СТРУЙНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2023 года по МПК F04F5/44 

Изобретение относится к области струйной техники, включая струйные насосы и компрессоры, струйные системы управления и струйные реактивные движители для систем динамического позиционирования. В частности, заявляемое техническое решение может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности для повышения эффективности технологий при добыче и переработке углеводородов, в том числе в условиях разработки морских месторождений.

Известна струйная насосная установка, содержащая источник рабочей жидкости, источник перекачиваемой среды, сопло, размещенное перед входом в рабочую камеру с образованием кольцевого канала между соплом и входом рабочей камеры, и диафрагму, размещенную между соплом и входом в рабочую камеру (RU 116190, 2012).

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому решению является струйная насосная установка, содержащая источник рабочей среды, рабочую камеру, сопло и диафрагму, размещенную между соплом и рабочей камерой (RU 2100659, 1997).

Недостатком известных технических решений является относительно узкий диапазон регулирования рабочих параметров потока на выходе сопла, что ограничивает область применения насосной установки при создании энергосберегающих безопасных технологий. Ограничение диапазона связано с тем, что преобразование энергии осуществляется в одной рабочей камере, жестко связанной с одним потребителем энергии.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение диапазона рабочих параметров потока на выходе сопла.

Указанная проблема решается тем, что струйный аппарат, содержит, по меньшей мере, две рабочие камеры, сопло с входным и выходным каналами и размещенную между входным и выходным каналами сопла диафрагму, на которой установлен шток с возможностью возвратно-поступательного или углового перемещения диафрагмы относительно выходного канала сопла и с обеспечением регулируемого направления потока рабочей среды в одну из рабочих камер.

В предпочтительном варианте диафрагма выполнена в виде диска с арочным козырьком, на котором установлен шток.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении контролируемого перераспределения энергии потока по отдельным рабочим камерам с обеспечением регулирования параметров «количества движения» потоков в поперечном сечении на выходе сопла и отдельных рабочих камер и возможности полного отключения одной или нескольких рабочих камер при экстренных ситуациях, в частности, при внезапном отключении потребителей энергии.

Сущность описываемой полезной модели поясняется чертежами: на фиг. 1 показана схема струйной насосной установки; на фиг. 2 показана схема струйной насосной установки (после поворота диафрагмы 7 на 180 градусов относительно оси 9); на фиг. 3 показана схема струйной насосной установки (после линейного смещения диафрагмы 7); на фиг. 4 представлена трехмерная модель диафрагмы в формате 3D (вариант) в положении с видом на верхнюю поверхность диска 10; на фиг. 5представлена трехмерная модель диафрагмы в формате 3 D в положении с видом на нижнюю поверхность диска 10; на фиг. 6 показан один из примеров для графического отражения зависимости угла отклонения потока α от линейного смещения диафрагмы (где L - линейное смещение [м], d - диаметр выходного канала у сопла [м]; зависимость получена на основе результатов компьютерного моделирования).

Предлагаемая струйный аппарат содержит по меньшей мере две рабочие камеры 1 и 2 (в рассмотренном примере показано исполнение с тремя рабочими камерами 1, 2 и 3), сопло 4 с входным 5 и выходным 6 каналами, диафрагму 7, на которой установлен шток 8 с возможностью возвратно-поступательного или углового перемещения диафрагмы 7относительно выходного канала 6 сопла 4.

Выходной канал 6 сопла 4 гидравлически связан с рабочей камерой 1 или с рабочими камерами 2, 3.

Количество рабочих камер 1 может быть увеличено, при этом такие рабочие камеры с проточными каналами могут сформировать сетчатую структуру.

Диафрагма 7 размещена между входным 5 и выходным 6 каналами сопла 4 с возможностью линейного и углового смещения относительно выходного канала 6 сопла 4 для контролируемого изменения направления потока в выходном канале 6 сопла 4.Угловое смещение (поворот) диафрагмы 7 вокруг оси 9 возможен во всем диапазоне от плюс 180 градусов до минус 180 градусов.

Диафрагма 7 может иметь различные исполнения и формы отверстия.

В представленном примере диафрагма 7 выполнена в виде диска 10 с арочным козырьком 11. Возможно использование и других геометрических форм для выполнения отверстия в диафрагме 7, включая различные варианты с многоугольниками (пятиугольник или другие формы). Сама диафрагма 7 может иметь различные исполнения и формы, включая варианты с изменяемой геометрией. Возможно также вращение диафрагмы 7, например, вокруг оси 9, с постоянной или с переменной угловой скоростью. Для линейного и углового смещения диафрагмы 7 могут быть использованы различные известные системы привода, например электромагнитный привод, или гидравлический привод (на фигурах не показан). К примеру, кинематическая связь между диафрагмой 7 и упомянутой системой привода может быть реализована с использованием штока8.

На фиг. 4 и 5 показан вариант выполнения диафрагмы в виде диска 10 с арочным козырьком 11, на котором установлен шток 8.

Струйный аппарат работает следующим образом.

В сопло 4 через входной канал 5 подается рабочая среда (жидкость, газ или газожидкостная смесь). Источник рабочей среды на фигурах не показан.

Поток рабочей среды проходит через отверстие диафрагмы 7 и выходной канал 6 сопла 4. Из сопла 4 поток рабочей среды направляется в рабочую камеру 1. Направление потока на фигурах показано стрелками. В рабочей камере 1 осуществляется перемешивание рабочей среды с перекачиваемой средой и реализуется эжекционный рабочий процесс, при котором часть энергии от потока рабочей среды передается потоку перекачиваемой среды. После прохода через рабочую камеру 1, смесь рабочей и перекачиваемой среды направляется далее в технологическую систему, которая на фигурах не показана.

Диафрагма 7 размещена между входным 5 и выходным 6 каналами сопла 4 с возможностью линейного и углового смещения относительно выходного канала 6 сопла 4 для контролируемого изменения направления потока в выходном канале 6 сопла 4. При повороте штока 8 и диафрагмы 7 поток рабочей среды может быть направлен в рабочую камеру 2 или 3, в зависимости от решаемой технологической задачи (фигура 2, 3).

При линейном смещении L диафрагмы 7 изменяется направление потока в выходном канале 6 сопла 4 - угол отклонения потока α (фигура 3). Сочетание линейного и углового смещения диафрагмы 7 относительно выходного канала 6 сопла 4 позволяет гибко регулировать направление потока рабочей среды в пределах нижней геометрической полусферы, к примеру (фигура 3 и 6). При таком регулировании поток рабочей среды может быть направлен в одну рабочую камеру, или в две рабочие камеры, или в три рабочие камеры. Распределение рабочей среды по рабочим камерам 1, 2, 3 может быть равномерным или неравномерным, в зависимости от решаемой технологической задачи.

Таким образом, обеспечивается регулирование параметров «количества движения» потоков в поперечном сечении на выходе сопла и отдельных рабочих камер, определяемое как произведение массового расхода на скорость течения.

Возможно вращение диафрагмы 7, например, вокруг оси 9. В таком случае может быть реализован импульсный (нестационарный) режим течения через рабочие камеры 1, 2, 3. При этом в каналах сопла 4 и диафрагмы 7 может поддерживаться стационарный режим течения.

Представленная на фиг. 6 диаграмма иллюстрирует один из примеров для графического отражения зависимости угла отклонения потока α от линейного смещения диафрагмы . Возможны также другие исполнения струйного аппарата, для которых максимальный угол отклонения потока α принимает значение 90 градусов. При этом имеется возможность регулировать направление потока рабочей среды в пределах нижней геометрической полусферы, с учетом того, что угловое смещение (поворот) диафрагмы 7 вокруг оси 9 возможно во всем диапазоне от плюс 180 градусов до минус 180 градусов.

Таким образом, предлагаемое изобретение решает проблему повышения контроля распределения энергии в потоке по площади выходного канала сопла с обеспечением контролируемого перераспределения энергии потока по отдельным рабочим камерам и с возможностью регулирования параметров «количества движения» в поперечном сечении на выходе сопла и в отдельных рабочих камерах, соответственно.

Изобретение относится к области струйной техники, включая струйные насосы и компрессоры, струйные системы управления и струйные реактивные движители для систем динамического позиционирования. В частности, заявляемое техническое решение может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности для повышения эффективности технологий при добыче и переработке углеводородов, в том числе в условиях разработки морских месторождений. Струйный аппарат характеризуется тем, что он содержит по меньшей мере две рабочие камеры, сопло с входным и выходным каналами и размещенную между входным и выходным каналами сопла диафрагму, на которой установлен шток с возможностью возвратно-поступательного или углового перемещения диафрагмы относительно выходного канала сопла и с обеспечением регулируемого направления потока рабочей среды в одну из рабочих камер. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении контролируемого перераспределения энергии потока по отдельным рабочим камерам с обеспечением регулирования параметров «количества движения» потоков в поперечном сечении на выходе сопла и отдельных рабочих камер и возможности полного отключения одной или нескольких рабочих камер при экстренных ситуациях, в частности при внезапном отключении потребителей энергии. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Струйный аппарат, характеризующийся тем, что он содержит по меньшей мере две рабочие камеры, сопло с входным и выходным каналами и размещенную между входным и выходным каналами сопла диафрагму, на которой установлен шток с возможностью возвратно-поступательного или углового перемещения диафрагмы относительно выходного канала сопла и с обеспечением регулируемого направления потока рабочей среды в одну из рабочих камер.

2. Струйный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что диафрагма выполнена в виде диска с арочным козырьком, на котором установлен шток.