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

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к жидкостно-газовым струйным аппаратам для создания и поддержания вакуума.

Известен эжектор с асимметричными активными соплом и камерой смещения, при этом активное сопло выполнено с криволинейной осью (см. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение, 1988, с. 22).

В данных эжекторах за счет формирования неравномерного поля скоростей достигается возможность более эффективно использовать энергию активной среды. Однако несимметричный профиль скоростей в камере смешения приводит к возникновению обратных токов в камере смешения, что очень часто не позволяет обеспечить эффективную работу данного эжектора.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является жидкостно-газовый эжектор, содержащий осесимметричные активное сопло и камеру смешения (см., Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение, 1988, с. 90).

Данный жидкостно-газовый эжектор обеспечивает откачку различных газообразных сред, создание вакуума и сжатие газообразных сред. Однако существенное влияние на работу эжектора оказывает величина несоосности активного сопла и камеры смешения, которая возникает в процессе изготовления эжектора, что приводит к несимметричному полю скоростей в процессе смешения жидкой и газообразной сред и сжатия газообразной среды. Как следствие, значительно сужается диапазон устойчивой работы эжектора и снижается надежность его работы.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности работы жидкостно-газового эжектора в широком диапазоне давлений и геометрических параметров.

Указанная задача решается за счет того, что у жидкостно-газового струйного аппарата, содержащего осесимметричные активное сопло и камеру смешения, при отношении площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего проходного сечения сопла от 10 до 200 величина радиальной и угловой несоосности активного сопла и камеры смешения составляет, соответственно, от 0,1 до 12 мм от 2'' до 5^o30'. А при отношении площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего проходного сечения сопла от 200 до 1600 величина радиальной и угловой несоосности составляет, соответственно, от 0,14 до 25 мм и от 2,5'' до 10^o30'.

Как показали результаты испытаний работы жидкостно-газового струйного аппарата в значительной степени определяется тем с какой точностью будет обеспечена радиальная и угловая соосность активного сопла и следующей за ним проточной части, под которыми понимается в первую очередь камера смешения, либо в ряде случаев камера смешения с диффузором на выходе. Было также установлено, что до определенного соотношения между отношением площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего проходного сечения активного сопла, а именно до соотношения от 10 до 200, требования к соосности более жесткие и составляют для радиальной несоосности, под которой понимается расстояние между осями сопла и камеры смешения в радиальном направлении, величину от 0,1 до 12 мм и для угловой несоосности, под которой понимается угол, образуемый между осями сопла и камеры смешения, величину от 2'' до 5^o30'. Если же отношение площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего сечения сопла составляет величину от 200 до 1600, то требования к величине допускаемой радиальной и угловой несоосности менее жесткие и составляют, соответственно, для радиальной несоосности величину от 0,14 до 25 мм и для угловой несоосности от 2,5'' до 10^o30'.

Указанные различия в требованиях к величине допускаемой радиальной и угловой несоосности определяются механизмом работы жидкостно-газового струйного аппарата.

Как правило, при работе жидкостно-газового струйного аппарата с меньшим отношением площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего проходного сечения сопла из последнего выходит менее диспергированный поток жидкой среды, а струйные аппараты используются, как правило, не только для откачки газообразных сред, но и для их сжатия. В этих условиях при нарушении соосности сопла и камеры смешения несимметричность градиента поля скоростей в процессе смешения жидкой и газообразной среды под действием противодавления с выхода струйного аппарата может привести к обратным токам в камере смешения и в конечном итоге к срыву струйного аппарата. В ходе проведенных испытаний было установлено, что при величине отношения площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего проходного сечения сопла, равном 200, максимальная радиальная несоосность сопла и камеры смешения, при которой достигалась устойчивая работа струйного аппарата, не должна превышать 12 мм, а угловая несоосность - 5^o30'. В тоже время необходимо учитывать тот факт, что достижения очень высокой точности и, как следствие, свыедение несоосности практически к нулю ведет к резкому удорожанию стоимости изготовления струйного аппарата. Таким образом, в ходе проведенных исследований была установлена допускаемая величина несоосности, при которой не наблюдается какого-либо заметного снижения характеристики струйного аппарата. Такими нижними границами диапазона оказались величина радиальной несоосности в 0,10 мм и угловой несоосности - 2''.

Несколько иная картина наблюдается при работе жидкостно-газовых струйных аппаратов с отношением площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего проходного сечения сопла от 200 до 1600. Для обеспечения устойчивой работы струйных аппаратов данного типа используется сильно диспергированный поток активной жидкой среды. Вследствие этого струйные аппараты данного типа используются для откачки и сжатия газообразной среды с меньшими величинами противодавления. Образованное за выходным сечением сопла "облако" из потока капелек жидкой активной среды, преобразующееся в камере смешения в газокапельный поток смеси жидкой и газообразной сред, в меньшей степени чувствительно к величине несоосности камеры смешения и активного сопла и, как показали результаты испытаний при отношении площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего проходного сечения сопла от 200 до 1600 максимальная радиальная несоосность не должна превышать 25 мм и угловая несоосность 10^o30'. Что касается нижней допускаемой границы величины несоосности, то проведенные исследования выявили возможность выполнения струйного аппарата с величиной радиальной несоосности 0,14 мм и величиной угловой несоосности 2,5''. При этом не наблюдалось снижения характеристик и устойчивости работы струйного аппарата.

Таким образом, в результате эксперимента была установлена зависимость между геометрическим размерами жидкостно-газового струйного аппарата и величиной допускаемой радиальной и угловой несоосности, при которой достигается эффективная работа струйного аппарата по откачке и сжатию газообразных и парогазообразных сред.

Необходимо особо отметить, что данные соотношения размеров, как показали проведенные эксперименты, справедливы как для односопловых жидкостно-газовых струйных аппаратов, так и для многосопловых струйных аппаратов, содержащих объединенную приемную камеру, и несколько сопел, каждому из которых соответствует своя камера смешения или камера смешения с диффузором на выходе из последней.

На фиг. 1 схематически представлен жидкостно-газовый эжектор с радиальной несоосностью сопла и камеры смешения, на фиг. 2 схематически представлен жидкостно-газовый струйный аппарат с угловой несоосностью сопла и камер смешения.

Жидкостно-газовый струйный аппарат содержит осесимметричные активное сопла 1 и камеру 2 смешения. При отношении площади наименьшего проходного сечения камеры 2 смешения к площади наименьшего проходного сечения сопла 1 от 10 до 200 величина радиальной несоосности L активного сопла 1 и камеры 2 смешения составляет от 0,10 до 12 мм, а величина угловой несоосности α составляет от 2'' до 5^o30'. При отношении площади наименьшего проходного сечения камеры 2 смешения к площади наименьшего проходного сечения активного сопла 1 от 200 до 1600 величина радиальной несоосности L должна быть от 0,14 до 25 мм, а величина угловой несоосности α - от 2,5'' до 10^o30'.

Кроме перечисленных активного сопла 1 и камеры 2 смешения жидкостно-газовый струйный аппарат может содержать приемную камеру 3 и диффузор 4.

Жидкостно-газовый струйный аппарат работает следующим образом.

Активная жидкая среда, истекая из сопла 1, увлекает в камеру 2 смешения откачиваемую газообразную среду и смешивается с ней, причем в процессе смешения, за счет кинетической энергии активной жидкой среды, газообразная среда сжимается. Из камеры 2 смешения смесь сред может поступать в диффузор 4, где кинетическая энергия потока смеси сред частично преобразуется в энергию давления и из диффузора 4 смесь сред поступает по назначению.

Данный жидкостно-газовый струйный аппарат может быть использован в химической, нефтехимической промышленности, сельском хозяйстве и любых других отраслях, где требуется откачивать и сжимать газообразные и парогазообразные среды.

Аппарат предназначен для создания вакуума. При отношении площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего проходного сечения сопла от 10 до 200 величина радиальной и угловой несоосности активного сопла и камеры смешения составляет соответственно от 0,10 до 12 мм и от 2" до 5^o30', а при отношении площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего проходного сечения сопла от 200 до 1600 величина радиальной и угловой несоосности составляет соответственно от 0,14 до 25 мм и от 2,5" до 10^o30'. В результате повышается надежность работы струйного аппарата. 2 ил.

Жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий осесимметричные активное сопло и камеру смешения, отличающийся тем, что при отношении площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего проходного сечения сопла от 10 до 200 величина радиальной и угловой несоосности активного сопла и камеры смешения составляет соответственно от 0,10 до 12 мм и от 2'' до 5^o30', а при отношении площади наименьшего проходного сечения камеры смешения к площади наименьшего проходного сечения сопла от 200 до 1600 величина радиальной и угловой несоосности составляет соответственно от 0,14 до 25 мм и от 2,5'' до 10^o30'.