МНОГОСОПЛОВОЙ ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫЙ СТРУЙНЫЙ АППАРАТ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК F04F5/02 

Настоящее изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к струйным аппаратам для создания вакуума в различных объектах, например в вакуумных ректификационных колоннах.

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

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

Наиболее близким к описываемым является многосопловой жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий камеру подвода жидкой среды с размещенной на выходе из нее распределительной решеткой, в которой установлены жидкостные активные сопла, приемную камеру, патрубок подвода откачиваемой газообразной среды, расположенные соосно каждому соплу камеры смешения и сбросную камеру (см. книгу Соколова Е. Я. и др. Струйные аппараты, М., Энергия, 1970, с. 229).

Данный струйный аппарат позволяет откачивать большие потоки парогазовой среды, однако данные аппараты имеют сравнительно невысокий КПД. Это связано с большими потерями энергии в процессе подвода откачиваемой среды к струям активной (эжектирующей) жидкой среды. Кроме того, отсутствие в аппарате средств, препятствующих попаданию в сопло струйного аппарата посторонних предметов, которые могут нарушить работу сопел аппарата, снижает надежность работы данного струйного аппарата.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности работы струйного аппарата путем снижения потерь энергии при подводе откачиваемой и активной сред и повышение надежности работы струйного аппарата путем предотвращения попадания в проточную часть сопел предметов, которые могут нарушить режим их работы, и предотвращения перетечки смеси сред с выхода струйного аппарата в приемную камеру.

Указанная задача достигается за счет того, что в многосопловом жидкостно-газовом струйном аппарате, содержащем камеру подвода жидкой среды с размещенной на выходе из нее распределительной решеткой, в которой установлены жидкостные активные сопла, приемную камеру, патрубок подвода откачиваемой газообразной среды, расположенные соосно каждому соплу камеры смешения и сбросную камеру, каждое сопло снабжено установленным со стороны входа в него фильтрующим элементом, выполненным в виде гильзы с продольными отверстиями в ее боковой стенке, при этом суммарная площадь отверстий в каждом из фильтрующих элементов более чем в 2 раза превышает площадь поперечного сечения наименьшего проходного сечения сопла, а ширина каждого отверстия фильтрующего элемента не менее чем в 2 раза меньше наименьшего расстояния между противоположными стенками в поперечном сечении сопла в зоне его наименьшего проходного сечения.

В другом варианте выполнения в многосопловом жидкостно-газовом струйном аппарате, содержащем камеру подвода жидкой среды с размещенной на выходе из нее распределительной решеткой, в которой установлены жидкостные активные сопла, приемную камеру, патрубок подвода откачиваемой газообразной среды, расположенные соосно каджому соплу камеры смешения и сбросную камеру, каждая камера смешения снабжена входным патрубком, расположенным в приемной камере, а высота каждого из входных патрубков составляет от 0,05 до 86 его диаметров.

Проведенные исследования показали, что часто при работе установки, в составе которой работает струйный аппарат, надежность работы установки снижается из-за возникновения условий, при которых часть смеси активной и откачиваемой сред перетекает в приемную камеру струйного аппарата, нарушая тем самым расчетный режим работы, и из-за попадания в сопло струйного аппарата посторонних предметов, например окалины, причем, поскольку проточная часть сопла является самой узкой частью всей проточной части установки со струйным аппаратом, именно сопло засоряется в первую очередь, что нарушает работу всей установки. С другой стороны, установка обычных фильтрующих элементов создает большое гидравлическое сопротивление, что снижает КПД струйного аппарата. Кроме того, на работу всего струйного аппарата большое влияние оказывает механизм подвода жидкой среды к соплам, так как важно, чтобы давление на входе в каждое сопло многосоплового струйного аппарата было бы одинаковым или близким к одинаковому.

Было установлено, что целесообразно снабдить фильтрующими элементами каждое сопло, причем такое выполнение струйного аппарата позволило сделать фильтры, которые гидравлически "прозрачны", т.е. установка этих фильтров практически не создает перепада давления при прохождении через него жидкостной активной среды. Этого удалось добиться путем выполнения фильтрующего элемента в виде гильзы с продольными отверстиями в ее боковой стенке, при этом суммарная площадь отверстий в каждом из фильтрующих элементов более чем в 2 раза превышает площадь поперечного сечения наименьшего проходного сечения сопла, а ширина каждого отверстия фильтрующего элемента не менее чем в 2 раза меньше наименьшего расстояния между противоположными стенками в поперечном сечении сопла в зоне его наименьшего проходного сечения.

Кроме того, как выяснилось, существенное значение имеет место расположения отверстий на поверхности гильзы. Было установлено, что выполнение продольных отверстий помогает выровнять в камере подвода жидкой среды давление на входе в жидкостные активные сопла, что, в свою очередь, обеспечивает практически одинаковый расход жидкостной активной среды через сопла и, как следствие, более эффективную работу всего струйного аппарата.

Наравне c выше указанными существенными признаками описываемого изобретения большое влияние на работу струйного аппарата оказывает организация подвода откачиваемой среды к струям жидкостной активной среды.

Выполнение в приемной камере входных патрубков в камеры смешения позволяет создать в приемной камере распределительное пространство и, как следствие, обеспечить более легкий доступ откачиваемой среды к струям жидкостной активной среды, расположенным в глубине приемной камеры. В результате это позволило повысить эффективность работы струйного аппарата путем увеличения производительности струйного аппарата и в совокупности с более равномерным распределением активной среды на входе в сопла предотвратить обратные токи смеси сред в приемную камеру, а следовательно, повысить надежность работы струйного аппарата, поскольку подача активной среды во все сопла струйного аппарата с практически одинаковым давлением и равномерный подвод откачиваемой среды ко всем струям активной среды позволяют обеспечить работу всех камер смешения в одинаковом режиме, что предотвращает образование перекоса давления между камерами смешения и, как следствие, создание условий для прорыва части смеси активной и откачиваемой сред из сбросной камеры в приемную камеру. В ходе проведения исследований удалось выяснить оптимальное соотношение между высотой и диаметром каждого из входных патрубков. Было установлено, что при высоте входных патрубков от 0,05 до 86 его диаметров предоставляется возможность подводить откачиваемую среду с наименьшими гидравлическими потерями, причем увеличение этого соотношения свыше 86 уже не приводило к улучшению работы струйного аппарата, что делало дальнейшее увеличение этого соотношения бесполезным.

Таким образом, как видно из сказанного выше, за счет использования описанных технических решений удалось добиться повышения надежности и эффективности работы струйного аппарата.

На чертеже схематически представлен продольный разрез описываемого многосоплового струйного аппарата.

Многосопловой жидкостно-газовый струйный аппарат содержит камеру 1 подвода жидкой среды с размещенной на выходе из нее распределительной решеткой 2, в которой установлены жидкостные активные сопла 3, приемную камеру 4, патрубок 5 подвода откачиваемой газообразной среды, расположенные соосно каждому соплу 3 камеры 6 смешения и сбросную камеру 7. Каждое сопло 3 снабжено установленным со стороны входа в него фильтрующим элементом 8, выполненным в виде гильзы с продольными отверстиями 9 в ее боковой стенке, при этом суммарная площадь отверстий 9 в каждом из фильтрующих элементов 8 более чем в 2 раза превышает площадь поперечного сечения наименьшего проходного сечения сопла 3, а ширина (l) каждого отверстия 9 фильтрующего элемента 8 не менее чем в 2 раза меньше наименьшего расстояния (d) между противоположными стенками в поперечном сечении сопла 3 в зоне его наименьшего проходного сечения.

Каждая камера 6 смешения снабжена входным патрубком 10, расположенным в приемной камере 4, а высота (L) каждого из входных патрубков 10 составляет от 0,05 до 86 его диаметров (D).

Многосопловой жидкостно-газовый струйный аппарат работает следующим образом.

Активная жидкостная среда поступает в камеру 1 подвода жидкой среды, где она распределяется между соплами 3. Из камеры 1 жидкостная активная среда через фильтрующие элементы 8 поступает в жидкостные активные сопла 3. Истекая из сопел 3, активная среда увлекает из приемной камеры 4 в камеры 6 смешения откачиваемую газообразную (парогазовую) среду. В камерах 6 смешения жидкостная активная и откачиваемая газообразная среды смешиваются, при этом частично легкоконденсируемые составляющие газообразной среды конденсируются в жидкостной активной среде. Из камер 6 смешения полученная в них газожидкостная смесь истекает в сбросную камеру 7. В ходе откачки газообразная среда поступает в приемную камеру 4 струйного аппарата через патрубок 5. В приемной камере 4 в пространстве между входными патрубками 10 она более равномерно распределяется между камерами 6 смешения. В случае, если в струйный аппарат вместе с жидкостной активной средой поступят посторонние предметы, которые могут засорить активные сопла 3, они задерживаются фильтрующими элементами 8 и потоком активной среды смываются на распределительную решетку 2. В дальнейшем, при проведении плановых остановок установки они вымываются из струйного аппарата.

Данное техническое решение может быть использовано в химической, нефтехимической и ряде других отраслей промышленности.

Струйный аппарат предназначен для создания вакуума. Каждое сопло снабжено установленным со стороны входа в него фильтрующим элементом, выполненным в виде гильзы с продольными отверстиями в ее боковой стенке. Суммарная площадь отверстий в каждом из фильтрующих элементов более чем в 2 раза превышает площадь поперечного сечения наименьшего проходного сечения сопла. Ширина каждого отверстия фильтрующего элемента не менее чем в 2 раза меньше наименьшего расстояния между противоположными стенками в поперечном сечении сопла в зоне его наименьшего проходного сечения. В другом варианте выполнения каждая камера смешения снабжена входным патрубком, расположенным в приемной камере, а высота каждого из входных патрубков составляет от 0,05 до 86 его диаметров. В результате снижаются потери энергии при подводе откачиваемой и активной сред и повышается надежность работы аппарата. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Многосопловой жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий камеру подвода жидкой среды с размещенной на выходе из нее распределительной решеткой, в которой установлены жидкостные активные сопла, приемную камеру, патрубок подвода откачиваемой газообразной среды, расположенные соосно каждому соплу камеры смешения и сбросную камеру, отличающийся тем, что каждое сопло снабжено установленным со стороны входа в него фильтрующим элементом, выполненным в виде гильзы с продольными отверстиями в ее боковой стенке, при этом суммарная площадь отверстий в каждом из фильтрующих элементов более чем в 2 раза превышает площадь поперечного сечения наименьшего проходного сечения сопла, а ширина каждого отверстия фильтрующего элемента не менее чем в 2 раза меньше наименьшего расстояния между противоположными стенками в поперечном сечении сопла в зоне его наименьшего проходного сечения. 2. Многосопловой жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий камеру подвода жидкой среды с размещенной на выходе из нее распределительной решеткой, в которой установлены жидкостные активные сопла, приемную камеру, патрубок подвода откачиваемой газообразной среды, расположенные соосно каждому соплу камеры смешения и сбросную камеру, отличающийся тем, что каждая камера смешения снабжена входным патрубком, расположенным в приемной камере, а высота каждого из входных патрубков составляет от 0,05 до 86 его диаметров.