора зависит от характеристик последнего, числа лопастей 7 и определяется из условия достижения максимального КПД эжектора.

С целью дальнейшего улучшения условий взаимодействия двух сред за счет оптимального распределения активной среды в объеме пассивной среды в каждый щелевой паз 10 каждой лопасти 7 может быть установлена вставка 15.1 (фиг. 6), форма которой может быть различной, в частности с вогнутой поверхностью 16, обращенной к оси эжектора, с цилиндрической поверхностью, ось которой совпадает с осью эжектора (фиг.6), задняя кромка 18 каждой вставки может пересекать заднюю кромку 9 соответствующей лопасти 7 или выступать за границы каждой лопасти 7 на стороне, обращенной к диффузору 3, как в направлении к последнему, так и в обоих поперечных лопасти 7 направлениях (фиг. 7). В указанных случаях активная среда распределяется на выходе из лопастной вставки в форме участков колец, между которыми движется пассивная среда.

Выполнение участка 20, примыкающего к задней кромке 19 каждой вставки 15.1, гофрированным (фиг.7), дополнительно повышает эффективность взаимодействия двух сред, что увеличивает КПД эжектора.

В зависимости от характеристик эжектора, его производительности и геометрических размеров сопла 1 и камеры 2 смешения передняя кромка 5 каждой лопасти 6 меньшего диаметра может выполняться по-разному: каждая точка передней кромки 5 может быть расположена в плоскости сечения сопла 1 (фиг. 1), может быть выполнена переменного радиуса, увеличивающегося в направлении от выходного сечения сопла 1 или в направлении к последнему.

Выбор расположения передней кромки лопасти меньшего диаметра определяется из условия достижения максимального КПД эжектора. Когда передняя кромка выполняется переменного радиуса, увеличивающегося в направлении от выходного сечения сопла, при большой производительности эжектора достигаются лучшие условия смешения двух сред, чем в других случаях, так как в этом случае активная среда, движущаяся ближе к оси эжектора, подвергается в меньшей степени закручивающему эффекту и на выходе из лопастной вставки также продолжает движение вблизи от оси эжектора, взаимодействуя с пассивной средой.

Использование заявляемого изобретения в конденсационных установках паровых турбин, а также в других отраслях техники позволяет уменьшить энергозатраты на обслуживание их за счет повышения КПД эжектора и одновременно уменьшить габарит последнего путем интенсификации процесса смешения активной и пассивной сред на коротком участке камеры смешения.

Использование: при перекачивании различных сред. Сущность изобретения: передние кромки лопастей соосно установленной винтовой вставки выполнено ступенчатыми. Передние кромки лопасти меньщего диаметра расположены в активном сопле, внудренние кромки лопастей - на оси эжектора. Передние и задние кромки лопастей большего диаметра выполнены переменного радиуса, увеличивающегося от сопла. Каждая лопасть ступени большего диаметра имеет разрез, начинающийся с радиуса, равного или большего радиуса выходного сечения сопла. Разрезы выполнены в направлении от оси эжектора к стенке камеры смещения. Радиус каждой точки линии разреза увеличивается одновременно с удалением ее от выходного сечения сопла. Участки лопастей за разрезом плавно отогнуты в направлении закрутки по линии, проходящей через точку начала разреза. В лопастях вставки со стороны задних кромок выполнены продольные щелевые пазы с образованием между ними продольных консольных лопаток. 117 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. ЭЖЕКТОР, содержащий активное сопло, камеру смешения с диффузором, соосно установленную винтовую лопастную вставку, передние кромки лопастей которой выполнены ступенчатыми, при этом передние кромки лопасти меньшего диаметра расположены внутри активного сопла, а большого диаметра - вне сопла и пересекают выходную кромку сопла, внутренние кромки лопастей расположены на оси эжектора, отличающийся тем, что передние и задние кромки лопастей большего диаметра выполнены переменного радиуса, увеличивающегося от сопла, а каждая лопасть ступени большего диаметра имеет по крайней мере один разрез, начинающийся с радиуса, равного или большего радиуса выходного сечения сопла, разрезы выполнены в направлении от оси эжектора к стенке камеры смешения, радиус каждой точки линии разреза увеличивается одновременно с удалением ее от выходного сечения сопла, а участки лопастей за каждым из разреров плавно отогнуты в направлении закрутки по линии, проходящей через точку начала разреза, при этом в лопастях вставки со стороны их задних кромок выполнены продольные щелевые пазы с образованием между последними продольных консольных лопаток. 2. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что участки лопастей большего диаметра, полученные в результате разреза последних, в своей периферии образуют цилиндрические поверхности, соосные с камерой смешения. 3. Эжектор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что смежные одноименные цилиндрические участки (поверхности) лопастей большего диаметра, образованные на их периферии, замкнуты между собой. 4. Эжектор по пп.1 - 3, отличающийся тем, что участки разрезанных лопастей большего диаметра, примыкающие к задним кромкам их периферийных участков, имеющих цилиндрические поверхности, выполнены гофрированными, причем гофры совпадают с направлением потока. 5. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что кромка каждого участка лопасти, граничащая с продольным щелевым пазом, обращенная в сторону сопла, выполнена острой и совпадающей с вогнутой поверхностью лопасти. 6. Эжектор по пп.1 и 5, отличающийся тем, что каждая последующая от оси эжектора продольная консольная лопатка отогнута на величину, превышающую предыдущую, в направлении выпуклой стороны смежной лопасти так, что острая кромка каждой лопатки лопасти, обращенная в сторону оси сопла, а также ее противоположная кромка расположены над вогнутой поверхностью лопасти, совпадая с последней только в месте перехода каждой лопатки в сплошную часть лопасти. 7. Эжектор по пп.1 и 5, отличающийся тем, что каждая последующая от оси эжектора продольная консольная лопатка отогнута на величину, превышающую предыдущую, в направлении выпуклой стороны смежной лопасти так, что острая кромка каждой лопатки лопасти, граничащая с продольным щелевым пазом, обращенная в сторону оси сопла, расположена над вогнутой поверхностью лопасти, а ее противоположная кромка совпадает с вогнутой поверхностью лопасти, при этом острая кромка указанной лопатки совпадает с вогнутой поверхностью лопасти только в корневой (начальной) точке, расположенной на стороне сопла. 8. Эжектор по пп.1 и 5, отличающийся тем, что каждая последующая от оси эжектора продольная консольная лопатка отогнута на одинаковую величину в направлении выпуклой стороны смежной лопасти так, что острая кромка каждой лопатки лопасти, граничащая с продольным щелевым пазом, обращенная в сторону оси сопла, расположена над вогнутой поверхностью лопасти, а ее противоположная кромка совпадает с вогнутой поверхностью лопасти, при этом острая кромка указанной лопатки совпадает с вогнутой поверхностью лопасти только в корневой (начальной) точке, расположенной на стороне сопла. 9. Эжектор по п. 1, отличающийся тем, что ширина каждого продольного щелевого паза в каждом его сечении каждой лопасти одинакова в направлении оси эжектора. 10. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что ширина каждого смежного продольного щелевого паза в каждом его сечении каждой лопасти увеличивается в направлении от оси эжектора. 11. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что ширина каждого продольного щелевого паза изменяется в направлении оси эжектора. 12. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что в каждый щелевой паз вплотную к его боковым границам на стороне вогнутой поверхности лопасти установлена вставка с вогнутой поверхностью, обращенной к оси эжектора, а входная (передняя) кромка вставки выполнена острой и совпадающей с ее внутренней вогнутой поверхностью, при этом кромка вставки, обращенная к вогнутой поверхности смежной лопасти, совпадает с выпуклой поверхностью лопасти. 13. Эжектор по пп.1 и 12, отличающийся тем, что вставка в каждый щелевой паз лопасти выполнена с цилиндрической поверхностью, ось которой совпадает с осью эжектора. 14. Эжектор по пп.1, 12 и 13, отличающийся тем, что каждая лопасть своей задней кромкой пересекается с задней кромкой вставки, установленной в щелевой паз. 15. Эжектор по пп.1, 12 и 13, отличающийся тем, что задняя кромка каждой вставки в щелевой паз выступает за границы лопасти на стороне, обращенной к диффузору, как в направлении к последнему, так и в обоих поперечных лопасти направлениях, при этом участок, примыкающий к задней кромке каждой вставки, обращенной в сторону диффузора, выполнен гофрированным и гофры совпадают с направлением потока. 16. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что каждая точка передней кромки каждой лопасти меньшего диаметра расположена в плоскости сечения сопла. 17. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что передняя кромка каждой лопасти меньшего диаметра, расположенная в активном сопле, выполнена переменного радиуса, увеличивающегося в направлении от выходного сечения сопла. 18. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что передняя кромка каждой лопасти меньшего диаметра, расположенная в активном сопле, выполнена переменного радиуса, увеличивающегося в направлении к выходному сечению сопла.