СТРУЙНЫЙ НАСОС Российский патент 1999 года по МПК F04F5/14 

Изобретение относится к насосам необъемного вытеснения, используемым для нагнетания жидких сред и осуществления циркуляции теплоносителя в контурах, например, в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения.

В таких системах практически всегда необходимо вводить дополнительную воду (жидкую среду) взамен расходуемой горячей воды или пара для поддержания надлежащего заполнения сети. Эта вода подводится из подготовительных устройств, например деаэраторов, где находится под атмосферным давлением. Для того, чтобы ввести дополнительную воду, или другую жидкую среду, в закрытый контур, где основной теплоноситель находится под давлением, обычно используют дополнительные (питательные) насосы. Введение дополнительного оборудования экономически невыгодно. Было бы целесообразно вводить эту дополнительную жидкую среду через струйный насос.

Существуют и широко используются для нагнетания жидких сред струйные насосы (см., например, Соколов Е.Я., Зингер Н.М. "Струйные аппараты". Москва, Энергия, 1970; патент РФ N 2027920 по кл. 6 F 04 F 5/24 "Струйный насос"; заявка РФ N 93028711/29 от 24.05.93 по кл. 6 F 04 F 5/14 "Струйный аппарат" и др.). Общей чертой всех указанных конструкций является наличие сопла (или нескольких) для подвода активной среды (чаще всего пара), устройства для подвода пассивной среды - приемной камеры, камеры смешения сред конической формы с цилиндрическим участком и диффузора. Пароструйные насосы (инжекторы) обычно имеют паровое сверхзвуковое сопло (так называемое "Сопло Лаваля"). Работа струйных насосов осуществляется следующим образом: активная среда разгоняется в паровом сопле, в связи с чем на выходе сопла возникает разрежение и происходит подсос жидкой среды, активная и пассивная среда смешиваются в камере смешения, происходит теплообмен между жидкой и паровой фазами, вызывающий конденсацию пара. Коническая форма камеры смешения и интенсивная конденсация вызывают дальнейший разгон смеси и падение давления в камере смешения, что обеспечивает дальнейшее падение давления и увеличение скорости жидкой фазы. В камере смешения происходит полная конденсация паровой фазы со скачком уплотнения, выравнивание температур потоков активной и пассивной среды, после чего в диффузоре происходит торможение потока и возникает избыточный напор, позволяющий подавать смесь потребителю. Дополнительных вводов пассивной среды в таких струйных насосах не предусмотрено.

Из известных конструкций наиболее близким к предложенному изобретению является конструкция, описанная в патенте РФ N 2016261 по кл. F 04 F 5/02 "Способ сжатия сред в струйном аппарате и устройство для его осуществления". Данное устройство содержит камеру смешения, коаксиально ей расположенные сопла для подвода газообразной и жидкой сред, причем камера смешения выполнена конической, сужающейся по ходу среды формы, и камеру расширения, которая сообщена с горловиной диффузора и снабжена выпускным патрубком с разгрузочным клапаном, а выходное сечение камеры смешения выполнено в виде диафрагмы. В данном устройстве также не предусмотрено дополнительных вводов.

По сравнению с другими аналогами конструкция данного струйного аппарата позволяет создавать более высокий напор смеси на выходе из диффузора за счет более глубокого расширения и облегчает запуск аппарата в случае срыва его работы за счет установки разгрузочного клапана со средством регулировки давления его открытия.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение работы струйного насоса в режиме подвода дополнительной пассивной среды, причем подводимая жидкая среда может находиться под давлением значительно меньшим, чем жидкая среда, подающаяся на вход струйного насоса.

По изобретению струйный насос содержит устройство для подвода пассивной среды, сопло для подвода активной среды, расположенные соосно с ним камеру смешения и диффузор.

Сопло выполнено сужающимся по ходу движения среды, камера смешения состоит, по меньшей мере, из двух конических, последовательно сужающихся участков, выполненных с последовательно уменьшающимся от участка к участку углом конусности, цилиндрического участка и снабжена устройством для подвода дополнительного потока пассивной среды. Последний по ходу движения среды конический участок камеры смешения выполнен с углом конусности от 1 до 4 градусов, предпоследний по ходу движения среды конический участок камеры смешения выполнен с углом конусности от 10 до 22 градусов.

Устройство для подвода дополнительного потока пассивной среды сопряжено с полостью цилиндрического участка камеры смешения по контуру его поперечного сечения посредством, по меньшей мере, одного канала, выполненного с наклоном к геометрической продольной оси насоса по ходу движения среды.

В частном случае выполнения канал выполнен в виде замкнутой кольцевой щели.

Кроме того, устройство для подвода дополнительного потока пассивной среды содержит несколько каналов, каждый из которых выполнен в виде дугообразной щели.

Помимо этого, отношение ширины канала, измеренной в месте его сопряжения с цилиндрическим участком камеры смешения вдоль геометрической продольной оси насоса, к длине цилиндрического участка составляет не более 0,7.

Предлагаемая конструкция сопла для подвода активной среды и выполнение камеры смешения не менее чем из двух конических и цилиндрического участков позволяет получить более глубокое расширение потока смеси, обеспечивает дробление потока воды до мелкодисперсного состояния, что, в свою очередь, способствует наилучшему массо-теплообмену между паровой и жидкой фазами, формированию сверхзвукового двухфазного потока и более полному преобразованию тепловой энергии в механическую. За счет этого на выходе из диффузора обеспечивается избыточный по отношению к давлению активной среды напор, что делает возможным запуск устройства и осуществление циркуляции теплоносителя в замкнутом контуре.

Предпоследний по ходу движения среды конический участок камеры смешения выполнен с углом конусности от 10 до 22^o. Это обеспечивает наиболее оптимальные с точки зрения разгона потока смеси паровой (активной) и жидкостной (пассивной) сред, их эффективное смешение и конденсацию паровой фазы, что приводит к глубокому неравновесному расширению потока перед поступлением в последний конический участок камеры смешения.

Последний по ходу движения среды конический участок камеры смешения выполнен с углом конусности от 1 до 4^o. Это дает возможность обеспечить глубокое расширение предварительно разогнанного потока смеси, продлевает неравновесное состояние, что обеспечивает более полный обмен энергией между фазами и способствует повышению КПД.

В цилиндрическом участке происходит завершение процесса расширения смеси и, посредством устройства подвода дополнительного потока, обеспечивается подвод пассивной среды, причем, за счет низкого давления пароводяной смеси на данном участке, подводимая пассивная среда может находиться и под атмосферным давлением.

Таким образом струйный насос данной конструкции может выполнять две функции: нагнетать жидкую среду (служить устройством циркуляции теплоносителя в закрытых контурах) и служить устройством подвода дополнительной пассивной (жидкой среды), в том числе находящейся под атмосферным давлением.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено продольное сечение струйного насоса с устройством для подачи дополнительной пассивной среды,
на фиг. 2 - продольное сечение струйного насоса с дополнительным устройством подвода пассивной среды с двумя каналами.

Струйный насос (фиг. 1) содержит сопло 1 для подвода активной среды (пара), сопло 2 для подвода пассивной среды (воды), камеру смешения 3, и диффузор 4, расположенный соосно с соплом 1, и устройство для подвода дополнительного потока пассивной среды 5. Сопло 1 выполнено конической, сужающейся по ходу среды, формы. Камера смешения 3 состоит из нескольких конических последовательно сужающихся участков, например, двух - 6, 7, имеющих разные углы конусности, и цилиндрического участка 8. Устройство для подвода дополнительного потока пассивной среды 5 сопряжено с полостью цилиндрического участка 8 камеры смешения 3 посредством канала 9, который выполнен с наклоном к геометрической продольной оси 10 насоса по ходу движения среды под острым углом, например, под углом до 45 градусов, т.е. входное отверстие канала 9, по отношению к его выходному отверстию, расположено ближе к коническому участку 6, 7 камеры смешения.

В другом варианте, (фиг. 2), устройство для подвода дополнительного потока пассивной среды 5 имеет два канала 9.

Струйный насос работает следующим образом.

Пар, поступающий в сопло 1 для подвода активной среды, разгоняется за счет уменьшения проходного сечения сопла 1, причем на выходе из сопла 1 скорость пара не достигает скорости звука и имеет место разряжение по отношению к давлению пара на входе. Вода из сопла 2 для подвода пассивной среды поступает в камеру смешения 3, где, взаимодействуя с паром, дробится до мелкодисперсного состояния и за счет сужения проходного сечения камеры смешения 3 происходит разгон потока. Паровая фаза, отдавая тепло воде, охлаждается, частично конденсируется и за счет уменьшения объемного паросодержания в камере смешения 3 происходит дальнейшее падение давления/
Уменьшение угла конусности камеры смешения 3 обеспечивает более глубокое расширение потока, ставшего, вследствие разгона и снижения местной скорости звука, сверхзвуковым, и, следовательно, большее приращение давления в скачке уплотнения и конденсации.

Как уже указывалось выше, в камере смешения 3 и в цилиндрическом участке 8 происходит падение давления за счет разгона смеси. Именно здесь, на цилиндрическом участке 8 струйного насоса устройством подвода 5 через канал (каналы) 9 подается дополнительный поток пассивной среды (например, воды). Эта дополнительная вода может находиться и под атмосферным давлением; в этом случае она увлекается (всасывается) потоком смеси, в которой происходят окончательные процессы теплообмена. Каналы 9 устройства подвода пассивной среды 5 могут быть установлены в различных местах цилиндрического участка 8 камеры смешения 3 как до скачка уплотнения, так и после, в зависимости от условий работы струйного насоса.

После подвода дополнительной воды происходит выравнивание параметров потока, скачок уплотнения с полной конденсацией пара, дальнейшее торможение в диффузоре 4 и рост статического давления.

Цилиндрический участок 8 в зависимости от относительной величины дополнительного потока после устройства ввода дополнительного потока пассивной среды 5 может иметь больший диаметр (на чертеже не показано).

Наличие нескольких каналов 9 не изменяют принципиально схему работы струйного насоса.

Струйный насос обеспечивает устойчивую работу в диапазоне параметров - давлений, температур и отношений расхода воды к расходу рабочего пара, используемых в энергетических установках, легкий запуск и подвод дополнительного потока пассивной среды, который находится под давлением, превышающим атмосферное, или даже под атмосферным давлением.

Струйный насос предназначен для нагнетания жидких сред. Сопло выполнено сужающимся по ходу движения среды. Камера смешения выполнена по меньшей мере из двух конических, последовательно сужающихся участков, выполненных с последовательно уменьшающимся от участка к участку углом конусности, цилиндрического участка и снабжена устройством для подвода дополнительного потока пассивной среды, причем последний по ходу движения среды конический участок камеры смешения выполнен с углом конусности от 1 до 4°, и предпоследний по ходу движения среды конический участок камеры смешения выполнен с углом конусности от 10 до 22°. Устройство для подвода дополнительного потока пассивной среды сопряжено с полостью цилиндрического участка камеры смешения по контуру его поперечного сечения посредством по меньшей мере одного канала, выполненного с наклоном к геометрической продольной оси насоса по ходу движения среды. В результате достигается подвод дополнительной пассивной среды, которая может находиться под давлением меньшим, чем основной поток пассивной среды. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Струйный насос, содержащий устройство для подвода пассивной среды, сопло для подвода активной среды, расположенные соосно с ним камеру смешения и диффузор, отличающийся тем, что сопло выполнено сужающимся по ходу движения среды, камера смешения состоит по меньшей мере из двух конических, последовательно сужающихся участков, выполненных с последовательно уменьшающимся от участка к участку углом конусности, цилиндрического участка и снабжена устройством для подвода дополнительного потока пассивной среды, причем последний по ходу движения среды конический участок камеры смешения выполнен с углом конусности от 1 до 4^o, предпоследний по ходу среды конический участок камеры смешения выполнен с углом конусности от 10 до 22^o, а устройство для подвода дополнительного потока пассивной среды сопряжено с полостью цилиндрического участка камеры смешения по контуру его поперечного сечения посредством по меньшей мере одного канала, выполненного с наклоном к геометрической продольной оси насоса по ходу движения среды. 2. Струйный насос по п. 1, отличающийся тем, что канал выполнен в виде замкнутой щели. 3. Струйный насос по п. 1, отличающийся тем, что устройство для подвода дополнительного потока пассивной среды содержит несколько каналов, каждый из которых выполнен в виде дугообразной щели. 4. Струйный насос по п. 1, отличающийся тем, что отношение ширины канала, измеренной в месте его сопряжения с цилиндрическим участком камеры смешения вдоль геометрической продольной оси насоса, к длине цилиндрического участка составляет не более 0,7.