ВОДОПОДЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2008 года по МПК F04F1/18 F04F5/24 

Изобретение относится к насосостроению, в частности к струйно-вихревым эрлифтам для полного обезвоживания опорожняемых емкостей и углублений, и может быть использовано при проектировании откачивающих систем в промышленности, энергетике, строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве.

Известен эрлифт, содержащий подъемную трубу с камерой смешения, всасывающий патрубок и воздуховод с воздухораспределителем, размещенным под сливными окнами всасывающего патрубка [SU 987199 А (ДОЛГАШОВ Г.Е. и др.), 17.01.1983].

Недостатком этого устройства является низкая экономичность его работы при повышенных параметрах рабочего агента.

Известен эжектор, содержащий корпус с входной камерой, камерой смешения и диффузором и размещенный во входной камере активный многосопловой блок, оси сопел которого расположены по образующим однополостного гиперболоида вращения с зазором относительно внутренней поверхности камеры смешения и диффузора [SU 1232856 А1 (СИБИРСКИЙ ФИЛИАЛ ВНИИ ГИДРОТЕХНИКИ ИМ. Б.Е.ВЕДЕНЕЕВА и др.), 23.05.1986].

Недостатком данного эжектора является то, что при отсосе жидкости в виде газокапельной смеси возникают аэродинамические перекосы при подводе ее в камеру смешения, что снижает производительность устройства.

Наиболее близким к изобретению является водоподъемное устройство, содержащее подъемную, всасывающую и воздухоподводящую трубы, смесительную камеру с равномерно расположенными по окружности внутреннего стакана камеры наклонными сопловыми отверстиями, осями которых являются образующие однополостного гиперболоида вращения и зонтовый оголовок в виде усеченного конуса большим основанием вниз с креплением меньшего основания к торцу всасывающего патрубка, а на внутренней поверхности его вертикальные трапецеидальные пластины, расположенные по касательной к цилиндрической части всасывающего патрубка в направлении кругового наклона осей сопловых отверстий смесительной камеры [RU 2247874 С2 (ОАО "КРАСНОЯРСКЭНЕРГО"), 10.03.2005].

Недостатком этого устройства являются неоправданные потери энергии воздушного потока на входах в наклонные сопловые отверстия и отклонения реальных траекторий воздушных струй от расчетных направлений при работе его в режимах газожидкостного инжектора.

Задачей изобретения является повышение экономичности и расширение диапазона работы устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем подъемную, всасывающую и воздухоподводящую трубы, смесительную камеру с равномерно расположенными по окружности внутреннего стакана камеры наклонными сопловыми отверстиями, осями которых являются образующие однополостного гиперболоида вращения и зонтовый оголовок в виде усеченного конуса большим основанием вниз с креплением меньшего основания к торцу всасывающего патрубка, а на внутренней поверхности его вертикальные трапецеидальные пластины, расположенные по касательной к цилиндрической части всасывающего патрубка в направлении кругового наклона осей сопловых отверстий смесительной камеры, согласно изобретению внутренний стакан смесительной камеры по его нижнему наружному периметру снабжен расточкой, имеющей форму усеченного кругового конуса большим основанием вверх, и все образующие этого конуса перпендикулярны к касательным плоскостям в точках пересечения их с поверхностью однополостного гиперболоида вращения, образующими которого являются оси наклонных сопловых отверстий, а по средней осевой линии на поверхности расточки равномерно по окружности выполнены углубления, в которых закреплены коноидальные насадки с входными диаметрами не более ширины конической расточки и с выходными диаметрами, равными диаметрам сопловых отверстий, причем оси коноидальных насадок совпадают с осями соответствующих сопловых отверстий, причем оси коноидальных насадок совпадают с осями соответствующих сопловых отверстий.

Совокупностью этих признаков обеспечивается технический результат изобретения, который выражается в повышении экономичности и в расширении диапазона работы устройства при более низких параметрах энергоносителя и с полным удалением воды из осушаемого приямка. Предлагаемое устройство в базовом режиме работает как обычный эрлифт, а при необходимости полной откачки жидкости режим работы эрлифта переводят в режим работы газожидкостного инжектора [Соколов В.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. Москва-Ленинград, Госэнергоиздат, 1960, с.144-150]. Расчет водоподъемного устройства выполняют в зависимости от конкретных условий, а круговые и осевые углы установки осей сопловых отверстий определяют искомый диаметр горловины гиперболоида вращения, номинальные значения которого находятся в пределах:

d_г=(0,3÷0,7)d.

Однако асимметричность входных условий в наклонных сопловых отверстиях может в ту или иную сторону нарушить вышеизложенное соотношение и тем самым снизить эффективность работы устройства, а заостренные кромки на входах сопел вызовут дополнительные потери на дросселирование давления рабочего воздуха. По сути своей сопловое отверстие есть насадок в стенке внутреннего стакана смесительной камеры и по данным (Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости). Учебное пособие для вузов. Изд. 2-ое перераб. и доп. Москва, Стройиздат, 1975, с.297) наилучшие условия истечения рабочей среды характерны для коноидального насадка, т.е. для такого насадка, в котором повторяются очертания струи, вытекающей из отверстия в тонкой стенке диаметром d_к, со сжатием струи до диаметра d_c.

На фиг.1 схематически показано предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Водоподъемное устройство содержит подъемную трубу 1, смесительную камеру 2, всасывающий патрубок 3, зонтовый оголовок 4 и воздухоподводящую трубу 5. Смесительная камера 2 состоит из внутреннего 6 и наружного 7 стаканов, которые в совокупности представляют собой замкнутую тороидальную полость. Во внутреннем стакане 6 равномерно по окружности расположены наклонные сопловые отверстия 8 и выставлены таким образом, что их оси лежат на образующих однополостного гиперболоида вращения 12. Внутренний стакан 6 смесительной камеры 2 по нижнему наружному периметру снабжен расточкой 9, имеющей форму усеченного кругового конуса большим основанием вверх, и все образующие этого конуса перпендикулярны к касательным плоскостям в точках пересечения их с поверхностью однополостного гиперболоида вращения 12. По средней осевой линии на поверхности расточки 9 равномерно по окружности выполнены углубления, в которых закреплены коноидальные насадки 10 с входными диаметрами d_к и с выходными диаметрами d_c. Оси коноидальных насадок 10 совпадают с осями соответствующих сопловых отверстий 8. Внутренние диаметры трубы 1, стакана 6 и патрубка 3 равны между собой. На наружном стакане 7 смонтирована воздухоподводящая труба 5. По нижней внутренней части зонтового оголовка 4 установлены вертикальные трапецеидальные пластины 11 по касательной к проекции окружности всасывающего патрубка 3 в направлении кругового наклона сопловых отверстий 8.

Водоподъемное устройство работает следующим образом: в емкость или колодец, подлежащие опорожнению от жидкости, вертикально устанавливают устройство и по воздухоподводящей трубе 5 подают сжатый воздух с давлением, несколько превышающим высоту столба жидкости в подъемной трубе 1. Через сопловые отверстия 8 стакана 6 воздух поступает в смесительную камеру 2, в которой образуется гидроаэросмесь и за счет разноплотностного давления поднимается вверх по трубе 1. Условия подвода воздуха ко входам сопловых отверстий 8 для данного режима не влияют на эффективность и экономичность работы устройства. Жидкость забирается из нижних слоев емкости в щель по наружному периметру оголовка 4. Направляющие пластины 11 раскручивают входящий поток, который при подходе к активным воздушным струям имеет начальную угловую скорость, что положительно сказывается на производительности эрлифта.

По мере понижения уровня воды в опорожняемой емкости активность струй воздуха возрастает (при необходимости давление воздуха в трубе 5 поднимают) и работа устройства переходит в режим бурного кипения с началом образования контуров гиперболоида 12. С увеличением расходов воздуха на картину формирования исходящих струй все в большей степени начинают влиять подходные условия рабочего агента к сопловым отверстиям 8. В предложенном решении сжатый воздух, плавно разгоняясь в коноидальных насадках 10, входит в каналы сопловых отверстий 8 с минимальной асимметрией эпюры скоростей, что для констатированного давления позволяет получить максимальный эффект инжекции. Поскольку конструктивно сопловые отверстия 8 на выходах имеют косой срез, то работа предложенного устройства возможна и в сверхзвуковых режимах. При дальнейшем понижении уровня воды ниже сопловых отверстий 8 в смесительной камере 2 интенсивно поднимают давление воздуха в трубе 5 и устройство переходит в режим работы газожидкостного инжектора. Вода, получив вращательное движение в зонтовом оголовке 4, отжавшись к стенкам патрубка 3 и камеры 2, посредством созданного вакуума поднимается к сопловым отверстиям 8 и, подхваченная воздушными струями, в распыленном виде транспортируется по трубе 1. Даже при достижении уровня ниже кромки оголовка 4 подсасываемым воздухом создается эжекция и отсос воды не прекращается до полного опорожнения емкости.

Таким образом, предлагаемое водоподъемное устройство при более низких давлениях сжатого воздуха имеет те же производительность и высоту подъема жидкости в диапазоне работы от глубоко затопленного эрлифта до газожидкостного инжектора с полным осушением опорожняемой емкости.

В настоящее время на Красноярской ТЭЦ-2 разрабатывается техническая документация на усовершенствование водоподъемников, установленных в подземных коммуникациях мазутонасосного хозяйства котельного цеха.

Изобретение относится к насосу, работающему в режимах эрлифта и газожидкостного инжектора. Водоподъемное устройство содержит подъемную, всасывающую и воздухоподводящую трубы, смесительную камеру с наклонными сопловыми отверстиями (СО) и зонтовый оголовок в виде усеченного конуса (УК) большим основанием вниз с креплением меньшего основания к торцу всасывающего патрубка. На внутренней поверхности УК имеются вертикальные трапецеидальные пластины, расположенные по касательной к цилиндрической части всасывающего патрубка в направлении кругового наклона осей СО смесительной камеры. Осями СО являются образующие однополостного гиперболоида вращения. Внутренний стакан смесительной камеры по периметру снабжен расточкой, имеющей форму кругового УК большим основанием вверх. Образующие УК перпендикулярны к касательным плоскостям в точках пересечения их с поверхностью однополостного гиперболоида вращения. По средней осевой линии на поверхности расточки равномерно по окружности выполнены углубления, в которых закреплены коноидальные насадки с входными диаметрами не более ширины конической расточки и с выходными диаметрами, равными диаметрам СО. Оси коноидальных насадок совпадают с осями соответствующих СО. Изобретение направлено на повышение экономичности и расширение диапазона работы устройства. 2 ил.

Водоподъемное устройство, содержащее подъемную, всасывающую и воздухоподводящую трубы, смесительную камеру с равномерно расположенными по окружности внутреннего стакана камеры наклонными сопловыми отверстиями, осями которых являются образующие однополостного гиперболоида вращения и зонтовый оголовок в виде усеченного конуса большим основанием вниз с креплением меньшего основания к торцу всасывающего патрубка, а на внутренней поверхности его вертикальные трапецеидальные пластины, расположенные по касательной к цилиндрической части всасывающего патрубка в направлении кругового наклона осей сопловых отверстий смесительной камеры, отличающееся тем, что внутренний стакан смесительной камеры по его нижнему наружному периметру снабжен расточкой, имеющей форму усеченного кругового конуса большим основанием вверх, и все образующие этого конуса перпендикулярны к касательным плоскостям в точках пересечения их с поверхностью однополостного гиперболоида вращения, образующими которого являются оси наклонных сопловых отверстий, а по средней осевой линии на поверхности расточки равномерно по окружности выполнены углубления, в которых закреплены коноидальные насадки с входными диаметрами не более ширины конической расточки и с выходными диаметрами, равными диаметрам сопловых отверстий, причем оси коноидальных насадок совпадают с осями соответствующих сопловых отверстий.