ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫЙ СТРУЙНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2008 года по МПК F04F5/04 

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 (RU, патент 2216650, F04F 5/02, 2003) жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий подводящие каналы активного и пассивного потоков, камеры смешения, диффузор, сопловой блок с, по меньшей мере, одним соплом, по меньшей мере, одну первичную камеру смешения, расположенную перед и, по меньшей мере, частично вокруг каждого из указанных сопел, вторичную камеру смешения, вход которой расположен перед выходами первичных камер смешения, а выход совмещен с входом диффузора, и приемную камеру, в которой размещены сопла соплового блока, первичные камеры смешения и вход вторичной камеры смешения.

Недостатком известного аппарата следует признать недостаточный коэффициент полезного действия, обусловленный недостаточной организацией смешения активного и пассивного потоков.

Известен (RU, патент 2205994, F04F 5/02, 2003) 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. Обычно выход сопла отстоит от выхода камеры первичного смешения на расстояние не свыше 100 диаметров выходного сечения сопла.

Недостатком известного аппарата следует признать недостаточный коэффициент полезного действия, обусловленный недостаточной организацией смешения активной и неактивной сред.

Техническая задача, решаемая с использованием аппарата предлагаемой конструкции, состоит в оптимизации процесса перемешивания эжектирующего и эжектируемого потоков.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого технического решения, состоит в повышении коэффициента полезного действия газо-жидкостного струйного аппарата.

Для получения указанного технического результата предложено использовать конструкцию газо-жидкостного струйного аппарата, содержащего последовательно установленные сопловой блок с, по меньшей мере, одним соплом, вторичную камеру смешения, приемную камеру, а также диффузор, и не менее двух первичных камер смешения, расположенных соосно, причем сопловый блок, первичные и вторичная камеры расположены в приемной камере, а между каждой парой указанных первичных камер смешения выполнен зазор, предназначенный для подвода газа. В варианте реализации стенки первичных камер выполняют перфорированными для дополнительного поступления газа к струе жидкости, что обеспечивает увеличенную турбулизацию потока смеси. Обычно первичные камеры смешения устанавливают соосно соплу. Сопловый блок может содержать не менее двух сопел, причем каждое сопло содержит свою цепочку первичных камер смешения. Указанные сопла могут быть установлены произвольно (параллельно или не параллельно друг другу). Преимущественно соотношение площади поперечного сечения сопла и площади поперечного сечения первой от сопла первичной камеры смешения составляет от 1 до 100, а отношение длины зазора к диаметру первичной камеры составляет от 0,001 до 1. Первичная камера смешения предпочтительно имеет форму цилиндра или конуса или их сочетание. Площади поперечного сечения первичных камер смешения могут быть равны или различны.

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 первичную камеру смешения разделили на несколько камер (элементов камер), которые устанавливают соосно друг другу.

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, расположенных соосно, причем между камерами устанавливается зазор, через который поступает газ и дополнительно турбулизирует жидкостную струю, улучшая перемешивание жидкости с газом. Элементы первичных камер могут быть выполнены перфорированными для дополнительного поступления газа к струе жидкости.

Изобретение в базовом варианте иллюстрировано чертежом, на котором использованы следующие обозначения: сопловой блок 1, сопло 2, первый элемент первичной камеры смешения 3, второй элемент первичной камеры смешения 4, третий элемент первичной камеры смешения 5, вторичная камера смешения 6, диффузор 7, приемная камера 8, зазор между элементами первичных камер 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом: струя активной жидкости сопла 2 соплового блока 1 из приемной камеры 6 попадает в первичную камеру смешения 3, где происходит ее предварительное разбиение и перемешивание с пассивным газом, далее она поступает во второй элемент первичной камеры смешения 4, где через зазор 9 между первичными камерами смешения дополнительно поступает газ и происходит дополнительное разбиение струи. То же происходит и при попадании струи из второго элемента первичной камеры смешения 4 в третий элемент первичной камеры смешения 5. После выхода струи из последнего элемента первичной камеры смешения происходит ее полное разбиение и окончательный захват пассивного газа. Далее потоки жидкости и газа поступают во вторичную камеру смешения 6, где происходит выравнивание скоростей потоков и повышение давления смеси. Из вторичной камеры смешения поток смеси поступает в диффузор 7, где происходит дальнейший рост давления.

Для повышения давления природного газа с 0,2 МПа до 0,9 МПа использовали газо-жидкостный эжектор с одним соплом и первичной камерой смешения, состоящей из двух элементов. Проводилось сравнение с таким же эжектором, но содержащим две первичные камеры смешения (ближайший аналог) и работающим при этих же условиях. В использованной конструкции расстояние между первичной камерой смешения и соплом составляло 2 мм, расстояние между первичными камерами смешения составляло 1 мм. Использование двух первичных камер смешения привело к увеличению коэффициента полезного действия на 4,7%.

Аппарат предназначен для смешивания жидкости и газа. Аппарат содержит последовательно установленные сопловой блок с, по меньшей мере, одним соплом, первичную и вторичную камеры смешения, приемную камеру, а также диффузор, причем сопловый блок, первичная и вторичная камеры расположены в приемной камере, при этом он содержит не менее двух первичных камер смешения, расположенных соосно, причем между каждой парой указанных первичных камер смешения выполнен зазор, предназначенный для подачи газа. Технический результат - повышение КПД. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий последовательно установленные сопловой блок с, по меньшей мере, одним соплом, первичную и вторичную камеры смешения, приемную камеру, а также диффузор, причем сопловый блок, первичная и вторичная камеры расположены в приемной камере, отличающийся тем, что он содержит не менее двух первичных камер смешения, расположенных соосно, причем между каждой парой указанных первичных камер смешения выполнен зазор, предназначенный для подачи газа.2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что стенки первичных камер выполнены перфорированными для дополнительного поступления газа к струе жидкости.3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что первичные камеры смешения установлены соосно соплу.4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что сопловый блок содержит не менее двух сопел.5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что соотношение площади поперечного сечения сопла и площади поперечного сечения первой от сопла первичной камеры смешения составляет от 1 до 100.6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что отношение длины зазора к диаметру первичной камеры составляет от 0,001 до 1.7. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что первичная камера смешения имеет форму цилиндра или конуса или их сочетание.