СТРУЙНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1999 года по МПК F04F5/14 

Изобретение относится к технике струйных аппаратов и может быть использовано в качестве насоса-смесителя для получения практически однофазной смеси после смешивания газа или пара с жидкостью или со сжиженным газом и последующего повышения давления смеси на выходе из струйного аппарата.

Известен струйный аппарат - питательный пароводяной инжектор, для которого кавитационный режим является рабочим и в состав которого входят рабочее сопло, приемная камера, камера смешения и диффузор (1).

Недостатком данного струйного аппарата являются его малый ресурс из-за разрушения деталей проточной части и сильный шум при работе в режиме кавитации, а также его большая стоимость из-за нетехнологичности конструкции.

Известен струйный аппарат, принятый за прототип, сжимающий газообразную и жидкую среды, содержащий камеру смешения, коаксиально ей установленные сопла для подвода газообразной и жидкой сред, камеру расширения, размещенную на выходе камеры смешения, и диффузор с горловиной, установленный на выходе камеры расширения, при этом горловина выполнена в виде цилиндрического патрубка, отличающийся тем, что камера смешения выполнена конической, сужающейся по ходу смеси сред, камера расширения сообщена непосредственно с горловиной диффузора и снабжена выпускным патрубком с разгрузочным клапаном, причем диаметр горловины равен 1-3 гидравлических диаметров выходного сечения камеры смешения (2).

Недостатком рассматриваемого струйного аппарата является его нетехнологическая конструкция, что обуславливает его большую стоимость, малый ресурс работы деталей проточной части даже при изготовлении их из дорогостоящей нержавеющей стали, так как струйный аппарат работает в режиме кавитации и схлопывание пузырьков газа или пара на поверхности горловины диффузора под действием скачков уплотнения приводит к ее быстрому разрушению, работа данного струйного аппарата сопровождается большим шумом.

Задачей изобретения является увеличение ресурса работы струйных аппаратов, работающих в условиях кавитации, снижение уровня шума при их работе, а также уменьшение стоимости изготовления и эксплуатации данных струйных аппаратов.

Поставленная задача достигается тем, что сопло для подачи первой из сжимаемых сред, камеры смешения и расширения, и диффузор с горловиной выполнены в виде профилированного в осевом сечении отверстия во втулке составной конструкции, запрессованной в корпус струйного аппарата, причем коаксиальное сопло для подачи второй из сжимаемых сред выполнено в виде соединяющих приемную камеру и камеру смешения нескольких отверстий, оси которых ориентированы под углом меньше или равным 90^o с осью втулки, в стенке которой в зоне камеры расширения расположено отверстие, соединяющее последнюю с выпускным патрубком с разгрузочным клапаном, а вставка втулки в зоне расположения горловины диффузора изготовлена из высокоэластичного материала, в частности из резины. Кроме того, в случае подачи жидкой среды, в частности воды из водопровода под давлением камера смешения и соосное с ней сопло для подачи первой из сжимаемых сред, в частности пара, выполнены в виде одного конфузора. В случае применения высокоэластичного материала, в частности резины, с низкой теплостойкостью наружная поверхность вставки втулки в зоне расположения горловины диффузора в осевом сечении спрофилирована по типу трапецеидальной резьбы с трапецеидальными выступами и впадинами, образующими винтовую полость, в начале и в конце которой расположены трапецеидальные кольцевые полости, сообщающиеся соответственно с входным и выходным патрубками для подачи в винтовую полость охлаждающей среды.

Сопоставительный анализ показывает, что новыми отличительными признаками, характеризующими уровень изобретений, являются:
- выполнение сопла для подвода первой из сжимаемых сред, камер смешения и расширения, и диффузора с горловиной в виде профилированного в продольном сечении центрального отверстия во втулке составной конструкции, что уменьшает стоимость изготовления данного струйного аппарата, а в случае использования в конструкции всех частей втулки недорогих видов высокоэластичного материала, в частности недефицитных сортов резины, позволяет изготовить втулку в пресс-форме, что во многих случаях намного снизит стоимость данного струйного аппарата, и кроме того, увеличит его ресурс работы, так как такой материал, как резина, имеет высокую стойкость против износа в условиях абразивной рабочей среды, также значительно снизиться уровень шума при работе данного аппарата.

- выполнение втулки в виде составной конструкции, вставка которой в зоне горловины диффузора изготовлена из высокоэластичного материала, в частности из теплостойкой резины, что позволяет увеличить ресурс работы струйного аппарата в условиях кавитации, уменьшить стоимость его изготовления и ремонта, снизить уровень шума при его работе.

- профилирование наружной поверхности вставки втулки в зоне горловины диффузора в осевом сечении по типу трапецеидальной резьбы с трапецеидальными выступами и впадинами, образующими винтовую полость, в начале и в конце которой расположены трапецеидальные кольцевые полости, сообщающиеся соответственно с входным и выходным патрубками для подачи в винтовую полость охлаждающей среды, что позволяет использовать для изготовления вставки втулки в зоне расположения горловины диффузора высокоэластичный материал, в частности резину из числа недефицитных сортов, имеющих невысокую теплостойкость, так как выделяющееся в резиновой детали тепло при скачках уплотнения, имеющих место в горловине диффузора, будет отводиться охлаждающей средой.

На фиг. 1 представлен осевой разрез струйного аппарата, оснащенного сверхзвуковым соплом Лаваля; на фиг. 2 - осевой разрез струйного аппарата с дозвуковым соплом и камерой смешения, выполненными в виде одного конфузора; на фиг. 3 представлен струйный аппарат и его вставка втулки в зоне горловины диффузора с наружной поверхностью, спрофилированной в осевом сечении по типу трапецеидальной резьбы.

Струйный аппарат содержит корпус 1 с кольцевой приемной камерой 2, соединенной посредством отверстий 3 с внутренним отверстием штуцера 4, и втулку 5, имеющую отверстия 6 для подвода инжектируемой среды в камеру смешения 7, расположенную на выходе из сверхзвукового сопла Лаваля 8, или, в случае использования варианта с дозвуковым соплом, в конфузор 9, соосные с камерой расширения 10, снабженной отверстием 11 для сообщения с выпускным патрубком с выпускным патрубком с разгрузочным клапаном 12, и переходящей в горловину 13 диффузора 14, расположенной во вставке 15 втулки, причем наружная поверхность последней при использовании в ее конструкции высокоэластичного материала, в частности резины с низкой теплостойкостью, спрофилирована по типу трапецеидальной резьбы с трапецеидальными выступами 16 и впадинами 17, образующими винтовую полость, в начале и в конце которой расположены кольцевые полости 18, сообщающиеся через отверстия 19 с входным патрубком 20 и выходным патрубком 21 для подачи охлаждающей среды.

Струйный аппарат на примере пароводяного смесителя работает следующим образом. При подаче пара через сверхзвуковое сопло Лаваля 8 в камеру смешения 7 или, при использовании варианта с дозвуковым соплом, через конфузор 9 смешивании с водой, подаваемой через штуцер 4 и отверстие 3, приемную камеру 2 и отверстия 6 во втулке 5, двухфазная смесь поступает в камеру расширения 10, значительно увеличив свою скорость, после чего она попадает в горловину 13 диффузора, где возникают скачки уплотнения вследствие того, что локальная скорость звука здесь меньше скорости смеси, при этом пузырьки пара схлопываются и образуется однофазная жидкая среда, давление которой на выходе из диффузора 14 повышается, а при попадании схлопывающихся пузырьков пара на поверхность горловины 13 диффузора в точках касания с этой поверхностью будет резко повышаться давление смеси, под действием которого высокоэластичный материал будет деформироваться, тем самым предохраняя свою поверхность от разрушения.

При изготовлении вставки 15 втулки из высокоэластичного материала, в частности из резины с низкой теплостойкостью, последняя будет предохраняться от перегрева при циклическом нагружении вследствие скачков уплотнения и кавитации в горловине 13 диффузора путем подачи охлаждающей среды через входной патрубок 20, отверстия 19, кольцевые полости 18, винтовую полость, образованную на наружной поверхности вставки 15 трапецеидальными выступами 16 и впадинами 17, выходной патрубок 21.

Источники информации:
1. Е.Я.Соколов, Н.М.Зингер "Струйные аппараты", М., Энергия, 1970 г., с. 235, с.5.

2. Патент России N 2016261, опубл. 15.07.94.

Струйный аппарат предназначен для использования в качестве насоса-смесителя. Сопло для подачи первой из сжимаемых сред камеры смешения и расширения и диффузор с горловиной выполнены в виде профилированного в осевом сечении отверстия во втулке составной конструкции, запрессованной в корпус струйного аппарата, причем коаксиальное сопло для подачи второй из сжимаемых сред выполнено в виде соединяющих приемную камеру и камеру смешения нескольких отверстий во втулке, оси которых ориентированы под углом меньше или равным 90^o с осью втулки, в стенке которой в зоне камеры расширения расположено отверстие, соединяющее последнюю с выпускным патрубком с разгрузочным клапаном. Вставка втулки в зоне расположения горловины диффузора изготовлена из высокоэластичного материала, в частности из резины. В результате увеличивается ресурс работы струйного аппарата. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Струйный аппарат, содержащий сверхзвуковое сопло Лаваля или дозвуковое сужающееся сопло для подачи первой из сжимаемых сред, соосную с ним камеру смешения жидкой и газообразной сред с коаксиально расположенным соплом для подачи второй из сжимаемых сред, на выходе из которой расположена камера расширения, переходящая в диффузор с горловиной, причем камера смешения выполнена конической, сужающейся по ходу потока сред, камера расширения снабжена выпускным патрубком с разгрузочным клапаном, при этом диаметр горловины равен 1 - 3 гидравлическим диаметрам выходного сечения камеры смешения, отличающийся тем, что сопло для подачи первой из сжимаемых сред, камеры смешения и расширения и диффузор с горловиной выполнены в виде профилированного в осевом сечении отверстия во втулке составной конструкции, запрессованной в корпус струйного аппарата, причем коаксиальное сопло для подачи второй из сжимаемых сред выполнено в виде соединяющих приемную камеру и камеру смешения нескольких отверстий во втулке, оси которых ориентированы под углом меньше или равным 90^o с осью втулки, в стенке которой в зоне камеры расширения расположено отверстие, соединяющее последнюю с выпускным патрубком с разгрузочным клапаном, а вставка втулки в зоне расположения горловины диффузора изготовлена из высокоэластичного материала, в частности из резины. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность вставки втулки в зоне расположения горловины диффузора в осевом сечении спрофилирована по типу трапецеидальной резьбы с трапецеидальными выступами и впадинами, образующими винтовую полость, в начале и в конце которой расположены трапецеидальные кольцевые полости, сообщающиеся соответственно с входным и выходным патрубками для подачи в винтовую полость охлаждающей среды.