МНОГОСОПЛОВОЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЖЕКТОР Российский патент 1995 года по МПК F04F5/14 

Изобретение относится к струйной технике, преимущественно к газоструйным эжекторам для перекачки газообразных сред, жидкостей и сыпучих материалов, а также для создания и поддержания вакуума в различных замкнутых объемах.

Известен многосопловой эжектор, содержащий форкамеру высоконапорного газа, камеру смешения и расположенные по винтовой линии вдоль камеры смешения активные сопла [1]
Недостатком данного эжектора является узкая область его использования, что связано с тем, что не представляется возможным оптимизировать режим работы эжектора при изменении внешних параметров его работы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является многосопловой регулируемый эжектор, содержащий патрубки подвода высоконапорного и низконапорного газов, форкамеру высоконапорного газа, расширяющуюся по ходу потока камеру смешения, выходной диффузор и дискретные активные сопла, установленные в стенке камеры смещения под углом к оси эжектора [2]
В данном эжекторе предусмотрена возможность регулирования подачи активной среды, однако данный эжектор имеет сравнительно невысокий КПД, что связано с тем, что не удается создать оптимальный для меняющихся параметров работы профиль активных сопел. Кроме того, в форкамере высоконапорного газа не обеспечивается оптимальный режим подвода активной (высоконапорной) газообразной среды к активным соплам, что дополнительно приводит к работе активных сопел в неоптимальном режиме, и нарушению процесса смешения активной и пассивной (низконапорной) сред в камере смешения.

Техническим результатом от использования описанного изобретения является оптимизация и расширение эксплуатационных характеристик многосоплового регулируемого эжектора. Это, в свою очередь, позволяет продлить срок его эксплуатации на конкретной промышленной технологической линии, особенно в случаях, когда имеют место изменяющиеся по времени параметры газов (давление, температура, расходы и др.).

Указанный технический результат достигается тем, что многосопловый регулируемый эжектор содержит патрубки подвода высоконапорного и низконапорного газов, форкамеру высоконапорного газа, расширяющуюся по ходу потока камеру смешения, выходной диффузор и дискретные активные сопла, установленные в стенке камеры смешения под углом к оси эжектора. Дискретные активные сопла размещены равномерно по окружности камеры смешения с образованием вдоль камеры ступеней сжатия, в каждой ступени сжатия выполнены два ряда активных сопел, расстояние между которыми равно от 0,5 до 1,0 диаметра камеры смешения в плоскости первого ряда активных сопел каждой ступени сжатия, расстояние между смежными ступенями сжатия активных сопел составляет 2-4 диаметра камеры смешения в плоскости первого ряда активных сопел каждой ступени сжатия, в смежных рядах активные сопла расположены относительно друг друга со смещением в окружном направлении, причем величина смещения равна половине центрального угла между соплами ряда, вдоль камеры смешения активные сопла наклонены к оси эжектора под углом от 0 до 15^о, кроме того, ось каждого сопла наклонена к плоскости, проходящей через ось эжектора, под углом β где n число ступеней эжектора, при этом активные сопла выполнены с максимальным наклоном в продольном направлении в первых ступенях и с минимальным наклоном в последней ступени. Камера смешения собрана из отдельных, жестко соединенных между собой, сменных секций, угол наклона образующей стенки камеры смешения к оси эжектора составляет 1-4^о, форкамера эжектора снабжена концентричной ей перфорированной цилиндрической обечайкой, которая охватывает камеру смешения и закреплена относительно форкамеры при помощи жестких опор, форкамера имеет опору на перфорированную обечайку, причем опора расположена от начала первой ступени активных сопел на расстоянии, равном 0,66 длины камеры смешения. Отверстия перфорации выполнены в стенке цилиндрической обечайки рядами, причем диаметр отверстий увеличивается в направлении от первой ступени активных сопел к последней, суммарная площадь отверстий перфорации в 4-5 раз больше суммарной площади сечений активных сопел в их наименьшем проходном сечении, а внутренняя полость обечайки сообщена с форкамерой через торцовую поверхность обечайки со стороны первой ступени активных сопел. Секции камеры смешения могут быть соединены между собой посредством сварки, резьбы или фланцевых соединений. Дискретные активные сопла выполнены сменными и с возможностью их отключения путем установки на входе в них заглушек, камера смешения установлена в форкамере с возможностью ее удаления через торцовую стенку форкамеры. Указанное выше выполнение эжектора позволяет производить разборку и сборку эжектора без расстыковки фланцевых соединений трубопроводов подачи высоконапорного и низконапорного газов, путем использования отжимных винтов и монтажных шпилек, установленных на торцовой поверхности форкамеры.

Таким образом, путем выполнения эжектора, как описано выше, обеспечивается возможность регулирования основных геометрических параметров многосоплового эжектора.

Анализ известных технических решений и описанного эжектора позволяет сделать вывод, что он соответствует критериям изобретения новизна, изобретательский уровень и промышленная примени- мость.

На фиг. 1 представлен схематически продольный разрез многосоплового эжектора; на фиг. 2 одна из секций камеры смешения; на фиг. 3 вид по стрелке Б на фиг. 2; на фиг. 4 узел установки дискретного активного сопла в стенке секции камеры смешения; на фиг. 5 вариант установки заглушки на входе в активное сопло; на фиг. 6 результаты испытаний эжектора.

Многосопловый регулируемый эжектор содержит патрубки 1, 2 подвода высоконапорного и низконапорного газов, форкамеру 3 высоконапорного газа, расширяющуюся по ходу потока камеру 4 смешения, выходной диффузор 5 и дискретные активные сопла 60 установленные в стенке камеры 4 смешения под углом к оси эжектора. Дискретные активные сопла 6 размещены равномерно по окружности камеры 4 смешения с образованием вдоль камеры 4 смешения ступней сжатия. В каждой ступени сжатия выполнены два ряда активных сопел 6, расстояние l между которыми равно от 0,5 до 1,0 диаметра d камеры 4 смешения в плоскости первого ряда активных сопел 6 соответствующей ступени сжатия, расстояние l₁ между смежными ступенями сжатия активных сопел 6 составляет 2-4 диаметра d камеры 4 смешения в плоскости первого ряда активных сопел 6 каждой ступени сжатия, в смежных рядах активные сопла 6 расположены относительно друг друга со смещением в окружном направлении, вдоль камеры 4 смешения активные сопла 6 наклонены к оси эжектора под углом α, лежащим в диапазоне от 0 до 15^о, кроме того ось каждого сопла наклонена к плоскости, проходящей через продольную ось эжектора, под углом β , где n число ступеней сжатия эжектора, при этом активные сопла 6 выполнены с максимальным наклоном в продольном направлении в первых ступенях и минимальным наклоном в последней ступени. Камера смешения собрана из отдельных, жестко соединенных между собой сменных секций 7, угол γ наклона образующей стенки камеры 4 смешения к оси эжектора составляет 1-4^о, форкамера 3 эжектора снабжена перфорированной цилиндрической обечайкой 8, которая охватывает камеру 4 смешения и закреплена относительно камеры 3 при помощи жестких опор 9. Камера 4 смешения установлена с возможностью осевого перемещения относительно обечайки 8 при сборке и разборке эжектора. Отверстия 10 перфорации выполнены в стенке цилиндрической обечайки 8 рядами, причем диаметр d₁ отверстий 10 перфорации увеличивается в направлении от первой ступени активных сопел 6 к последней, суммарная площадь отверстий 10 перфорации в 4-5 раз больше суммарной площади сечений активных сопел 6 в их наименьшем проходном сечении, а внутренняя полость обечайки 8 сообщена с форкамерой 3 через торцовую поверхность обечайки 8 со стороны первой ступени активных сопел 6. Секции 7 камеры смешения 4 могут быть соединены между собой посредством сварки, резьбы или фланцевых соединений, а число секций 7 соответствует числу ступеней сжатия. Дискретные активные сопла 6 выполнены сменными и с возможностью отключения их путем установки на входе в них заглушек 11. Камера 4 смешения имеет опору 12 на перфорированную обечайку 8, на которой она скользит при извлечении через торцовую стенку форкамеры 3.

Эжектор работает следующим образом.

Высоконапорный газ из форкамеры 3 поступает в обечайку 8 и из нее в дискретные активные сопла 6, истекая из которых, увлекает в камеру 4 смешения эжектируемый низконапорный газ, который поступает в эжектор по оси камеры 4 смешения из патрубка 2 низконапорного газа.

В камере 4 смещения происходит смешение газов и их смесь поступает в диффузор 5, где кинетическая энергия потока частично преобразуется в потенциальную энергию давления.

Проведенные исследования работы эжектора показали, что давление разрежения (P_раз), создаваемое эжектором в патрубке 2 подвода низконапорного газа в зависимости от давления на выходе из диффузора 5 (P_вых) приблизительно в 3 раза (кривые 13 и 14 на фиг. 6) ниже, чем создаваемое используемым в настоящее время одноступенчатым сверхзвуковым эжектором (кривая 15 на фиг. 6). Кроме того, проведенные в ЦАГИ испытания эжектора с использованием в качестве активной среды сжатого воздуха показали помещение характеристик работы эжектора по сравнению с эжектором, взятым за прототип, что последний позволяет использовать эжектор в аэродинамических установках при степенях сжатия от 10 до 100.

При необходимости изменения рабочих характеристик эжектора камера 4 смешения извлекается из форкамеры 3 эжектора, что позволяет: изменить осевое положение активных сопел 6 путем их перемещения и фиксации в новом положении в стенке камеры 4 смешения;
заменить одно активное сопло на другое;
установить заглушку на одно или нескольких сопел;
заменить одну или несколько секций 7 камеры 4 смешения с созданием требуемого ее профиля.

Таким образом, предлагаемая конструкция многосоплового регулируемого эжектора позволяет в зависимости от конкретных условий в процессе эксплуатации регулировать почти все геометрические размеры эжектора и тем самым обеспечить наиболее оптимальный режим его эксплуатации с соответствующим ростом его рабочих характеристик и снижением издержек на его эксплуатацию.

Использование: для перекачки газообразных сред, жидкостей и сыпучих материалов. Сущность: в эжекторе, содержащем форкамеру высоконапорного газа, расширяющуюся по ходу потока камеру смешения, выходной диффузор и дискретные активные сопла, последние размещены равномерно по окружности камеры смешения с образованием вдоль камеры смешения ступеней сжатия, а в каждой ступени сжатия выполнены два ряда активных сопел, расстояние между которыми равно от 0,5 до 1,0 диаметра камеры смешения в плоскости первого ряда каждой ступени сжатия активных сопел. 11 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. МНОГОСОПЛОВОЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЖЕКТОР, содержащий патрубки подвода высоконапорного и низконапорного газов, форкамеру высоконапорного газа, расширяющуюся по ходу потока камеру смешения, выходной диффузор и дискретные акивные сопла, установленные в стенке камеры смещения под углом к оси эжектора, отличающийся тем, что дискретные активные сопла размещены равномерно по окружности камеры смешения с образованием вдоль камеры смешения ступеней сжатия, в каждой ступени сжатия выполнены два ряда активных сопл, расстояние между которыми равно 0,5 1,0 диаметра камеры смешения в плоскости первого ряда каждой ступени сжатия активных сопел. 2. Эжектор по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между смежными ступенями сжатия активных сопл составляет 2 4 диаметра камеры смешения в плоскости первого ряда активных сопл каждой ступени сжатия. 3. Эжектор по п. 1, отличающийся тем, что в смежных рядах активные сопла расположены со смещением в окружном направлении, причем величина смещения равна половине центрального угла между соплами ряда. 4. Эжектор по п. 1, отличающийся тем, что ось каждого активного сопла наклонена к плоскости, проходящей через продольную ось эжектора под углом где n число ступеней эжектора. 5. Эжектор по п. 1, отличающийся тем, что величина угла наклона активных сопл в каждой последующей ступени к оси эжектора уменьшается от 15^o. 6. Эжектор по п. 1, отличающийся тем, что камера смешения собрана из отдельных жестко соединенных между собой сменных секций, угол наклона образующей стенки камеры смешения к оси эжектора составляет 4^o. 7. Эжектор по п. 6, отличающийся тем, что секции камеры смешения соединены между собой посредством сварки. 8. Эжектор по п. 6, отличающийся тем, что секции камеры смешения соединены между собой посредством резьбы. 9. Эжектор по п. 6, отличающийся тем, что секции камеры смешения соединены между собой посредством фланцевых соединений. 10. Эжектор по п. 1, отличающийся тем, что форкамера снабжена концентричной перфорированной цилиндрической обечайкой, внутренняя полость которой сообщена с форкамерой через торец со стороны первой ступени сжатия. 11. Эжектор по п. 10, отличающийся тем, что форкамера имеет опору на перфорированную обечайку, причем опора расположена на расстоянии 0,66 длины камеры смешения от начала первой ступени сжатия. 12. Эжектор по п. 10, отличающийся тем, что отверстия выполнены в стенке цилиндрической обечайки рядами, причем диаметр отверстий перфорации увеличивается в направлении от первой ступени активных сопл к последней, суммарная площадь отверстий перфорации в 4 5 раз больше суммарной площади сечений активных сопл в их наименьшем проходном сечении.