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

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к жидкостно-газовым эжекторам для откачки парогазовых сред.

Известны эжекторы для откачки газообразных сред, содержащие газовое сопло, камеру смешения и диффузор (см., книгу Соколова Е.Я. и Зингера Н.М. Струйные аппараты, Москва, Энергоатомиздат, 1989, с. 94-95).

Данные эжекторы получили широкое распространение в конденсационных установках паровых турбин. Однако использование пара в качестве эжектирующей среды сужает область использования данных эжекторов. Это связано с тем, что при откачке парогазовых сред в нефтехимической и химической промышленности на первый план выдвигаются требования защиты окружающей среды, а при использовании данных эжекторов в качестве конденсата в канализацию попадает большое количество загрязненной воды, что требует использования специальных очистных сооружений, а следовательно, требует достаточно больших капитальных затрат.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является жидкостно-газовый эжектор, содержащий сопло и камеру смешения (см. книгу Соколова Е.Я. и Зингера Н.М. Струйные аппараты, Москва, Энергоатомиздат, 1989, с. 256).

Данные эжекторы предоставляют возможность использовать в качестве эжектирующей среды жидкость, родственную откачиваемым газообразным и парогазовым средам, что позволяет утилизировать откачиваемую газообразную среду, например откачиваемые углеводородные газы сжимают и затем используют в качестве топлива в котельных установках. В результате резко сокращаются выбросы в окружающую среду. Однако КПД эжекторов данного типа недостаточно высок, что связано с большими потерями энергии в проточной части жидкостно-газового эжектора, а именно в камере смешения, где происходит смешение эжектирующей жидкой среды и откачиваемой газообразной среды с сжатием последней за счет энергии эжектирующей среды.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение КПД жидкостно-газового эжектора путем уменьшения потерь энергии в камере смешения эжектора.

Указанная задача решается за счет того, что в жидкостно-газовом эжекторе, содержащем сопло и камеру смешения, внутренняя поверхность камеры смешения выполнена из материала с критическим поверхностным натяжением смачивания не более 75 дин/см.

В ходе исследований работы жидкостно-газового эжектора было установлено, что природа материала, образующего внутреннюю поверхность камеры смешения, в значительной степени влияет на потери энергии протекающего через камеру смешения газожидкостного потока. Исследуя различные материалы и в первую очередь полимеры было обращено внимание на способность материалов к смачиванию различными жидкостями. В качестве характерной величины было выбрано критическое поверхностное натяжение смачивания. Его значение определяют измерением краевых углов смачивания при нанесении на поверхность, в данном случае, полимера ряда жидкостей, например органических жидкостей, с различным поверхностным натяжением и последующей экстраполяцией найденной зависимости от поверхностного натяжения жидкости к условию полного смачивания, при котором cos (θ) = 1.

Жидкость хорошо смачивает полимер, если поверхностное натяжение жидкости не превышает критического поверхностного натяжения, в данном случае, полимера. Можно уменьшить потери энергии в камере смешения при протекании через нее газожидкостного потока путем подбора материала внутренней поверхности, который не смачивается протекающей через него жидкой средой. Однако такая качественная характеристика, носящая дискретный характер, не полностью отражает способность полимеров создавать на своей поверхности пристеночную пленку жидкости, толщина которой и характер межмолекулярных взаимодействий с ней, в свою очередь, оказывает значительное влияние на процесс течения жидкостей вдоль поверхности полимера. Было установлено, что с понижением критического поверхностного натяжения смачивания полимера, независимо от того, смачивается ли полимер контактирующей с ним жидкостью, пристеночное трение в каналах, а соответственно и потери для газожидкостных потоков в камере смешения жидкостно- газового эжектора уменьшаются. Таким образом, критическое поверхностное натяжение смачивания материала, образующего внутреннюю поверхность камеры смешения, а если он есть в эжекторе и диффузора, может служить количественной характеристикой, по которой может быть выбран тот или иной материал, из которого будет образована внутренняя поверхность проточной части эжектора, в первую очередь камеры смешения и, если он есть, диффузора. Исследования показали, что величина критического поверхностного натяжения материала, образующего камеру смешения не более 75 дин/см, наилучшим образом обеспечивает создание условия, когда потери на трение двухфазного потока в проточной части жидкостно-газового эжектора резко (почти в два раза) снижаются по сравнению с течением в проточной части, выполненной из стали.

Таким образом, как описано выше достигается выполнение поставленной задачи - повышение КПД жидкостно-газового эжектора путем уменьшения потерь энергии в камере смешения эжектора.

На чертеже представлен продольный разрез жидкостно-газового эжектора.

Жидкостно-газовый эжектор содержит сопло 1 и камеру 2 смешения. Кроме того, если это требуется, на выходе камеры 2 смешения может быть выполнен диффузор 3. Внутренняя поверхность камеры 2 смешения и диффузора выполнена из материала с критическим поверхностным натяжением смачивания не более 75 дин/см. В качестве таких материалов могут быть использованы полимеры, например полигексафторпропилен, политетрафторэтилен, поливинилфторид, полистирол, полигексаметиленадипамид и другие, у которых критическое поверхностное натяжение смачивания меньше 75 дин/см (мн/м). При выполнении конкретной конструкции жидкостно-газового эжектора может быть несколько вариантов реализации описываемого изобретения. Камера 2 смешения и диффузор 3 могут быть выполнены целиком из полимера. Возможно выполнение эжектора, когда из полимера изготовлена проточная часть камеры 2 смешения и диффузора, а сам полимер помещен в оболочку из более прочного материала, например в стальную оболочку, которая воспринимает на себя практически все нагрузки, при этом температурные коэффициенты линейного расширения материала оболочки и полимера должны быть практически одинаковыми. Также возможно выполнение эжектора, когда камера 2 смешения и диффузор 3 выполнены, например, из стали, а внутренняя поверхность образована, например напылением полимера с образованием пленки полимера вдоль всей проточной части камеры смешения и диффузора жидкостно-газового эжектора.

Жидкостно-газовый эжектор работает следующим образом.

Эжектирующая жидкая среда, истекая из сопла 1, увлекает в камеру 2 смешения откачиваемую газообразную среду. В камере 2 смешения происходит обмен энергией между жидкой и газообразной средами, в процессе которого среды смешиваются, их скорости выравниваются и газообразная среда, за счет энергии жидкой среды, сжимается. Из камеры 2 смешения газожидкостной поток может поступать в диффузор 3, где кинетическая энергия потока частично преобразуется в потенциальную энергию давления. Из эжектора газожидкостной поток поступает потребителю.

Данный жидкостно-газовый эжектор может быть использован в различных отраслях промышленности, где требуется откачка и сжатие газообразных сред.

Эжектор предназначен для откачки парогазовых сред. Эжектор содержит сопло и камеру смешения. Внутренняя поверхность камеры смешения выполнена из материала с критическим поверхностным натяжением смачивания не более 75 дин/см. В результате уменьшаются потери энергии в камере смешения эжектора. 1 ил.

Жидкостно-газовый эжектор, содержащий сопло и камеру смешения, отличающийся тем, что внутренняя поверхность камеры смешения выполнена из материала с критическим поверхностным натяжением смачивания не более 75 дин/см.