ТЕПЛОНАСАДОК ШЕСТЕРЕНКО Российский патент 2007 года по МПК B05B1/00 

Предлагаемое изобретение относится к оборудованию аэрозолеконцентрирующих устройств и оборудованию вакуумного крекинга природных газов и нефти. Предлагаемое изобретение относится к области газоразгонных и газотранспортирующих устройств, для крекинга нефти и природных газов, а также может быть использовано в качестве диспергатора газожидкостных смесей и газодинамических систем различных компонентов в химических технологиях, в газовых горелках с нанесением многокомпонентных вплавляемых аэрозолей и может быть использовано в других областях техники, где необходимо разогнать газ, а также в качестве установок и устройств, использующих энергию ветра, и пр.

Прототип

Насадок, состоящий из герметично соединенных между собой сопел, причем критическое сечение каждого сопла не меньше критического сечения расходоопределяющего не последнего сопла, и теплообменника (Патент RU по заявке №2003118734/12, по которой есть решение о выдаче патента). Недостаток прототипа заключается в том, что недостаточно полно используется температура окружающей среды.

Аналог 1

Известно устройство, содержащее сверхзвуковые сопла, герметично соединенные между собой, причем каждое последующее сверхзвуковое сопло имеет критическое сечение не меньше, чем первое сопло по ходу газа.

(Авторское свидетельство СССР №1426642 под названием "Аэрозолеконцентрирующий насадок" автор Н.А.Шестеренко).

Недостаток аналога 1 заключается в том, что недостаточно полно используется температура окружающей среды.

Аналог 2

Известно устройство, содержащее сопла, герметично соединенные между собой, причем каждое последующее сопло имеет критическое сечение не меньше, чем предыдущее сопло. (Авторское свидетельство СССР №1242248 под названием "Аэрозолеконцентрирующий насадок Шестеренко" автор Н.А.Шестеренко). Недостаток аналога 2 заключается в том, что недостаточно полно используется температура окружающей среды.

Аналог 3

Известно устройство, содержащее сверхзвуковые сопла, герметично соединенные между собой. Эти устройства не менее одного установлены друг за другом с прогрессивным уменьшением с зазором между собой.

(Авторское свидетельство СССР №1388097 под названием "Аэрозольный концентратор", автор Н.А.Шестеренко).

Недостаток аналога 3 заключается в том, что недостаточно полно используется температура окружающей среды.

Технической задачей является повышение эффективности насадка и энергосбережение.

Техническая задача выполняется следующим образом.

1. Насадок, состоящий из последовательно герметично соединенных между собой сопел, причем критическое сечение каждого сопла не меньше критического сечения расходоопределяющего не последнего сопла, и теплообменника, отличающийся тем, что или не менее чем одна сверхзвуковая часть сверхзвукового сопла с внешней стороны снабжена теплообменником, или не менее чем одна докритическая часть следующего сопла снабжена теплоизолятором, или имеет то и другое одновременно.

2. Насадок по пункту 1, отличающийся тем, что не менее чем одна докритическая часть следующего сопла снабжена вакуумируемой полостью.

3. Насадок по пункту или 1, или 2, отличающийся тем, что не менее чем одна докритическая часть сопла снабжена с внешней стороны теплообменником, сообщенным с закритической сверхзвуковой частью сопла.

4. Насадок по пункту или 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что не менее чем одна докритическая часть сопла снабжена с внутренней стороны теплоизолятором.

На чертеже изображен предлагаемый насадок, который состоит из герметично соединенных между собой сопел 1, 2, 3 и 4, часть которых может быть дозвуковыми, а часть сверхзвуковыми соплами. На чертеже, для простоты понимания работы насадка, изображены сопла в виде сопел Лаваля. На чертеже расходоопределяющим соплом является сопло 1, но расходоопределяющим может быть любое сопло, но не последнее (т.е. сопло 4).

Сверхзвуковые части сверхзвуковых сопел Лаваля 1, 2 и 3 с внешней стороны снабжены теплообменниками 5, 6 и 7, которые имеют ребра для увеличения поверхности теплообмена.

Докритические части следующих сопел 2, 3 и 4 снабжены теплоизоляторами 8, 9 и 10. Теплоизоляторами могут служить и вакуумируемые полости 11 и 12.

Теплообменник 7 снабжен рубашкой 13 с патрубками 14 и 15. В конструкции имеются эжекторно вакуумируемые полости 16 и 17. Сопло Лаваля 1 имеет сечения: 18 (входное), 19 (критическое) и 20 (выходное).

Сопло Лаваля 2 имеет сечения 21 (критическое) и 22 (выходное).

Сопло Лаваля 3 имеет сечения 23 (критическое) и 24 (выходное).

Сопло Лаваля 4 имеет сечения 25 (критическое) и 26 (выходное).

Сопла между собой соединены или при помощи болтов с герметизирующими прокладками, или при помощи сварки.

К соплу 1 подсоединен трубопровод 27.

Сопло 1 введено коаксиально в сопло 2 с образованием между ними зазора, который сообщен с вакуумируемой полостью 16, а тот сообщен с полостью 11.

Сопло 2 введено коаксиально в сопло 3 с образованием между ними зазора, который сообщен с вакуумируемой полостью 17, а тот сообщен с полостью 12.

Сопла 2, 3 и 4 имеют критические сечения 21, 23 и 25, которые не меньше (т.е. равные или лучше большие) критического сечения 19.

Все сопла снабжены с внешней стороны теплообменниками 28,29, 30 и 31, которые сообщены с закритической сверхзвуковой частью сопла. Докритические части сопел Лаваля 3 и 4 снабжены с внутренней стороны теплоизоляторами 32 и 33, которые могут быть изготовлены из керамического покрытия.

Предлагаемый насадок работает следующим образом.

За счет перепада давления по трубопроводу 27 в сопло Лаваля 1 поступает газодинамический поток (поток сжимаемой жидкости), которым может быть или газ, или аэрозоль или газожидкостная смесь, или жидкость, которая при больших скоростях и вакуумном крекинге полностью или частично переходит в газообразное состояние. За счет эжекции вакуумируются полости 16 и 11. В сопле Лаваля 1 поток разгоняется до сверхзвуковой скорости. Сопла Лаваля 2, 3 и 4 спрофилированы так, что косые скачки от набегающего сверхзвукового потока не превышают 60°, что исключает переход потока на дозвуковую скорость. Поэтому поток проходит все сопла на сверхзвуковой скорости, слегка притормаживаясь перед критическими сечениями 21, 23 и 25. За счет эжекции также вакуумируются полости 17 и 12. Сверхзвуковые части в соплах Лаваля 1, 2, 3 и 4, т.е. соответственно от критических сечений 19, 21, 23 и 25 до выходных сечений 20, 22, 24 и 26, являются мощнейшими холодильниками. Поэтому эти части снабжены теплообменниками 5, 6 и 7, а участок от критического сечения 25 до выходного сечения 26 не теплоизолирован. На этих частях должны быть учтены воздействия эжекторно вакуумируемых полостей 16 и 17, а также углы образующих и длина этих частей, которые противостоят отрицательному воздействию подвода тепла извне в процессе сверхзвукового разгона газа. Подвод тепла, вредный для разгона газа на этом участке, повышает внутренний потенциал газа и этим обеспечивает большие возможности для разгона газа в следующем сопле. И так несколько раз, повышая потенциал газодинамического потока (газа). Изоляция 8, 9 и 10 и вакуумируемые полости 11 и 12 сохраняют внутренний потенциал газодинамического потока. Из выходного сечения 26 выходит газодинамический поток с температурой полного торможения потока значительно большей, чем это мог обеспечить начальный перепад давления. По рубашке 13 через патрубки 14 и 15 может идти жидкость или пар, или выхлопные газы производств, которые выбрасываются в атмосферу. Газодинамический поток может быть использован для транспортировки газа или нефти, или для других технологий, где необходимо разогнать поток. Во всех соплах массивные тела из металла перед критическими сечениями являются теплообменниками 28, 29, 30 и 31, которые охлаждают эти части и передают тепло торможения потока закритическим сверхзвуковым частям сопел (холодильникам) для передачи энергии тепла газодинамическому потоку. Керамические теплоизоляторы 32 и 33 защищают от расплавления металла перед критическими сечениями в соплах 3 и 4.

Технический эффект заключается в том, что тепловая энергия окружающей среды повышает потенциальную энергию газодинамического потока, повышая тем самым эффект вакуумного крекинга.

Предлагаемое изобретение относится к оборудованию аэрозолеконцентрирующих устройств и оборудованию вакуумного крекинга природных газов и нефти, а также к области газоразгонных и газотранспортирующих устройств, для крекинга нефти и природных газов и может быть использовано в качестве диспергатора газожидкостных смесей и газодинамических систем различных компонентов в химических технологиях, в газовых горелках с нанесением многокомпонентных вплавляемых аэрозолей и в других областях техники, где необходимо разогнать газ, а также в качестве установок и устройств, использующих энергию ветра и пр. Технической задачей является повышение эффективности насадка и за счет того, что в насадке, состоящем из последовательно герметично соединенных между собой сопел, не менее чем одна сверхзвуковая часть сверхзвукового сопла с внешней стороны снабжена теплообменником, или не менее чем одна докритическая часть следующего сопла снабжена теплоизолятором, или то и другое одновременно. Технический эффект заключается в том, что тепловая энергия окружающей среды повышает потенциальную энергию газодинамического потока, повышая тем самым эффект вакуумного крекинга. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Насадок, состоящий из последовательно герметично соединенных между собой сопел, критическое сечение каждого из которых не меньше критического сечения расходоопределяющего непоследнего сопла, и теплообменника, отличающийся тем, что не менее чем одна сверхзвуковая часть сверхзвукового сопла с внешней стороны снабжена теплообменником или не менее чем одна докритическая часть следующего сопла снабжена теплоизолятором, или то и другое одновременно.2. Насадок по п.1, отличающийся тем, что не менее чем одна докритическая часть следующего сопла снабжена вакуумируемой полостью.3. Насадок по п.1 или 2, отличающийся тем, что не менее чем одна докритическая часть сопла снабжена с внешней стороны теплообменником, сообщенным с закритической сверхзвуковой частью сопла.4. Насадок по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что не менее чем одна докритическая часть сопла снабжена с внутренней стороны теплоизолятором.