ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫЙ ЭЖЕКТОР Российский патент 1999 года по МПК F04F5/02 

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к струйным аппаратам для создания вакуума, путем откачки газообразных и парогазовых сред, в различных технологических процессах, например в ректификационных колоннах при вакуумной перегонке нефтяной среды.

Известен жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий сопло, приемную камеру, камеру смешения и диффузор (см., например, SU, авторское свидетельство, 1305445, кл. F 04 F 5/04).

Однако данный струйный аппарат имеет сложную конструкцию, что приводит к большой материалоемкости и имеет сравнительно невысокий КПД.

Наиболее близким к описываемому является жидкостно-газовый эжектор, содержащий распределительную камеру с соплами, приемную камеру, камеру смешения и сбросную камеру, причем каждая камера смешения установлена соосно относительно своего сопла (см., книгу Соколова Е.Я. и Зингера Н.М. Струйные аппараты, Москва, Энергия, 1970, 228-229).

Данный жидкостно-газовый эжектор обеспечивает откачку газообразных и парогазовых сред, однако данный струйный аппарат имеет сравнительно невысокий КПД, что связано с неоптимальностью его геометрических размеров в случае откачки парогазовых сред с одновременным созданием вакуума в откачиваемом объеме.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является оптимизация проточной части эжектора, в частности его камер смешения и повышения, за счет этого КПД жидкостно-газового эжектора.

Указанная задача решается за счет того, что в жидкостно-газовом эжекторе, содержащем распределительную камеру с соплами, приемную камеру, камеры смешения и сбросную камеру, причем каждая камера смешения установлена соосно относительно своего сопла и каждая камера смешения выполнена с входным цилиндрическим участком, сужающимся промежуточным участком и выходным цилиндрическим участком, при этом площадь поперечного сечения входного цилиндрического участка камеры смешения составляет от 0,5 до 50,0 площадей поперечного сечения выходного цилиндрического участка камеры смешения, а длина входного цилиндрического участка камеры смешения, длина промежуточного сужающегося участка камеры смешения и длина выходного цилиндрического ее участка составляет, соответственно, от 0,05 до 36, от 0,02 до 50,0 и от 0,5 до 220,0 диаметров выходного цилиндрического участка камеры смешения.

Кроме того, каждая камера смешения может быть снабжена входным направляющим конусным, сужающимся по ходу потока патрубком, угол конусности которого составляет от 1,89 до 45^o, а длина этого направляющего патрубка составляет от 0,02 до 26,0 диаметров выходного цилиндрического участка камеры смешения, при этом сужающийся промежуточный участок камеры смешения может быть образован конусной поверхностью, причем угол наклона образующей этой конусной поверхности к оси камеры смешения составляет от 0,1 до 78^o.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что профиль проточной части камеры смешения оказывает существенное влияние на КПД всего жидкостно-газового эжектора. Известно, что образование однородной газожидкостной смеси требует увеличения длины камеры смешения до 40-50 диаметров камеры смешения (для цилиндрической камеры смешения), однако данные параметры получены для узкого диапазона отношений площади поперечного сечения камеры смешения к площади поперечного сечения выходного сечения сопла. Проведенные исследования показали, что в случае откачки парогазовой среды, компоненты которой в процессе смешения с жидкой эжектирующей средой могут конденсироваться, выполнение цилиндрической камеры смешения не целесообразно. Было установлено, что целесообразно камеру смешения выполнять с входным цилиндрическим участком, сужающимся промежуточным участком и выходным цилиндрическим участком. При этом не менее существенное значение имеют соотношения размеров между элементами описанной выше профилированной камеры смешения. Было установлено, что целесообразно выполнять площадь поперечного сечения входного цилиндрического участка камеры смешения от 0,5 до 50,0 площадей поперечного сечения выходного цилиндрического участка камеры смешения, а длину водного цилиндрического участка камеры смешения, длину промежуточного сужающегося участка камеры смешения и длину выходного цилиндрического ее участка выполнять, соответственно, от 0,05 до 36, от 0,02 до 50,0 и от 0,5 до 220,0 диаметров выходного цилиндрического участка камеры смешения.

Кроме того, было установлено, что в ряде случаев, в зависимости от того какая среда в качестве эжектирующей среды подается в сопло эжектора камера смешения может быть снабжена входным направляющим патрубком, в частности, входным направляющим конусным, сужающимся по ходу потока патрубком. В зависимости от плотности эжектирующей среды или, что более точно, в зависимости от склонности эжектирующей среды к диспергированию угол конусности входного направляющего патрубка может составлять от 1,89 до 45^o, а длина направляющего патрубка составляет от 0,02 до 26 диаметров выходного цилиндрического участка камеры смешения.

Кроме указанного выше соотношения между длинами участков камеры смешения и площадями их поперечного сечения на работу камеры смешения может оказывать влияние величина наклона образующей конусной поверхности промежуточного участка камеры смешения. В зависимости от вида эжектирующей среды, от вида откачиваемой парогазовой среды, в том числе от количества конденсируемых в эжектирующей среде компонентов парогазовой среды. Как было установлено угол наклона образующей конусной поверхности сужающегося по ходу потока промежуточного участка камеры смешения к оси камеры смешения может составлять от 0,1 до 78^o.

Таким образом, путем выполнения жидкостно-газового эжектора описанным выше образом достигнуто выполнение поставленной задачи - повышение КПД работы жидкостно-газового эжектора.

На чертеже схематически представлен продольный разрез описываемого жидкостно-газового эжектора.

Жидкостно-газовый эжектор содержит распределительную камеру 1 с соплами 2, приемную камеру 3, камеры 4 смешения и сбросную камеру 5. Каждая камера 4 смешения установлена соосно относительно своего сопла 2 и выполнена с входным цилиндрическим участком 6, сужающимся по ходу потока среды промежуточным участком 7 и выходным цилиндрическим участком 8. Площадь поперечного сечения входного цилиндрического участка 6 камеры 4 смешения составляет от 0,5 до 50 площадей поперечного сечения выходного цилиндрического участка 8. Длина L_н входного цилиндрического участка 6 камеры 4 смешения составляет от 0,05 до 36 диаметров D_к выходного цилиндрического участка 8 камеры 4 смешения. Длина L_п промежуточного сужающегося по ходу потока среды участка 7 камеры 4 смешения составляет от 0,02 до 50 диаметров D_к выходного цилиндрического участка 8 камеры 4 смешения и длина L_к выходного цилиндрического участка 8 камеры 4 смешения составляет от 0,5 до 220 диаметров D_к выходного цилиндрического участка 8 камеры 4 смешения.

Предпочтительно каждую камеру 4 смешения снабжать входным направляющим конусным, сужающимся по ходу потока патрубком 9, угол α конусности которого составляет от 1,89 до 45^o, а длина L_в направляющего патрубка 9 составляет от 0,02 до 26 диаметров D_к выходного цилиндрического участка 8 камеры 4 смешения.

Вообще образующая сужающейся поверхности направляющего патрубка может быть криволинейной с образованием выпуклой или вогнутой поверхности направляющего патрубка в зависимости от того в какой степени желательно воздействие на поток эжектирующей и откачиваемой сред на входе во входной цилиндрический участок 6 камеры 4 смешения.

Что касается поперечного сечения сопел 2 и камер 4 смешения, то они могут быть образованы как окружностью, овалом, эллипсоидом, так и могут быть выполнены профилированными, например щелевидными, крестообразными или какого-либо другого профиля.

Предпочтительно также сужающийся промежуточный участок 7 камеры 4 смешения выполнять конусным, при этом угол β наклона образующей конусной поверхности к оси камеры 4 смешения составляет от 0,1 до 78^o.

Касаясь абсолютных размеров выполнения описанного жидкостно-газового эжектора, можно отметить, что основной размер, на базе которого рассчитываются размеры проходного сечения данного эжектора - диаметр D_к выходного цилиндрического участка 8 камеры 4 смешения, может составлять от 2,5 до 360 мм.

Жидкая эжектирующая среда под заданным давлением подается в распределительную камеру 1, где она распределяется между соплами 2. Истекая из сопел 2, струи жидкой эжектирующей среды увлекают из приемной камеры 3 в камеры 4 смешения откачиваемую газообразную или парогазовую среду. При этом, в зависимости от выбранной конструкции, эжектирующая и откачиваемая среды поступают в камеры 4 смешения либо через направляющий патрубок 9, либо непосредственно во входной цилиндрический участок 6 камеры 4 смешения. В процессе смешения в камерах 4 смешения жидкой эжектирующей среды и откачиваемой среды образуется однородная газожидкостная смесь, при этом, в зависимости от состава откачиваемой среды, часть компонентов откачиваемой среды может конденсироваться в жидкой эжектирующей среде, а несконденсировавшиеся компоненты откачиваемой среды в процессе смешения с эжектирующей средой сжимаются за счет частичного преобразования кинетической энергии жидкой эжектирующей среды в потенциальную энергию давления. Из камер 4 смешения полученная в них газожидкостная смесь поступает в сбросную камеру 5 и далее отводится из эжектора.

Данное изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической промышленности, например при перегонке различных сред под вакуумом, так и в целом ряде других отраслей промышленности, где требуется создание и поддержание вакуума.

Эжектор предназначен для создания вакуума. Каждая камера смешения эжектора выполнена с входным цилиндрическим участком, сужающимся промежуточным участком и выходным цилиндрическим участком. Полощадь поперечного сечения входного цилиндрического участка камеры смешения составляет от 0,5 до 50,0 площадей поперечного сечения выходного цилиндрического участка камеры смешения. Длина входного цилиндрического участка камеры смешения, длина промежуточного сужающегося участка камеры смешения и длина выходного цилиндрического ее участка составляет соответственно, от 0,05 до 36,0, от 0,02 до 50,0 и от 0,5 до 220,0 диаметров выходного цилиндрического участка камеры смешения. В результате повышается КПД эжектора. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Жидкостно-газовый эжектор, содержащий распределительную камеру с соплами, приемную камеру, камеры смешения и сбросную камеру, причем каждая камера смешения установлена соосно относительно своего сопла, отличающийся тем, что каждая камера смешения выполнена с входным цилиндрическим участком, сужающимся промежуточным участком и выходным цилиндрическим участком, при этом площадь поперечного сечения входного цилиндрического участка камеры смешения составляет от 0,5 до 50,0 площадей поперечного сечения выходного цилиндрического участка камеры смешения, а длина входного цилиндрического участка камеры смешения, длина промежуточного сужающегося участка камеры смешения и длина выходного цилиндрического ее участка составляет соответственно от 0,05 до 36,0, от 0,02 до 50,0 и от 0,5 до 220,0 диаметров выходного цилиндрического участка камеры смешения. 2. Эжектор по п.1, отличающийся тем, что каждая камера смешения снабжена входным направляющим конусным, сужающимся по ходу потока патрубком, угол конусности которого составляет от 1,89 до 45^o, а длина направляющего патрубка составляет от 0,02 до 26,0 диаметров выходного цилиндрического участка камеры смешения. 3. Эжектор по п. 1, отличающийся тем, что сужающийся промежуточный участок камеры смешения образован конусной поверхностью, причем угол наклона образующей конусной поверхности к оси камеры смешения составляет от 0,1 до 78^o.