ПАРОЖИДКОСТНЫЙ СТРУЙНЫЙ АППАРАТ С ДАВЛЕНИЕМ ЖИДКОСТИ НА ВЫХОДЕ, ПРЕВЫШАЮЩИМ ДАВЛЕНИЕ РАБОЧЕГО ГАЗА Российский патент 1998 года по МПК F04F5/24 

Изобретение относится к струйной технике и может быть использовано для получения на выходе из парожидкостного струйного аппарата (ПЖСА) нагретой жидкости с давлением, превышающим давление рабочего потока.

Известен ПЖСА, содержащий корпус с размещенным внутри него паровым соплом с расширяющейся выходной частью (соплом Лаваля), причем корпус по ходу движения рабочей среды разделен на приемную камеру, переходный диффузор и камеру смешения [1]. Согласно [1] при отношении выходного диаметра (d_c)_вых расширяющейся части сопла к диаметру (d_к)_м камеры смешения, равному (d_c)_вых/(d_к)_м = 1,1 - 1,7, обеспечивается максимальный КПД струйного насоса с давлением на его выходе, превышающим давление рабочего потока.

Известен ПЖСА, содержащий корпус с размещенным внутри него паровым соплом Лаваля, причем корпус по ходу движения рабочей среды разделен на приемную камеру, переходный диффузор и камеру смешения [2]. Согласно [2] аналогичный [1] результат достигается при отношении площади минимального поперечного сечения (f_c)_м парового сопла к площади минимального поперечного сечения (f_к)_м камеры смешения, лежащем в пределах (f_c)_м/(f_к)_м = 3,75 - 4.

Известен ПЖСА, содержащий корпус с размещенным внутри него суживающимся паровым соплом, причем корпус по ходу движения рабочей среды разделен на приемную камеру, переходный диффузор и камеру смешения [3]. Согласно [3] аналогичный [1] и [2] результат достигается при отношениях: площади кольцевого поперечного сечения f_с,кс между наружной поверхностью выходного торца парового сопла и внутренней поверхностью входного торца камеры смешения к площади минимального поперечного сечения (f_к)_м камеры смешения в пределах f_с,кс/(f_к)_м = 3,25 - 3,75, площади минимального (в данном случае выходного) поперечного сечения (f_c)_м парового сопла к площади минимального поперечного сечения (f_к)_м камеры смешения в пределах (f_c)_м/(f_к)_м = 10 - 12 и длины наружной окружности (l_c)_н выходного торца сопла к длине окружности (l_кc)_м минимального поперечного сечения камеры смешения в пределах 3,75 - 4,25.

Задачей изобретения является обеспечение достоверных условий получения давления жидкости на выходе из ПЖСА большего, чем давление рабочего пара.

Указанная задача решается за счет того, что в парожидкостном струйном аппарате, содержащем корпус с размещенным внутри него паровым соплом, причем корпус по ходу движения рабочей среды разделен на приемную камеру, переходный диффузор и камеру смешения, а площадь минимального поперечного сечения (f_c)_м парового сопла превышает площадь минимального поперечного сечения (f_к)_м камеры смешения, согласно изобретению отношение значений указанных площадей лежит в пределах 1,1 ≤ (f_c)_м/(f_к)_м ≤ 3,7; 4 ≤ (f_c)_м/(f_к)_м < 10; 12 < (f_c)_м/(f_к)_м ≤ 20.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований авторов предлагаемого изобретения единственным условием получения давления жидкости (p_ж)_вых на выходе из ПЖСА большего, чем давление рабочего пара (p_п)_вх, является превышение площади (f_c)_м минимального поперечного сечения парового сопла над площадью (f_к)_м минимального поперечного сечения камеры смешения, т.е. выполнение эжектора при соблюдении соотношения (f_c)_м/(f_к)_м > 1.

Для подтверждения данного вывода ниже приведена таблица расчетных значений максимальных коэффициентов эжекции (U)_м и давления (P_в)_вых жидкости (воды) на выходе ПЖСА при различных значениях отношений диаметров и сечений в характерных точках сопла и камеры смешения эжектора, а также произведения (U)_м • (P_ж)_вых, характеризующего эффективность эжектора. При этом в первой серии расчетов при неизменных значениях (d_с)_м и (d_к)_м изменялось (d_с)_вых, т. е. проверялось утверждение авторов [1] о решающем влиянии отношения (d_с)_вых/(d_к)_м на величину давления на выходе из эжектора и его эффективность. Во второй серии расчетов (d_с)_вых оставался неизменным, что подразумевает постоянство отношения (d_с)_вых/(d_к)_м, а отношение (f_c)_м/(f_к)_м изменялось за счет варьирования величины (f_c)_м. Были приняты следующие параметры пара и воды перед ПЖСА: давление и температура пара (p_п)_вх = 1,02 МПа, (t_п)_вх = 179^oC, давление и температура эжектируемой воды (P_ж)_вх = 0,102 МПа, (t_ж)_вых = 20^oC. Диаметр входного сечения камеры смешения был принят равным (d_к)_вх = 50 мм.

Как видно из таблицы, изменение (d_с)_вых (серия 1) незначительно влияет на давление воды на выходе ПЖСА и его эффективность, тогда как изменение (d_с)_м (серия 2) влияет на эти показатели в значительной степени, причем давление воды на выходе ПЖСА именно в этом случае может превышать давление рабочего пара. Из таблицы также видно, что единственным условием такого превышения является отношение (f_c)_м/(f_к)_м > 1. Введенные в [2] и [3] дополнительные ограничения на это соотношение представляются в связи с этим необоснованными. Основываясь на данном выводе, заявитель претендует на указанное соотношение в диапазонах, не охваченных изобретениями [2] и [3] (в качестве прототипа может быть выбрано любое из них).

На чертеже схематически изображен предлагаемый ПЖСА в продольном разрезе.

ПЖСА содержит корпус 1 с размещенным внутри него паровым соплом 2 (в данном случае соплом Лаваля) с диаметрами узкого сечения (d_с)_м и выходного сечения (d_с)_вых, причем корпус 1 по ходу движения рабочей среды разделен на приемную камеру 3, переходный диффузор 4 и камеру 5 смешения, а площадь минимального поперечного сечения (f_с)_м парового сопла превышает площадь минимального поперечного сечения (f_к)_м камеры смешения, т.е. соблюдается соотношение (f_с)_м/(f_к)_м > 1. Входной участок сопла 2 внутри корпуса 1 присоединен к подводящему паропроводу 6, а кольцевое пространство между корпусом 1 и соплом 2 - к трубопроводу 7 подачи эжектируемой жидкости.

Работа ПЖСА осуществляется следующим образом: рабочий пар по паропроводу 6 подается в сопло 2, откуда со сверхзвуковой скоростью через переходный диффузор 4, конденсируясь в смеси с эжектируемой жидкостью, поступает в камеру смешения, причем давление на выходе из ПЖСА при этих условиях превышает давление рабочего пара на входе в сопло 2.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1281761, F 04 F 5/24, 1985.

2. Патент США N 5029535, F 23 D 11/00, 1991.

3. Патент Великобритании N 898171, F 05 D, 1962.

Аппарат предназначен для получения нагретой жидкости с давлением, превышающим давление рабочего потока. Струйный аппарат содержит корпус с размещенным внутри него паровым соплом. Корпус разделен по ходу движения рабочей среды на приемную камеру, переходный диффузор и камеру смешения. Площадь минимального поперечного сечения (f_c)_м парового сопла превышает площадь минимального поперечного сечения (f_к)_м, камеры смешения. Отношение значений указанных площадей лежит в пределах 1,1≤(f_c)_м/(f_к)_м≤3,7. Два других варианта выполнения струйного аппарата отличаются от описанного выше тем, что отношение значений указанных площадей лежит в пределах 4≤(f_c)_м/(f_к)_м<10 и 12<(f_c)_м/(f_к)_м≤20. В результате достигается возможность получения на выходе из аппарата нагретой жидкости с давлением, превышающим давление рабочего потока. 3 с.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Парожидкостный струйный аппарат, содержащий корпус с размещенным внутри него паровым соплом, причем корпус по ходу движения рабочей среды разделен на приемную камеру, переходный диффузор и камеру смешения, а площадь минимального поперечного сечения (f_c)_m парового сопла превышает площадь минимального поперечного сечения (f_к)_m камеры смешения, отличающийся тем, что отношение значений указанных площадей лежит в пределах 1,1 ≤ (f_c)_m / (f_к)_m ≤ 3,7. 2. Парожидкостный струйный аппарат, содержащий корпус с размещенным внутри него паровым соплом, причем корпус по ходу движения рабочей среды разделен на приемную камеру, переходный диффузор и камеру смешения, а площадь минимального поперечного сечения (f_c)_m парового сопла превышает площадь минимального поперечного сесеничя (d_к)_m камеры смешения, отличающийся тем, что отношение значений указанных площадей лежит в пределах 4 ≤ (f_c)_m / (f_к)_m < 10. 3. Парожидкостный струйный аппарат, содержащий корпус с размещенным внутри него паровым соплом, причем корпус по ходу движения рабочей среды разделен на приемную камеру, переходной диффузор и камеру смешения, а площадь минимального поперечного сечения (f_c)_m парового сопла превышает площадь минимального поперечного сечения (f_к)_m камеры смешения, отличающийся тем, что отношение значений указанных площадей лежит в пределах 12 < (f_c)_m / (f_к)_m ≤ 20.