СПОСОБ РАБОТЫ НАСОСНО-ЭЖЕКТОРНОЙ УСТАНОВКИ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F04F5/54 

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к насосно-эжекторным установкам для создания вакуума и сжатия газообразных сред.

Известен способ работы насосно-эжекторной установки, включающий подачу насосом в сопло жидкостно-газового эжектора под напором жидкой среды с формированием на выходе из сопла жидкостной струи и откачкой, за счет этого, газообразной среды с последующим смешением жидкой и газообразной сред и формированием газожидкостного потока, который отводят из эжектора в дренаж (см., Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты, Москва, Энергия, 1970, с. 214,215).

Здесь же описаны насосно-эжекторная установка, содержащая насос и жидкостно-газовый эжектор, при этом насос выходом подключен к соплу эжектора, входом откачиваемой газообразной среды эжектор подключен к источнику откачиваемой среды и выходом эжектор подключен к дренажу.

Данные способ и установка для его осуществления не нашли широкого промышленного применения, поскольку слив в дренаж газожидкостный смеси часто приводит к напряженной экологической обстановке, а сама установка требует большого расхода жидкой среды, что делает ее экономически мало привлекательной.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является способ работы насосно-эжекторной установки, включающий подачу насосом жидкой среды из сепаратора в сопло или несколько сопл жидкостно-газового эжектора, откачку за счет энергии жидкой рабочей среды, газообразной среды и формирование в эжекторе газожидкостного потока смеси сред с одновременным сжатием газообразной среды (см., RU, патент, 2091117, кл. B 01 D 3/10, 1997).

В этом же патенте Российской Федерации 2091117 описана наиболее близкая к изобретению по технической сущности и достигаемому результату насосно-эжекторная установка, содержащая сепаратор, насос, подключенный жидкостным входом к выходу насоса и газовым входом - к источнику откачиваемой газообразной среды.

В этой насосно-эжекторной установке и способе ее работы за счет расположения жидкостно-газового эжектора на высоте от 5 до 35 м над сепаратором достигается сокращение энергетических затрат за счет использования сил гравитации в напорной магистрали.

Однако отмеченный положительный эффект несет за собой и большой недостаток, связанный с тем, что увеличение высоты расположения струйного аппарата в сочетании с его неотъемлемой частью - напорной магистралью приводит к резкому увеличению скорости газожидкостного потока в напорной магистрали. В результате на входе в сепаратор в месте выполнения гидравлического затвора скорость газожидкостного потока достигает сотен метров в секунду. Для обеспечения надежной работы сепаратора возникает необходимость усложнения конструкции сепаратора и в первую очередь элементов сепаратора, воспринимающих эту нагрузку на себя. В конечном итоге это приводит к необходимости увеличения материалоемкости сепаратора и его габаритов.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности работы установки путем регулирования скорости подачи газожидкостного потока в сепаратор независимо от пространственного расположения жидкостно-газового эжектора (горизонтального или вертикального) и независимо от высоты расположения жидкостно-газового эжектора над сепаратором.

Указанная задача в части способа как объекта изобретения достигается за счет того, что в способе работы насосно-эжекторной установки, включающем подачу насосом жидкой рабочей среды из сепаратора в сопло или сопла жидкостно-газового эжектора, откачку, за счет энергии жидкой рабочей среды, газообразной среды и формирование в эжекторе газожидкостного потока смеси сред с одновременным сжатием газообразной среды, при этом газожидкостный поток из эжектора подают в гидродинамическое устройство регулирования скорости потока, где газожидкостный поток за счет регулируемого расширения проточной части устройства тормозят, устанавливая скорость движения газожидкостный смеси ниже скорости звука, после чего газожидкостный поток с дозвуковой скоростью подают в сепаратор, где сжатый газ отделяют от жидкой рабочей среды.

В части устройства как объекта изобретения указанная задача решается за счет того, что в насосно-эжекторной установке, содержащей сепаратор, насос, подключенный входом к сепаратору, и жидкостно-газовый эжектор, подключенный жидкостным входом к выходу насоса и газовым входом - к источнику откачиваемой газообразной среды, причем установка снабжена гидродинамическим устройством регулирования скорости потока, выполненным в виде одного или нескольких каналов, расширяющихся по ходу движения газожидкостного потока, устройство подключено со стороны входа в него к выходу газожидкостного потока из эжектора и со стороны выхода потока из устройства - к сепаратору, а в каждом расширяющемся канале площадь выходного сечения, расширяющегося по ходу потока канала, составляет от 4,0 до 50 площадей входного сечения этого канала и длина каждого расширяющегося канала составляет не менее 1,36 , где S - площадь выходного сечения расширяющегося канала.

Гидродинамическое устройство регулирования скорости потока может быть сопряжено с выходным сечением камеры смешения и/или со стороны выхода из него сопряжено с входом в сепаратор.

Профиль трубопровода перед и за устройством регулирования скорости потока может быть постоянного поперечного сечения, сужающимся с углом конусности до 26^o или расширяющимся с углом конусности до 5^o - 6^o, т.е. практически любым. Что касается профиля в поперечном сечении расширяющихся каналов устройства регулирования скорости потока и трубопроводов до и после устройства, то он не имеет существенного и может быть также практически любым, например, круглым, овальным, в виде какого либо- многогранника и т.д.

Как показали проведенные исследования, на работу жидкостно-газового эжектора существенное значение может оказать величина противодавления на выходе из эжектора. В связи с этим необходимо было обеспечить торможение потока перед подачей его в сепаратор без какого-либо заметного увеличения противодавления.

Наиболее привлекательным оказалось использовать энергию самого потока для того, чтобы газожидкостный поток тормозил сам себя и при этом, чтобы система торможения была бы хорошо регулируемой и обладала обратной связью, т. е., чтобы можно было регулировать режим работы эжектора, регулируя давление, например, в сепараторе. Важно, чтобы скорость потока в ходе его движения от выходного сечения жидкостно-газового эжектора до входного сечения сепаратора не превышала скорость звука.

В ряде случаев, например при установке эжектора на большой высоте, бывает целесообразно выполнять гидродинамическое устройство регулирования скорости потока с несколькими последовательно установленными каналами, расширяющимися по ходу движения потока в нем, что, как показали проведенные исследования, более целесообразно, чем выполнять гидродинамическое устройство с очень значительным одноразовым расширением потока, когда не удается снизить скорость потока до предельно допустимой и, как показали исследования, составляющей от 4,6 до 450 м/с. В связи с этим, как показали проведенные эксперименты, нецелесообразно делать гидродинамическое устройство регулирования скорости потока с расширяющимся каналом или расширяющимися каналами, у которых площадь выходного сечения составляет более 50 и менее 4,0 площадей входного сечения входного сечения этого канала, а длину каждого канала целесообразно выполнять не менее чем 1,36 , где S - площадь выходного сечения расширяющегося канала.

Что касается расположения расширяющихся каналов гидродинамического устройства, то наиболее целесообразно их располагать равномерно от выходного сечения эжектора к входному сечению сепаратора. В то же время при небольшой высоте расположения эжектора, либо при горизонтальной компоновке установки более целесообразно устанавливать гидродинамическое устройство непосредственно на выходе из эжектора или на входе в сепаратор.

Таким образом, в описанных установках с использованием описанного способа их работы достигается выполнение поставленной задачи - повышение надежности работы установки за счет подвода в нее газожидкостного потока с заранее рассчитанной скоростью.

На фиг.1 представлена принципиальная схема насосно-эжекторной установки с односопловым эжектором и расположением гидродинамического устройства регулирования скорости потока на некотором расстоянии как от эжектора, так и от сепаратора; на фиг.2 представлена принципиальная схема насосно-эжекторной установки с многосопловым жидкостно-газовым эжектором и с расположением гидродинамического устройства регулирования скорости потока за выходным сечением сбросной камеры эжектора.

Насосно-эжекторная установка (согласно фиг.1) содержит сепаратор 1, насос 2, подключенный входом к сепаратору 1 и односопловой жидкостно-газовый эжектор 3, подключенный жидкостным входом 4 к выходу насоса 2 и газовым входом 5 - к источнику 6 откачиваемой газообразной среды. Установка снабжена гидродинамическим устройством регулирования скорости потока, выполненным в виде канала 7, который расширяется по ходу движения газожидкостного потока и подключен со стороны входа 9 в него к выходу 8 эжектора и со стороны выхода 10 из него - к сепаратору 1, при этом канал 7 гидродинамического устройства регулирования скорости потока может быть образован конической поверхностью, набором ступенчато расширяющихся каналов или быть образован поверхностью с криволинейной или образованной ломаной линией образующей.

Канал 7 гидродинамического устройства со стороны входа 9 в него может быть сопряжен с выходным сечением 8 камеры смешения или диффузора эжектора, в зависимости от конструкции эжектора, или может быть со стороны выхода 10 из него сопряжен с входом в сепаратор 1 (не показано).

Другой вариант выполнения насосно-эжекторной установки отличается от описанного варианта выполнения насосно-эжекторной установки только тем, что в ней использован многосопловой жидкостно-газовый эжектор (см. фиг.2). В этом случае эжектор 3 включает в себя камеру 11 распределения жидкой рабочей среды с активными соплами 12 со стороны выхода из нее, приемную камеру 13 и установленную соосно каждому соплу 12 камеру 14 смешения.

Многосопловой жидкостно-газовый эжектор может быть снабжен сбросной камерой 15, установленной со стороны выхода из камер 14 смешения. В этом случае (см. фиг.2) гидродинамическое устройство регулирования скорости потока может быть подключено своим входом непосредственно к выходу сбросной камеры 15 многосоплового эжектора 3.

Что касается самого гидродинамического устройства, то оно может быть выполнено, в отличие от устройства по фиг.1, в виде системы каналов 7, последовательно расположенных вдоль проточной части по ходу движения потока. Важно, чтобы каждый канал 7 имел площадь поперечного сечения выходного сечения по ходу потока от 4,0 до 50 площадей поперечного сечения входного сечения канала 7, а длина каждого канала 7 составляла не менее 1,36 , где S - площадь поперечного сечения выходного сечения канала 7 гидродинамического устройства.

Способ работы насосно-эжекторной установки реализуется следующим образом.

Насосом 2 через жидкостный вход 4 в сопло эжектора 3 подают из сепаратора 1 жидкую рабочую среду. Истекая из сопла эжектора 3, жидкая рабочая среда откачивает газообразную среду с формированием в камере смешения эжектора 3 потока газожидкостный смеси и одновременным сжатием, за счет энергии жидкой среды, откачиваемой газообразной среды. Из эжектора 3 газожидкостная среда поступает в канал 7 гидродинамического устройства регулирования скорости потока, где газожидкостный поток расширяется в профилированном ступенчато -или плавно расширяющемся канале 7 при условии заполнения газожидкостный средой всего поперечного сечения канала 7 и за счет указанного расширения газожидкостного потока, обеспечивают режим течения с дозвуковой скоростью, причем поток тормозят до скорости составляющей, как правило от 4,6 до 450 м/с. Необходимо отметить, что в процессе торможения в канале 7 газожидкостный поток дополнительно сжимается, что позволяет интенсифицировать процесс конденсации легкоконденсируемых компонентов газожидкостного потока, если они имеют место в газожидкостном потоке, после чего газожидкостный поток из канала 7 направляют в сепаратор 1, где сжатый газ отделяют от жидкой рабочей среды.

При использовании многосоплового эжектора 3 отличие в работе заключается только в том, что жидкую рабочую среду подают через распределительную камеру 11 одновременно в несколько сопл 12, а струя жидкой рабочей среды из сопла 12 поступает каждая в свою камеру 14 смешения и далее из камер 14 смешения газожидкостные потоки поступают в сбросную камеру 15. Регулирование скорости движения газожидкостного потока будет проводиться, в отличие от описания по фиг. 1, в нескольких каналах 7 гидродинамического устройства, что целесообразно делать, когда газожидкостный поток постоянно разгоняется, например, под действием своего собственного веса. В этом случае, газожидкостный поток после выхода из сбросной камеры 15 тормозится в первом по движению потока канале 7, затем после канала 7 поток движется, например, по вертикальному цилиндрическому трубопроводу и под действием собственного веса разгоняется до скорости близкой к скорости звука, после чего поток поступает во второй канал 7, где он опять тормозится и далее, если это будет необходимо процесс торможения повторяется несколько раз. Главное, чтобы к моменту поступления в сепаратор 1 скорость газожидкостного потока не превышала скорости звука данного газожидкостного потока.

Данное изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической и ряде других отраслей промышленности.

Установка и способ ее работы предназначены для создания вакуума. Установка снабжена гидродинамическим устройством регулирования скорости потока, выполненным в виде одного или нескольких каналов, расширяющихся по ходу движения газожидкостного потока. Устройство со стороны входа в него подключено к выходу газожидкостного потока из эжектора и со стороны выхода потока из устройства - к сепаратору. В каждом расширяющемся канале площадь выходного сечения расширяющегося по ходу потока канала составляет от 4,0 до 50 площадей входного сечения этого канала и длина каждого расширяющегося канала не менее 1,36 , где S - площадь выходного сечения расширяющегося канала. Газожидкостный поток из эжектора подают в гидродинамическое устройство, где газожидкостный поток тормозят, устанавливая скорость движения газожидкостной смеси ниже скорости звука, после чего газожидкостной поток с дозвуковой скоростью подают в сепаратор, где сжатый газ отделяют от жидкой рабочей среды. В результате повышается надежность работы установки. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ работы насосно-эжекторной установки, включающий подачу насосом жидкой рабочей среды из сепаратора в сопло или сопла жидкостно-газового эжектора, откачку за счет энергии жидкой рабочей среды газообразной среды и формирование в эжекторе газожидкостного потока смеси сред с одновременным сжатием газообразной среды, отличающийся тем, что газожидкостной поток из эжектора подают в гидродинамическое устройство регулирования скорости потока, где газожидкостной поток за счет регулируемого расширения проточной части устройства тормозят, устанавливая скорость движения газожидкостной смеси ниже скорости звука, после чего газожидкостной поток с дозвуковой скоростью подают в сепаратор, где сжатый газ отделяют от жидкой рабочей среды. 2. Насосно-эжекторная установка, содержащая сепаратор, насос, подключенный входом к сепаратору, и жидкостно-газовый эжектор, подключенный жидкостным входом к выходу насоса и газовым входом - к источнику откачиваемой газообразной среды, отличающаяся тем, что установка снабжена гидродинамическим устройством регулирования скорости потока, выполненным в виде одного или нескольких каналов, расширяющихся по ходу движения газожидкостного потока, при этом устройство со стороны входа в него подключено к выходу газожидкостного потока из эжектора и со стороны выхода потока из устройства - к сепаратору, а в каждом расширяющемся канале площадь выходного сечения расширяющегося по ходу потока канала составляет от 4,0 до 50 площадей входного сечения этого канала и длина каждого расширяющегося канала составляет не менее 1,36, где S - площадь выходного сечения расширяющегося канала. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что гидродинамическое устройство регулирования скорости потока сопряжено с выходным сечением камеры смешения. 4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что гидродинамическое устройство регулирования скорости потока со стороны выхода из него сопряжено с входом в сепаратор.