ИНЖЕКТОРНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК B01F5/04 

Изобретение относится к струйным смесителям, а именно к инжекторам для смешения пара и жидкости и может быть использовано в качестве дезинтегратора, гомогенизатора для дезинфекции и пастеризации жидкостей, а также для прогрева жидкостей в системах их транспортировки.

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 [1]
В качестве ближайшего аналога может быть принят 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, при этом внешняя поверхность камеры смешения выполнена в виде трех расположенных по потоку участков: цилиндрического большего диаметра,конического и цилиндрического малого диаметра, образующих с внутренней поверхностью корпуса кольцевой канал с соответствующим переменным сечением, соединенным с центральным каналом камеры смешения всасывающим кольцевым соплом [2]
Предлагаемое техническое решение по сравнению с указанными аналогами обеспечивает более устойчивый режим работы инжектора, улучшение тепло- массообмена, а также расширяет диапазон работы устройства.

Указанный эффект достигается за счет выполнения центрального канала из четырех последовательно по потоку расположенных участков: конфузорного большего диаметра, цилиндрического с диаметром, равным диаметру выходного среза первого участка, второго конфузора с входным диаметром, равным диаметру второго участка, и второго цилиндрического с диаметром, равным диаметру выходного среза третьего участка, а также для обеспечения оптимизации характеристик инжектора при различных условиях работы предусмотрено введение в предлагаемую конструкцию дополнительных элементов: обтекателя или центрального тела в сопло, второй ступени нагрева парожидкостного потока, выполненного в виде второй камеры смешения с патрубком подвода пара.

На фиг. 1 представлена конструкция инжектора; на фиг. 2 конструкция активного сопла с обтекателем; на фиг.3 конструкция активного сопла с центральным телом; на фиг. 4 конструкция дополнительной камеры смешения.

Инжекторный смеситель (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 с радиальным патрубком 2, в котором установлено активное сопло 3, а также камеру смешения 4 с центральным каналом, выполненным из четырех последовательно по потоку расположенных участков: первого конфузора 5, второго - цилиндрического 6 с диаметром, равным диаметру выходного среза первого участка, третьего второго конфузора 7 с входным диаметром, равным диаметру второго участка, и четвертого второго цилиндрического 8 с диаметром входного среза равным диаметру третьего участка. Наружная поверхность камеры 4 выполнена с цилиндрическим участком 9 большего диаметра, коническим участком 10 и цилиндрическим участком малого диаметра 11. Эти участки образуют с внутренней поверхностью корпуса 1 кольцевые каналы соответственно: минимального проходного сечения 12, конфузорного 13 и максимального 14. Центральный канал и сопло 3 соосны с корпусом 1. Сопло 3 образует с конфузорным участком 5 всасывающее кольцо 15. Канал 12 сообщен с соплом 15, а канал 13 с патрубком 2. Конфузорный участок 5 размещен до выходного среза сопла 3, а далее следует второй цилиндрический участок 6, причем соотношение, определяющее оптимальный режим смешения, длины L_ц цилиндрического участка 6 и внутреннего диаметра Dc сопла составляет:
L_ц 1-3D_с
К системе инжекторный смеситель может быть подсоединен с помощью фланцев 16, однако это не исключает другие конструктивные решения его подключения.

Во втором варианте выполнения инжекторного смесителя (фиг.2) сопло 3 выполнено щелевым, образуемым за счет установки в его полости соосно с внутренним отверстием обтекателя 17, выполненного в форме цилиндра с конусными наконечниками на обоих торцах, при этом обтекатель закреплен в полости сопла 3 с помощью ребер 18, размещенных по периметру обтекателя. Оптимальное соотношение конструктивных параметров для режимов, при которых рекомендуется применять данный вариант инжекторного смесителя составляет
D_c 1,01 5,0 d_o
где D_c внутренний диаметр сопла 2, d_o внешний диаметр обтекателя 17.

В третьем варианте инжекторного смесителя (фиг.3) в сопле 3 с помощью ребер 18, аналогично второму варианту закреплено центральное тело 19, представляющее собой полый цилиндр с коническими скосами внешней поверхности на обоих торцах цилиндра. Оптимальное соотношение конструктивных параметров для режимов, при которых рекомендуется применять данный вариант составляет
D_c d_в 2-4 d_ц L_ц= 0,25-0,7 L_кс
где d_в диаметр цилиндра центрального тела,
d_ц диаметр внутреннего канала цилиндра центрального тела,
L_ц длина центрального тела, выступающая из сопла 3,
L_кс длина второго участка центрального канала.

Четвертый вариант инжекторного смесителя (фиг.4) снабжен дополнительной камерой смешения 20 с радиальным патрубком для подвода пара, полость камеры смешения состоит, как и основной, из аналогичных четырех участков: конфузорного 21, цилиндрического 22, второго конфузорного 23 и второго цилиндрического 24. Входное сопло 25 дополнительной камеры смешения 20 выполнено щелевым, соединяет полость патрубка 21 с центральным каналом основной камеры смешения и образовано наружной поверхностью выходного конца цилиндрического участка малого диаметра основного цилиндрического канала 26, выполненного конусообразным, и внутренней поверхностью конфузорного участка 21 дополнительной камеры смешения. При этом рекомендуемые соотношения, обеспечивающие наивыгоднейшим режим, составляют
S₂ 0,2 0,5 S₁
где S₂ площадь поперечного сечения парового сопла 25 дополнительной камеры смешения,
S₁ площадь поперечного сечения парового сопла 3 основной камеры смешения,
D_в1 1,0 1,3 D_в2
где D_в1 внутренний диаметр четвертого участка 8 центрального канала основной камеры смешения,
D_в2 внутренний диаметр четвертого участка 24 центрального канала камеры смешения.

L_r1 3-7 D_в1
где L_r1 длина участка 8 центрального канала основной камеры смешения.

L_r2 4-8 D_в2
D_c 1-2 D_в2
Инжекторный смеситель работает следующим образом.

Активная среда (пар) подается от источника, например котла, в сопло 3. Поток пара разгоняется в сопле 3. Вытекающая из сопла струя пара создает разрежение в кольцевом сопле 15. Жидкость из патрубка 2 попадает в цилиндрический канал максимального проходного сечения 14 и затем через конфузорный канал 13 и канал 12 минимального проходного сечения всасывается в сопло 15. Процесс смешения пара и жидкости, конденсации пара завершается у выхода центрального канала. Конфигурация кольцевых каналов 13 и 12 и цилиндрический участок центрального канала 6 обеспечивают равномерное распределение параметров парожидкостного потока, повышение предельного уровня подогрева жидкости и приводит к устранению неустойчивости в работе инжекторного смесителя.

В варианте конструкции сопла с обтекателем, который рекомендуется применять в устройстве в качестве гомогенизатора и дезинтегратора, инжектор работает аналогично, но благодаря уменьшению поперечного сечения парового сопла коэффициент инжекции достигает величины порядка 50-100 в отличие от значений 6-10 в конструкции парового сопла 3 по основному первому варианту исполнения.

Коэффициент инжекции v G_в/ G_п,
где G_в расход холодной жидкости,
G_п расход пара.

В варианте конструкции сопла с центральным телом, который рекомендуется применять при необходимости увеличения уровня подогрева, инжекторный смеситель работает аналогично основному варианту, но благодаря установке в сопле центрального тела повышается равновесность процессов тепло- массообмена в камере смешения, что позволяет повысить подогрев жидкости и улучшить пусковые характеристики устройства, поскольку устраняет гидроудары в момент запуска и снижает гидравлические потери в камере смешения.

В варианте с дополнительной ступенью подогрева, который может быть рекомендован для систем отопления и горячего водоснабжения, когда требуемая тепловая нагрузка меняется в несколько раз, выполненной в виде дополнительной камеры смешения, основная ступень функционирует так, как описано выше, а работа дополнительной ступени заключается в том, что пар, поступающий в патрубок дополнительной камеры смешения 20 из полости камеры через щелевое сопло 25, поступает в центральный канал дополнительной камеры смешения, где смешивается с потоком, поступающим из центрального канала основной камеры смешения. При этом возможна как совместная, так и раздельная работа основной и дополнительной ступеней, что позволяет существенно (в несколько раз) расширить область достижимых режимов по подогреву потока по сравнению с одноступенчатым вариантом.

Использование: в струйных смесителях для смешения пара и жидкости в качестве дезинтеграторов, гомогенизаторов, для дезинфекции и пастеризации жидкостей, а также для прогрева жидкостей в системах их транспортировки. Обеспечивает устойчивую работу инжектора, улучшение тепло-массообмена, а также расширяет диапазон работы устройства. Сущность изобретения: смеситель содержит корпус с радиальным патрубком для подвода жидкости и установленные в корпусе по оси паровое сопло, подключенное к источнику пара, и камеру смешения, имеющую центральный канал цилиндрической формы с переменным сечением внешней поверхности, образующей с внутренней поверхностью корпуса кольцевой канал, соединенный с центральным каналом камеры смешения всасывающим кольцевым соплом. Предусмотрено введение дополнительных элементов: обтекателя или центрального тела в паровой сопло, второй ступени нагрева парожидкостного потока, выполненного в виде камеры смешения с патрубком подвода пара. 3 з.п.ф-лы, 4 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, при этом внешняя поверхность камеры смешения выполнена в виде трех расположенных по потоку участков цилиндрического большего диаметра, конического и цилиндрического малого диаметра, образующих с внутренней поверхностью корпуса кольцевой канал с соответствующим переменным сечением, соединенный с центральным каналом камеры смешения всасывающим кольцевым соплом, отличающийся тем, что центральный канал выполнен из четырех последовательно по потоку расположенных участков конфузорного большего диаметра, первого цилиндрического, второго конфузорного и второго цилиндрического, причем стыкующие торцы этих участков совпадают по диаметрам. 2. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен обтекателем, закрепленным соосно в полости активного сопла с помощью ребер по периметру обтекателя, причем обтекатель имеет цилиндрическую форму с конусными наконечниками на обоих торцах. 3. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен центральным телом, закрепленным соосно в полости активного сопла с помощью ребер по периметру, причем центральное тело выполнено в виде полого цилиндра, внешняя поверхность которого имеет конические скосы на обоих торцах. 4. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной камерой смешения, выполненной в виде второго корпуса с радиальным патрубком подвода пара, закрепленным на внешней стороне основной камеры смешения, и центральным каналом цилиндрической формы, аналогичным центральному каналу основной камеры смешения, при этом полость патрубка дополнительной камеры смешения соединена с центральным каналом через щелевое сопло, образованное внешней поверхностью выходного участка центрального канала основной камеры смешения, выполненным конусообразным, и соосно размещенной в полости первого конфузорного участка дополнительной камеры смешения.