Устройство для смешивания жидких теплоносителей Советский патент 1987 года по МПК F04F5/02 

Изобретение относится к смееителям и может быть использовано в водяных системах отопления, в других теплоэнергетических системах, например, вентиляции (кондиционирование воздуха).

Цель изобретения - повышение надеж- ности за счет улучшения антикавитационных качеств.

На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А ю на фиг. 1; на фиг. 3 - схема распределения давлений и расходов теплоносителей; на фиг. 4 - схема распределения давлений на сопле и турбоприводе с учетом насоса и зжекции; на фиг. 5 - упрощенная схема

Потеря давления в теплопотребляющей системе равна сумме увеличения давления за счет эжекции и за счет работы насоса

ДРтс ДРэ + ДР„.(1)

Эти перепады давлений изображены на фиг. 3. Расход смеси теплоносителей определяется соотношением

GcM GI + G2 Gi(l+U),(2)

где GI - расход нагретого теплоносителя; G2- расход охлажденного теплоносителя, и G2/Gi- коэффициент смешения. (3)

Чтобы за счет эжекции получить ДРэ,

распределения давлений; на фиг. 6 - упро- 5 требуется разность давлений на входе и выходе сопла

ДРс 1.4(1+и)(4)

Чтобы за счет работы насоса получить

шенная схема распределения давлении для прототипа.

Устройство содержит корпус 1, сопло 2,

камеру 3 смешения, лопастной насос 4 с тур- ДРн, необходима разность давлений на входе

боприводом 5 и патрубки: для подвода 6 -

нагретого теплоносителя, отвода смеси 7 теплоносителей, отвода охлажденного 8 теплоносителя, подвода 9 охлажденного тепло30

носителя. Насос 4 и турбопривод 5 в предпочтительном варианте радиально-осевые 25 (диагональные), снабженные регулируемыми направляющими аппаратами на входе теплоносителя. Насос 4 с турбоприводом 5 установлен между патрубками 8 и 9. Сопло расположено соосно с камерой 3 смешения и патрубком 7.

Назначение турбопривода 5 - преобразовывать потенциальную энергию давления жидкости в корпусе 1 во вращение насоса 4. Насос 4 обеспечивает циркуляцию теплоносителя в замкнутом контуре: патрубок 9, 35 полость корпуса 1, патрубок 7, теплопотреб- ляющая система (на фиг. 1 не показана), патрубок 9. Сопло 2 вводит поток нагретого теплоносителя в поток охлажденного.Кроме того, за счет обмена импульсами между потоками теплоносителей (эффект эжекции) 40 образуется дополнительное давление для циркуляции теплоносителя по замкнутому контуру.

и выходе турбопривода

ДР. (1+и)ДР„/(т1„т1т),(5)

где , т)т - КПД насоса и турбопривода.

Формула (5) получается из условия равенства подводимой и потребляемой мощностей на валу турбопривода

С1ДРтТ т СсмДРн/т и(5а)

Разность давлений на входе и выходе устройства

дрв Р,-Ра ДРс + ДРт(6)

Получение требуемой температуры смеси Тем сводится к обеспечению требуемого коэффициента смешения

и (TI-Тем)/(тем-Т2),

(7)

гдет1,Т2 - температура нагретого и охлажденного теплоносителей.

Явление кавитации возникает, когда давление в какой-либо точке жидкости падает ниже давления насыщающих паров при данной температуре Рнп. Под кавитационным запасом считают превышение фактического давления жидкости над Рнп, т. е. Р-Рнп.

Улучшение антикавитационных качеств устройства заключается в том, что при рас- 45 положении турбопривода в потоке охлажденного теплоносителя как турбопривод, так и сопло эжектора попадают в более выгодное сочетание температур и давления.

Устройство работает следующим образом.

Нагретый теплоноситель поступает через сопло 2 в камеру 3 смешения, эжектирует охлажденный теплоноситель из корпуса 1 и смешивается с ним. Смесь теплоносителей нагнетается через патрубок 7 в теплопотреб- ляющую систему, в которой становится охлажденным теплоносителем и поступает обратно в устройство через патрубок 9. Охлажденный теплоноситель перекачивается насосом 4 в корпус 1. Часть охлажденного теп.- лоносителя в количестве, равном количеству нагретого, поступает через направляющий аппарат турбопривода 5 на рабочее колесо и приводит во вращение насос 4.

Потеря давления в теплопотребляющей системе равна сумме увеличения давления за счет эжекции и за счет работы насоса

ДРтс ДРэ + ДР„.(1)

Эти перепады давлений изображены на фиг. 3. Расход смеси теплоносителей определяется соотношением

GcM GI + G2 Gi(l+U),(2)

где GI - расход нагретого теплоносителя; G2- расход охлажденного теплоносителя, и G2/Gi- коэффициент смешения. (3)

Чтобы за счет эжекции получить ДРэ,

требуется разность давлений на входе и выходе сопла

ДРн, необходима разность давлений на входе

-

и выходе турбопривода

ДР. (1+и)ДР„/(т1„т1т),(5)

где , т)т - КПД насоса и турбопривода.

Формула (5) получается из условия равенства подводимой и потребляемой мощностей на валу турбопривода

С1ДРтТ т СсмДРн/т и(5а)

Разность давлений на входе и выходе устройства

дрв Р,-Ра ДРс + ДРт(6)

Получение требуемой температуры смеси Тем сводится к обеспечению требуемого коэффициента смешения

и (TI-Тем)/(тем-Т2),

(7)

гдет1,Т2 - температура нагретого и охлажденного теплоносителей.

Явление кавитации возникает, когда давление в какой-либо точке жидкости падает ниже давления насыщающих паров при данной температуре Рнп. Под кавитационным запасом считают превышение фактического давления жидкости над Рнп, т. е. Р-Рнп.

Улучшение антикавитационных качеств устройства заключается в том, что при рас- положении турбопривода в потоке охлажденного теплоносителя как турбопривод, так и сопло эжектора попадают в более выгодное сочетание температур и давления.

Турбопривод и сопло представляют опасность с точки зрения кавитации, так как в них происходит значительное снижение давления теплоносителя при неизменной температуре (фиг. 4). Насос в данном случае такой опасности не представляет.

В прототипе (фиг. 6) нагретый теплоноситель последовательно проходит через турбопривод и сопло. При этом можно считать, что давление после сопла снижается до Р2,

АОП ,„ХОН )

От (Рт Рнп,т)/(Рт Рт),

так остальными изменениями давления (АРн, ЛРэ, ЛРтс) можно пренебречь.

Кавитация в турбоприводе возникает при Р Рнп. Турбопривод характеризуется коэффициентом кавитации от, который зависит от его конструкции, причем, чем меньше ат, тем лучше антикавитационные качества турбопривода. С другой стороны, каждое устройство, содержащее турбопривод, можно охарактеризовать допустимым коэффициентом кавитации о, причем, чем больше

лоп

От , тем лучше антикавитационные качества устройства, так как в нем может быть применен турбопривод, имеюший .

Например, у осевых турбоприводов ,9; у радиально-осевых ,. Если устройство характеризуется ,5, то в нем нельзя применять осевые турбоприво- ды. При ,0 можно применять любой тип турбопривода.

Допустимый коэффициент кавитации определяется по формуле

(8)

где Рнп.т определяется при температуре теплоносителя в турбоприводе тт ( для прототипа и для предлагаемого устройства).

С некоторым приближением можно считать, что в сопле кавитация наступает также при . В сопле теплоноситель движется с большой скоростью и при Рнп пузырьки газа не успевают вырасти до видимых размеров, пока находятся в сопле.

Суш,ествует несколько вариантов представления коэффициента кавитации для местных гидравлических сопротивлений, к которым относится сопло. Для данного случая лучше всего подходит формула

опкониачК4Ш

Ос (Рс -Ркп.с)/(Рс -PC ),(9)

где Рнп.с определяется при температуре теплоносителя в сопле Тс (тс Ti для прототипа и предлагаемого устройства). Для устройства в целом

о (10)

а улучшение антикавитационных качеств Acf определяется, как разность о предлагаемого устройства и прототипа. Поставим прототип и предлагаемое устройство в одинаковые условия по температуре и давлению (Р|, Р2, Рз; т,; Та).

После подставки формул (8) и (9) в (10) и подставки вместо Р и Р давлений в соответствии с фиг. 5 и 6, после преобразований получают

С61С5)(6)С5)

д АО Рнп.сРнп,т . РКП,тРнп,с/114

А - +

Подставляя значение температур, получают

АОП Р„„(т:,)-Рнп(т2) ,

- р,-р, +

, P:inJj iiizP ;iLi.lL)

Pi-Рз

(Р„п(т,)

Р(г2))/(Рз

Так как , то числитель в (13) всегда больше нуля, т. е. при предлагаемом размещении турбопривода улучшаются антика- витационные качества.

Пример. Допустим, что устройство подключено к источнику тепла с теплоносителем - водой:

т, 150°С ( ат);

Т2 70°С (,3 ат).

,5 ат; ,1 ат, причем 8,8 ат.

Примем , тогда коэффициент смешения по формуле (7)

150-95 - 95-70

Разность давлений на сопле -Рз 12,5-8,,7 ат.

Разность давлений на турбоприводе

АРт Рз-Р2 8,8-5,,7 ат.

Циркуляционное давление за счет эжек- ции по формуле (4)

АР

др,./ -026

1 /1/1 1 I lT2 - 1 лl I ТГоГа- 3,7

ат.

1,4(1+0)-- 1,4(1+2,2)

Давление, развиваемое насосом, по фор

муле (5)

30

др„ - .ита - iO 6:0,6 п 41

1-Ьи 1+2,2

ат.

5

0

5

0

5

(Принято ),6). Потеря давления в теплопотребляющей системе определяется по формуле (1).

АРтс 0,26+0,41 0,67 ат (6,7 м вод.ст.) Получено достаточно большое значение

АРтс

При этом по формуле (13) определяют: ,,

о,о-о, 1

Таким образом, запас антикавитационных свойств остается большим, что позволяет использовать осевые и радиально- осевые турбоприводы.

Формула изобретения

Устройство для смешивания жидких теплоносителей, содержащее корпус, камеру смешения, сопло, турбопривод, насос, патрубки подвода нагретого и охлажденного теплоносителей, отвода смеси теплоносителей, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности за счет улучшения антикавитационных качеств, устройство дополнительно содержит патрубок для отвода охлажденного теплоносителя, при этом турбопривод насоса расположен между патрубками для подвода и отвода охлажденного теплоносителя.

1290015 /1-Л

От источника тепла

АР,

5

(

7

он

0

х

ч)

§ I

съ

Ci

&CH,l2.

9

.J

P-, PC

нач

ЛРэ f

/ з

йРт,

/

йРн

J

P-D

ФигЧРедактор И. Касарда Заказ 7883/32

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

PJ-PC

нач

wr

нач KOH

РгРгЩ

К, 10

II .vS

р р fff/

2 V

Фиг. 5

Pi--Pr

нач

к,

Ki

II 1

J Т (

Cf

vl

к

ь5PZ-PC

кон

Фиг. 6

Составитель И. Ландсберг

Техред И. ВересКорректор А. Зимокосов

Тираж 595Подписное

Изобретение относится к смесителям, может быть использовано в водяных системах отопления, в вентиляции, других теплоэнергетических системах и позволяет повысить надежность за счет улучшения анти- кавитационных качеств. Устройство содержит корпус (К) 1, сопло (С) 2, камеру 3 смешения, лопастной насос 4 с трубопроводом (Т) 5, который преобразует потенциальную энергию давления жидкости в корпусе во враш,ение насоса и обеспечивает циркуляцию теплоносителя в замкнутом контуре, содержащем патрубок подвода теплоносителя, полость К 1, патрубок отвода теплоносителя, теплопотребляюш,ую систему. С 2 вводит поток нагретого теплоносителя в поток охлажденного, смесь теплоносителей нагнетается в теплопотребляющую систему, в которой становится охлажденным теплоносителем и поступает обратно в устройство. Охлажденный теплоноситель перекачивается насосом 4 в К 1. Часть охлажденного теплоносителя в количестве, равном количеству нагретого, поступает через Т 5 на рабочее колесо и приводит во вращение насос 4. 6 ил. с сл (С ;о ел