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

Изобретение относится к струйной технике, преимущественно к жидкостно-газовым струйным аппаратам для создания вакуума и сжатия различных газообразных или парогазовых сред.

Известны эжекторы для создания вакуума, содержащие сопло, камеру смешения, приемную камеру и диффузор (см., например, патент Германии 569423, кл. F 04 F 5/12, 1933).

Однако данные эжекторы для создания вакуума не нашли широкого применения, что в первую очередь было связано с тем, что эти эжекторы имели низкий КПД.

Наиболее близким к описываемому по техническому результату и решаемой задаче является жидкостно-газовый эжектор, содержащий сопло, камеру смешения и диффузор (см., например, книгу Лямаева Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. 1988, с.90).

Данные струйные аппараты нашли применение при получении вакуума в конденсационных установках энергетических установок. Однако использование этих жидкостно-газовых эжекторов ограничено, что связано с невысоким КПД этих эжекторов, а также нестабильностью работы эжектора при отклонении работы эжектора от заданного режима его работы.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение КПД и надежности работы жидкостно-газовых эжекторов.

Указанная цель достигается за счет того, что жидкостно-газовый эжектор, содержащий сопло и камеру смешения, снабжен камерой преобразования сверхзвукового потока, подключенной со стороны входа в нее к выходу камеры смешения, при этом камера преобразования сверхзвукового потока выполнена в виде скачкообразно расширяющегося по ходу потока канала, а площадь поперечного сечения камеры преобразования сверхзвукового потока в зоне ее расширения составляет от 1,01 до 28,0 площадей наименьшего проходного сечения камеры смешения.

В другом варианте выполнения эжектора, а именно в случае выполнения эжектора многосопловым и содержащим распределительную камеру с установленными на выходе из нее соплами и соответствующую каждому соплу камеру смешения, на выходе из каждой камеры смешения установлена камера преобразования сверхзвукового потока, причем последняя выполнена в виде скачкообразно расширяющегося канала, а площадь поперечного сечения этого канала составляет от 1,01 до 28,0 площадей поперечного сечения соответствующей камеры смешения в зоне ее наименьшего проходного сечения.

Возможен также вариант выполнения многосоплового жидкостно-газового эжектора, который содержит распределительную камеру с установленными на выходе из нее соплами и соответствующую каждому соплу камеру смешения, причем за выходным сечением камер смешения выполнена камера преобразования сверхзвукового потока, площадь поперечного сечения которой составляет от 1,01 до 28 площадей суммарного поперечного сечения камер смешения в зоне их наименьшего проходного сечения.

Возможно также выполнение эжектора, когда камера преобразования сверхзвукового потока преобразована трубопроводом отвода газожидкостной смеси из эжектора.

Результаты исследования работы жидкостно-газовых эжекторов показали, что процессы, проходящие за выходом сечения камеры смешения, оказывают существенное влияние на эффективность работы эжектора. При работе жидкостно-газовых эжекторов струя жидкости, истекая из сопла или сопел, увлекает в камеру смешения или в камеры смешения откачиваемую газообразную среду. В результате смешения жидкости и газа образуется газожидкостная смесь. Но, как известно, скорость звука в двухфазной смеси резко падает, что вызывает переход потока газожидкостной смеси на сверзхвуковой режим течения. В этой связи становится актуальной проблема эффективного использования создавшейся ситуации. Было установлено, что перевод потока в скачке давления на дозвуковой режим течения может повысить стабильность работы эжектора, путем предотвращения возникновения обратных токов в приемную камеру со стороны выхода эжекторов, интенсифицировать процесс смешения газообразной откачиваемой и жидкостной эжектирующей сред с выравниванием градиента скоростей по поперечному сечению за выходным сечением камеры смешения и снижением, при этом, потерь энергии в процессе смешения сред. Более того, в скачке давления, организованном за выходным сечением камеры смешения, можно добиться эффективного сжатия откачиваемой газообразной среды. В результате удается создать условия, когда жидкостно-газовый эжектор, рассчитанный на работу по откачке газообразной среды и созданию вакуума в каком-либо ограниченном объеме, например в вакуумной ректификационной колонне, может быть одновременно использован на сжатие откаченной газообразной среды до давления, при котором сжатый газ может быть эффективно отделен от жидкой среды без использования дополнительного оборудования, например второй ступени жидкостно-газового эжектора для дегазирования жидкой среды. Так было достигнуто повышение КПД жидкостно-газового эжектора и его стабильности, а следовательно, надежности работы. Необходимо отметить, что расположение камеры преобразования сверхзвукового потока за выходным сечением камеры смешения и выполнение камеры преобразования сверхзвукового потока в виде скачкообразно расширяющегося по ходу потока канала с выполнением площади поперечного сечения камеры преобразования сверхзвукового потока в зоне ее расширения, составляющей от 1,01 до 28,0 площадей наименьшего проходного сечения камеры смешения, позволяет создавать различные условия для организации скачка давления и за счет этого регулировать режим работы жидкостно-газового эжектора в более широком диапазоне без снижения эффективности его работы по откачке различных газообразных и парогазовых сред, что, в свою очередь, значительно расширяет область использования данного жидкостно-газового эжектора.

Таким образом было достигнуто выполнение поставленной задачи - повышение КПД и надежности работы эжектора.

На фиг. 1 схематически представлен описываемый односопловой жидкостно-газовый эжектор, на фиг. 2 представлен описываемый многосопловой жидкостно-газовый эжектор, на фиг. 3 представлен описываемый многосопловой эжектор с общей камерой преобразования сверхзвукового потока.

Жидкостно-газовый эжектор содержит сопло 1 и камеру 2 смешения. При этом сопло может быть выполнено одноструйным, многоструйным, кольцевым или каким-либо другим. Эжектор также снабжен камерой 3 преобразования сверхзвукового потока, подключенной со стороны входа в нее к выходу камеры 2 смешения, при этом камера 3 преобразования сверхзвукового потока выполнена в виде скачкообразного расширяющегося по ходу потока канала, а площадь поперечного сечения камеры 3 преобразования сверхзвукового потока в зоне ее расширения составляет от 1,01 до 28,0 площадей наименьшего проходного сечения камеры 2 смешения. Конструктивно канал расширения камеры 3 преобразования сверхзвукового потока может быть выполнен в виде напорного трубопровода, подключенного к выходному сечению камеры 2 смешения эжектора, по которому газожидкостная смесь из камеры 2 смешения будет подаваться, например, в сепаратор 4, где сжатый газ отделяется от жидкой среды, которая затем может, если это будет необходимо, подана обратно каким-либо насосом в сопло 1 жидкостно-газового эжектора.

В другом варианте реализации описываемого изобретения многосопловой жидкостно-газовый эжектор содержит распределительную камеру 5 с установленными на выходе из нее соплами 6 и соответствующую каждому соплу 6 камеру 7 смешения. На выходе из каждой камеры 8 смешения установлена камера 8 преобразования сверхзвукового потока, причем последняя выполнена в виде скачкообразно расширяющегося канала, а площадь поперечного сечения этого канала составляет от 1,01 до 28,0 площадей поперечного сечения соответствующей камеры 7 смешения в зоне ее наименьшего проходного сечения.

В третьем варианте выполнения многосопловой жидкостно-газовый эжектор содержит распределительную камеру 9 с установленными на выходе из нее соплами 10 и соответствующую каждому соплу 10 камеру 11 смешения. За выходным сечением камер 11 смешения выполнена камера 12 преобразования сверхзвукового потока, площадь сечения которой составляет от 1,01 до 28 площадей суммарного поперечного сечения камер 11 смешения в зоне их наименьшего проходного сечения. В данном эжекторе камера 12 преобразования сверхзвукового потока может быть образована трубопроводом отвода газожидкостной смеси из эжектора.

Жидкостно-газовые эжекторы работают следующим образом.

Жидкая среда, истекая из сопла 1, увлекает в камеру 2 смешения откачиваемую газообразную среду. В процессе смешения с газообразной средой плотность газожидкостной смеси падает до заранее рассчитанной величины, что обеспечивает переход потока на сверхзвуковой режим течения. После этого сверхзвуковой газообразной поток поступает из камеры 2 смешения в камеру 3 преобразования сверхзвукового потока, где, за счет скачкообразного расширения потока, организуют скачок давления с одновременным торможением потока и частичным преобразованием скоростной энергии потока в энергию давления и сжатием, за счет этого, откачиваемой газообразной среды. Затем полученный в камере 3 преобразования сверхзвукового потока дозвуковой газожидкостной поток подают по назначению, например в сепаратор 4, где сжатый газ отделяют от жидкой среды.

Работа многосоплового жидкостно-газового эжектора отличается от вышеописанной работы "односоплового" жидкостно-газового эжектора только тем, что жидкую среду под напором подают сразу в несколько сопел 6 через распределительную камеру 5 и жидкая среда, истекая из сопел 6, увлекает откачиваемую среду сразу в несколько камер 7 смешения, из которых газожидкостная смесь поступает в камеры 8 преобразования сверхзвукового потока, и из последних газожидкостной поток с дозвуковой скоростью поступает в сбросную камеру 9 и далее по назначению, например в сепаратор. Что касается механизма откачки газообразной среды, ее смешения с жидкой средой и организации скачка давления, то они аналогичны описанным выше для "односоплового" жидкостно-газового эжектора.

Работа многосоплового эжектора по третьему варианту выполнения эжектора, по существу, объединяет два описанные выше варианта. Жидкую среду подают под напором сразу в несколько сопел 10 через распределительную камеру 9 и жидкая среда, истекая из сопел 10, увлекает в камеры 11 смешения откачиваемую газообразную среду, где жидкая среда смешивается с газообразной средой и сжимает ее. Из камер 11 смешения газожидкостные потоки поступают в камеру 12 преобразования сверхзвукового потока, где в результате резкого расширения газожидкостных потоков происходят процессы преобразования, аналогичные описываемым для "односоплового" эжектора согласно фиг. 1.

Данные жидкостно-газовые эжекторы могут быть использованы в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение предназначено для создания вакуума. Эжектор выполнен с камерой преобразования сверхзвукового потока, площадь поперечного сечения которой в зоне ее расширения составляет от 1,01 до 28 площадей наименьшего проходного сечения камеры смешения. Камера преобразования сверхзвукового потока установлена со стороны выхода из камеры смешения эжектора или со стороны выхода из камер смешения, в зависимости от варианта выполнения эжектора. В результате повышается КПД и надежность работы эжектора. 3 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Жидкостно-газовый эжектор, содержащий сопло и камеру смешения, отличающийся тем, что эжектор снабжен камерой преобразования сверхзвукового потока, подключенной со стороны входа в нее к выходу камеры смешения, при этом камера преобразования сверхзвукового потока выполнена в виде скачкообразно расширяющегося по ходу потока канала, а площадь поперечного сечения камеры преобразования сверхзвукового потока в зоне ее расширения составляет от 1,01 до 28,0 площадей наименьшего проходного сечения камеры смешения. 2. Многосопловой жидкостно-газовый эжектор, содержащий распределительную камеру с установленными на выходе из нее соплами и соответствующую каждому соплу камеру смешения, отличающийся тем, что на выходе из каждой камеры смешения установлена камера преобразования сверхзвукового потока, причем последняя выполнена в виде скачкообразно расширяющегося канала, а площадь поперечного сечения этого канала составляет от 1,01 до 28,0 площадей поперечного сечения соответствующей камеры смешения в зоне ее наименьшего проходного сечения. 3. Многосопловой жидкостно-газовый эжектор, содержащий распределительную камеру с установленными на выходе из нее соплами и соответствующую каждому соплу камеру смешения, отличающийся тем, что за выходным сечением камер смешения выполнена камера преобразования сверхзвукового потока, площадь поперечного сечения которой составляет от 1,01 до 28 площадей суммарного поперечного сечения камер смешения в зоне их наименьшего проходного сечения. 4. Эжектор по п.3, отличающийся тем, что камера преобразования сверхзвукового потока образована трубопроводом отвода газожидкостной смеси из эжектора.