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

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к жидкостно-газовым струйным аппаратам для откачки газообразных сред.

Известен жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий сопло, приемную камеру и цилиндрическую камеру смешения (см. книгу Соколова Е.Я. и Зингера Н.М. Струйные аппараты. -М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 213).

Данные жидкостно-газовые струйные аппараты позволяют откачивать различные газообразные среды, однако КПД этих струйных аппаратов невысок, что сужает область их использования.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий сопло и камеру смешения с входным сужающимся и выходным цилиндрическим участками (см. книгу Соколова Е.Я. и Зингера Н.М. Струйные аппараты. -М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 254).

Данные струйные аппараты нашли широкое применение в качестве воздухоотсасывающих устройств в паровых турбоустановках. Одно из важнейших преимуществ при использовании жидкостно-струйных аппаратов для конденсаторов современных блочных турбоустановок является возможность пуска блока в работу без подвода пара от постороннего источника. Однако данные струйные аппараты также имеют сравнительно невысокий КПД.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является увеличение КПД жидкостно-газового струйного аппарата.

Указанная задача решается за счет того, что у жидкостно-газового струйного аппарата, содержащего сопло и камеру смешения с входным сужающимся и выходным цилиндрическим участками, отношение площади минимального сечения камеры смешения к площади входного сечения камеры смешения составляет от 0,005 до 0,392, а прямая, образующая коническую поверхность сужающегося участка камеры смешения, или касательная к каждой точке криволинейной образующей поверхности сужающегося участка камеры смешения наклонены к оси камеры смешения под углом от 30' до 10^o.

Кроме того, сужающийся участок камеры смешения может быть образован конической поверхностью, либо сужающийся участок камеры смешения может быть образован криволинейной образующей и плавно сопряжен с выходным цилиндрическим участком камеры смешения. Струйный аппарат может быть также снабжен направляющим, сужающимся по ходу потока среды (конфузорным) насадком, установленным со стороны входа во входной участок камеры смешения, и может быть снабжен диффузором, установленным на выходе из цилиндрического участка камеры смешения.

В другом варианте выполнения у жидкостно-газового струйного аппарата, содержащего сопло и сужающуюся по ходу потока камеру смешения, отношение площади минимального сечения камеры смешения к площади входного сечения камеры смешения составляет от 0,005 до 0,392, а прямая, образующая коническую, сужающуюся по ходу потока поверхность камеры смешения, или касательная к каждой точке криволинейной образующей поверхности сужающейся по ходу потока камеры смешения наклонены к оси камеры смешения под углом от 30' до 10^o.

Сужающаяся камера смешения струйного аппарата может быть образована конической поверхностью, либо сужающаяся камера смешения может быть образована криволинейной образующей, при этом выходной участок криволинейной камеры смешения может быть выполнен плавно переходящим в цилиндрическую поверхность.

Как показали проведенные исследования, соотношение размеров камеры смешения жидкостно-газового струйного аппарата может оказать существенное влияние на эффективность работы струйного аппарата. В ходе эксперимента были испытаны жидкостно-газовые струйные аппараты с камерой смешения, у которой входной участок был сужающимся с криволинейной образующей, либо сужающийся участок был образован конической поверхностью. За входным сужающимся участком обязательно следовал выходной цилиндрический участок камеры смешения. В другом варианте вся камера смешения была выполнена сужающейся по ходу потока, т.е. камеру смешения выполняли без выходного цилиндрического участка, и при наличии у струйного аппарата диффузора сужающаяся камера смешения в зоне своего наименьшего проходного сечения сразу переходила в диффузор, т.е. в расширяющийся по ходу потока канал.

Было установлено, что независимо от варианта выполнения жидкостно-газового струйного аппарата соотношение размеров сужающегося входного участка камеры смешения или всей сужающейся камеры смешения оказывает решающее значение на организацию потока газожидкостной среды в камере смешения, где начинается и завершается процесс формирования смешанного газожидкостного потока.

При проведении исследования было установлено, что минимальные потери энергии в процессе смешения откачиваемой газообразной среды и эжектирующей жидкой рабочей среды имели место при отношении площади минимального сечения камеры смешения (в случае выполнения с выходным цилиндрическим участком фактически площади поперечного сечения выходного цилиндрического участка камеры смешения) к площади входного сечения камеры смешения (чаще всего к площади поперечного сечения входного сечения камеры смешения), составляющем от 0,005 до 0,392, при этом прямая, образующая коническую поверхность сужающегося участка камеры смешения, или касательная к каждой точке криволинейной образующей поверхности сужающегося участка камеры смешения наклонены к оси камеры смешения под углом от 30' до 10^o.

Как оказалось при выполнении жидкостно-газового струйного аппарата с камерой смешения без выходного цилиндрического участка, т.е. в случае, когда вся камера смешения выполнена сужающейся по ходу потока среды, протекающей через нее, соотношение размеров, с которым целесообразно выполнять камеру смешения, фактически осталось тем же, или, другими словами, отношение площади минимального сечения камеры смешения к площади входного сечения камеры смешения должно составлять от 0,005 до 0,392, а прямая, образующая коническую, сужающуюся по ходу потока поверхность камеры смешения, или касательная к каждой точке криволинейной образующей поверхности сужающейся по ходу потока камеры смешения должна быть наклонена к оси камеры смешения под углом от 30' до 10^o.

Тем не менее возможен и здесь вариант выполнения сужающейся камеры смешения, когда криволинейная образующая поверхности камеры смешения плавно на выходе переходит в образующую цилиндрической поверхности, что, как оказалось, целесообразно делать так же, как и в варианте с выходным цилиндрическим участком, когда в газожидкостном потоке в камере смешения помимо процессов смешения проходят другие процессы, например такие, как конденсация части газообразной составляющей газожидкостного потока в жидкой рабочей среде с формированием в газожидкостном потоке сверхзвукового режима течения и торможением потока в скачке давления, место протекания которого в этом случае установить достаточно точно не представляется возможным.

Таким образом, путем выполнения камеры смешения с входным сужающимся и выходным цилиндрическим участками либо путем выполнения всей камеры смешения сужающейся по ходу потока протекающей в ней среды при условии выполнения сужающегося участка камеры смешения с указанными выше соотношениями размеров достигается выполнение поставленной в изобретении задачи - увеличение КПД жидкостно-газового струйного аппарата, причем выполнение данной задачи достигается независимо от того односопловой или многосопловой жидкостно-газовый струйный аппарат имеется в виду.

На фиг. 1 представлен односопловой жидкостно-газовый струйный аппарат с криволинейным входным сужающимся участком камеры смешения, на фиг.2 представлен многосопловой жидкостно-газовый струйный аппарат с входным сужающимся участком камер смешения, образованным конической поверхностью, на фиг. 3 представлен вариант выполнения жидкостно-газового струйного аппарата с сужающейся по ходу протекающего через нее потока среды.

Жидкостно-газовый струйный аппарат содержит сопло 1 и камеру смешения с входным сужающимся участком 2 и выходным цилиндрическим участком 3. Струйный аппарат может также содержать диффузор 4, установленный на выходе из цилиндрического участка 3 камеры смешения. В случае выполнения жидкостно-газового струйного аппарата многосопловым он содержит сопла 5 и камеры смешения с входными сужающимися участками 6 и выходными цилиндрическими участками 7. На выходе камер смешения могут быть установлены диффузоры 9, которые выходят в сбросную камеру 8. У камеры смешения или камер смешения отношение площади минимального сечения камеры смешения (F_г) к площади входного сечения камеры смешения или камер смешения (F_в) составляет от 0,005 до 0,392, а прямая, образующая коническую поверхность сужающегося участка 6 камеры смешения, или касательная к каждой точке криволинейной образующей поверхности сужающегося участка 2 камеры смешения наклонены к оси камеры смешения под углом (альфа) от 30' до 10^o.

В другом варианте выполнения жидкостно-газовый струйный аппарат содержит сопло 1 и сужающуюся по ходу потока камеру 10 смешения и, если он установлен на выходе камеры 10 смешения, диффузор 4. Отношение площади минимального сечения (F_г) камеры 10 смешения к площади входного сечения (F_в) камеры 10 смешения составляет от 0,005 до 0,392, а прямая, образующая коническую, сужающуюся по ходу потока поверхность камеры 10 смешения, или касательная к каждой точке криволинейной образующей поверхности сужающейся по ходу потока камеры 10 смешения (на чертеже вариант с криволинейной образующей не показан) наклонены к оси камеры 10 смешения под углом (альфа) от 30' до 10^o.

Сужающийся участок 2 камеры смешения может быть образован криволинейной образующей и при этом быть плавно сопряжен с выходным цилиндрическим участком 3 камеры смешения. Струйный аппарат может быть снабжен направляющим, сужающимся по ходу потока среды (конфузорным) насадком 11, установленным со стороны входа во входной участок 2 или 6 камеры смешения, либо быть установленным на входе в камеру 10 смешения. В случае выполнения камеры 10 смешения с криволинейной образующей выходной участок криволинейной поверхности камеры 10 смешения может быть выполнен плавно переходящим в цилиндрическую поверхность.

Жидкостно-газовый струйный аппарат работает следующим образом.

Жидкая рабочая среда подается под напором в сопло 1 или сопла 5. Истекая из сопла 1 или сопел 5 жидкая среда увлекает газообразную среду в камеру смешения с входным участком 2 и выходным участком 3 либо в камеру 10 смешения в зависимости от варианта выполнения струйного аппарата. В многосопловом варианте газообразная среда поступает одновременно в несколько камер смешения, которые могут быть целиком сужающимися, как камера смешения 10 по фиг. 3, либо в камеры смешения с входным и выходным участками 6, 7, как на фиг.2. В камерах смешения независимо от конструкции жидкая рабочая среда смешивается с газообразной средой и одновременно за счет передачи части своей энергии сжимает газообразную среду. Далее, в зависимости от конструкции газожидкостная смесь истекает из струйного аппарата, либо, если установлен диффузор 4 или диффузоры 9, газожидкостная смесь поступает в них. В диффузорах 4 или 9 кинетическая энергия газожидкостного потока частично преобразуется в потенциальную энергию давления, а газообразная среда при этом дополнительно сжимается, после чего газожидкостная смесь из струйного аппарата подается по назначению в зависимости от того, где используется струйный аппарат.

Данный струйный аппарат может быть использован в химической, нефтехимической промышленности, сельском хозяйстве или в любых других отраслях промышленности, где требуется откачка и сжатие газообразных сред.

Струйный аппарат предназначен для откачки газообразных сред. Отношение площади минимального сечения камеры смешения к площади входного сечения камеры смешения составляет 0,005-0,392, а прямая, образующая коническую поверхность сужающегося участка камеры смешения, или касательная к каждой точке криволинейной образующей поверхности сужающегося участка камеры смешения наклонены к оси камеры смешения под углом 30'-10^o. В другом варианте выполнения вся камера смешения выполнена сужающейся, при этом отношение площади минимального сечения камеры смешения к площади входного сечения камеры смешения составляет 0,005-0,392, а прямая, образующая коническую, сужающуюся по ходу потока поверхность камеры смешения, или касательная к каждой точке криволинейной образующей поверхности, сужающейся по ходу потока камеры смешения, наклонены к оси камеры смешения под углом 30'-10^o. В результате увеличивается КПД струйного аппарата. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий сопло и камеру смешения с входным сужающимся и выходным цилиндрическим участками, отличающийся тем, что отношение площади минимального сечения камеры смешения к площади входного сечения камеры смешения составляет 0,005 - 0,392, а прямая, образующая коническую поверхность сужающего участка камеры смешения, или касательная к каждой точке криволинейной образующей поверхности сужающегося участка камеры смешения наклонены к оси камеры смешения под углом 30' - 10^o. 2. Струйный аппарат по п.1, отличающийся тем, что сужающийся участок камеры смешения образован конической поверхностью. 3. Струйный аппарат по п.1, отличающийся тем, что сужающийся участок камеры смешения образован криволинейной образующей и плавно сопряжен с выходным цилиндрическим участком камеры смешения. 4. Струйный аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен направляющим, сужающимся по ходу потока среды насадком, установленным со стороны входа во входной участок камеры смешения. 5. Струйный аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен диффузором, установленным на выходе из цилиндрического участка камеры смешения. 6. Жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий сопло и сужающуюся по ходу потока камеру смешения, отличающийся тем, что отношение площади минимального сечения камеры смешения к площади входного сечения камеры смешения составляет 0,005 - 0,392, а прямая, образующая коническую, сужающуюся по ходу потока поверхность камеры смешения, или касательная к каждой точке криволинейной образующей поверхности сужающейся по ходу потока камеры смешения наклонены к оси камеры смешения под углом 30' - 10^o. 7. Струйный аппарат по п.6, отличающийся тем, что сужающаяся камера смешения образована конической поверхностью. 8. Струйный аппарат по п.6, отличающийся тем, что сужающаяся камера смешения образована криволинейной образующей, при этом выходной участок криволинейной поверхности камеры смешения выполнен плавно переходящим в цилиндрическую поверхность.