НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F04C7/00 F04C19/00 

Изобретение относится к вакуумной технике, конкретно к жидкостно-кольцевым вакуумным насосам.

Известная насосная установка, состоящая из жидкостно-кольцевого вакуумного насоса и предвключенного газоструйного воздушного эжектора (DE, патент, N 968232. кл. 27 C 16/01, 1958). В этой насосной установке насос подключен к реципиенту через эжектор, что позволяет поддерживать в реципиенте более низкое давление, чем это может обеспечить один насос, без эжектора.

Недостатки такой насосной установки следующие:
она обеспечивает заданное разрежение (т.е. технологический режим по вакууму) в одном лишь реципиенте:
при возможности получить более глубокий вакуум она имеет более низкую производительность, чем без эжектора.

Известна насосная установка, жидкостно-кольцевого вакуумного насоса и эжектора, где внутренние размеры проточной части эжектора связаны определенным математическим соотношением с диаметром рабочего колеса насоса (SU, авт. св. N 1826635, кл. F 04 F 5/54, 1994). При работе такой установки ее производительность повышается по сравнению с установкой по патенту ФРГ за счет оптимизации внутренних размеров эжектора.

Недостатком этого изобретения является невозможность оптимизации таким способом эжектора при использовании насоса для более чем одного реципиента.

В условиях конкретного производства часто возникает необходимость обеспечить несколько технологических линий разрежением разной степени, используя при этом один вакуумный насос.

Задачей изобретения являлось осуществление потребности в создании вакуума различной глубины на нескольких технологических линиях (в нескольких реципиентах) при использовании одной вакуумсоздающей машины.

Задача решается путем создания насосной установки, состоящей из жидкостно-кольцевого вакуумного насоса, ресивера и подсоединенных к нему предвключенных газоструйных воздушных эжекторов, каждый из которых обеспечивает требуемый вакуум для "своего" реципиента.

В предлагаемой насосной установке, изображенной на фиг. 1., всасывающий патрубок 1 жидкостно-кольцевого вакуумного насоса 2 соединяется с выходным фланцем 3 ресивера 4, к входным фланцам 5...5 которого подключены своими выходными фланцами 6...6 предвключенные газоструйные воздушные эжекторы 7...7. В свою очередь, эжекторы соединены своими входными фланцами 8...8 с реципиентами 9...9.

Установка работает следующим образом. Насос 2 поддерживает постоянное (требуемое) разрежение (давление) в ресивере 4 и далее через эжектор 7 обеспечивает необходимое разрежение в реципиенте 9.

Каждый из этих эжекторов рассчитан на такую степень повышения давления, чтобы на входе в него поддерживать вакуум, необходимый для реципиента, с которым он соединен. Если необходимо, то некоторые из эжекторов могут быть двух- или более ступенчатыми, что обеспечивает более глубокий вакуум в соединенных с ними реципиентах.

На фиг. 2 изображена насосная установка, состоящая из насоса 2, соединенного через всасывающий патрубок 1 с выходным фланцем 3 ресивера 4, к одному из входных фланцев 5 которого подключен своим выходным фланцем 6 двухступенчатый эжектор 7...7, к второму входному фланцу 5 ресивера 4 подключен своим выходным фланцем 6 одноступенчатый эжектор 7.

Если для каких-либо реципиентов достаточен вакуум, создаваемый насосом без эжекторов, то на одной или более технологически линиях эжекторы могут отсутствовать. В этом случае давление в реципиенте с точностью до потерь давления в трубопроводе будет равно давлению в ресивере.

Задачей данного изобретения являлась также оптимизация эжекторов для максимального использования мощности насоса при обслуживании нескольких реципиентов. Данная задача решается путем нахождения определенных математических соотношений между геометрическими размерами внутренних каналов всех эжекторов 7...7, подсоединенных к данному насосу 2, и размерами его рабочего колеса.

Для расчета оптимального единичного эжектора уравнение, связывающее диаметр критического сечения (d_кр) сопла Лаваля эжектора с размерами рабочего колеса насоса, имеет вид

где B и D - ширина и диаметр рабочего колеса насоса.

При выводе уравнения (1) определялись взаимные соотношения площадей сопел Лаваля и проточной части насоса. Критический диаметр сопла Лаваля определяет его площадь однозначно. При использовании эжектора с таким диаметром критического сечения сопла Лаваля производительность насосной установки с данным рабочим колесом является максимальной.

При подключении к одному насосу двух или более эжекторов уравнение (1) теряет смысл, так как выведено для работы насоса с одним эжектором, а диаметр не является аддитивной функцией. В случае, если в одной установке к насосу подсоединены два или более эжекторов, уравнение (1) путем тождественных преобразований заменяется идентичным, имеющим вид

или
F_кр=(2,6...9,6)•10^-4BD,
где F_кр- площадь критического сечения сопла Лаваля.

Уравнение (2) тождественно исходному (1), т.е. если по нему определить d_кр сопла Лаваля единичного эжектора, оно будет соответствовать значению, полученному по уравнению (1). Поскольку в данном изобретении предполагается одновременное подключение двух или более эжекторов, то сумма площадей критических сечений их сопел Лаваля должна соответствовать также уравнению (2). В уравнении (2) указана площадь критического сечения сопла Лаваля единичного эжектора. При замене его на два или более ПЭ суммарная площадь критических сечений их сопел Лаваля должна быть равна площади единичного эжектора.

,
где i - порядковый номер эжектора, n - число эжектора 1≤i≤n.

В том случае, когда какая-то часть производительности насоса (m) используется напрямую в одной из технологических линий без эжекторов, это также должно быть учтено в уравнении (3), следовательно
,
где m - доля производительности насоса, используемая напрямую помимо эжектора.

Таким образом, изобретение позволяет при помощи одного насоса поддерживать вакуум различной глубины в двух или более реципиентах. Реципиентами могут быть массообменные аппараты и другие устройства химического, биотехнологического и т.п. назначения.

Кроме этого, выведенные соотношения (уравнения 3,4) позволяют оптимизировать эжекторы для получения требуемого технологического режима по вакууму для каждого реципиента.

Рассмотрим примеры осуществления предлагаемого изобретения.

Пример 1. При производстве этиленгликоля необходимо создать вакуумную систему для следующих 4-х реципиентов с различными параметрами:
вакуумная колонна 1, в которой поддерживается давление 120 мм рт.ст. и откачивается 7,5 м³/мин газа;
вакуумная колонна 2, в которой поддерживается давление 50 мм рт. ст. и откачивается 6 м³/мин газа;
вакуумная колонна 3, в которой поддерживается давление 30 мм рт. ст. и откачивается 11,7 м³/мин газа;
вакуумная колонна 4, в которой поддерживается давление 30 мм рт. ст. и откачивается 3,6 м³/мин газа.

Для обеспечения требуемых параметров выбирается водокольцевой вакуумный насос фирмы "Sigma" 200-SZO-500-500-LC-OO. По характеристике этого насоса при давлении 120 мм рт.ст. его производительность составляет 30м³/мин. Возможно использование других насосов, обеспечивающих аналогичные параметры.

К всасывающему патрубку этого насоса подключается ресивер, который имеет 4 входных фланца. К одному из них подключена вакуумная колонна 1 без эжектора, колонны 2-4 подключены через эжектор.

Схема проточной части эжектора приведена на фиг. 3. Эжектор состоит из сопла рабочего газа - сопла Лаваля 1, сопла сжимаемого газа 2, камеры смешения 3 и диффузора 4. На схеме указаны d_кр - диаметр критического сечения сопла Лаваля; d₁ - диаметр выходного сечения сопла Лаваля; d₂ - диаметр входа камеры смешения, d₃ - диаметр выхода камеры смешения.

Расчетами получены следующие оптимальные размеры проточных частей эжекторов для колонн 2-4, которые приведены в табл. 1
Таким образом, показана принципиальная осуществимость создания вакуумной системы с одним насосом и несколькими эжекторами, поддерживающими различные давления у реципиентов. Предполагается внедрение такой вакуумной системы на АО "Казаньоргсинтез".

Пример 2. Необходимо создать вакуумную систему для следующих 2-х реципиентов с различными параметрами:
вакуумная колонна 1, в которой поддерживается давление 30 мм рт. ст. и откачивается 15 м³/мин газа;
вакуумная колонна 2, в которой поддерживается давление 5 мм рт. ст и откачивается 16 м³/мин газа.

Для обеспечения требуемых параметров выбирается водокольцевой вакуумный насос фирмы "Sigma" 200-SZO-500-500-LC-OO. По характеристике этого насоса при давлении 90 мм рт. ст. его производительность составляет 27 м³/мин. К всасывающему патрубку этого насоса подключается ресивер, имеющий 2 входных фланца, к одному из которых подключена вакуумная колонна 1 через одноступенчатый ПЭ, а к второму - колонна 2 через двухступенчатый эжектор.

Расчетами получены следующие оптимальные размеры проточных частей эжекторов, которые приведены в табл. 2.

Таким образом, показана принципиальная возможность создания вакуумной системы с одним насосом и несколькими эжекторами, поддерживающими различные давления у реципиентов, причем один (или более) эжекторов - двух (или более) ступенчатый.

Техническим результатом данного изобретения является возможность использования вместо нескольких жидкостно-кольцевых вакуумных насосов, отдельных для каждой технологической линии, одной насосной установки, которая состоит из одного насоса, ресивера, ряда предвключенных газоструйных воздушных эжекторов, создающих различную величину разрежения, одного пульта управления и отличается большей простотой эксплуатации. При этом за счет оптимизации эжекторов обеспечивается максимальное использование производительности насоса.

Использование: в вакуумной технике, конкретно в жидкостно-кольцевых вакуумных насосах, к которым подсоединены предвключенные газоструйные воздушные эжекторы. Сущность изобретения: введение в вакуумную систему ресивера, который позволяет использовать один насос для нескольких реципиентов, каждого со своим эжектором, поддерживающим необходимое разрежение на выходе из реципиента. Размеры критических сечений сопел Лаваля всех эжекторов связаны с размерами рабочего колеса насоса определенными математическими соотношениями. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Насосная установка, состоящая из жидкостно-кольцевого вакуумного насоса, имеющего корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, эксцентрично расположенное рабочее колесо, и предвключенного газоструйного воздушного эжектора, отличающаяся тем, что, она снабжена ресивером, подсоединенным своим выходным фланцем к всасывающему патрубку насоса, а входными фланцами к выходным фланцам эжектора с различными геометрическими размерами проточной части, причем общее число эжекторов в одной установке два или более, а сумма площадей критических сечений сопл Лаваля всех эжекторов, подсоединенных к ресиверу, равна площади критического сечения сопла Лаваля единичного эжектора. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что один или более эжекторов являются двух- или более ступенчатыми. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере один входной фланец ресивера подключен непосредственно к реципиенту. 4. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что сумма площадей критических сечений сопл Лаваля эжекторов, подсоединенных к ресиверу, связана с размерами рабочего колеса насоса следующим соотношением
F_i (2,6 9,6) • 10^- 4 B • D,
где n число эжекторов, подсоединенных к ресиверу;
i порядковый номер эжекторов, 1 ≤ i ≤ n;
B и D соответственно ширина и диаметр рабочего колеса насоса;
F_i площадь критического сечения сопла Лаваля одного эжектора, подсоединенного к ресиверу

где d_к р диаметр критического сечения сопла Лаваля. 5. Установка по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что сумма площадей сопл Лаваля эжекторов, подсоединенных к ресиверу, связана с размерами рабочего колеса насоса следующим соотношением

где m доля производительности насоса, используемая напрямую, помимо эжекторов.