ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫЙ СТРУЙНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1998 года по МПК F04F5/02 

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к вакуумным струйным аппаратам для откачки парогазовой среды в различных технологических циклах.

Известен вакуумный струйный аппарат, содержащий сопло подачи активной паровой среды, камеру смешения и диффузор (см., например DE, патент, 51229, класс 59с, 13, 1890).

Однако данный струйный аппарат имеет низкий КПД и требует больших затрат энергии на создание активной паровой среды.

Наиболее близким к описываемому является жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий сопло подвода эжектирующей жидкой среды и камеру смешения (см., например, US, патент, 2632597, класс 417-196, 1953).

Данный струйный аппарат создает разрежение в откачиваемом объекте за счет энергии потока эжектирующей жидкой среды, что позволяет создать достаточно компактную автономную установку для откачки различных парогазовых сред. Однако в данном струйном аппарате трудно, а в ряде случае невозможно добиться стабильной работы при выполнении аппарата для откачки больших потоков парогазовой фазы, что связано с тем, что влияние масштабного фактора практически сводит на нет заложенные в данном аппарате особенности формирования потока эжектирующей среды в сопле.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности работы струйного аппарата за счет формирования более устойчивого потока эжектирующей жидкой среды и уменьшения потерь энергии потока эжектирующей среды при взаимодействии эжектирующей (активной) и откачиваемой (пассивной) сред.

Указанная выше задача решается за счет того, что в жидкостно-газовом струйном аппарате, содержащем сопло подвода эжектирующей жидкой среды и камеру смешения, сопло подвода эжектирующей жидкой среды выполнено в виде совокупности профилированных каналов, причем один из каналов - центральный канал - расположен соосно камере смешения, а остальные каналы равномерно распределены вокруг центрального канала и суммарная площадь выходного сечения сопла подвода эжектирующей жидкой среды определяется из выражения

где
S - суммарная площадь выходного сечения сопла;
S_ц - площадь выходного сечения центрального канала сопла;
S_кс - площадь минимального сечения камеры смешения.

Выходное сечение каналов, расположенных вокруг центрального канала, - периферийных каналов - может лежать в плоскости поперечного сечения выходного сечения центрального канала, либо выходное сечение периферийных каналов может быть сдвинуто относительно выходного сечения центрального ствола в направлении против потока активной среды.

Периферийные каналы могут быть расположены вокруг центрального канала по окружности, причем диаметр этой окружности составляет 0,05^oC4,5 площади выходного сечения центрального канала, а каналы сопла подвода эжектирующей жидкой среды могут быть выполнены конфузорно-цилиндрическими по ходу потока среды.

Как показали проведенные исследования, выполнение сопла подвода эжектирующей жидкой среды в виде центрального и периферийных каналов позволяет более рационально использовать энергию эжектирующей жидкой среды, а именно добиться уменьшения потерь энергии в момент контакта эжектирующей и откачиваемой сред. Поток эжектирующей среды, истекая из периферийных каналов, обеспечивает первичный контакт эжектирующей и откачиваемой сред, увеличивая у последней кинетическую энергию, что в свою очередь уменьшает потери на удар при передаче кинетической энергии от эжектирующей среды центрального канала. Кроме того, формирование совокупности потоков эжектирующей среды позволило значительно увеличить периферийную неустойчивую область потока эжектирующей среды, что помогло создать зону постепенного увеличения кинетической энергии откачиваемой среды. Это особенно важно, когда производится откачка парогазовой среды, включающей в себя достаточно крупные, по сравнению с молекулами газа, капли конденсата паровой фазы. В этой связи существенное значение имеет соотношение площадей центрального и периферийных каналов сопла и взаимосвязь их площади выходного сечения и площади минимального сечения камеры смешения. Проведенные исследования показали, что найденное и представленное в виде указанной выше расчетной зависимости соотношение этих площадей поперечного сечения позволило найти их оптимальное соотношение при различных расходных характеристиках жидкостно-газового струйного аппарата, при этом целесообразно, чтобы соотношение лежало в диапазоне от 10 до 78, а соотношение лежало бы в диапазоне от 2,4 до 7,93.

Существенное влияние в ряде случаев может оказать и пространственное положение выходных сечений центрального и периферийных каналов относительно друг друга. Наиболее общий случай, когда выходные сечения центрального и периферийных каналов лежат в одной плоскости поперечного сечения. Однако в ряде случаев, в частности, когда откачиваемая среда содержит в своем составе большое количество легко конденсируемых паров, в составе парогазовой пассивной среды содержится много капель. В этом случае целесообразно сдвинуть выходное сечение периферийных каналов в направлении против потока эжектирующей среды. В этом случае удается как бы растянуть время контакта эжектирующей и откачиваемой сред и за счет этого более плавно разогнать откачиваемую среду с меньшими потерями на удар при взаимодействии эжектирующей и откачиваемой сред.

Не менее важное значение на формирование потока эжектирующей среды оказывает расстояние периферийных каналов от оси центрального канала. Было установлено рациональное расположение периферийных каналов, позволяющее исключить обратные токи среды, достигается при расположении периферийных каналов равномерно по окружности вокруг центрального канала, причем диаметр этой окружности составляет 0,05 - 4,5 площади выходного сечения центрального канала. При этом целесообразно каналы сопла подвода эжектирующей жидкой среды выполнять с конфузорно-цилиндрическим профилем по ходу потока среды в сопле.

Таким образом, выполнение жидкостно-газового струйного аппарата описанным выше образом позволило добиться выполнения поставленной технической задачи - повысить надежность работы струйного аппарата при откачке различных парогазовых сред.

На фиг. 1 схематически представлен описываемый жидкостно-газовый струйный аппарат, а на фиг. 2 представлен вариант выполнения сопла подвода активной жидкой среды со сдвинутыми против потока эжектирующей среды периферийными каналами.

Жидкостно-газовый струйный аппарат содержит камеру 1 смешения и сопло 2 подвода эжектирующей жидкой среды, выполненное с центральным каналом 3 и периферийными каналами 4. Суммарная площадь (S) выходного сечения сопла подвода эжектирующей среды определяется из выражения:

где
S_ц - площадь выходного сечения центрального канала сопла;
S_кс - площадь минимального сечения камеры смешения.

Выходное сечение центрального канала 3 может лежать в плоскости поперечного сечения выходного сечения периферийных каналов 4, либо выходное сечение периферийных каналов 4 может быть сдвинуто относительно выходного сечения центрального канала 3 против потока эжектирующей среды на расстояние - L, которое выбирается исходя из выражения
Периферийные каналы 4 могут быть расположены вокруг центрального канала 3 по окружности, причем диаметр D этой окружности составляет от 0,05 до 4,50 площадей выходного сечения центрального канала S_ц, а каналы 3, 4 сопла подвода эжектирующей жидкой среды могут быть выполнены конфузорно-цилиндрическими (сужающимися с переходом в цилиндрический профиль) по ходу потока эжектирующей среды в каналах 3, 4 сопла.

Жидкостно-газовый струйный аппарат работает следующим образом.

Эжектирующая жидкая среда, истекая из периферийных каналов 4 и центрального канала 3 увлекает в камеру 1 смешения газообразную или парогазовую откачиваемую среду. В результате смешения эжектирующей и откачиваемой сред образуется газожидкостной поток с передачей откачиваемой среде части кинетической энергии эжектирующей среды. Из камеры 1 смешения газожидкостная смесь поступает по назначению, например, в сепаратор (не показан) где жидкая эжектирующая среда отделяется от сжатого ею откачанного газа.

Описанный выше жидкостно-газовый струйный аппарат может найти широкое применение во многих отраслях промышленности, особенно в нефтехимии при вакуумной переработке нефтяного сырья в ректификационных вакуумных колоннах.

Струйный аппарат предназначен для откачки парогазовой среды. Сопло подвода эжектирующей жидкой среды выполнено в виде совокупности профилированных каналов. Центральный канал расположен соосно камере смешения. Остальные каналы равномерно распределены вокруг центрального канала. Суммарная площадь выходного сечения сопла подвода эжектирующей жидкой среды определяется из выражения где S - суммарная площадь выходного сечения сопла; S_ц - площадь выходного сечения центрального канала сопла; S_кс - площадь минимального сечения камеры смешения. В результате повышается надежность работы струйного аппарата. 4 з.п.ф-лы, 2 ил. Ас

1. Жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий сопло подвода эжектирующей жидкой среды и камеру смешения, отличающийся тем, что сопло подвода эжектирующей жидкой среды выполнено в виде совокупности профилированных каналов, причем один из каналов - центральный - расположен соосно камере смешения, а остальные каналы равномерно распределены вокруг центрального канала и суммарная площадь выходного сечения сопла подвода эжектирующей жидкой среды определяется из выражения

где S - суммарная площадь выходного сечения сопла;
S_ц - площадь выходного сечения центрального канала сопла;
S_кс - площадь минимального сечения камеры смешения. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что выходное сечение каналов, расположенных вокруг центрального канала, - периферийных каналов - лежит в плоскости поперечного сечения выходного сечения центрального канала. 3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что выходное сечение каналов, расположенных вокруг центрального канала, сдвинуто относительно выходного сечения центрального канала в направлении против потока активной среды. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что периферийные каналы расположены вокруг центрального канала по окружности, причем диаметр этой окружности составляет 0,05 - 4,5 площадей выходного сечения центрального канала. 5. Аппарат по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что каналы сопла подвода эжектирующей среды выполнены конфузорно-цилиндрическими по ходу потока среды.