ИНЖЕКТОРНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК B01F5/04 

Изобретение относится к струйным, в частности к инжекторным устройствам для смешения пара и жидкости, и может быть использовано в качестве дезинтегратора, гомогенизатора в пищевой промышленности, для дезинфекции и пастеризации жидкостей, а также для подогрева воды в системах отопления в качестве насоса, системах транспорта вязких жидкостей.

Известен инжекторный смеситель, содержащий цилиндрический корпус с поперечным патрубком подвода жидкости и установленные в корпусе, соосные ему активное сопло, подключенное к источнику пара, и камеру смешения, имеющую центральный канал с последовательно по потоку расположенными конфузорным и цилиндрическим участками, а между конфузорным участком и активным соплом образовано всасывающее кольцевое сопло.

Однако данной смеситель, наиболее близкий к изобретению обладает присущими к такому конструктивному выполнению недостатками. Боковой подвод жидкости приводит к неравномерному распределению скорости и давления по окружности всасывающего кольцевого сопла. Это обуславливает возникновение поперечных нагрузок на активное сопло, особенно опасных при большой длине последнего, свойственной известной конструкции. Неравномерность параметров в кольцевом сопле является причиной часто отмечаемых колебаний активного сопла, неустойчивости работы инжектора. Другой причиной механических и аэрогидродинамических колебаний является охлаждение стенок активного сопла жидкостью, текущей в кольцевом сопле. Вблизи охлажденных стенок происходит частичная и неравномерная конденсация пара и могут возникать зоны сверхзвуковых течений вследствие резкого уменьшения скорости звука в двухфазном потоке. Скачки уплотнения, в которых происходит торможение сверхзвуковых потоков, как правило, неустойчивы, и в них происходят значительные потери энергии.

Техническим эффектом изобретения является повышение устойчивости работы.

Указанный эффект достигается тем, что наружная поверхность камеры смешения выполнена с последовательно по ходу потока в центральном канале расположенными цилиндрическим участком большого диаметра, коническим участком и цилиндрическим участком малого диаметра, которые образуют с корпусом кольцевые каналы соответственно минимального проходного сечения, конфузорный и максимального проходного сечения, первый из этих каналов сообщен с всасывающим соплом, а последний с радиальным патрубком.

Диаметры активного сопла на выходе D_c, входа D_кс в конфузорный участок камеры смешения и выхода D_2в из него, наружный диаметр цилиндрической части конфузорного участка D_к и наружный D_2н диаметр цилиндрического участка камеры смешения, D_p внутренний диаметр корпуса и длина L₂ цилиндрического участка камеры смешения связаны соотношениями:
1,5÷1,75; 2÷3; 1,0÷1,5; 1,1÷1,25;
5÷8
Камера смешения может быть выполнена с дополнительном коническим участком на наружной поверхности, образующим с корпусом расширяющуюся к поперечному патрубку полость.

На фиг.1 представлен инжекторный смеситель, продольный разрез; на фиг.2 инжектор с дополнительным коническим участком на наружной поверхности камеры смешения, продольный разрез.

Инжекторный смеситель содержит цилиндрический корпус 1 с радиальным патрубком 2, в котором установлено сопло 3, а также камеру 4 смешения с центральным каналом, имеющим входной конфузорный 5 и цилиндрический 6 участки. Центральный канал и активное сопло 3 соосны с корпусом 1. Сопло 3 образует с участком 5 всасывающее кольцевое сопло 7. Наружная поверхность камеры 4 смешения выполнена с цилиндрическим участком 8 большого диаметра, коническим участком 9 и цилиндрическим участком 10 малого диаметра, расположенными последовательно по ходу потока в центральном канале камеры смешения. Эти участки образуют с внутренней поверхностью корпуса 1 кольцевые каналы 11-13 соответственно минимального проходного сечения, конфузорный и максимального проходного сечения. Канал 11 сообщен с соплом 7, а канал 13 с патрубком 2. В канале 11 могут быть размещены дистанционирующие радиальные выступы 14, закрепленные на корпусе 1 или камере 4 смешения.

Диаметры сопла на выходе D_c, выхода D_кс в конфузорный участок камеры смешения и D_2в выхода из него, наружный диаметр цилиндрической части конфузорного участка камера смешения D_к и наружный D_2н диаметр цилиндрического участка камеры 4 смешения, внутренний диаметр D_p корпуса и длина L₂ цилиндрического участка 6 камеры смешения связаны вышеуказанными соотношениями.

Инжекторный смеситель, показанный на фиг.2, имеет дополнительный конический участок 15 на наружной поверхности камеры 4 смешения. Участок 15 образует с внутренней поверхностью корпуса 1 полость 16, расширяющуюся в сторону радиального патрубка 2.

Инжекторный смеситель работает следующим образом.

Активная среда (пар) подается от источника, например котла, в сопло 3. Поток пара разгоняется в сопле 3, и вытекающая из него струя пара создает разрежение в кольцевом сопле 7. Жидкость из патрубка 2 попадает в цилиндрический канал 13 максимального проходного сечения и затем через конфузорный канал 12 и канал 11 минимального проходного сечения всасывается в сопло 7. Процессы смешения пара и жидкости, конденсации пара завершаются у выхода центрального канала, к цилиндрическому участку 6 которого обычно присоединяется диффузор (как это показано на фиг.1, 2). Последний служит для уменьшения скорости жидкости и, следовательно, потерь энеpгии в трубопроводах. В каналах 12 и 13 происходит подогрев жидкости передачей тепла через стенки камеры смешения. Благодаря этому стенки активного сопла 3 и пристеночные слои пара меньше охлаждаются. Как показали эксперименты и расчеты, предварительный подогрев жидкости позволяет устранить конденсацию пара в сопле 3 и образование локальных сверхзвуковых потоков. Последовательное расположение каналов 13 и 11 соответственно максимального проходного сечения и минимального проходного сечения обеспечивает равномерное распределение параметров по окружности кольцевого сопла 7. Оба эти фактора выравнивание параметров в сопле 7 и подогрев жидкости на входе в него приводят к устранению неустойчивости работы инжектора. Как показали эксперименты и расчеты, в максимальной степени эти факторы проявляются при указанных выше соотношениях размеров, являющихся оптимальными с точки зрения устойчивости работы инжекторного смесителя. Наличие расширяющейся к радиальному патрубку 2 полости 16 (фиг.2) интенсифицирует предварительный подогрев жидкости, что в ряде случае благоприятно сказывается на стабильности работы инжекторного смесителя.

Использование: в качестве дезинтегратора или гомогенизатора в пищевой промышленности, для дезинфекции и пастеризации жидкостей, для подогрева воды в системах отопления, в качестве насоса, в системах транспорта вязких жидкостей. Сущность изобретения: инжекторный смеситель содержит цилиндрический корпус с поперечным патрубком подвода жидкости, установленные в корпусе активное сопло, подключенное к источнику пара, и камеру смешения с конфузорно-цилиндрическим центральным каналом. Наружная поверхность камеры смешения образует с корпусом кольцевые каналы минимального проходного сечения, конфузорный и максимального проходного сечения. Первый из этих каналов сообщен с кольцевым всасывающим соплом, образованным активным соплом и конической частью центрального канала, а последний - с поперечным патрубком. Наружная поверхность камеры смешения может иметь дополнительный конический участок, образующий с корпусом расширяющуюся к поперечному патрубку полость. Приведены оптимальные с точки зрения устойчивости работы геометрические параметры смесителя. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ИНЖЕКТОРНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ, содержащий корпус с радиальным патрубком подвода жидкости и установленные в корпусе по оси активное сопло, подключенное к источнику пара, и камеру смешения, имеющую центральный канал с последовательно по потоку расположенными конфузорным и цилиндрическим участками, всасывающее кольцевое сопло, образованное между активным соплом и конфузорным участком камеры смешения, отличающийся тем, что наружная поверхность конфузорного участка камеры смешения выполнена цилиндроконической, при этом камера смешения образует с корпусом кольцевые каналы соответственно минимального проходного сечения, конфузорный и максимального проходного сечения, первый из этих каналов сообщен с всасывающим соплом, а последний - с радиальным патрубком. 2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что отношение диаметра входа в конфузорный участок камеры смешения к диаметру выхода из него составляет 1,5 - 1,75, отношение внутреннего диаметра корпуса к наружному диаметру цилиндрического участка камеры смешения составляет 2 - 3, отношение диаметра активного сопла на выходе к диаметру выхода из конфузорного участка камеры смешения составляет 1,0 - 1,5, отношение внутреннего диаметра корпуса к наружному диаметру цилиндрической части конфузорного участка камеры смешения составляет 1,1 - 1,25, а отношение длины цилиндрического участка камеры смешения к его диаметру составляет 5 - 8. 3. Смеситель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что камера смешения на выходе выполнена с дополнительным коническим участком на наружной поверхности, образующим с корпусом расширяющуюся к радиальному патрубку полость.