ИНЖЕКТОРНЫЙ НАСОС ДЛЯ ТРАСПОРТИРОВАНИЯ ГЕТЕРОГЕННОЙ СРЕДЫ Российский патент 2012 года по МПК F04F5/42 

Изобретение относится к транспортированию по трубопроводам гетерогенных сред и может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, на транспорте и других отраслях промышленности.

Известен струйный аппарат - насос для транспортирования сред, включающих жидкие, твердые и газообразные компоненты (RU 2262008, С1, 10.10.2005, Абиев), корпус которого состоит из конфузора цилиндро-конической формы, горловины и диффузора, с установленным соосно конфузору соплом в виде цилиндрической трубки, соединенной с осевым патрубком, второй патрубок выполнен тангенциально конфузору в широкой его части, причем конфузор имеет угол раскрытия 10-40°, а диффузор - угол раскрытия 4-30°, наконечник сопла выполнен сужающимся, в конической части конфузора расположена направляющая втулка, прикрепленная к нему при помощи лопаток, загнутых по линиям тока закрученного потока.

Известен струйный аппарат - вихревой эжектор (SU 1333866 А1, 30.08.1987, Маргулис и др.), содержащий камеру завихрения с центральным пассивным и кольцевым активным соплами, завихритель, установленный на активном сопле и выполненный в виде винтовой нарезки, размещенной под углом 8-14°. Пассивная среда подсасывается в камеру при создании разрежения в камере завихрения. Однако это устройство оптимизировано для обеспечения лучшего теплообмена.

Известен эжекторный насос по патенту RU 2247873 С2, 10.03.2005, Хавкин и др. (ближайший аналог). Насос включает корпус, связанный с корпусом патрубок для подачи эжектирующего флюида, подводящий патрубок для подачи эжектируемого флюида, кольцевое сопло, связанное с патрубком для подачи эжектирующего флюида, диффузор, связанный с камерой смешения, и трубопровод для вывода смеси эжектирующего и эжектируемого флюидов. Внутренний диаметр патрубка для подачи эжектируемого флюида составляет 0,15-0,32 от внутреннего диаметра трубопровода для вывода смеси эжектирующего и эжектируемого флюидов, длина камеры смешения в 3-6 раз превышает рабочее сечение кольцевого сопла, а угол диффузора составляет 2-20 град.

Однако при транспортировании жидких сред гетерогенного состава, где размеры отдельных включений могут значительно превышать проходное сечение трубопроводов (как и инжекторного насоса), возможно засорение насоса и потеря им работоспособности.

Для труб сечением 40-60 мм с перекачкой инжекторным насосом проблемными являются предметы, размер которых в спутанном и насыщенном влагой состоянии превышает живое сечение/диаметр трубы. Так, если длинномерный предмет, например бинт, имеющий в расправленном состоянии небольшое сечение, может быть увлечен потоком и вместе с ним по сливной магистрали транспортирован в сборный бак, то для мотка бинта такая возможность является проблемной, поскольку, в зависимости от размера он, по существу, будет являться пробкой для системы. Заявителем показана возможность транспортирования объемных и длинномерных изделий из текстильных и подобных материалов в потоке без заиливания трубопроводов. Это достигается особенностями построения тракта и конструктивного выполнения инжекторного насоса, обеспечивающего не только создание большего удельного на единицу давления эжектирующего флюида транспортирующего вакуума, но и закручивание потока. В результате, кроме получения большего импульса всасывания, при прохождении изделие скручивается, влага из него выжимается, соответственно живое сечение его уменьшается и вместе с потоком изделие транспортируется без затруднений. Следует отметить, что при прохождении предмета в поле закручивающих сил предмет ориентируется по оси насоса, центрируется, и это снижает трение о стенки и способствует его успешной доставке в сборный бак. Кроме того, принудительное закручивание среды в совокупности с большей силой всасывания дополнительно способствует самоочистке труб, т.е. препятствует потере работоспособности транспортирующей системы в целом.

Патентуемый инжекторный насос для транспортирования гетерогенной среды содержит размещенные в цилиндрическом корпусе с образованием кольцевого зазора в осевом направлении и камеры давления в радиальном направлении трубчатый подводящий и выходной патрубки и установленный в корпусе патрубок для подачи эжектирующего флюида.

Отличие насоса состоит в том, что дополнительно введен завихритель эжектирующего флюида, установленный в камере давления на подводящем трубчатом патрубке, выполненный в виде втулки, на наружной поверхности которой образованы сквозные спиральные каналы, открытые на ее торцах. Выходной патрубок выполнен в форме сопла Лаваля, имеющего конфузорную и диффузорную части с прямолинейными образующими. Конфузорная часть установлена в корпусе на резьбе с возможностью осевого перемещения в кольцевом зазоре. Угол раскрыва конфузорной части составляет α₁=55-65°, отношение длины конфузорной L_K к диффузорной L_Д частям в осевом направлении составляет L_K/L_Д=0,22-1,1, а отношение внутренних диаметров оконечности выходного d₂ и подводящего d₁ патрубков - d₂/d₁=1,0-1,5.

Устройство может характеризоваться тем, что сквозные спиральные каналы размещены под углом 15-60° к продольной оси втулки.

Устройство может характеризоваться также тем, что внутренний диаметр d₁ подводящего патрубка составляет d₁=(1,0-1,3)d_kp, где d_kp - диаметр критического сечения сопла Лаваля подводящего патрубка, и тем, что на оконечности выходного патрубка установлен фланец.

Технический результат - облегчение транспортирования путем самоцентрирования вдоль продольной оси тракта насоса потенциально опасных к заиливанию твердых предметов, а также предметов из текстильных и подобных материалов за счет обеспечения их механического скручивания в том случае, если их размеры превышают живое сечение подводящего патрубка. Кроме того, обеспечивается увеличение силы всасывания насоса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструкция устройства в продольном сечении; на фиг.2 - то же, в поперечном сечении по А-А; на фиг.3 - вариант конструкции с фланцем, установленным на удлиненном выходном патрубке; на фиг.4 - вариант выполнения крепления подводящего патрубка в корпусе; на фиг.5 - выполнение завихрителя.

Инжекторный насос содержит трубчатый подводящий 1 и выходной 2 профилированные патрубки, которые установлены по общей оси O-O в корпусе 3 (см. фиг.1-3). Подводящий патрубок 1 имеет входную часть 11, цилиндрическую часть 12 и заостренную оконечность 13, образующую сопло 14.

Между внешней поверхностью 12 патрубка 1 и внутренней поверхностью корпуса 3 образована кольцевая камера 4 давления, в которой установлен завихритель 5. Камера 4 давления сообщена с установленным на корпусе 3 штуцером 31 для подачи эжектирующего флюида. Выходной патрубок 2 в форме сопла Лаваля имеет конфузорную 21 и диффузорную 22 части с размером d_kp в критическом сечении. Патрубок со стороны конфузорной части 21 установлен в корпусе 3 на резьбе 23 с возможностью перемещения в осевом направлении для настройки величины рабочего зазора h между соплом 14 и конфузорной 21 частью. Внутренний диаметр d₁ подводящего патрубка приблизительно равен размеру критического сечения d₁=(1,0-1,3)d_kp.

Раскрыв конфузорной части 21 находится в интервале углов α₁=55-65°, угол α₂ раскрыва диффузорной части определяется внутренним диаметром выходного патрубка 2 и не превышает 30°(15-20°). Отношение длины конфузорной L_K к диффузорной L_Д части в осевом О-О направлении составляет L_K/L_Д=0,9-1,1. Фиксация патрубка 2 может быть выполнена любым известным путем, например посредством фланца 33 (показан условно), закрепляемого винтами в резьбовых отверстиях 24 корпуса 3. Этим же фланцем может быть прикреплена и выходная магистраль.

Отношение внутреннего диаметра d₂ выходного 2 патрубка (на оконечности диффузорной части 22) и подводящего d₁ патрубка 1 составляет d₂/d₁=l,0-l,5. Зазор h между соплом 13 и конфузорной частью 21 составляет h=0,2-10 мм, подбирается в зависимости от рабочего давления эжектирующего флюида, подаваемого через штуцер 31 в камеру давления 4.

На фиг.3 показан вариант конструкции насоса с фланцем 25, установленным на удлиненном выходном патрубке 2 сопла Лаваля. Фланец 25 предназначен для присоединения выходной магистрали и может быть укреплен сваркой непосредственно на оконечности патрубка 2. Раскрыв конфузорной части 21 в этом варианте исполнения составляет α₁=55-65°, диффузорной части - α₂=10-20°. Отношение длины конфузорной L_K к диффузорной L_Д части в осевом О-О направлении составляет L_K/L_Д=0,22-0,26. Если насос используется совместно со схемой автоматического управления и на его входе требуется определять разрежение, для этой цели может использоваться датчик давления (не показан), закрепляемый в отверстии 16 в теле патрубка 1.

На фиг.4 показан вариант выполнения крепления подводящего патрубка 1 в корпусе 3. Патрубок 1 устанавливается в корпусе 3 на резьбе 17, снабжен втулкой 18 с креплением в виде приваренного кольца, имеющего отверстия 19. Положение патрубка 1 в корпусе 3 фиксируется контргайкой 191. Для крепления датчика давления в отверстии 16 имеется втулка 161 с резьбой.

На фиг.5 показан вид внешней поверхности завихрителя 5. Он выполнен в форме втулки 51, на внешней поверхности которой образованы спиралевидные сквозные каналы 52. Стрелкой 53 условно показано направление потока эжектирующего флюида, сформированного одним из каналов 52, лежащим в плоскости наблюдения под углом β к продольной оси втулки 51. Угол β может составлять от 45 до 75°. Соответственно направление закручивания флюида, обеспечиваемое за счет тангенциального расположения штуцера 31, должно в пределах острого угла совпадать с направлением каналов 52.

Инжекторный насос в режиме транспортирования потока гетерогенных сред работает следующим образом. При подаче эжектирующего флюида в патрубок 31, расположенный тангенциально, поток закручивается в кольцевой камере 4 и через спиралевидные сквозные каналы 52 в дополнительно закрученном состоянии поступает в кольцевой зазор шириной h. Этот зазор, как указывалось, образован между стенкой конфузорной части 21 выходного патрубка 2 и заостренной оконечностью 13 подводящего патрубка 1, образующей сопло 14. Оптимальный размер кольцевого зазора регулируется в процессе настройки насоса путем перемещения патрубка 1 по резьбе 17 и/или выходного патрубка 2 по резьбе 23. На выходе из кольцевого сопла 14 в зоне критического сечения сопла (показан размер d_kp) и далее в диффузоре происходит смешение транспортируемой гетерогенной среды с эжектирующим флюидом. Создаваемый при этом вакуум за счет известных свойств, присущих соплу Лаваля, обеспечивает засасывание и транспортирование эжектируемой гетерогенной среды в направлении оконечности диффузора выходного патрубка 2.

Экспериментально установлено, что при наличии предмета в составе жидкой гетерогенной среды в поле закручивающих сил он ориентируется по оси насоса 4, и это способствует не только его эффективной транспортировке, но также приданию функций механического и/или гидродинамического прочищающего средства при заиливании системы в целом. Так, в частности, при моделировании транспортирования процесса с помощью предметов из волокнистых материалов, находящихся в жидкой среде, размер которых в спутанном состоянии превышает сечение патрубка 1, при подаче в патрубок 31 сжатого воздуха под давлением 6 атм, из выходного патрубка эти предметы «выстреливают» на расстояние 10 и более метров. Последнее обстоятельство свидетельствует о высокой эффективности действия инжекторного насоса в системе транспортировки.

Таким образом, как показали вышеописанные и другие эксперименты, обеспечивается облегчение транспортирования путем самоцентрирования вдоль продольной оси тракта устройства потенциально опасных к заиливанию твердых предметов, механическое закручивание и выкручивание предметов из текстильных и подобных материалов, размеры которых превышают живое сечение подводящего патрубка, а также увеличение силы всасывания.

Насос предназначен для транспортирования по трубопроводам гетерогенной среды. Насос содержит размещенные в цилиндрическом корпусе с образованием кольцевого зазора в осевом направлении и камеры давления в радиальном направлении трубчатый подводящий и выходной патрубки и установленный наклонно в корпусе патрубок для тангенциальной подачи эжектирующего флюида. Дополнительно введен завихритель эжектирующего флюида, установленный в камере давления на подводящем трубчатом патрубке, выполненный в виде втулки, на наружной поверхности которой образованы сквозные спиральные каналы, открытые на ее торцах. Выходной патрубок выполнен в форме сопла Лаваля, имеющего конфузорную и диффузорную части с прямолинейными образующими, конфузорная часть установлена в корпусе на резьбе с возможностью осевого перемещения в кольцевом зазоре, при этом угол раскрыва конфузорной части составляет α₁=55-65°, причем отношение внутренних диаметров оконечности выходного d₂ и подводящего d₁ патрубков составляет d₂/d₁=1,0-1,5. Технический результат - облегчение транспортирования путем самоцентрирования в тракте насоса потенциально опасных к заиливанию твердых предметов, механическое закручивание и выкручивание предметов из текстильных и подобных материалов, размеры которых превышают живое сечение подводящего патрубка. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Инжекторный насос для транспортирования гетерогенной среды, содержащий размещенные в цилиндрическом корпусе с образованием кольцевого зазора в осевом направлении и камеры давления в радиальном направлении трубчатый подводящий и выходной патрубки, и установленный в корпусе патрубок для подачи эжектирующего флюида, отличающийся тем, что дополнительно введен завихритель эжектирующего флюида, установленный в камере давления на подводящем трубчатом патрубке, выполненный в виде втулки, на наружной поверхности которой образованы сквозные спиральные каналы, открытые на ее торцах, выходной патрубок выполнен в форме сопла Лаваля, имеющего конфузорную и диффузорную части с прямолинейными образующими, конфузорная часть установлена в корпусе на резьбе с возможностью осевого перемещения в кольцевом зазоре, при этом угол раскрыва конфузорной части составляет α₁=55-65°, отношение длины конфузорной L_K к диффузорной L_Д частям в осевом направлении составляет L_K/L_Д=0,22-1,1, а отношение внутренних диаметров оконечности выходного d₂ и подводящего d₁ патрубков - d₂/d₁=1,0-1,5.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что сквозные спиральные каналы размещены под углом β=45-75° к продольной оси втулки.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что внутренний диаметр d₁ подводящего патрубка составляет d₁=(1,0-1,3)d_kp, где d_kp - диаметр критического сечения сопла Лаваля подводящего патрубка.

4. Насос по п.1, отличающийся тем, что на оконечности выходного патрубка установлен фланец.