СТРУЙНЫЙ НАСОС Российский патент 2001 года по МПК F04F5/02 

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к струйным насосам для перекачивания различных жидкостей, а именно к струйным насосам для эжектирования плохо растворимых жидкостей, образующих слой на поверхности других, более тяжелых жидкостей, например нефтепродуктов с поверхности воды.

Известны различные устройства струйных насосов, которые содержат элементы и усовершенствования в большинстве случаев, относящихся к повышению эффективности насосов путем организации оптимальных условий взаимодействия активной и пассивной сред в зонах их непосредственного контакта и смешения.

Значительно в меньшей степени распространены технические решения, относящиеся к процессам всасывания и доставке пассивной среды к срезу активного сопла.

Большое распространение, например, получили конструкции струйных насосов (Глубинные насосы для водоснабжения и водопонижения. Хохловкин Д.М., М.: Недра, 1971, стр. 130...135), одной из общих особенностей которых является расположение всасывающего патрубка под приемной камерой.

На входе во всасывающий патрубок такого насоса необходимо постоянно поддерживать разряжение для выполнения работы по подъему пассивной среды в приемную камеру (по данным того же источника разряжение должно составлять применительно к воде: 0,6...0,8 кг/см²).

Это обстоятельство, а также вертикальное или близкое к вертикальному направление движения всасываемой жидкости на входе в такой патрубок приводит к подсосу большого количества подошвенной жидкости из расположенных ниже всасывающего патрубка слоев.

Например, в струйном насосе согласно патента РФ (СССР) N 1173076, МПК F 04 F 5/00 перекачиваемая жидкость у входа во всасывающий патрубок турбулизируется с целью увеличения доли твердых веществ в пассивной среде.

В тех же случаях, когда струйные насосы предназначены для очистки поверхности воды от плавающих на ней нефтепродуктов или других плохо растворимых и более легких, чем вода жидкостей или для подъема нефти из скважин, имеющих малый дебит и подошвенную воду, всасывающие устройства насосов оснащают элементами, ограничивающими обводнение перекачиваемой нефти, то есть элементами, обеспечивающими возможность раздельного селективного откачивания легкой жидкости (нефти) с поверхности тяжелой жидкости (вода) при минимуме подсоса последней.

Известно, например устройство для периодического раздельного отбора углеводородной и водяной фаз по авторскому свидетельству СССР N 1629627, МКИ F 04 F 1/20; E 21 B 43/00, опубл. 23.02.91, бюл. N 7, согласно которому устройство для всасывания пассивной среды снабжено поплавком в виде патрубка, верхний торец которого соединен с гибкой перекатывающейся манжетой, в зависимости от высоты уровня границы раздела фаз (легкой и тяжелой жидкостей) открывающей доступ одной из них во всасывающий патрубок насоса.

Однако описанное устройство имеет подвижные деформируемые элементы, постоянно находящиеся под воздействием перепадов давлений и часто меняющейся агрессивной среды, что снижает его надежность. Кроме того, это устройство предназначено для совместной работы с эрлифтом, который в отличие от других типов насосов, в частности струйных, менее чувствителен к изменению плотности, вязкости, упругости паров и других свойств перекачиваемой жидкости в процессе работы.

Известны также устройства струйных насосов, которые обеспечивают преимущественно селективное всасывание перекачиваемой жидкости путем организации у всасывающего входного отверстия близкое к горизонтальному направление движения жидкости. Частично эта задача решена в устройстве струйном насосе для придонного эжектирования жидкости из баков летательных аппаратов (авторское свидетельство СССР N 282065, МПК F 04 F 7/00, B 64 D 37/00, опуб. 14.09.70, бюл. N 29) за счет профилированного дефлектора, размещенного перпендикулярно продольной оси всасывающего патрубка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является принятый в качестве прототипа эжектор авторское свидетельство СССР N 518575, кл. 2 F 04 F 5/14, опубл. 25.06.1976, Бюл. N 23).

Прототип включает размещенные в корпусе каналы подвода активной среды и отвода ее смеси с пассивной средой, обращенное срезом вверх активное сопло и примыкающее к нему коаксиальное всасывающее щелевидное коническое отверстие.

Близость вертикальных координат плоскостей среза активного сопла и срезов кромок всасывающего щелевидного отверстия минимизирует уровень потребного вакуума на входе и дополнительные затраты энергии необходимые для подъема пассивной среды к срезу активного сопла и, таким образом, снижает вовлечение (в пассивную среду) нижних "подошвенных", более тяжелых слоев жидкости.

Одновременно с всасыванием перекачиваемая жидкость, именуемая после входа в насос пассивной средой, перемещается к срезу активного сопла с ускорением, одновременно меняет направление движения, поворачиваясь вверх, то есть на входе ее движение приобретает вертикальную составляющую.

За счет сохранения неразрывности потока и сил вязкости влияние вертикальной составляющей направления движения жидкости распространяется и на ее, расположенные ниже уровня всасывающего кольцевого щелевидного отверстия. Это влияние при небольшой толщине поверхностного слоя легкой жидкости приводит к подсосу тяжелой жидкости, слои которой ниже границы раздела легкой и тяжелой жидкости.

Таким образом, недостатком прототипа является подсос, и попадание в насос в качестве части пассивной среды тяжелой жидкости, слои которой расположены ниже уровня входного всасывающего отверстия.

Технической задачей предлагаемого решения является устранение указанных недостатков, а именно уменьшения подсоса подошвенной жидкости.

Указанная техническая задача решается тем, что известный струйный насос, включающий корпус с каналами подвода активной среды и отвода ее смеси с пассивной средой, активное сопло и всасывающее щелевидное кольцевое отверстие, отличается тем, что всасывающее щелевидное кольцевое отверстие образовано поддоном в виде чаши и крышкой-поплавком и снабжено треугольной гребенкой, обеспечивающей максимальное поступление верхних слоев жидкости при минимальном подсосе нижних слоев, а нижняя поверхность поплавка-крышки снабжена не менее, чем тремя выступами, обеспечивающими плавучесть крышки-поплавка.

Новая совокупность признаков предлагаемого технического решения позволяет уменьшить вовлечение нижних "подошвенных" слоев жидкости в пассивную среду.

Предложенное техническое решение обеспечивает достижение более высокого технического результата, а именно: улучшения эксплуатационных характеристик струйного насоса за счет снижения доли подошвенной жидкости при перекачивании поверхностных слоев плавающей на ее поверхности жидкости меньшей плотности.

На фиг. 1 представлен продольный разрез струйного насоса, являющегося примером конкретного исполнения предложенного технического решения.

На фиг. 2 представлен продольный разрез струйного насоса с не рассеченным чашеобразным поддоном.

На фиг. 3 представлена схема поступления в струйный насос перекачиваемой жидкости.

На фиг. 4 распределение слоев жидкости поступающих через треугольные отверстия чашеобразного поддона.

Струйный насос состоит из корпуса 1 с каналом подвода активной среды 2 и отвода ее смеси с пассивной средой 10, активного сопла 3, камеры смешения 4, поддона в виде чаши 5, поплавка-крышки 6, образующего с краем поддона 5 всасывающее кольцевое щелевидное отверстие 7, снабженное гребенкой 8, имеющей треугольные вырезы 9, которые обеспечивают максимальное поступление верхних слоев жидкости к срезу активного сопла 3 при минимальном подсосе нижних слоев жидкости, а нижняя поверхность поплавка-крышки 6 снабжена не менее, чем тремя выступами 11, обеспечивающими плавучесть крышки-поплавка 6.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Насос погружается в жидкость таким образом, чтобы нижняя плоскость поплавка-крышки 6 плавала на поверхности "легкой" жидкости, а треугольные отверстия гребенки 8 поддона 5 оказались ниже поверхности, но в пределах слоя плавающей "легкой" жидкости, по каналу подвода 2 под давлением подается активная среда, которая, истекая с высокой скоростью из активного сопла 3, вовлекает в движение пассивную среду, поступающую через треугольные вырезы 9 гребенки 8 щелевидного отверстия в поддон 5 и через камеру смешения 7 в канал отвода смеси активной и пассивной сред 10.

Поскольку площадь проходного сечения верхней части треугольного отверстия значительно больше площади проходного сечения его нижней части, подсос подошвенной жидкости незначителен по сравнению с объемом поступающей к соплу эжектора плавающей на ее поверхности перекачиваемой жидкости.

Таким образом, предложенное техническое решение практически при тех же затратах энергии обеспечивает более высокую селективность отбора при перекачивании поверхностных слоев плохо растворимой жидкости, плавающей на поверхности другой более тяжелой.

Предложенный струйный насос может быть изготовлен из распространенных материалов (металл, пластмасса), стойких к перекачиваемой среде.

В качестве активной среды может быть использована перекачиваемая жидкость, предварительно накопленная в емкости и подаваемая под давлением в соответствующий канал насоса.

Таким образом, предложенное устройство промышленно применимо, обладает новизной и изобретательским уровнем.

Источники информации
1. ГОСТ 17398-72. Раздел Динамический насос, Насос трения (струйный насос).

2. Струйные аппараты. Соколов Е.Я. и Зингер Н.М., М.: Энергия, 1970.

3. Глубинные насосы для водопонижения и водоснабжения. Хохловкин Д.М., М.: Недра, 1971.

4. Гидроструйные насосы и установки. Лямаев Л.М., Л.: Машиностроение, 1988.

5. Экология и изобретательство, Калинин М.М., М.: ВНИИПИ, 1996.

6. Вихревой эффект и его применение в технике. Меркулов А.П. Самара, 1997.

Изобретение относится к области насосостроения. Струйный насос включает корпус с каналами подвода активной среды и отвода ее смеси с пассивной средой, активное сопло и всасывающее кольцевое щелевидное отверстие. Всасывающее кольцевое щелевидное отверстие образовано поддоном в виде чаши и крышкой-поплавком. В результате достигается уменьшение подсоса подошвенной жидкости. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Струйный насос, включающий корпус с каналами подвода активной среды и отвода ее смеси с пассивной средой, активное сопло и всасывающее кольцевое щелевидное отверстие, отличающийся тем, что всасывающее кольцевое щелевидное отверстие образовано поддоном в виде чаши и крышкой-поплавком. 2. Струйный насос по п.1, отличающийся тем, что всасывающее кольцевое щелевидное отверстие снабжено треугольной гребенкой. 3. Струйный насос по п.1, отличающийся тем, что на нижней поверхности крышки-поплавка выполнены не менее чем три выступа.