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

Настоящее изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к жидкостно-газовым эжекторам для создания вакуума при откачке различных газообразных и парогазовых сред.

Известен эжектор, содержащий паровое сопло, сужающуюся по ходу потока камеру смешения с горловиной и диффузор (см., книгу Соколова Е.Я. и Зингера Н.М. Струйные аппараты, Москва, Энергоатомиздат, 1989, с. 94-95).

Данные эжекторы получили широкое распространение для откачки парогазовых сред в конденсационных установках паровых турбин и пароэжекторных холодильных установках.

Однако при откачке газообразных сред с большим содержанием конденсируемых в процессе откачки компонентов эффективность данных эжекторов сравнительно невысока.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является жидкостно-газовый эжектор, содержащий жидкостное сопло и камеру смешения (см., книгу Соколова Е.Я. и Зингера Н.М. Струйные аппараты, Москва, Энергоатомиздат, 1989, с. 213-214).

Данные эжекторы получили широкое распространение в энергетике в качестве воздухоотсасывающих устройств конденсационных установок, в схемах вакуумной деаэрации воды, для создания вакуума в различных емкостях. Характерной особенностью данных эжекторов является то, что при отсасывании данными эжекторами паровоздушной смеси содержащийся в последней пар конденсируется, вследствие чего сжатию в камере смешения подвергается водовоздушная смесь (при использовании воды в качестве жидкой среды подаваемой в сопло).

Однако эффективность работы данных эжекторов недостаточно высока, что часто связано с неоптимальным соотношением между режимом истечения жидкой среды из сопла и площадью наименьшего проходного сечения камеры смешения.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение КПД жидкостно-газового эжектора путем оптимизации между режимом работы сопла эжектора и площадью наименьшего проходного сечения камеры смешения.

Указанная задача решается за счет того, что у жидкостно-газового эжектора, содержащего сопло и камеру смешения, площадь наименьшего проходного сечения камеры смешения определяют из математического выражения:

где F - площадь наименьшего проходного сечения камеры смешения (мм²);
k - коэффициент (мм²•с³/дм³•м^1.5);
Q - объемный расход жидкой среды через сопло (дм³/с);
γ - плотность жидкой среды, подаваемой в сопло (кг/м³);
Pc - давление жидкой среды на входе в сопло (Па);
g - ускорение силы тяжести (м/с²),
при этом коэффициент k составляет величину от 1,6 мм²•с³/дм³•м^1.5 до 60 мм²•с³/дм³•м^1.5 при отношении давления жидкости на входе в сопло к давлению смеси сред на выходе из камеры смешения, составляющем величину от 1,4 до 25, и коэффициент k составляет величину от 60 мм²•с³/дм³•м^1.5 до 2200 мм²•с³/дм³•м^1.5 при отношении давления жидкости на входе в сопло к давлению смеси сред на выходе из камеры смешения, составляющем величину от 25 до 5000.

Как показали проведенные экспериментальные работы, соотношение между площадями наименьших проходных сечений камеры смешения и сопла не дает полной уверенности в оптимальности режима работы жидкостно-газового эжектора, поскольку при этом не принимается во внимание импульс энергии, передаваемый от высокоскоростного потока жидкой среды откачиваемой газообразной среде. При этом имеется в виду то, что при одних и тех же размерах сопла режим истечения из него потока жидкой среды может быть различным, а, следовательно, будут различными, например, такие параметры, как величина дисперсности потока жидкой среды за выходным сечением сопла и скорость потока на выходе из сопла. В свою очередь от только что указанных параметров потока жидкой среды зависит с какими размерами надо выполнять камеру смешения и, в первую очередьЮ с какой площадью наименьшего проходного сечения. В ходе работы была установлена зависимость между площадью наименьшего проходного сечения камеры смешения и важнейшими параметрами работы сопла эжектора - давлением жидкой среды на входе в сопло и расходом жидкой среды через сопло. При этом был определен расчетный коэффициент, величина которого, в свою очередь, зависит от достигаемого в ходе работы эжектора отношения давления жидкости на входе в сопло к давлению на выходе из камеры смешения. Таким образом была установлена следующая зависимость между указанными выше величинами:

где F - площадь наименьшего проходного сечения камеры смешения (мм²);
k - коэффициент (мм²•с³/дм³•м^1.5);
Q - объемный расход жидкой среды через сопло (дм³/с);
γ - плотность жидкой среды подаваемой в сопло (кг/м³);
Pc - давление жидкой среды на входе в сопло (Па);
g - ускорение силы тяжести (м/с²),
при этом коэффициент k составляет величину от 1,6 мм²•с³/дм³•м^1.5 до 60 мм²•с³/дм³•м^1.5 при отношении давления жидкости на входе в сопло к давлению смеси сред на выходе из камеры смешения, составляющем величину от 1,4 до 25 и коэффициент k составляет величину от 60 мм²•с³/дм³•м^1.5 до 2200 мм²•с³/дм³•м^1.5 при отношении давления жидкости на входе в сопло к давлению смеси сред на выходе из камеры смешения, составляющем величину от 25 до 5000.

На чертеже схематически представлен описываемый жидкостно-газовый эжектор.

Жидкостно-газовый эжектор содержит приемную камеру 1, распределительную камеру 2, камеры 3 смешения с диффузорами 4. активные сопла 5 и сбросную камеру 6.

Площадь наименьшего проходного сечения каждой камеры 3 смешения определяют из математического выражения:

где F - площадь наименьшего проходного сечения камеры 3 смешения (мм²);
k - коэффициент (мм²•с³/дм³•м^1.5);
Q - объемный расход жидкой среды через сопло 5 (дм³/с);
γ - плотность жидкой среды подаваемой в сопло 5 (кг/м³);
Pc - давление жидкой среды на входе в сопло 5 (Па);
g - ускорение силы тяжести (м/с²),
при этом коэффициент k составляет величину от 1,6 мм²•с³/дм³•м^1.5 до 60 мм²•с³/дм³•м^1.5 при отношении давления жидкости на входе в сопло 5 к давлению смеси сред на выходе из камеры 3 смешения, составляющем величину от 1,4 до 25 и коэффициент k составляет величину от 60 мм²•с³/дм³•м^1.5 до 2200 мм²•с³/дм³•м^1.5 при отношении давления жидкости на входе в сопло 5 к давлению смеси сред на выходе из камеры 3 смешения, составляющем величину от 25 до 5000.

Необходимо отметить, что на чертеже приведен и затем описан многосопловой жидкостно-газовый эжектор, однако описываемое математическое выражение справедливо и для односопловых жидкостно-газовых эжекторов. Кроме того, на чертеже приведен вариант эжектора с выполненными за камерами 3 смешения диффузорами 4, однако представленное математическое выражение справедливо и для эжекторов, где за камерами 3 смешения диффузоры 4 могут отсутствовать
Жидкостно-газовый эжектор работает следующим образом.

Жидкая среда под заданным давлением Pc подается в сопла 5 эжектора и, истекая из них с заданным расходом Q, увлекает в камеры 3 смешения откачиваемую газообразную среду и смешивается с ней, сжимая при этом газообразную среду. Из камер 3 смешения газожидкостная смесь поступает в диффузоры 4 (если они установлены в эжекторе) и далее подается из эжектора по назначению.

Данный эжектор может быть использован в химической, нефтехимической и других отраслях, где требуется откачка газообразных сред.

Эжектор предназначен для создания вакуума. Площадь наименьшего проходного сечения камеры смешения эжектора определяют из математического выражения: где F - площадь наименьшего проходного сечения камеры смешения (мм²), k - коэффициент (мм²•с³/дм³•м^1,5), Q - объемный расход жидкой среды через сопло (дм³/с), γ - плотность жидкой среды, подаваемой в сопло (кг/м³), P_с - давление жидкой среды на входе в сопло (Па), g - ускорение силы тяжести (м/с²), при этом коэффициент k составляет величину от 1,6 мм²•с³/дм³•м^1,5 до 60 мм²•с³/дм³•м^1,5 при отношении давления жидкости на входе в сопло к давлению смеси сред на выходе из камеры смешения, составляющем величину от 1,4 до 25, и коэффициент k составляет величину от 60 мм²•с³/дм³•м^1,5 до 2200 мм²•с³/дм³•м^1,5 при отношении давления жидкости на входе в сопло к давлению смеси сред на выходе из камеры смешения, составляющем величину от 25 до 5000. В результате повышается КПД эжектора. 1 ил.

Жидкостно-газовый эжектор, содержащий сопло и камеру смешения, отличающийся тем, что площадь наименьшего проходного сечения камеры смешения определяют из математического выражения

где F - площадь наименьшего проходного сечения камеры смешения (мм²);
k - коэффициент (мм²•c³/дм³•м^1,5);
Q - объемный расход жидкой среды через сопло (дм³/с);
γ - плотность жидкой среды, подаваемой в сопло (кг/м³);
P_с - давление жидкой среды на входе в сопло (Па);
g - ускорение силы тяжести (м/с²),
при этом коэффициент k составляет величину от 1,6 мм²•c³/дм³•м^1,5 до 60 мм²•c³/дм³•м^1,5 при отношении давления жидкости на входе в сопло к давлению смеси сред на выходе из камеры смешения, составляющем величину от 1,4 до 25, и коэффициент k составляет величину от 60 мм²•c³/дм³•м^1,5 до 2200 мм²•c³/дм³•м^1,5 при отношении давления жидкости на входе в сопло к давлению смеси сред на выходе из камеры смешения, составляющем величину от 25 до 5000.