УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ВЫСОКОВЯЗКИХ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2004 года по МПК F17D1/20 F04F5/02 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть применено в сельском хозяйстве, нефтяной, химической и других отраслях промышленности при транспортировании полужидких кормов, нефти и других высоковязких сред.

Известен пневматический конвейер для сыпучих материалов, который может быть использован для транспортирования высоковязких жидкостей [1]. Конвейер содержит транспортный трубопровод с подвижным днищем, связанный с днищем вибратор, загрузочное и разгрузочное устройство. Днище, представляющее собой диафрагму, расположено по всей длине трубопровода, между соединенными с ней верхней и нижней пластинами. Транспортный трубопровод снабжен фасонной крышкой, а боковые стороны диафрагмы размещены между фланцами неподвижной части трубопровода и фасонной крышкой. Нижняя пластина имеет ребро жесткости, соединенное с подвижной частью вибратора, корпус которого прикреплен к нижней наружной поверхности крышки и имеет отверстия для размещения подвижной части вибратора.

В конвейере для транспортирования используются два вида воздействия на среду - воздействие воздухом для продольного перемещения и механическое воздействие для создания поперечного колебания, что приводит к усложнению конструкции. При транспортировании происходит неодинаковое воздействие на высоковязкую среду - оно больше в нижней части и меньше в верхней части конвейера. Это приводит к снижению эффективности транспортирования. Кроме того, вибрационное воздействие накладывается поперек потока, в то время как для транспортирования более эффективно попутное колебательное движение.

Известно устройство для транспортирования вязких жидкостей (аналог) [2], включающее коаксиально установленную наружную и внутреннюю, выполненную из пористого материала, трубы, образующие между собой воздушную камеру, связанную через отверстия во внутренней трубе с системой подачи среды. Внутренняя труба устройства выполнена из двух полуцилиндров, причем из пористого материала выполнен один из них, а другой имеет наклонные отверстия.

Данное устройство конструктивно сложно ввиду наличия двух труб. Подача транспортирующего воздуха через наклонные отверстия приводит к неэффективному его использованию, так как перемещение среды производится только за счет сцепления воздуха с жидкостью.

Наиболее близким по техническому решению и конечному результату является устройство для транспортирования высоковязких структурированных жидкостей по трубопроводу (прототип) [3] . Устройство включает в себя вибратор, соединенный с активным органом, выполненным в виде подвижного участка трубопровода и гибких элементов, связывающих его концы с трубопроводом, причем гибкие элементы выполнены в виде сильфонов.

В известном устройстве активный орган вибратора воздействует на небольшой слой транспортируемой среды, что снижает эффективность транспортирования ее по трубопроводу, особенно при больших размерах труб. Для транспортирования используются два вида воздействия на среду - воздействие для перемещения и воздействие для создания колебаний, что приводит к увеличению энергозатрат и усложнению конструкции.

Цель изобретения - снижение энергозатрат и упрощение конструкции устройства.

Указанная цель достигается тем, что в качестве вибратора использован газожидкостный эжектор, состоящий из периферийного сверхзвукового сопла, камеры смешения и диффузора, который соединен с трубопроводом гибкими элементами, выполненными в виде сильфонов. На срезе сопла давление газа больше давления транспортируемых высоковязких кормов, на некотором расстоянии от сопла давление в струе и кормах выравнивается [4, с.155-158, 404-406]. Давление в струе по мере удаления от выходного отверстия сопла постепенно уменьшается, скорость газа растет и поперечное сечение сверхзвуковой струи увеличивается [4, рис. 4.4, с.156]. При истечение происходит перерасширение струи, т.е. в некотором наиболее широком сечении струи устанавливается давление ниже окружающего. После этого струя сужается, так как давление приближается к окружающему, а скорость соответственно уменьшается. Торможение сверхзвукового потока приводит к возникновению скачков уплотнения. В результате этого в некоторой части сечения струи скорость становится дозвуковой, а давление становится выше окружающего. Затем давление вновь уменьшается, сближаясь с окружающим. При достаточно большой величине давления скорость вновь достигает критического, а затем и сверхзвукового значения, т.е. появляется второй сверхзвуковой участок, на котором струя расширяется. В результате второго перерасширения и последующего увеличения давления возникает вторая группа скачков уплотнения. Второе перерасширение струи и вторая группа скачков уплотнения получается слабее первой. При небольшой величине давления на срезе сопла также получаются колебания скорости и давления вдоль оси струи, но без скачков уплотнения.

В газожидкостном эжекторе газовый поток воздействует на транспортируемый высоковязкий корм, который практически несжимаем. Газовый поток находится между твердыми стенками камеры смешения и диффузора и транспортируемым кормом. Характер воздействия газа с вязким кормом представляет сложную картину, и процесс движения корма может быть расслоенно-волновым, волновым с перемычками, серповидным или дисперсно-кольцевым [5, с.123-125, рис. 5.1 и 5.2] или [6, с. 154-156, рис. 73 и 74]. В данном случае характер движения является дисперсно-кольцевым и волновым с перемычками транспортируемого высоковязкого корма с газовой прослойкой между твердыми стенками и жидкостью. Описанный выше характер течения сверхзвуковой струи и взаимодействие ее с транспортируемым кормом имеет место в газожидкостном эжекторе, возникают пучки роста давления и его падения ("бочки" давления), перемещающиеся с затуханием. В результате этого происходит периодическое силовое воздействие от газового потока как в радиальном, так и в осевом направлении. Периодическое увеличение осевого давления приводит к перемещению эжектора в направлении движения потока и некоторого сжатия сильфона за эжектором и расширению сильфона перед ним. Во время снижения давления происходит обратный процесс перемещения эжектора в направлении, обратном движущимся потокам. Таким образом, за счет волнообразного пульсирующего движения газового потока и пружинящего действия сильфонов образуется возвратно-поступательное движение эжектора и вибрация жидкости. Все это снижает вязкость транспортируемой жидкости, приводя, в конечном счете, к снижению энергозатрат на ее транспортирование. В предлагаемом изобретении выбрано периферийное сверхзвуковое сопло подачи высоконапорного газа, обеспечивающее лучшее взаимодействие напорного газового потока с транспортируемым высоковязким кормом, снижение затрат на трение при его движении. С целью создания газовой прослойки между кормом и трубой одна часть ломаной втулки, примыкающая к камере смешения, выполнена цилиндрической и соосной с ней. Конструктивные углы излома наружной втулки и угол конусности внутренней втулки, которые соответственно равны 108-156^o и 12-36^o получены исходя из принятых и проверенных на практике значений входного сужающегося и выходного расширяющегося углов сверхзвукового сопла Лаваля, которые равны 24-12^o [7, с.101-102]. Обечайка периферийного сопла эжектора выполнена из двух половинок, сопряженных между собой пазом с герметичным уплотнением, что позволяет перекрывать сечение сопла Лаваля и не допускать попадания высоковязких кормовых смесей внутрь обечайки. Для закрытия сопла Лаваля обечайки снабжены кронштейнами, соединяющимися между собой подпружиненными штоками, которые снабжены механизмом регулирования величины поджатия пружин. Это позволяет плавно регулировать величину развода втулок периферийного сопла и обеспечивает закрытие сопла при прекращении подачи сжатого газа (воздуха) внутрь обечайки.

Технико-экономический эффект достигается тем, что в устройстве используется один источник движения - сжатый газ (воздух). Возникающая вибрация снижает вязкость жидкости и энергозатраты на ее транспортирование в два и более раза. Повышается надежность устройства за счет устранения попадания кормовых смесей в периферийное сопло эжектора.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема устройства для транспортирования высоковязких кормовых смесей по трубам. На фиг.2 показан узел периферийного сверхзвукового сопла эжектора. На фиг.3 показан узел соединения двух половинок обечайки с механизмом регулирования величины поджатия пружин.

Устройство для транспортирования высоковязких кормовых смесей по трубам содержит трубопровод 1, гибкую связь (сильфоны) 2, соединяющие трубопровод 1 с эжектором 3, состоящим из внутренней конической втулки 4, ломаной наружной втулки 5, соединенных обечайкой 6, камеры смешения 7 и диффузора 8. Обечайка 6 состоит из двух половинок 9 и 10, сопряженных между собой пазом 11 с герметичным уплотнением 12. Половинки 9 и 10 обечайки 6 снабжены кронштейнами 13 и 14, соединяющимися между собой подпружиненными штоками 15, которые снабжены механизмом 16 регулирования величины поджатая пружин 17. К обечайке 6 прикреплен патрубок 18 подачи сжатого воздуха.

Устройство для транспортирования высоковязких кормовых смесей по трубам работает следующим образом. Сжатый газ (воздух) через патрубок 18 поступает в кольцевую камеру и периферийное сверхзвуковое сопло, образованное обечайкой 6, внутренней конической 4 и наружной ломанной 5 втулками. Давление газа в кольцевой камере, образованной двумя половинками 9 и 10 обечайки 6, растет и они начинают постепенно раздвигаться, преодолевая сопротивление пружин 17 штоков 15 и силу трения в герметичном уплотнении 12 паза 11. Расстояние между внутренней конической 4 и наружной ломанной 5 втулками увеличивается и сжатый газ начинает вырываться из сопла. Благодаря суживающе-расширяющей форме сопла газ ускоряется и с большой скоростью поступает в камеру смешения 7, которая может быть цилиндрической или конфузорной, и затем в диффузор 8. В камеру смешения 7, через трубопровод 1 и сильфон 2 поступает транспортируемая высоковязкая кормовая смесь. В камере смешения 7 высоконапорный поток газа вступает во взаимодействие с транспортируемым кормом. Благодаря волнообразному, со скачками уплотнений движению газа и волновому дисперсно-кольцевому движению корма создается периодическое силовое воздействие газового потока на стенки камеры смешения 7 и диффузора 8, а также на транспортируемую кормовую смесь в радиальном и осевом направлениях. Силовое воздействие в осевом направлении вызывает поджатие сильфона за эжектором и некоторое расширение сильфона перед эжектором. Последующая волна разрежения вызывает ослабление силового воздействия по ходу потоков и движению эжектора в обратном направлении за счет пружинящих свойств сильфонов 2. Создание периодического колебательного движения с большой частотой вызывает вибрацию эжекторного узла, передающуюся жидкости, что снижает ее вязкость. Наряду с воздушной прослойкой между твердыми стенками и высоковязким кормом снижение вязкости кормовой смеси, наиболее полно проявляющееся в пристеночном слое, приводит к снижению потерь на трение и общему снижению энергозатрат на транспортирование кормовой смеси.

Источники информации
1. А.с. СССР 1008115, МКИ В 65 G 53/04 от 30.03.1983 г.

2. А.с. СССР 752117, МКИ F 17 D 1/16 от 30.07.1980 г.

3. А.с. СССР 1247623, МКИ F 17 D 1/16 от 30.07.1986 г.

4. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. - М.: Наука, 1976 г.

5. Зайцев Ю.З. и др. Теория и практика газлифта. - М.: Недра, 1987 г.

6. Кафаров В.В. Основы массопередачи. - М.: Высшая школа, 1979 г.

7. Щукин В. К. , Калмыков И.И. Газоструйные компрессоры. - М.: Машгиз, 1963 г.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть применено в сельском хозяйстве, нефтяной, химической и других отраслях промышленности при транспортировании полужидких кормов, нефти и других высоковязких сред. Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат и упрощение конструкции устройства. Устройство для транспортирования высоковязких кормовых смесей по трубам содержит трубопровод, гибкую связь (сильфоны), соединяющую трубопровод с газожидкостным эжектором, состоящим из внутренней конической втулки, ломаной наружной втулки, соединенных обечайкой, камеры смешения и диффузора. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для транспортирования высоковязких кормовых смесей по трубам, включающее вибратор, соединенный с трубопроводом гибкими элементами, выполненными в виде сильфонов, отличающееся тем, что вибратор выполнен в виде газожидкостного эжектора, состоящего из периферийного сопла, камеры смешения и диффузора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что периферийное сопло эжектора выполнено из конической внутренней втулки с углом конусности 12-36° и ломаной наружной втулки с углом излома 108-156°, соединенных между собой обечайкой, которая состоит из двух половинок, сопряженных между собой пазом с герметичным уплотнением.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что одна часть ломаной втулки, примыкающей к камере смешения, выполнена цилиндрической и соосной с ней.4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что обе обечайки снабжены кронштейнами, соединяющимися между собой подпружиненными штоками, которые снабжены механизмом регулирования величины поджатия пружин.