ПАРОВОДЯНОЙ НАСОС-ПОДОГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК F04F5/24 

Изобретение относится к струйной технике, а именно к пароводяным струйным насосам, и может быть использовано в системах отопления для подогрева сетевой воды и обеспечения безнасосной циркуляции теплоносителя в замкнутом контуре, а также в системах горячего водоснабжения и в различных технологических схемах.

Известен струйный аппарат, содержащий корпус, соосно закрепленные в нем с образованием полостей гидравлически сообщенных с зонами повышенного давления потоков керамические тонкостенные насадок и камеру смешения с конфузором и диффузором (патент РФ N 2016264, 5 F 04 F 5/14,1994).

Известен также вихревой струйный аппарат, содержащий камеру завихрения активной среды, выполненную в виде плоской камеры ускорения вихря с тангенциальным соплом, камеру завихрения пассивной среды с осевым пассивным соплом, снабженным тангенциальными каналами и размещенным в камере завихрения активной среды, камеру смешения и диффузор (патент РФ N 2000487, 5 F 04 F 5/42, 1993).

Однако описанные выше технические решения имеют ряд общих недостатков, заключающихся в сильной зависимости теплового и гидравлического режимов. Так, если в процессе эксплуатации изменяется расход пара через активное сопло, то изменяется не только величина подогрева теплоносителя, но и величина давления нагретой воды на выходе устройства, что вызывает изменение расхода теплоносителя в системе теплоснабжения и затрудняют использование подобных устройств в разветвленных многоконтурных сетях.

Наиболее близким по технической сущности является струйный насос, содержащий корпус с патрубками для подвода активной паровой и пассивной жидкостной сред и патрубком сброса массы, активное сопло и установленную в корпусе с образованием кольцевой полости конфузорную камеру смешения с горловиной, диффузором и перепускными каналами, в зоне расположения которых в камере смешения выполнены камеры сброса массы с перепускными клапанами, а активное сопло установлено соосно с камерой смешения с образованием с последней кольцевого жидкостного сопла, отношение площади выходного сечения которого к площади минимального поперечного сечения камеры смешения меньше 3,25, но больше или равно 0,1 (патент РФ N 2028518, 6 F 04 F 5/24, 1995).

К недостаткам известного струйного насоса также можно отнести сложность его использования в многоконтурных разветвленных системах отопления без дополнительных систем регулирования расхода теплоносителя. Диапазон использования известного аппарата существенно ограничен и невозможностью его использования в системах отопления с подогревом теплоносителя более чем, до 100^oC, так как в этом случае во время работы аппарата в пароводяной камере смешения устанавливается давление больше атмосферного, что приводит к открытию перепускных каналов, соединяющих камеру смешения с патрубком сброса массы и сбросу теплоносителя в атмосферу.

Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемого изобретения является создание устройства, обеспечивающего стабильную работу одноконтурных и многоконтурных систем отопления в режимах переменных тепловых нагрузок.

Технический результат при использовании предлагаемого пароводяного струйного насоса-подогревателя заключается в обеспечении постоянной циркуляции теплоносителя в системе отопления в условиях изменяющейся величины подогрева теплоносителя от максимального значения, соответствующего наибольшей тепловой нагрузке до минимального значения, соответствующего минимально необходимой тепловой нагрузке.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом пароводяном струйном насосе-подогревателе, включающем корпус, патрубок подвода пассивной среды, установленную в корпусе с образованием кольцевой полости пароводяную камеру смешения с конфузором, диффузором и перепускными каналами, и активное сопло, установленное соосно с пароводяной камерой смешения с образованием с последней кольцевого жидкостного сопла, согласно предложению, выход пароводяной камеры смешения снабжен дополнительным сопловым насадком и соединен с размещенными в дополнительном корпусе приемной камерой, снабженной патрубком дополнительного подвода пассивной среды и, установленной соосно дополнительному сопловому насадку водо-водяной камерой смешения с конфузором, участком постоянного сечения и диффузором, перепускные каналы снабжены запорными элементами, размещены на участке постоянного сечения пароводяной камеры смешения и соединяют ее с кольцевой полостью, сообщающейся с патрубком подвода пассивной среды. Причем перепускные каналы пароводяной камеры смешения могут быть выполнены по спирали вдоль внешней образующей последней, а дополнительный сопловый насадок может быть выполнен с тангенциальными каналами в его конусной части.

Такое конструктивное выполнение пароводяного струйного насоса обеспечивает возможность компенсации изменения (уменьшение/увеличение) расхода инжектируемой жидкости путем соответствующего изменения (увеличение/уменьшение) расхода охлажденной жидкости, подаваемой через приемную камеру, установленную на выходе дополнительного соплового насадка в водо-водяную камеру смешения и подмешиваемой к основному потоку, что позволяет обеспечить постоянство расхода сетевой воды в режимах переменных тепловых нагрузок, особенно в области предельных значений. Выполнение тангенциальных каналов в конусной части дополнительного соплового насадка, сопряженного с приемной камерой обеспечивает создание в ней объемного винтового вихря, что увеличивает эффективность регулировки расхода охлажденной жидкости.

Предлагаемый пароводяной струйный насос-подогреватель обеспечивает также возможность регулировки температуры подогрева сетевой воды при ее постоянном расходе. При этом изменение давления пара перед активным паровым соплом приводит к изменению количества движения и температуры пароводяной смеси в пароводяной камере смешения, снабженной на участке постоянного сечения перепускными каналами с запорными элементами. Указанное изменение расхода пара приводит к изменению пространственного положения фронта волны уплотнения в пароводяной камере смешения. При увеличении расхода пара фронт волны смещается по ходу движения смеси к дополнительному сопловому насадку, а при уменьшении - в сторону активного парового сопла. В первом случае смещение фронта волны автоматически вызывает увеличение числа перепускных каналов попавших в вакуумную зону, что соответствует увеличению их суммарной площади проходного сечения, увеличению расхода жидкости, инжектируемой в пароводяную камеру смешения, уменьшению давления смеси перед фронтом скачка уплотнения, снижению температуры смеси. Во втором случае смещение фронта волны вызывает уменьшение расхода инжектируемой жидкости, а перепускные каналы, попавшие в напорную зону за фронтом скачка уплотнения оказываются запертыми, что исключает перетекание смеси из пароводяной камеры в кольцевую полость, образованную наружной поверхностью пароводяной камеры смешения и корпусом насоса, что предотвращает паразитные перетечки среды. При этом выполнение перепускных каналов по спирали вдоль внешней образующей пароводяной камеры смешения обеспечивает последовательное срабатывание запорных элементов, сглаживая изменение расхода инжектируемой жидкости.

Пароводяной насос подогреватель представлен на фиг. 1 графических материалов.

Фиг. 2 - дополнительный сопловый насадок, сечение А-А.

Предлагаемый насос содержит корпус 1 с патрубком 2 подвода пассивной среды (воды), соосно установленные в корпусе 1 с образованием кольцевой полости 3 активное (паровое) сопло 4 и пароводяную камеру смешения с конфузором 5 и участком 6 постоянного сечения, снабженную дополнительным сопловым насадком 7. Активное паровое сопло 4, установлено соосно с пароводяной камерой с образованием между ним и конфузором 5 пароводяной камеры смешения кольцевого жидкостного сопла 8. В конусной части дополнительного соплового насадка 7 могут быть выполнены тангенциальные каналы 9. На участке постоянного сечения 6 пароводяной камеры смешения размещены перепускные каналы 10, соединяющие кольцевую полость 3 с камерой смешения. Каналы 10 выполнены таким образом, что часть из них смещена к началу участка 6 постоянного сечения, а часть смещена в сторону дополнительного соплового насадка 7, при этом перепускные каналы 10 могут быть расположены по спирали вдоль внешней образующей пароводяной камеры. Каналы 10 снабжены запорными элементами 11, препятствующими перетеканию среды из камеры смешивания обратно в кольцевую полость 3.

Выход дополнительного соплового насадка 7 совмещен с размещенными в дополнительном корпусе 12 приемной камерой 13 с патрубком 14 подвода пассивной среды и водо-водяной камерой смешения с конфузором 15, участком постоянного сечения 16 и диффузором 17 на выходе.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Активная среда - пар поступает в активное сопло 4, в котором в процессе расширения достигает скорости близкой к скорости звука в этой среде, либо превосходящей ее. Пассивная среда - вода подводится к патрубку 2, попадает в кольцевую полость 3 и далее, через жидкостное кольцевое сопло 8 подается в пароводяную камеру смешения, где в результате смешивания высокоскоростного потока пара и потока воды формируется мелкодисперсная гомогенная структура двухфазного потока смеси, скорость которой резко уменьшается и течение смеси становится двухфазным сверхзвуковым. По мере завершения процессов массо-теплообмена и обмена количеством движения между фазами в пароводяной камере смешения происходит выравнивание температур и скоростей движения фаз. В результате частичной конденсации пара статическое давление в потоке уменьшается до давления насыщения при температуре смеси, и в пароводяной камере смешения образуется вакуумная зона. В процессе движения равновесной двухфазной смеси на участке 6 постоянного сечения режим сверхзвукового течения смеси в результате кавитационного скачка уплотнения самопроизвольно переходит в режим дозвукового однофазного течения. На участке 6 постоянного сечения камеры смешения устанавливается фронт прямой волны уплотнения. Статическое давление в потоке существенно возрастает. Температура жидкости повышается.

При этом перепускные каналы 10, расположенные в вакуумной зоне оказываются открытыми, а каналы 10, попавшие в напорную зону - запертыми. Далее нагретая жидкость под давлением подается в дополнительный сопловый насадок 7, при прохождении через который поток ускоряется, высокоскоростная струя, проходя конфузор 14 водоводяной камеры смешения попадает на участок 15 постоянного сечения последней, где за счет действия сил вязкого трения между активной струей и инжектируемой жидкостью происходит подмес к основному потоку нагретой жидкости дополнительного количества охлажденной жидкости. В результате расход жидкости увеличивается, а температура смеси понижается. При этом возможно достижение минимального подогрева сетевой воды всего на 8-6^oC, что соответствует коэффициенту инжекции 80-100 при сохранении стабильной работы струйного насоса-подогревателя.

Насос-подогреватель предназначен для использования в системах отопления. Выход пароводяной камеры смешения снабжен дополнительным сопловым насадком и соединен с размещенными в дополнительном корпусе приемной камерой и водо-водяной камерой смешения. Приемная камера снабжена патрубком дополнительного подвода пассивной среды. Водо-водяная камера смешения с конфузором, участком постоянного сечения и диффузором установлена соосно с дополнительным сопловым насадком. Перепускные каналы снабжены запорными элементами, размещены на участке постоянного сечения пароводяной камеры смешения и соединяют ее с кольцевой полостью, сообщающейся с патрубком подвода пассивной среды. В результате обеспечивается стабильная работа одноконтурных и многоконтурных систем отопления. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.,1 табл.

1. Пароводяной насос-подогреватель, включающий корпус, патрубок подвода пассивной среды, установленную в корпусе с образованием кольцевой полости пароводяную камеру смешения с конфузором, диффузором и перепускными каналами, и активное сопло, установленное соосно с пароводяной камерой смешения с образованием с последней кольцевого жидкостного сопла, отличающийся тем, что выход пароводяной камеры смешения снабжен дополнительным сопловым насадком и соединен с размещенными в дополнительном корпусе приемной камерой, снабженной патрубком дополнительного подвода пассивной среды, и установленной соосно с дополнительным сопловым насадком водо-водяной камеры смешения с конфузором, участком постоянного сечения и диффузором, перепускные каналы снабжены запорными элементами, размещены на участке постоянного сечения пароводяной камеры смешения и соединяют ее с кольцевой полостью, сообщающейся с патрубком подвода пассивной среды. 2. Пароводяной насос-подогреватель по п.1, отличающийся тем, что перепускные каналы выполнены по спирали вдоль внешней образующей пароводяной камеры смешения. 3. Пароводяной насос-подогреватель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительный сопловой насадок выполнен с тангенциальными каналами, размещенными в его конусной части.