МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ СТРУЙНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2002 года по МПК F04F5/12 F04F5/22 F04F5/26 

Изобретение относится к области струйной техники и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтяной, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслях, где возникает необходимость использовать струйные аппараты (эжекторы, инжекторы) для транспортировки газовых, парогазовых, жидких и сыпучих веществ, или для повышения давления газообразных и жидких веществ, или для создания вакуума в промышленных аппаратах путем отсасывания из аппаратов газов и паров.

Известны струйные аппараты для использования при решении перечисленных задач (патенты РФ 2016262, 2073789, 2100659, а также авт. свид. СССР 840503, 847762, 1019112, полезные модели РФ 10850 и др.), в которых защищаются конкретные конструкции эжекторов и инжекторов, чаще всего в одноступенчатом варианте, и представляющие собой конструкции, состоящие из сопловых устройств, приемных камер, камер смешения и диффузоров.

Исследованиями эжекторов и инжекторов известных конструкций установлено, что значительные гидравлические потери энергии наблюдаются в диффузорах.

Известно из технической термодинамики, что сжатие газов в несколько ступеней компремирования позволяет по расчету снизить расход энергии на 40-50% (С. Г.Рогачев, О.Ф.Глаголева. Новое в процессе вакуумной перегонки нефтяного сырья. М. : ОАО "ЦНИИТЭНефтехим", 1999, с. 83). В связи с этим при сжатии газов до высокого давления или создании глубокого вакуума в промышленности используются три-четыре ступени сжатия газопарообразных веществ или трех- и четырехступенчатое эжектирование.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению являются описания способов и конструкций в патентах РФ 2076250, 2094070, 2091117, в которых предусматривается создание вакуума эжектирующим вертикальным стояком или вертикальной напорной магистралью, состоящих из нескольких секций, в которых рабочую жидкость подают в нескольких местах.

Опыт эксплуатации конструкций эжекторов по рассмотренным патентам показал, что они обладают недостаточной надежностью, а также требуют, чтобы эжектирующий стояк или магистраль входили в аппарат разделения газа и жидкости вертикально с допущением отклонения по вертикали не более 15^o, что часто при внедрении в производство вышеуказанных способов и конструкций трудно выполнить.

Задача изобретения заключается в том, чтобы создать многоступенчатый струйный аппарат повышенной надежности и эффективности.

Эта задача решается и технический результат достигается за счет того, что многоступенчатый струйный аппарат, содержит несколько разъемных и/или неразъемных секций с цилиндрическими и сопловыми камерами, устройство подвода пассивной среды, устройство подвода активной среды для подачи в нескольких местах через сопла, при этом в первой секции установлено многоструйное устройство, состоящее из сопловой камеры, имеющей центральное и периферийные сопла, приемной камеры и камеры смешения, при этом новым является то, что в первой секции периферийные сопла установлены под углом к оси аппарата, камера смешения непосредственно примыкает ко второй секции, в которой и в последующих секциях сопла установлены в кольцевых камерах и расположены с внешней стороны камеры под углом от 0 - 60^o к оси аппарата, при этом по ходу потока увеличение сечения каждой секции выполнено ступенчато и хотя бы на одной секции с поворотом потока.

В другом варианте сущность изобретения заключается в том, что каждая последующая секция состоит из конфузора, цилиндрической камеры смешения, а последняя - из конфузора, цилиндрической камеры смешения и диффузора.

При реализации настоящего изобретения необходимо стремиться к тому, чтобы каждая ступень кроме первой могла быть выполнена с кольцевыми карманами, в которые входят сопла.

Целесообразно также, чтобы внутренняя поверхность секций была выполнена обработанной или покрытой веществом, уменьшающим гидравлическое сопротивление, например тефлоном, полиэтиленом, полипропиленом, эмалью и т.п.

При реализации настоящего изобретения сопла могут быть выполнены щелевыми или крестообразными проходными сечениями или снабжены завихряющими насадками, или завихряющими камерами, а устройство подвода активной среды выполнено тангенциальными, прямыми или под углом к оси аппарата патрубками.

При этом отношение внешнего диаметра кольцевой сопловой камеры к диаметру секции может быть выполнено в отношении от 0,5 до 5,0.

Кроме того, кольцевые сопловые камеры имеют фланцевые разъемы.

При реализации настоящего изобретения аппарат может быть установлен в вертикальной или горизонтальной плоскости или под углом к горизонту.

При этом длина секции равна 1-35 диаметрам секции.

При этом целесообразно в кольцевых камерах против каждого сопла устанавливать пробки.

На фиг.1 показан вертикальный многоступенчатый струйный аппарат, который имеет в первой секции конфузор и несколько цилиндрических камер, а последняя ступень имеет на выходе цилиндр с боковыми круговыми карманами.

На фиг.2 показан вертикальный многоступенчатый струйный аппарат, в котором каждая последующая секция состоит из конфузора, цилиндрической камеры смешения, а последняя - из конфузора, цилиндрической камеры смешения и диффузора.

На фиг.3 показан многоступенчатый аппарат, выполненный в горизонтальном исполнении.

Многоступенчатый струйный аппарат состоит из приемной камеры 1, куда подводится по двум трубопроводам пассивная среда 2 (газы, пары и жидкость), сопловой камеры 3, куда подводится поток рабочей активной среды 4 после фильтров 5. В камере 3 установлено несколько сопел 6, выходя из которых центральные струи активной среды 4, смешиваясь с периферийными струями этой же активной среды 4, подаваемых под углом к оси аппарата (и соответственно центральным струям), захватывают пассивную среду 2 из трубопроводов и направляют ее в камеру смешения 7, непосредственно примыкающую или входящую во вторую секцию (ступень эжектирования) 8, имеющую кольцевую камеру 9, куда по тангенциальному, прямому или под углом к оси аппарата патрубку 10 подводится второй поток активной среды 4 после фильтра 5. В кольцевой камере 9 установлены сопла 6 под углом 0-60^o к оси многоступенчатого аппарата. По ходу потока установлена третья секция (ступень эжектирования) 11, куда также после фильтра 5 подается третий поток активной среды 4, который, проходя через сопла 6, подает смесь активного потока с пассивным на четвертую ступень 12, в который активный поток 4 (фильтр на фиг.1 не указан), проходя сопловую камеру 13 и выходя струями через сопла 6, поворачивает смешанный поток и проталкивает его в трубопровод 19 с карманами 17, после которого сжатая смесь 15 активной и пассивной среды поступает в последующие аппараты (на фиг.1, 2, 3 не указаны).

В круговых камерах 9 против каждого сопла 6 могут быть установлены монтажные пробки 16 для замены при необходимости сопел.

Для уменьшения гидравлического сопротивления при переходе потока из одной ступени в другую кроме первой и последней ступени выполнены круговые карманы 17, где установлены сопла 6.

На фиг.1 многоступенчатый струйный аппарат имеет у первой струйной секции конфузор и несколько цилиндрических секций у последующих ступеней, а последняя ступень имеет на выходе цилиндр с боковыми круговыми карманами 17. Во второй секции сопла 6 расположены с внешней рабочей стороны круговой камеры, имеющей "гнезда" для установки сопел, которые позволяют монтировать сопла с внешней стороны камеры, естественно с соответствующим профилем сопла.

Многоступенчатый струйный аппарат работает следующим образом. Поток активной среды 4 после фильтра 5 под большим перепадом давления через одно или несколько сопел 6 струями с большой скоростью (40-70 м/сек) вытекает из сопел 6, захватывая пассивную среду 2 в камеру смешения 7, которая входит во вторую ступень 8, имеющую кольцевую сопловую камеру 9, куда после фильтров 5 поступает второй поток активной среды 4. Активная среда 4, вытекая с большой скоростью из сопел 6, проталкивает поток смеси активной и пассивной среды в третью ступень 11, куда после фильтра 5 в кольцевую камеру входит третий поток активной среды 4, которая также, вытекая из сопел 6, проталкивает поток смеси на четвертую ступень 12, в которую через сопловую камеру 13 поступает четвертый поток активной среды 4 (фильтр 5 этого потока на фиг.1 не указан) и, выходя струями из сопел 6, поворачивает поток смеси, в частности на фиг. 1, в горизонтальном направлении и проталкивает поток смеси в трубопровод 19 с карманами 17, далее поток смеси 15 поступает в последующие аппараты (на фиг.1, 2, 3 не указаны).

Опыт показывает, что струи вырвавшегося из сопел 6 потока заполняют практически полностью сечение камеры смешения 7 или последующей трубной части аппарата через 1-35 диаметров цилиндрической части секции. Это определяет оптимальную длину секции.

В зависимости от количества подаваемой активной среды 4 в каждую секцию оптимальный диаметр секции будет различным, поэтому диаметры кольцевых камер и секции будут отличаться между собой. Расчеты показывают, что оптимальным является отношение этих диаметров от 0,5 до 5,0.

Особенностью струйных аппаратов является то, что эффективность значительно зависит от противодавления и гидравлического сопротивления последующих трубопроводов, поэтому всякая обработка, шлифовка, покрытие эмалью, тефлоном, полиэтиленом и другими покрытиями внутренней части секций, повышает эффективность предыдущих ступеней эжектирования или инжектирования.

В силу того, что эффективность струйных аппаратов существенно зависит от поверхности, т. е. дисперсности струй, вытекающих из сопел 6, и их разбрызгивания, то эффективность многоступенчатого аппарата возрастает, если сопла 6 изготовлены с щелевыми или крестообразными проходными сечениями, а также, если в соплах 6 имеются завихряющие вставки или камеры.

Для целей ремонта кольцевых сопловых камер 9 их делают с фланцевыми разъемами.

Многоступенчатый струйный аппарат предназначен для транспортировки газовых, парогазовых, жидких и сыпучих веществ. Аппарат содержит несколько разъемных и/или неразъемных секций с цилиндрическими и сопловыми камерами, устройство подвода пассивной среды, устройство подвода активной среды для подачи в нескольких местах через сопла, при этом в первой секции установлено многоструйное устройство, состоящее из сопловой камеры, имеющей центральные и периферийные сопла, приемной камеры и камеры смешения, при этом в первой секции периферийные сопла установлены под углом к оси аппарата, камера смешения непосредственно примыкает ко второй секции, в которой и в последующих секциях сопла установлены в кольцевых камерах и расположены с внешней стороны камеры под углом от 0-60^o к оси аппарата, при этом по ходу потока увеличение сечения каждой секции выполнено ступенчато и хотя бы на одной секции с поворотом потока. Технический результат - повышение надежности. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Многоступенчатый струйный аппарат, содержащий несколько разъемных и/или неразъемных секций с цилиндрическими и сопловыми камерами, устройство подвода пассивной среды, устройство подвода активной среды для подачи в нескольких местах через сопла, при этом в первой секции установлено многоструйное устройство, состоящее из сопловой камеры, имеющей центральные и периферийные сопла, приемной камеры и камеры смешения, отличающийся тем, что в первой секции периферийные сопла установлены под углом к оси аппарата, камера смешения непосредственно примыкает ко второй секции, в которой и в последующих секциях сопла установлены в кольцевых камерах и расположены с внешней стороны камеры под углом от 0-60^o к оси аппарата, при этом по ходу потока увеличение сечения каждой секции выполнено ступенчато и хотя бы на одной секции с поворотом потока. 2. Многоступенчатый струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что каждая последующая секция состоит из конфузора, цилиндрической камеры смешения, а последняя - из конфузора, цилиндрической камеры смешения и диффузора. 3. Многоступенчатый струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что каждая ступень кроме первой выполнена с кольцевыми карманами, в которые входят сопла. 4. Многоступенчатый струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность секций выполнена обработанной или покрытой веществом, уменьшающим гидравлическое сопротивление, например тефлоном, полиэтиленом, полипропиленом, эмалью и т. п. 5. Многоступенчатый струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что сопла выполнены щелевыми или крестообразными проходными сечениями или снабжены завихряющими насадками или завихряющими камерами. 6. Многоступенчатый струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что устройство подвода активной среды выполнено тангенциальными, прямыми или под углом к оси аппарата патрубками. 7. Многоступенчатый струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что отношение внешнего диаметра кольцевой сопловой камеры к диаметру секции выполнено в отношении от 0,5 до 5,0. 8. Многоступенчатый струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что кольцевые сопловые камеры имеют фланцевые разъемы. 9. Многоступенчатый струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что аппарат установлен в вертикальной или горизонтальной плоскости или под углом к горизонту. 10. Многоступенчатый струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что длина секции равна 1-35 диаметрам секции. 11. Многоступенчатый струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в кольцевых камерах против каждого сопла установлены пробки.