НАСОСНО-ЭЖЕКТОРНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК F04F5/54 

Изобретение относится к струйной технике, преимущественно к установкам для создания вакуума, преимущественно в вакуумных ректификационных колоннах, и для сжатия различных газообразных сред.

Известна насосно-эжекторная установка, содержащая эжектор, насос рабочей жидкости и сепаратор, при этом насос подключен к эжектору патрубок подвода пассивной среды которого подключен к газовой магистрали, а сепаратор связан с выходом эжектора и входом насоса [1].

Данная установка позволяет откачивать различные газы, используя замкнутый контур циркуляции рабочей жидкости, однако в данной установке не в полной мере используется энергия рабочей жидкости при откачке газообразной среды, что снижает эффективность работы данной установки.

Наиболее близкой к описываемой по технической сущности является насосно-эжекторная установка, содержащая жидкостно-газовый эжектор, включающий устройство подвода пассивной среды, камеру смешения и сопло, насос, подключенный выходом к соплу эжектора и сепаратор, подключенный выходом жидкости к входу в насос, при этом устройство подвода пассивной среды эжектора подключено входом к источнику откачиваемой газообразной среды [2].

В данной установке путем оптимизации работы жидкостно-газового струйного аппарата достигается возможность откачивать различные газообразные среды, создавая в откачиваемом объеме вакуум, и сжимать откачиваемую газообразную среду. Тем не менее при работе описанного жидкостно-газового струйного аппарата имеют место достаточно большие потери энергии жидкой рабочей среды, что связано нерациональным перераспределением энергии жидкой рабочей среды на начальном этапе ее взаимодействия с откачиваемой газообразной средой.

Задачей, на решение которой направлено изобретение является повышение КПД работы насосно-эжекторной установки путем снижения потерь энергии жидкой рабочей среды в жидкостно-газовом эжекторе.

Задача решается тем, что в насосно-эжекторной установке, содержащей жидкостно-газовый эжектор, включающий устройство подвода пассивной среды, камеру смешения и сопло, насос, подключенный выходом к соплу эжектора и сепаратор, подключенный выходом жидкости к входу в насос, при этом устройство подвода пассивной среды эжектора подключено входом к источнику откачиваемой газообразной среды, а установка снабжена конденсатором, устройство подвода пассивной среды выполнено в виде приемной камеры, причем с противоположных сторон приемной камеры соосно размещены сопло и камера смешения, последняя установлена с образованием стенкой ее входного участка со стенками приемной камеры полости, например кольцевой полости, которая сообщена при помощи сливной магистрали с сепаратором, выходное сечение сливной магистрали расположено ниже уровня жидкости в сепараторе с образованием гидрозатвора, а эжектор выходом подключен к конденсатору и к последнему входом подключен сепаратор.

Возможен и другой вариант выполнения насосно-эжекторной установки, содержащей жидкостно-газовый эжектор, включающий устройство подвода пассивной среды, камеру смешения и сопло, насос подключенный выходом к соплу эжектора, и сепаратор, подключенный выходом жидкости к входу в насос, при этом устройство подвода пассивной среды эжектора подключено входом к источнику откачиваемой газообразной среды, а установка снабжена конденсатором, устройство подвода пассивной среды выполнено в виде приемной камеры, причем с противоположных сторон приемной камеры соосно размещены сопло и камера смешения, последняя установлена с образованием стенкой ее входного участка со стенками приемной камеры полости, например кольцевой полости, которая подключена к входу в насос, а эжектор выходом подключен к конденсатору и к последнему входом подключен сепаратор.

Кроме того, входной участок камеры смешения, посредством которого образована полость в приемной камере, может быть выполнен в виде сужающейся по ходу потока среды обечайки, полость приемной камеры может быть расположена над сепаратором не ниже высоты барометрического столба жидкости в сливной магистрали, а входное сечение сливной магистрали расположено ниже входа откачиваемой среды в приемную камеру.

При проведении исследования работы жидкостно-газового эжектора было выяснено, что в процессе истечения жидкой рабочей среды из сопла эжектора (как одноствольного, так и многоствольного) периферийная часть потока жидкой рабочей среды, образованная в большей мере мелкодисперсными каплями, при контакте с откачиваемым газом значительно больше, чем остальная часть потока жидкой рабочей среды, теряет кинетическую энергию, причем в процессе соударения с частицами, образующими газ, распыляется в приемной камере и скапливается в зоне входного участка камеры смешения. Потоком газа и за счет градиента давления в приемной камере эта часть потока жидкой рабочей среды начинает стекать в камеру смешения, сужая проходное сечение последней. Как следствие, энергия не распыленной части потока жидкой рабочей среды тратится как на откачку газообразной среды, так и на откачку распыленной части потока жидкой рабочей среды, что снижает в конечном итоге эффективность работы жидкостно-газового эжектора и, соответственно, всей насосно-эжекторной установки.

Выполнение в приемной камере жидкостно-газового эжектора полости, например кольцевой полости, со сливной магистралью позволяет собирать в приемной камере распыленную часть потока жидкой рабочей среды и отводить ее из приемной камеры, в зависимости от условий работы установки, либо в сепаратор, либо на вход насоса с последующим смешением этой части жидкой рабочей среды с основной массой жидкой рабочей среды. Таким образом, энергия жидкой рабочей среды в большей мере используется на откачку и сжатие откачиваемой газообразной среды, причем исключаются потери жидкой рабочей среды, поскольку после отвода распыленной части жидкой рабочей среды из эжектора она возвращается в контур ее циркуляции.

Целесообразно выполнение входного участка камеры смешения, образующего в приемной камере полость, в виде сужающейся по ходу потока среды конической обечайки. Это предотвращает, в случае расположения эжектора наклонно или горизонтально, стекание распыленной части жидкой рабочей среды в камеру смешения. Это же предотвращает расположение входного сечения сливной магистрали ниже входа откачиваемой газообразной среды в приемную камеру.

В случае, если позволяют условия, например вертикальная компоновка насосно-эжекторной установки, целесообразна организация отвода распыленной части потока жидкой рабочей среды самотеком. В этом случае полость приемной камеры должна быть расположена над сепаратором не ниже высоты барометрического столба жидкости в сливной магистрали.

В варианте использования насосно-эжекторной установки в качестве компрессорной установки, независимо от того создает или нет она вакуум в откачиваемом объеме, целесообразен отвод распыленной части потока жидкой рабочей среды из приемной камеры на вход насоса, который фактически будет откачивать ее из полости приемной камеры.

Таким образом, достигается выполнение поставленной в изобретении задачи.

На чертеже представлена схема насосно-эжекторной установки в которой реализованы оба варианта выполнения насосно-эжекторной установки.

Насосно-эжекторная установка содержит жидкостно-газовый эжектор 1, включающий устройство 2 подвода пассивной среды, камеру 3 смешения и сопло 4, насос 5, подключенный выходом к соплу 4 эжектора 1 и сепаратор 6, подключенный выходом жидкости к входу в насос 5, при этом устройство 2 подвода пассивной среды эжектора 1 подключено входом к источнику откачиваемой газообразной среды. Установка снабжена конденсатором 7, устройство 2 подвода пассивной среды выполнено в виде приемной камеры, причем с противоположных сторон приемной камеры 2 соосно размещены сопло 4 и камера 3 смешения последняя установлена с образованием стенкой 8 ее входного участка со стенками приемной камеры 2 полости 9, например кольцевой полости, которая сообщена при помощи сливной магистрали 10 с сепаратором 6, выходное сечение сливной магистрали 10 расположено ниже уровня жидкости в сепараторе 6 с образованием гидрозатвора, а эжектор 1 выходом подключен к конденсатору 7 и к последнему входом подключен сепаратор 6.

Полость 9 приемной камеры 2 подключена к входу в насос 5, стенка 8 входного участка камеры 3 смешения выполнена в виде сужающейся по ходу потока среды, например, конической обечайки. Тем не менее, в зависимости от режима работы эжектора и его пространственного положения данный входной участок может быть цилиндрическим или расширяющимся по ходу потока среды.

Полость 9 приемной камеры 2 расположена над сепаратором 6, преимущественно не ниже высоты барометрического столба жидкости в сливной магистрали 10, а входное сечение сливной магистрали 10 расположено преимущественно ниже входа откачиваемой газообразной среды в приемную камеру 2.

Установка работает следующим образом.

Насосом 5 из сепаратора 6 в сопло 4 жидкостно-газового эжектора 1 подают жидкую рабочую среду, которая, истекая из сопла 2, увлекает из приемной камеры 2 откачиваемую газообразную среду в камеру 3 смешения. Одновременно в процессе истечения из сопла 4 жидкой рабочей среды и в процессе ее смешения с откачиваемой газообразной средой периферийная часть потока жидкой рабочей среды распыляется в приемной камере 2 и, в случае установки эжектора 1 вертикально, стекает по стенкам приемной камеры 2, либо оседает под собственным весом в полости 9, из которой она по сливной магистрали 10 стекает в сепаратор 6. В это же время в камере 3 смешения за счет кинетической энергии жидкой рабочей среды откачиваемая газообразная среда сжимается и смешивается с жидкой рабочей средой с образованием газожидкостной смеси. Полученная в камере 3 смешения газожидкостная смесь из эжектора 1 поступает в конденсатор 7, где организуют процесс перевода в жидкое состояние легко конденсируемых компонентов откачиваемой и сжимаемой газообразной среды. При необходимости интенсификации процесса конденсации в конденсатор 7 возможна подача части жидкой рабочей среды с выхода насоса 5. Организация процесса конденсации в конденсаторе 7 позволяет уменьшить содержание газовой фазы в газожидкостной смеси и тем самым снизить потери энергии в процессе подачи газожидкостной смеси из эжектора 1 в сепаратор 6. В ряде случаев, например при откачке углеводородных газов, организация процесса конденсации позволяет увеличить выход жидких углеводородов и, следовательно, повысить эффективность использования данной установки. В сепараторе 6 газожидкостная смесь разделяется на жидкую рабочую среду и сжатый газ. Последний из сепаратора 6 отводится потребителю по назначению, а жидкая рабочая среда из сепаратора 6 отводится на вход насоса 5 для подачи ее в сопло 4 эжектора 1.

В ряде случаев, например при использовании установки в качестве компрессорной установки, не удается в силу большого перепада давления, организовать процесс отвода распыленной части жидкой рабочей среды из приемной камеры 2 самотеком. В этом случае полость 9 приемной камеры 2 подключают на вход насоса 5. В данном варианте работы установки насос 5 одновременно откачивает жидкую рабочую среду как из приемной камеры 2, так и из сепаратора 6 и далее подает жидкую рабочую среду в сопло 4 эжектора 1. В остальном работа установки в данном варианте ничем не отличается от описанной выше.

При установке эжектора 1 наклонно или горизонтально целесообразно выполнение стенки 8 входного участка камеры смешения 3 в виде сужающейся по ходу потока обечайки. Одновременно желательно расположить входное сечение сливной магистрали в самой низкой точке полости 9 и ниже входа откачиваемой газообразной среды в приемную камеру 2. Такое выполнение эжектора 1 предотвращает попадание в камеру 3 смешения жидкой рабочей среды, стекающей по торцевой стенке приемной камеры 2 в зоне входного участка камеры 3 смешения.

Данное изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической и ряде других отраслей.

Установка предназначена для создания вакуума. Установка снабжена конденсатором. Устройство подвода пассивной среды выполнено в виде приемной камеры, причем с противоположных сторон приемной камеры соосно размещены сопло и камера смешения. Последняя установлена с образованием стенкой ее входного участка со стенками приемной камеры полости, которая сообщена при помощи сливной магистрали с сепаратором. Выходное сечение сливной магистрали расположено ниже уровня жидкости в сепараторе с образованием гидрозатвора. Эжектор выходом подключен к конденсатору и к последнему входом подключен сепаратор. Другой вариант установки отличается от описанного выше тем, что полость приемной камеры подключена к входу в насос. Выполнение установки описанным образом позволяет повысить ее КПД. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Насосно-эжекторная установка, содержащая жидкостно-газовый эжектор, включающий устройство подвода пассивной среды, камеру смешения и сопло, насос, подключенный выходом к соплу эжектора, и сепаратор, подключенный выходом жидкости к выходу в насос, при этом устройство подвода пассивной среды эжектора подключено входом к источнику откачиваемой газообразной среды, отличающаяся тем, что установка снабжена конденсатором, устройство подвода пассивной среды выполнено в виде приемной камеры, причем с противоположных сторон приемной камеры соосно размещены сопло и камера смешения, последняя установлена с образованием стенкой ее входного участка со стенками приемной камеры полости, которая сообщена при помощи сливной магистрали с сепаратором, выходное сечение сливной магистрали расположено ниже уровня жидкости в сепараторе с образованием гидрозатвора, а эжектор выходом подключен к конденсатору и к последнему входом подключен сепаратор. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что входной участок камеры смещения, посредством которого образована полость в приемной камере, выполнен в виде конической, сужающейся по ходу потока среды обечайки. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что полость приемной камеры расположена над сепаратором не ниже высоты барометрического столба жидкости в сливной магистрали. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что входное сечение сливной магистрали расположено ниже входа откачиваемой среды в приемную камеру. 5. Насосно-эжекторная установка, содержащая жидкостно-газовый эжектор, включающий устройство подвода пассивной среды, камеру смешения и сопло, насос, подключенный выходом к соплу эжектора, и сепаратор, подключенный выходом жидкости к входу в насос, при этом устройство подвода пассивной среды эжектора подключено к источнику откачиваемой газообразной среды, отличающаяся тем, что установка снабжена конденсатором, устройство подвода пассивной среды выполнено в виде приемной камеры, с противоположных сторон приемной камеры соосно размещены сопло и камера смешения, последняя установлена с образованием стенкой ее входного участка со стенками приемной камеры полости, которая подключена к входу в насос, а эжектор выходом подключен к конденсатору и к последнему входом подключен сепаратор. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что входной участок камеры смешения, расположенный в приемной камере эжектора, выполнен сужающимся по ходу потока среды. 7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что входное сечение сливной магистрали расположено ниже входа откачиваемой среды в приемную камеру.