ВИХРЕВОЙ ЭЖЕКТОР Российский патент 2013 года по МПК F04F5/42 

Изобретение относится к вихревым аппаратам и может быть использовано для инжекции газового потока в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.

Известна конструкция вихревого эжектора, включающая цилиндрический корпус, тангенциальные патрубки входа рабочего потока газа, тангенциальный патрубок выхода смешанного потока, патрубок входа инжектируемого потока, расположенный коаксиально цилиндрическому корпусу аппарата (Вихревые аппараты/А.Д.Суслов, С.В.Иванов. - М.: Машиностроение, 1985, стр.106).

Недостатком известного вихревого эжектора является то, что он не позволяет обеспечить рациональные режимные параметры работы.

Целью изобретения является обеспечение рациональных режимных параметров работы вихревого эжектора.

Указанная цель достигается за счет того, что в известном вихревом эжекторе, включающем цилиндрический корпус, тангенциальные патрубки входа рабочего потока газа, тангенциальный патрубок выхода смешанного потока, патрубок входа инжектируемого потока, расположенный коаксиально цилиндрическому корпусу аппарата, диаметр патрубка входа инжектируемого потока газа составляет 0,25÷0,8 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата, расстояние от нижней кромки тангенциальных патрубков входа рабочего потока газа до верхней кромки тангенциального патрубка выхода смешанного потока составляет 0÷0,5 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата, ширина поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока составляет 0,4÷0,5 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата, площадь поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока составляет 0,4÷1,6 от суммарной площади поперечного сечения тангенциальных патрубков входа рабочего потока и патрубка входа инжектируемого потока.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение вихревого эжектора.

Фиг.2 представляет собой график зависимости величины коэффициента инжекции U от отношения диаметра патрубка входа инжектируемого потока газа к диаметру цилиндрического корпуса аппарата a/D.

Фиг.3 представляет собой график зависимости величины коэффициента инжекции U от отношения расстояния между нижней кромкой тангенциальных патрубков входа рабочего потока e газа и верхней кромкой тангенциального патрубка выхода смешанного потока к диаметру цилиндрического корпуса аппарата D.

Фиг.4 представляет собой график зависимости величины коэффициента инжекции U от отношения ширины поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока a к диаметру D цилиндрического корпуса аппарата.

Фиг.5 представляет собой график зависимости величины коэффициента инжекции U от отношения площади поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока газа к суммарной площади поперечного сечения тангенциальных патрубков входа рабочего потока и патрубка входа инжектируемого потока F_вых/(F_вх+F_вс).

Вихревой эжектор схематически изображен на фиг. 1 и включает цилиндрический корпус 1, тангенциальные патрубки входа рабочего потока газа 2, тангенциальный патрубок выхода смешанного потока 4, патрубок входа инжектируемого потока 3, расположенный коаксиально цилиндрическому корпусу аппарата.

Вихревой эжектор работает следующим образом: рабочий поток газа подается в тангенциальные патрубки 2 и закручивается в цилиндрическом корпусе 1 аппарата. За счет создания разрежения вдоль оси аппарата во вращающемся потоке становится возможным подсос газа через патрубок входа инжектируемого потока 3. Внутри цилиндрического корпуса рабочий и инжектируемый потоки газа смешиваются и выходят из аппарата через тангенциальный патрубок выхода смешанного потока 4.

Предложенные значения конструктивных параметров в совокупности позволяют обеспечить рациональные режимные параметры работы вихревого эжектора. При отклонении от заданных значений будет наблюдаться ухудшение показателей эффективности работы аппарата, в первую очередь, падение величины коэффициента инжекции.

Исследование влияния геометрических параметров на работу аппарата было проведено в среде CosmosFlowWorks, являющимся программным компонентом SolidWorks. Было установлено, что увеличение размера аппарата с сохранением пропорций основных конструктивных параметров в любом случае не повлияет на величину коэффициента инжекции.

На фиг.2 представлен график зависимости величины коэффициента инжекции U от отношения диаметра патрубка входа инжектируемого потока газа к диаметру цилиндрического корпуса аппарата a/D. Коэффициент инжекции U обращается в ноль при величине a/D, равной 0,25, и достигает максимального значения при величине a/D, равной 0,8, дальнейшее увеличение a/D приведет к снижению коэффициента инжекции, поэтому наиболее оптимальной работа аппарата будет в том случае, когда диаметр патрубка входа инжектируемого потока газа составит 0,25÷0,8 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата.

На фиг.3 представлен график зависимости величины коэффициента инжекции U от отношения расстояния между нижней кромкой тангенциальных патрубков входа рабочего потока e газа и верхней кромкой тангенциального патрубка выхода смешанного потока к диаметру цилиндрического корпуса аппарата D. Отношение e/D не может быть меньше 0, так как при этом тангенциальные патрубки входа рабочего потока будут перекрываться тангенциальным патрубком выхода смешанного потока, что приведет к нарушению гидродинамической обстановки в вихревом эжекторе. При величине e/D, равной 0,5, коэффициент инжекции U принимает свое максимальное значение, дальнейшее же увеличение e/D на величину коэффициента инжекции U не влияет, однако возрастут габариты вихревого эжектора, поэтому наиболее оптимальной работа аппарата будет в том случае, когда расстояние между нижней кромкой тангенциальных патрубков входа рабочего потока газа и верхней кромкой тангенциального патрубка выхода смешанного потока составит 0÷0,5 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата.

На фиг.4 представлен график зависимости величины коэффициента инжекции U от отношения ширины поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока a к диаметру D цилиндрического корпуса аппарата. При уменьшении величины a/D до значения 0,4 коэффициент инжекции U увеличивается и достигает максимального значения, дальнейшее же уменьшение величины a/D приведет лишь к росту длины поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока, которое становится необходимым для сохранения площади поперечного сечения при уменьшении его ширины. При сохранении расстояния между нижней кромкой тангенциальных патрубков входа рабочего потока и верхней кромкой тангенциального патрубка выхода смешанного потока e увеличение длины поперечного сечения f последнего приведет к удлинению цилиндрического корпуса аппарата, что является нецелесообразным. Нецелесообразно также значение ширины поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока e, превосходящее половину величины диаметра цилиндрического корпуса аппарата. Поэтому наиболее оптимальной работа аппарата будет в том случае, когда ширина поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока e составит 0,4÷0,5 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата.

На фиг.5 представлен график зависимости величины коэффициента инжекции U от отношения площади поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока газа к суммарной площади поперечного сечения тангенциальных патрубков входа рабочего потока и патрубка входа инжектируемого потока F_вых/(F_вх+F_вс). Коэффициент инжекции U обращается в ноль при величине F_вых/(F_вх+F_вс), равной 0,4, и достигает максимального значения при величине F_вых/(F_вх+F_вс), равной 1,6, дальнейший же рост F_вых/(F_вх+F_вс) приведет к снижению коэффициента инжекции, поэтому наиболее оптимальной работа аппарата будет в том случае, когда площадь поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока газа составит 0,4÷1,6 от суммарной площади поперечного сечения тангенциальных патрубков входа рабочего потока и патрубка входа инжектируемого потока.

Предложенные соотношения основных конструктивных параметров аппарата являются оптимальными и позволяют обеспечить рациональные режимные параметры вихревого эжектора.

Вихревой эжектор предназначен для инжекции газового потока. Эжектор включает цилиндрический корпус, тангенциальные патрубки входа рабочего потока газа, тангенциальный патрубок выхода смешанного потока, патрубок входа инжектируемого потока, расположенный коаксиально цилиндрическому корпусу аппарата, диаметр патрубка входа инжектируемого потока газа составляет 0,25÷0,8 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата, расстояние от нижней кромки тангенциальных патрубков входа рабочего потока газа до верхней кромки тангенциального патрубка выхода смешанного потока составляет 0÷0,5 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата, ширина поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока составляет 0,4÷0,5 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата, площадь поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока составляет 0,25÷1,6 от суммарной площади поперечного сечения тангенциальных патрубков входа рабочего потока и патрубка входа инжектируемого потока. Предложенные соотношения основных конструктивных параметров аппарата являются оптимальными и позволяют получить рациональные режимные параметры работы вихревого эжектора. 5 ил.

Вихревой аппарат, включающий цилиндрический корпус, тангенциальные патрубки входа рабочего потока газа, тангенциальный патрубок выхода смешанного потока, патрубок входа инжектируемого потока, расположенный коаксиально цилиндрическому корпусу аппарата, отличающийся тем, что диаметр патрубка входа инжектируемого потока газа составляет 0,25÷0,8 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата, расстояние от нижней кромки тангенциальных патрубков входа рабочего потока газа до верхней кромки тангенциального патрубка выхода смешанного потока составляет 0÷0,5 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата, ширина поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока составляет 0,4÷0,5 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата, площадь поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока составляет 0,4÷1,6 от суммарной площади поперечного сечения тангенциальных патрубков входа рабочего потока и патрубка входа инжектируемого потока.