СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И НАСТРОЙКИ В СТРУЙНОЙ ТЕХНИКЕ И СТРУЙНО-ВИХРЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК B01F5/00 F04F5/42 

Изобретение относится к способам регулирования и настройки в процессах смешивания сред, имеющих разные параметры, например, по температуре, а также к устройствам для их осуществления за счет использования вихревого эффекта, а именно в целях снижения потерь на ударное взаимодействие рабочей и перемещаемой сред, неизбежные в струйной технике, перемещаемая среда еще до поступления до среза соплового аппарата оказывается в поле действия сил всасывания около осевого пространства вихревой трубки, возбуждаемой постоянным действием потенциальных массовых сил, роль которых выполняют струйные потоки смеси рабочей и перемещаемой сред, поступающих в плоскостях торцев вихревой трубки, - плоскости, соответственно, перпендикулярны оси вихревой трубки, - тангенциально направленно к окружности около осевого пространства вихревой трубки, в результате чего скорость перемещаемой среды возрастает и появляется возможность увеличивать производительность струйного аппарата увеличением количества движения рабочей среды за счет роста массы рабочей среды при пропорциональном уменьшении скорости рабочей среды, при этом одновременно имеется возможность изменять коэффициент эжекции, то есть соотношение масс перемещаемой и рабочей сред, что дает возможность реализации количественного регулирования и настройки, которое по крайней мере осуществляется в струйно-вихревом устройстве.

Известны способы регулирования и настройки в струйной технике:
а) изменением геометрических размеров и характеристик струйного аппарата, например, диаметра сопла;
б) изменением количества движения рабочей среды за счет, например, изменения скорости рабочей среды.

Например, известен способ регулирования и настройки струйного аппарата с регулируемым соплом с подвижной иглой, который осуществляется снаружи струйного аппарата и не требует остановки технологического процесса с последующей разборкой струйного аппарата (Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты, М.: Энергоатомиздат, 1989).

Недостатком таких способов регулирования и настройки являются слишком узкие диапазоны регулирования, ограниченные, с одной стороны, при малых скоростях рабочей среды возможностью потери гидравлической устойчивости, с другой - при высоких скоростях рабочей среды начинает сказываться эффект кавитации, при появлении которого коэффициент полезного действия струйного аппарата резко падает. Другим серьезным недостатком является то, что регулирование и настройка изменением геометрических размеров, например, диаметра сопла, сопровождается остановкой технологического процесса и разборкой струйного аппарата.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ количественного регулирования и настройки в струйной технике для смешивания сред, имеющих разные параметры, например, по температуре, осуществляемый ударным взаимодействием рабочей и перемещаемой сред изменением количества движения рабочей среды путем изменения скорости рабочей среды, при этом рабочую и перемещаемую среды смешивают и закручивают с образованием вихревой трубки и отводят с наружных слоев вихревой трубки, и устройство для смешивания рабочей и перемещаемой сред, имеющих разные параметры, например, по температуре, состоящее из цилиндрической камеры смешения, подающего трубопровода рабочей среды, выполненного раздвоенным, при этом каждая ветка подающего трубопровода выполнена по меньшей мере с одним соплом, снабжена закрепленными на торцах камеры смешения концевыми цилиндрическими объемами, подводящего трубопровода перемещаемой среды и по крайней мере одного отводящего трубопровода, подсоединенного к боковой поверхности камеры смешения (US 4647212 A, (HANKISON), 03.03.1987).

Недостатком такого способа регулирования и настройки струйного аппарата и устройства является опять-таки узкий диапазон регулирования, а главное - неизбежные потери при ударном взаимодействии двух сред.

Удар скоростной струи рабочей среды в пассивной перемещаемой среде сопровождается значительными потерями энергии, которые ввиду сложности и многообразия происходящих сопутствующих процессов рассчитать и оценить достаточно точно невозможно. Оценить потери на удар можно методом сопоставительного анализа с использованием аппарата формальной математической логики с целым рядом допущений (Башта Т.М., и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлический привод, Москва, 1970), который, разумеется, далеко не безупречен, но с помощью которого можно обозначить цель изобретения.

Задача изобретения - поиск технического решения, с помощью которого можно реализовать идею количественного регулирования и настройки в струйной аппаратуре.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе количественного регулирования и настройки в струйной технике для смешивания сред, имеющих разные параметры, например, по температуре, осуществляемом ударным взаимодействием рабочей и перемещаемой сред изменением количества движения рабочей среды путем изменения скорости рабочей среды, при этом рабочую и перемещаемую среды смешивают и закручивают с образованием вихревой трубки и отводят с наружных слоев вихревой трубки, кроме того, ударное взаимодействие сред при их смешивании уменьшают до минимально возможного уровня путем увеличения величины скорости перемещаемой среды до величины скорости рабочей среды, для чего объемы поступления перемещаемой среды соединяют с околоосевым объемом вихревой трубки, обладающим всасывающей способностью.

Поставленная задача достигается также тем, что в устройстве для смешивания рабочей и перемещаемой сред, имеющих разные параметры, например, по температуре, состоящем из цилиндрической камеры смешения, подающего трубопровода рабочей среды, выполненного раздвоенным, при этом каждая ветка подающего трубопровода выполнена по меньшей мере с одним соплом, снабжена закрепленными на торцах камеры смешения концевыми цилиндрическими объемами подводящего трубопровода перемещаемой среды и по крайней мере одного отводящего трубопровода, подсоединенного к боковой поверхности камеры смешения, при этом подводящий трубопровод выполнен раздвоенным, а каждая ветка подающего трубопровода снабжена закрепленными на торцах камеры смешения последовательно соединенными концевым и промежуточным цилиндрическими объемами с общей торцевой стенкой, в которой выполнено, по меньшей мере, одно периферийное соединительное отверстие, при этом сопла размещены в промежуточных объемах, заделаны в периферийных соединительных отверстиях и изогнуты под прямым углом, причем в каждом промежуточном объеме выполнено центральное отверстие в камеру смешения, кроме того, каждая ветка подводящего трубопровода подключена к каждому из промежуточных объемов.

Кроме того, поставленная задача может быть решена тем, что в каждом промежуточном объеме размещено по меньшей мере по два сопла.

А также тем, что в каждом промежуточном объеме размещено разное количество сопел.

При этом сопла, размещенные в промежуточном объеме, могут быть выполнены щелевыми.

Кроме того, цилиндрическая камера смешения может быть выгнута в форме неполного тороида.

На фиг.1 представлена конструкция струйно-вихревого устройства с характерными сечениями; На фиг.2 - сечение средней по длине цилиндра корпуса части струйно-вихревого устройства, где показано также размещение запорно-регулирующих органов; на фиг.3 - сечение соплового аппарата струйно-вихревого устройства, соединенного с околоосевым пространством вихревой трубки; на фиг. 4 - сечение полости сопла, где также показано расположение концевого цилиндрического объема поступления рабочей среды, а также периферийного соединительного отверстия; на фиг.5 - сечение полости сопла в щелевом исполнении; на фиг.6 показано струйно-вихревое устройство, встроенное сразу в несколько замкнутых, и независимых друг от друга циркуляционных систем, что довольно часто встречается в системах теплоснабжения, горячего водоснабжения; на фиг.7, 8 показано струйно-вихревое устройство, камерой смещения которого служит неполный тороид.

Струйно-вихревое устройство содержит запорно-регулирующие органы 1, 2, 3, установленные соответственно на трубопроводе, подающем рабочую среду, трубопроводе 4, подающем перемещаемую среду, и отводящем трубопроводе, цилиндрический корпус 5, и установленные с его торцев концевые цилиндрические объемы 6 и промежуточные цилиндрические объемы 7, в отверстиях 8 которого установлены сопла 9, а в отверстии 10 трубопровод 4 и отверстие 11, сообщающее промежуточный цилиндрический объем 7 с цилиндрическим корпусом 5.

Струйно-вихревое устройство работает следующим образом. Рабочая среда через запорно-регулирующий орган 1 по подающим трубопроводам поступает в концевые цилиндрические объемы 6, где дробится и по отверстиям 8 (см. также фиг.4, 5) поступает на сопла 9 промежуточных цилиндрических объемов 7. В кольцевом пространстве Δr, обозначенного на фиг. 3, идет процесс ударного взаимодействия рабочей и перемещаемой сред, идет также процесс смешения двух сред и идет процесс выравнивания скоростей двух потоков в смеси, линейная скорость поступления в объем корпуса 5 через отверстие 11, которой возбуждает вихревое движение среды в корпусе 5, поскольку в корпусе 5 возбуждение вихревого движения в одном конструктивно выбранном направлении вращения осуществляется с обоих торцев цилиндрического корпуса 5, то в объеме корпуса 5 возникает и устойчиво существует вихревая трубка, а смесь двух сред по патрубку, врезанному в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра и в срединной по его длине части, и по касательной к внешней окружности корпуса 5, имеющему запорно-регулирующий орган 3 (см. фиг.2), отводится в окружающее пространство или, если он соединен трубопроводом с устройством или с системой, принимающей подачу смеси, то отводится в объем устройства или системы. Перемещаемая среда по подводящим трубопроводам 4, на которых установлен запорно-регулирующий орган 2, поступает во всасывающую полость соплового аппарата через отверстие 10 (см. фиг.3) и далее по каналам между соплами 9, причем перемещаемая среда может поступать по подводящим трубопроводам 4 как под действием всасывающих сил вихревой трубки, так и имея начальные скорости и давление.

Оперируя запорно-регулирующими органами 1, 2, 3, осуществляют:
а) пуск, струйно-вихревого устройства в работу, который заключается в заполнении объема устройства рабочей средой и возбуждении вихревого движения в цилиндрическом корпусе 5 устройства;
б) выбор режима наиболее выгодного и оптимального значений скоростного коэффициента К и коэффициента эжекции U, добиваясь снижения потерь на ударное взаимодействие рабочей и перемещаемой сред в струйно-вихревом устройстве до приемлемого уровня, одновременно добиваясь расчетного смешивания двух сред и сообщение смеси рабочей и перемещаемой сред количества движения, достаточного для преодоления расчетного сопротивления устройства или системы, принимающих подачу смеси.

Способ и устройство предназначены для количественного регулирования и настройки в струйной технике. Способ осуществляют ударным взаимодействием рабочей и перемещаемой сред, изменением количества движения рабочей среды путем изменения скорости рабочей среды, при этом рабочую и перемещаемую среды смешивают, уменьшая удар сред до минимально возможного уровня, закручивают с образованием вихревой трубки и отводят с наружных слоев вихревой трубки. Устройство состоит из цилиндрической камеры смешения, подающего трубопровода рабочей среды, выполненного, по меньшей мере, одним соплом, подводящего трубопровода перемещаемой среды и, по крайней мере, одного отводящего трубопровода, при этом подающий и подводящий трубопроводы выполнены раздвоенными и каждая ветка подающего трубопровода выполнена, по меньшей мере, с одним соплом, снабжена закрепленными на торцах камеры смешения последовательно соединенными концевым и промежуточным цилиндрическими объемами с общей торцевой стенкой, в которой выполнено, по меньшей мере, одно периферийное соединительное отверстие, при этом сопла размещены в промежуточных объемах, заделаны в периферийных соединительных отверстиях и изогнуты под прямым углом, причем в каждом промежуточном объеме выполнено центральное отверстие в камеру смешения, каждая ветка подводящего трубопровода подключена к каждому из промежуточных объемов, а отводящий трубопровод подсоединен к боковой поверхности камеры смешения. Технический результат - снижение ударных потерь. 2 c. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ количественного регулирования и настройки в струйной технике для смешивания сред, имеющих разные параметры, например, по температуре, осуществляемый ударным взаимодействием рабочей и перемещаемой сред, изменением количества движения рабочей среды путем изменения скорости рабочей среды, при этом рабочую и перемещаемую среды смешивают и закручивают с образованием вихревой трубки и отводят с наружных слоев вихревой трубки, отличающийся тем, что ударное взаимодействие сред при их смешивании уменьшают до минимально возможного уровня путем увеличения величины скорости перемещаемой среды до величины скорости рабочей среды, для чего объемы поступления перемещаемой среды соединяют с околоосевым объемом вихревой трубки, обладающим всасывающей способностью. 2. Устройство для смешивания рабочей и перемещаемой сред, имеющих разные параметры, например, по температуре, состоящее из цилиндрической камеры смешения, подающего трубопровода рабочей среды, выполненного раздвоенным, при этом каждая ветка подающего трубопровода выполнена, по меньшей мере, с одним соплом, снабжена закрепленными на торцах камеры смешения концевыми цилиндрическими объемами, подводящего трубопровода перемещаемой среды и, по крайней мере, одного отводящего трубопровода, подсоединенного к боковой поверхности камеры смешения, отличающееся тем, что подводящий трубопровод выполнен раздвоенным, а каждая ветка подающего трубопровода снабжена закрепленными на торцах камеры смешения последовательно соединенными концевым и промежуточным цилиндрическими объемами с общей торцевой стенкой, в которой выполнено, по меньшей мере, одно периферийное соединительное отверстие, при этом сопла размещены в промежуточных объемах, заделаны в периферийных соединительных отверстиях и изогнуты под прямым углом, причем в каждом промежуточном объеме выполнено центральное отверстие в камеру смешения, каждая ветка подводящего трубопровода подключена к каждому из промежуточных объемов. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в каждом промежуточном объеме размещено, по меньшей мере, по два сопла. 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что в каждом промежуточном объеме размещено разное количество сопел. 5. Устройство по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что сопла, размещенные в промежуточном объеме, выполнены щелевыми. 6. Устройство по любому из пп.2-5, отличающееся тем, что цилиндрическая камера смешения выгнута в форме неполного тороида.