СТРУЙНЫЙ НАСОС Российский патент 2004 года по МПК F04F5/14 

Изобретение относится к струйным насосам, в которых активной средой является газ; преимущественно водяной пар, а пассивной средой - также газ, преимущественно газовая смесь.

Изобретение может найти широкое применение в различных областях техники: в энергетике, нефтехимической промышленности и т.п.

Наиболее эффективным представляется использовать изобретение как средство откачки газов разложения с помощью водяного пара при перегонке нефти.

Известны струйные насосы (для подъема нефти из малопродуктивного горизонта), содержащие корпус с активным соплом по периферии и пассивным соплом в центральной части, в центральной части также расположены камера смешения и диффузор (см. а.с. № 156902, кл. F 04 F 5/00, 1963). В данном струйном насосе предусмотрено использование сменных активных сопел, камер смешения и диффузоров, имеющих различную геометрию. Однако по существу технические средства для реализации данного решения в описании не раскрыты, не раскрыты также конкретные параметры, по которым будут отличаться сменные элементы одного назначения один от другого. В данном насосе технический результат, поставленный изобретением, достигнут быть не может, так как получение вакуума вообще не обеспечивается.

Известны струйные насосы, содержащие корпус с центральным съемным активным соплом по оси в передней части корпуса, камеру смешения и диффузор, расположенный совместно с активным соплом на одной оси. Насос имеет съемный фланец для съема активного сопла (см. а.с. СССР № 885631, кл. F 04 F 5/02, 1981). В данном насосе функции пассивного сопла выполняет патрубок, расположенный нормально к активному соплу. Какие-либо данные о применении активных сопел разной геометрии в описании также отсутствуют. В данном струйном насосе технический результат, достигаемый изобретением, не обеспечивается, так как высокий глубокий вакуум практически обеспечить нет возможности, а изменение производительности и давления на выходе не предусмотрено.

Известны струйные насосы, содержащие корпус в виде двух фланцев с активным соплом в центральной части, пассивное сопло, камеру смешения, диффузор, расположенные совместно с активным соплом на общей оси, при этом предусматривается выполнение камеры смешения и диффузора съемными, активное сопло же выполнено несъемным (см., например, патент ФРГ № 3618601, кл. F 04 F 5/00, 1990). В описании патента нет никаких данных о том, что активные или пассивные сопла, а также камера смешения и диффузор могут иметь различную форму или различные размеры. Съемность же этих элементов объясняется сложностью их изготовления в монолитном варианте.

Данный насос выбран за прототип.

По своей компоновке данный насос наиболее близок предложенному. Однако и в нем технический результат, поставленный в изобретении, не достигается, так как глубокий вакуум не может быть получен из-за конструкции активного сопла и больших потерь давления на входе.

Задача изобретения - создание простого и технологичного в изготовлении струйного насоса, обеспечивающего получение глубокого вакуума при различной производительности и давлении на выходе.

Технический результат, достигаемый изобретением, - обеспечение получения глубокого вакуума при варьировании производительности и давления на выходе в широких пределах.

Данный технический результат достигается тем, что струйный насос содержит корпус с активным соплом в центральной части, имеющий на внутренней передней поверхности конусообразный участок, образующий на выходе пассивное сопло, и съемную камеру смешения, сочлененную с корпусом в зоне конусообразного участка посредством переднего фланца, а также диффузор с фланцем, соединенным с соответствующим задним фланцем съемной камеры смешения через съемный переходник, имеющий внутреннюю конусную поверхность с углом раскрытия, идентичным углу раскрытия диффузора, причем каждая съемная камера смешения имеет индивидуальные фланцы с внутренним диаметром, соответствующим диаметру камеры, а каждый съемный переходник имеет конусную поверхность разной длины.

Еще в большей степени этот технический результат достигается тем, что в струйном насосе, характеризуемом вышеперечисленными признаками, фланец каждой съемной камеры смешения, примыкающий к корпусу, имеет в месте сочленения с ним конусообразный участок, служащий продолжением стенки пассивного сопла, с углом раскрытия, равным углу раскрытия конусообразного участка внутренней поверхности корпуса. Корпус снабжен съемным входным патрубком для активной среды, а активное сопло выполнено съемным, причем каждое съемное сопло имеет разный внутренний профиль; внутри корпуса установлена цилиндрическая направляющая, фиксирующая положение активного сопла на одной оси с камерой смешения, причем длина направляющей выбрана не меньшей половины длины активного сопла; на внутренней поверхности задней стенки корпуса в зоне сочленения с боковой стенкой выполнен конусообразный участок, протяженность которого выбрана меньшей протяженности конусообразного участка передней стенки, по меньшей мере, в два раза; длина насоса от передней кромки входного патрубка до задней стенки кромки диффузора выполнена неизменной, не зависящей от использования любой съемной камеры смешения и любого съемного активного сопла.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены два варианта выполнения камеры смешения и активного сопла. На практике таких модификаций может быть больше, до 6 шт.

На фиг.1 схематически изображен описываемый насос. На фиг.2 - тот же насос, но с камерой смешения меньшего диаметра.

Струйный насос содержит корпус 1 с активным сверхзвуковым соплом 2 в центральной части. На внутренней передней поверхности корпуса 1 имеется конусообразный участок 3, который может быть выполнен съемным. Этот участок образует на выходе пассивное сопло 4, к которому пассивная среда подается через патрубок 5. Насос имеет съемную камеру смешения 6. Предусматривается использование съемных камер смешения различного внутреннего диаметра. В зоне конусообразного участка 3 камера смешения 6 сочленяется с корпусом 1 посредством фланца 7. При этом каждая съемная камера 6 имеет индивидуальный фланец 7 с внутренним диаметром d₁, d₂ и т.п., соответствующим внутреннему диаметру D₁, D₂ и т.п. камеры смешения 6.

Насос содержит также диффузор 8 с фланцем 9, соединенным с соответствующим фланцем 10 съемной камеры смешения через съемный переходник 11. Каждый съемный переходник 11 имеет конусную поверхность 12 разной длины. Эта длина будет наименьшей для камеры смешения 6 наибольшего диаметра. В нашем случае при двух камерах смешения 6 разного диаметра конусная поверхность 12 будет иметь длину l₁ для камеры смешения 6 с внутренним диаметром D₂ и длину l₂ для камеры смешения 6 с внутренним диаметром D₁. Фланец 7 каждой камеры смешения 6, примыкающий к корпусу 1, имеет в месте сочленения с корпусом 1 конусообразный участок 13, служащий продолжением стенки пассивного сопла 4.

Возможен вариант, при котором фланец 7 не будет иметь конусообразного участка. В этом случае внутренний диаметр камеры смешения D₀ будет равняться наружному диаметру d₀ пассивного сопла.

В общем же случае большая длина S_n будет соответствовать меньшему диаметру D₁ камеры смешения 6. Например, при наличии четырех камер смешения 6 (n=4), в которых l₁ - наименьшая длина, D₁ - наименьший диаметр, a S₁ - наименьшая длина, соответствие будет следующим: l₁ - D₄, l₂ - D₃, l₃ - D₂, l₄ - D₁; S₁ - D₄, S₂ - D₃, S₃ - D₂, S₄ - D₁.

Корпус 1 снабжен съемным входным патрубком 14 для активной среды. При этом активное сопло 2 также выполнено съемным и каждое съемное активное сопло 2 имеет разный внутренний аэродинамический профиль, образующий так называемое сопло Лаваля. Внутри корпуса установлена направляющая 15, фиксирующая положение активного сопла на одной оси с камерой смешения 6. При этом длина направляющей 15 выбрана не меньшей половины длины активного сопла 2.

На внутренней поверхности задней стенки 16 корпуса 1 в зоне сочленения с боковой стенкой 17 выполнен конусный участок 18, протяженность b которого выбрана меньшей в два раза протяженности В конусообразного участка 3 передней стенки.

Длина насоса от передней стенки входного патрубка 14 до задней кромки диффузора 8 выполнена неизменной, не зависящей от использования любой съемной камеры смешения и любого съемного активного сопла.

Съемность входного патрубка 14 обеспечивается шпильками 19 и гайками (не показаны), съемность конусообразного участка 3 - шпильками 20 и гайками 21, фланца 7 - шпильками 22 с гайками (не показаны), фланцев 9, 10 и переходника 11 - шпильками 23 с гайками 24.

Работает насос следующим образом. Фланец 14 подключается к паровой линии, а фланец патрубка 5 - к линии газовой смеси (в частности, к линии выхода газов разложения при перегонке нефти). С помощью активного сопла 2 водяной пар разгоняется до сверхзвуковой скорости (в 3-4 раза превышающей звуковую скорость) и струя водяного пара затягивает через пассивное сопло 4 газовую смесь. Благодаря конкретной геометрии активного и пассивного сопел процесс поступления газовой смеси в камеру смешения протекает с наименьшими гидравлическими потерями. Затем через переходник 11 газовая смесь поступает в диффузор 8, где происходит дальнейшее торможение потока. После диффузора смесь может быть подана в сепаратор (не показан) для дальнейшего использования.

При необходимости увеличить производительность насос останавливают, меняют камеру смешения 6 на камеру с большим диаметром посредством соответствующих монтажно-демонтажных работ со шпильками 22, 23 и гайками. Причем в некоторых случаях, когда необходимо увеличить давление на выходе из диффузора 8, может заменяться и активное сопло 2, что осуществляется путем съема патрубка 14.

Практика использования опытных образцов предложенного насоса показала, что при наличии четырех съемных камер смешения 6 и соответствующих четырех съемных активных сопел 2 различного профиля можно ступенчато варьировать производительность от 100 до 400 кг/час или от 25 до 100 кг/час и т.п. Характер монтажно-демонтажных работ носит самый простой характер, как показано выше.

Практика показала также, что наличие конусообразных участков 3, 18 обеспечивает лучшие аэродинамические свойства внутренней поверхности корпуса, это, в свою очередь, сказывается на повышении эффективности работы насоса.

Струйный насос предназначен для откачки газов разложения с помощью водяного пара. Струйный насос содержит корпус с активным соплом в центральной части, имеющий на внутренней передней поверхности конусообразный участок, образующий на выходе пассивное сопло, и съемную камеру смешения, сочлененную с корпусом в зоне конусообразного участка посредством переднего фланца, а также диффузор с фланцем, соединенным с соответствующим задним фланцем съемной камеры смешения через съемный переходник, имеющий внутреннюю конусную поверхность с углом раскрытия, идентичным углу раскрытия диффузора, причем каждая съемная камера смешения имеет индивидуальные фланцы с внутренним диаметром, соответствующим диаметру камеры, а каждый съемный переходник имеет конусную поверхность разной длины. Технический результат - получение глубокого вакуума. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Струйный насос, содержащий корпус с активным соплом в центральной части, имеющий на внутренней передней поверхности конусообразный участок, образующий на выходе пассивное сопло, и съемную камеру смешения, сочлененную с корпусом в зоне конусообразного участка посредством переднего фланца, а также диффузор с фланцем, соединенным с соответствующим задним фланцем съемной камеры смешения через съемный переходник, имеющий внутреннюю конусную поверхность с углом раскрытия, идентичным углу раскрытия диффузора, причем каждая съемная камера смешения имеет индивидуальные фланцы с внутренним диаметром, соответствующим диаметру камеры, а каждый съемный переходник имеет конусную поверхность разной длины.2. Струйный насос по п.1, отличающийся тем, что фланец каждой съемной камеры смешения, примыкающий к корпусу, имеет в месте сочленения с ним конусообразный участок, служащий продолжением стенки пассивного сопла, с углом раскрытия, равным углу раскрытия конусообразного участка внутренней поверхности корпуса.3. Струйный насос по п.1, отличающийся тем, что корпус снабжен съемным входным патрубком для активной среды, а активное сопло выполнено съемным, причем каждое съемное сопло имеет разный внутренний профиль.4. Струйный насос по п.1, отличающийся тем, что внутри корпуса установлена цилиндрическая направляющая, фиксирующая положение активного сопла на одной оси с камерой смешения, причем длина направляющей выбрана не меньше половины длины активного сопла.5. Струйный насос по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности задней стенки корпуса в зоне сочленения с боковой стенкой выполнен конусообразный участок, протяженность которого выбрана меньше протяженности конусообразного участка передней стенки, по меньшей мере, в два раза.6. Струйный насос по п.1, отличающийся тем, что длина насоса от передней кромки входного патрубка до задней стенки кромки диффузора выполнена неизменной, не зависящей от использования любой съемной камеры смешения и любого съемного активного сопла.