ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫЙ СТРУЙНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2003 года по МПК F04F5/02 

Изобретение относится к гидро-газодинамическому оборудованию, а именно к эжекторным установкам, и может быть использовано в теплоэнергетике, нефтеперерабатывающей, химической промышленности, а также в других отраслях промышленности, где необходимо использовать смешение жидкости и газа.

Известен жидкостно-газовый струйный аппарат (RU, патент 2107841, F 04 F 5/02, 1998), содержащий активное жидкостное сопло, камеру смешения и диффузор, причем площадь минимального сечения камеры смешения составляет от 0,1 до 7,98 площадей минимального сечения активного жидкостного сопла.

Известный струйный аппарат имеет невысокий коэффициент полезного действия из-за невысокой организации смешения пассивного газа и потока активной жидкости.

Известен также жидкостно-газовый струйный аппарат (RU, патент 2113629, F 04 F 5/02, 1998), содержащий сопло подвода активной жидкой среды и камеру смешения, причем сопло подвода активной среды выполнено с центральным и периферийным кольцевыми стволами подачи активной жидкой среды, а суммарная площадь выходного сечения сопла подвода активной среды задана соотношением площади выходного сечения центрального ствола сопла и площади минимального сечения камеры смешения.

Известный струйный аппарат имеет невысокий коэффициент полезного действия из-за плохой организации смешения пассивного газа и потока активной жидкости.

Известен также жидкостно-газовый эжектор (US, патент 2382391, F 04 F 5/02, 1945), содержащий распределительную камеру с соплами, приемную камеру, камеры смешения и сбросную камеру, причем каждая камера смешения установлена соосно относительно своего сопла.

Известный струйный аппарат имеет невысокий коэффициент полезного действия из-за плохой организации смешения пассивного газа и потока активной жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является жидкостно-газовый струйный аппарат (SU 158041, F 04 F 5/46, 1963).

Известный аппарат содержит сопловой блок с, по меньшей мере, одним соплом, по меньшей мере, одну первичную и одну вторичную камеры смешения, причем вход вторичной камеры смешения расположен перед выходами первичных камер смешения, и приемную камеру, в которой размещены сопла соплового блока, первичные камеры смешения и вход вторичной камеры смешения.

Известный струйный аппарат имеет невысокий коэффициент полезного действия из-за плохой организации смешения пассивного газа и потока активной жидкости.

Проведенные исследования показали, что вышеприведенные жидкостно-струйные аппараты не обеспечивают требуемую производительность и коэффициент полезного действия, из-за плохой организации перемешивания сред (например, активной жидкой и пассивной газовой сред).

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в оптимизации смешения газообразной и жидкой сред.

Технический результат, получаемый в результате реализации вышеприведенной технической задачи, состоит в повышении коэффициента полезного действия жидкостно-газового струйного аппарата за счет оптимизации процесса смешения газообразной и жидкой сред в проточной части струйного аппарата.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий сопловой блок с, по меньшей мере, одним соплом, по меньшей мере, одну первичную и одну вторичную камеры смешения, причем вход вторичной камеры смешения расположен перед выходами первичных камер смешения, и приемную камеру, в которой размещены сопла соплового блока, первичные камеры смешения и вход вторичной камеры смешения, при этом первичная камера смешения частично расположена вокруг сопла, а выход вторичной камеры смешения совмещен с диффузором.

Кроме того, выход сопла отстоит от выхода камеры первичного смешения обычно на расстояние не свыше 100 диаметров выходного сечения сопла.

Преимущественно площадь минимального сечения первичной камеры смешения составляет от 1 до 15 площадей минимального сечения сопла.

Предпочтительно отношение площади минимального сечения вторичной камеры смешения к суммарной площади минимальных сечений первичных камер смешения составляет от 1 до 300, а отношение длин первичной и вторичной камер смешения к диаметрам их минимальных сечений составляет от 0,1 до 500.

Кроме того, аппарат может содержать, по меньшей мере, одну дополнительную вторичную камеру смешения, а также, по меньшей мере, один дополнительный диффузор.

При этом выходы части первичных камер смешения совмещены с одной вторичной камерой смешения, а выходы остальных первичных камер смешения совмещены со второй вторичной камерой смешения. При этом дополнительный диффузор совмещен с дополнительной вторичной камерой смешения.

Сопловый блок представляет собой общее основание, на котором размещено не менее одного сопла, а предпочтительно, не менее двух сопел, причем к задней поверхности основания подведена активная (эжектирующая) среда высокого давления.

Как показали проведенные исследования, организация процесса перемешивания активной (эжектирующей) и пассивной (эжектируемой) сред существенным образом влияет на коэффициент полезного действия жидкостно-газового струйного аппарата. Поэтому для улучшения организации процесса перемешивания в эжекторе устанавливают два вида камер смешения - первичная камера смешения, которую устанавливают концентрично каждому соплу соплового блока, и вторичная камера смешения, в которую попадают все струи из первичных камер смешения и где происходит окончательное смешение газа и жидкости. В первичных камерах смешения происходит предварительное перемешивание жидкости и газа, а также образование вихревых зон и турбулизация жидкостной струи с газом, что позволяет струе интенсивнее распадаться за первичными камерами смешения и захватывать большее количество эжектируемого газа, чем в эжекторах с одной камерой смешения. Турбулизация может быть увеличена при использовании двух и более первичных камер смешения с соплами, а также их взаимным расположением в пространстве непараллельно оси вторичной камеры смешения. Кроме того, известным фактом является то, что эжектируемый газ свободнее проникает к центральным струям между трубками первичных камер, т.к. коэффициент сопротивления при поперечном обтекании твердых цилиндров газом в несколько раз ниже коэффициента сопротивления такого же обтекания струй жидкости.

На чертеже показан базовый вариант жидкостно-газового струйного аппарата.

Жидкостно-газовый струйный аппарат в базовом варианте, проиллюстрированном на чертеже, содержит: сопловой блок 1, сопло 2, первичную камеру 3 смешения, вторичную камеру 4 смешения, диффузор 5, приемную камеру 6.

Предлагаемое устройство работает следующим образом: струя активной жидкости из каждого сопла 2 соплового блока 1 попадает в первичную камеру смешения 3, где происходит ее предварительное разбиение и перемешивание с пассивным газом, поступающим из приемной камеры 6. После выхода из первичной камеры смешения происходит полное разбиение струи и окончательный захват пассивного газа. Далее поток жидкости и газа поступает во вторичную камеру смешения 4, где происходит выравнивание скоростей и повышение давления смеси. Из вторичной камеры смешения поток поступает в диффузор 5, где происходит дальнейший рост давления.

При использовании предложенного устройства повышение коэффициента полезного действия относительно устройства, использованного в качестве ближайшего аналога, составляет 8-12%.

Аппарат предназначен для совместного перекачивания различных жидкостей и газов. Аппарат содержит сопловой блок с, по меньшей мере, одним соплом, по меньшей мере, одну первичную камеру смешения, расположенную частично вокруг каждого из указанных сопел, вторичную камеру смешения, вход которой расположен перед выходами первичных камер смешения, а выход совмещен со входом диффузора, и приемную камеру, в которой размещены сопла соплового блока, первичные камеры смешения и вход вторичной камеры смешения, при этом первичная камера смешения имеет форму цилиндра или конуса или их сочетание и установлена соосно соплу. Технический результат - повышение кпд. 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий сопловой блок с, по меньшей мере, одним соплом, по меньшей мере, одну первичную и одну вторичную камеры смешения, причем вход вторичной камеры смешения расположен перед выходами первичных камер смешения, и приемную камеру, в которой размещены сопла соплового блока, первичные камеры смешения и вход вторичной камеры смешения, отличающийся тем, что первичная камера смешения частично расположена вокруг сопла, а выход вторичной камеры смешения совмещен с диффузором. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что выход сопла отстоит от выхода камеры первичного смешения на расстояние не свыше 100 диаметров выходного сечения сопла. 3. Аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что площадь минимального сечения первичной камеры смешения составляет от 1 до 15 площадей минимального сечения сопла. 4. Аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что отношение площади минимального сечения вторичной камеры смешения к суммарной площади минимальных сечений первичных камер смешения составляет от 1 до 300. 5. Аппарат по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что отношение длин первичной и вторичной камер смешения к диаметрам их минимальных сечений составляет от 0,1 до 500. 6. Аппарат по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, одну дополнительную вторичную камеру смешения. 7. Аппарат по п.6, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, один дополнительный диффузор.