ВИХРЕВОЙ СТРУЙНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2000 года по МПК F04F5/42 

Изобретение относится к химической, нефтехимической, нефтяной, энергетической, металлургической, пищевой и другим отраслям, где возникает необходимость использования струйных аппаратов (эжекторов, инжекторов) для транспорта газовых, парогазовых, жидких или сыпучих веществ или систем создания вакуума путем отсасывания из аппаратов газов и паров и др.

Для изменения и регулирования проходного сечения щелевых сопел путем соосного перемещения одной из сторон кругового сопла существует несколько известных конструктивных решений осевого перемещения обечаек, втулок или цилиндрических патрубков и др. (см. авторские свидетельства СССР N 233833, 524013, 545775, 826094, 840503, 914876, 1191682, 1800226 и др.).

Для перемещения одной из сторон кругового сопла известны различные устройства перемещения в виде болтовых стержней, шестеренчатых, червячных передач и др. При этом эксплуатация рассмотренных струйных аппаратов показала, что при определенных значениях скорости потока в тороидально-подобных камерах (камера типа "труба в трубе") поток рабочей жидкости, взаимодействуя с элементами перемещения, вызывает вибрацию струйного аппарата, что является существенным недостатком известных конструкций.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является вихревой струйный аппарат по патенту РФ N 2076250, МПК 7 F 04 F 5/42, 27.03.97, представляющий многосекционный разборный или неразборный цилиндрический струйный аппарат с тороидально - подобной камерой типа камеры "труба в трубе", периферийным активным соплом, причем внутренняя кромка кольцевого активного сопла наклонена к оси корпуса под углом 0-14^o, а длина каждой секции составляет 1-15 внутренних диаметров секции.

Вихревой струйный аппарат по патенту РФ N 2076250 имеет следующие недостатки:
- предусматривает ступенчатое изменение диаметров секций, в то время как при конденсации паров и сжатия газов по пути движения газопарожидкостной смеси происходит непрерывное изменение (уменьшение) объема смеси;
- не позволяет изменять проходное сечение сопла с целью регулирования и оптимизации скорости активного потока в сопле, а также с целью очистки (продувки) сопла от засоряющих твердых включений, попавших в активный поток (по разным причинам);
- не позволяет менять угол вектора скорости активного потока к оси цилиндрического аппарата;
- в конструкции по патенту РФ N 2076250 конфигурация поперечного сечения кольцевого сопла представляет плоскую щель, что обуславливает избыточное сопротивление в щели, что также является недостатком известной конструкции.

Задачей изобретения является исключение рассмотренных недостатков известных конструкций, повышение эффективности и надежности вихревого струйного аппарата.

Указанная задача решается за счет того, что вихревой струйный аппарат содержит осевой подвод пассивной флюидной среды (жидкости или газа), кольцевую камеру, имеющую тангенциальные патрубки (патрубок) подвода активной рабочей жидкости или газа, кольцевое сопло, имеющее две профилированные кромки, направляющие поток рабочей жидкости или газа под углом к оси аппарата, при этом одна из направляющих кромок имеет механизм осевого перемещения, кольцевая камера отделена от механизма осевого перемещения, имеющего один управляющий наружный элемент, специальной подвижной или неподвижной съемной перегородкой, причем поперечное сечение кругового сопла имеет профиль продольного сечения сопла Лаваля, а за соплом имеется хотя бы одна круговая полость или проточка.

На фиг. 1 представлена конструкция вихревого струйного аппарата, на фиг. 2 показан другой вариант механизма соосного перемещения подвижной кромки сопла и на фиг. 3 показан вариант внешнего оформления вихревого струйного аппарата с регулируемым проходным сечением сопла и одним наружным управляющим элементом.

Вихревой струйный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, крышки 2, подвижной обечайки 3 с направляющей профилированной круговой кромкой 4, неподвижной направляющей профилированной кромкой 5, круговой камерой 6, входными тангенциальными патрубками 7 и 8 (на фиг. 1 патрубок 8 показан прерывистыми линиями, т. к. выпал с разрезом). Обечайка 3 имеет внутреннюю резьбу 9, при помощи которой она наворачивается на внутренний патрубок 10 и при вращении вокруг патрубка 10 обечайка 3 перемещается в осевом направлении, при этом кромка 4 может приближаться или отходить от кромки 5, тем самым происходит уменьшение или увеличение проходного сечения кругового сопла 11, имеющего поперечное сечение сопла, соответствующее профилю продольного сечения сопла Лаваля.

За круговым соплом имеется круговая полость 12. Таких полостей может быть несколько. Подвижная обечайка 3 имеет механизм осевого перемещения, состоящий из наружной зубчатой резьбы 13, куда входят винтовые зубья (или зуб) червяка 14, осевой вал 15 (наружный управляющий элемент), который через специальный сальник 16 выходит наружу. На валу могут быть установлены приспособления для непосредственного ручного поворота вала 15 червяка 14 или форма для поворота с помощью гаечного ключа. На фиг. 1 показан также колпачок 19, который крепится на резьбе с прокладкой с целью исключения вытекания жидкости, если сальник 16 будет недостаточно герметичен.

Для того чтобы вращающийся поток не взаимодействовал с механизмом продольного перемещения и сечение круговой камеры 6 было соизмерено с сечением подводящего штуцера 7, на подвижной обечайке 3 сопла устанавливается кольцевая перегородка 17, которая для перемещения на подвижной обечайке 3 устанавливается на резьбе и фиксируется на определенной высоте от верхней части обечайки 3. Эта кольцевая перегородка 17 выполняет несколько ролей:
- отделяет вращающийся поток активного флюидного вещества от механизма осевого перемещения кромки 4;
- устанавливает определенное поперечное сечение круговой камеры 6;
- позволяет облегчить сборку и монтаж механизма осевого перемещения кромки 4;
- совместное перемещение перегородки 17 и подвижной обечайки 3 обуславливают автоматическое поддержание вихревого момента при прохождении активного потока через сужающееся сопло 11: уменьшается проходное сечение сопла 11, уменьшается поперечное сечение круговой камеры 6, т. е. увеличивается вращательная (угловая) скорость в круговой камере.

Показанный на фиг. 2 другой вариант механизма соосного перемещения подвижной кромки сопла содержит три болта 20, в результате вращения которых обеспечивается указанное выше соосное перемещение. В этом случае нет необходимости иметь резьбовое соединение подвижной обечайки 3 с патрубком 10. Во внутренней части патрубка имеются кольцевая полость 12 и кольцевые проточки, которые создают вихревой режим движения среды движущегося вниз потока.

Вихревой эжектор работает следующим образом.

Активный поток, в частности рабочей жидкости, по патрубку 7 (и патрубку 8) поступает в круговую камеру 6. В связи с тангенциальным вводом потока в вихревой камере активный поток получает вращательное движение.

В силу наличия кругового сопла и направляющих кромок 4 и 5 сопла 11 активный поток поступает под углом к оси сопла во внутреннее цилиндрическое пространство вихревого эжектора, подхватывая пассивный поток 18, поступающий по оси аппарата, и смесь активного и пассивного потоков проходит (проталкивается) по направлению стрелки, осуществляя таким образом транспорт пассивного потока 18 рабочим потоком.

Небольшая часть активного потока, выйдя из сопла 11, попадает в кольцевую полость 12, в которой образуется тороидальный вихрь. Этот тороидальный вихрь, взаимодействуя с потоком, выходящим из сопла 11, обуславливает:
- склонение скорости (вектора скорости) в осевом направлении основного потока, выходящего из стояка 11;
- обуславливает микроколебания основного потока, выходящего из сопла 11.

Микроколебания и склонение по направлению к оси направления основного потока увеличивают интенсивность взаимодействия активного и пассивных потоков, увеличивая таким образом эффективность работы вихревого струйного аппарата.

Изобретение относится к области использования струйных аппаратов. Вихревой струйный аппарат содержит осевой подвод пассивной среды, кольцевую камеру, имеющую тангенциальный патрубок или патрубки подвода активной рабочей среды, и кольцевидное сопло, имеющее две профилированные кромки, направляющие поток рабочей среды под углом к оси аппарата. Одна из направляющих кромок имеет механизм осевого перемещения. Кольцевая камера отделена от механизма осевого перемещения, имеющего один управляющий наружный элемент, подвижной или неподвижной съемной перегородкой. Поперечное сечение сопла имеет профиль продольного сечения сопла Лаваля. За соплом имеется хотя бы одна круговая полость или круговая проточка. В результате достигается повышение эффективности и надежности струйного аппарата. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вихревой струйный аппарат, содержащий осевой подвод пассивной среды, кольцевую камеру, имеющую тангенциальный патрубок или патрубки подвода активной рабочей среды и кольцевидное сопло, имеющее две профилированные кромки, направляющие поток рабочей среды под углом к оси аппарата, при этом одна из направляющих кромок имеет механизм осевого перемещения, отличающийся тем, что кольцевая камера отделена от механизма осевого перемещения, имеющего один управляющий наружный элемент, подвижной или неподвижной съемной перегородкой, при этом поперечное сечение сопла имеет профиль продольного сечения сопла Лаваля, а за соплом имеется хотя бы одна круговая полость или круговая проточка. 2. Вихревой аппарат по п.1, отличающийся тем, что круговые проточки или полости имеют заостренные кромки. 3. Вихревой аппарат по п.1, отличающийся тем, что управляющий наружный элемент механизма соосного перемещения кромки сопла выполнен в виде нескольких болтов.