Кавитатор Советский патент 1992 года по МПК B06B1/20 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для генерации кавитации, и может быть использовано при распыливании суспензированного пылеугольного топлива и жидких топлив (нефтешламов. мазутов, керосинов, бензинов и т.д.) в производстве пара, при распыливании присадок в МГД установках, энерготехнологическом и химическом производстве, в технологическом производстве типа очистки и диспергирования, при защите растений и при орошении в сельском хозяйстве.

Изобретение решает задачу создания устройства с локальной интенсификацией возбуждения кавитации в окрестности выходного отверстия устройства и выбросом кавитирующей жидкости без повреждения выходного отверстия.

Известен кавитатор для холодной обработки металлов, состоящий из крыльчатки с клиновидной формой сечения лопастей и острой передней кромкой. При обтекании жидкостью лопастей крыльчатки образуются парогазовые кавитационные каверны, отрывающиеся от тыльной стороны лопастей. Кавитационные пузыри с запасом энергии до 100 Ккал/кг при условиях, близких к нормальным, движутся через жидкость до обрабатываемой поверхности с микрошероховатостями. Микрошероховатости иницируют схлопывание пузырьков пара и они. отдавая свою энергию, превышающую энергию связей в жидкости и в кристаллической решетке, эродируют с одной стороны поверхность разрыва сплошности в жидкости, а с другой стороны эродируют молекулы оксидов с поверхностного слоя и атомы из кристаллической решетки металла, унося их с потоком жидкости.

Недостатками этого устройства являются замкнутость объема, из-за чего обрабатываемую поверхность приходится размещать внутри кавитатора: необходимость затраты знергии на вращение крыльчатки с потерями на трение; разрушающее воздействие кавитации не только на обрабатываемую поверхность, но и на поверхность крыльчатки; отсутствие локализации места возникновения кавитационных каверн (непредсказуемость места их возникновения и направления движения в жидкости до места охлопывания пузырьков и отдачи энергии на разрыв сил Ван-дер-Ваальса и кристаллических связей в металле).

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является кавитатор, содержащий диффузор, завихритель и суживающее сопло. В ультразвуковой гидродинамической ф зрсунке ультразвуковые волны появляются при движении жидкости через тангенциально расположенные каналы завихрителя. Ультразвуком за сплошной частью завихрителя возбуждают кавитацию, которая способствует диспергированию жидкости.

Недостатками устройства являются низкая интенсивность ультразвуковых колебаний при малой скорости течения вязкой жидкости через канал, который должен иметь большой диаметр, что вызвано необходимостью снижения гидравлического сопротивления ультразвуковой гидродинамической форсунки в три раза по сравнению с центробежными форсунками высокого давления; непредсказуемость места возникновения ультразвука и кавитации, несмотря на предусмотренные внезапные расширения. При сопротивлениях форсуночных устройств ЗПМа в случае возникновения ультразвука в тангенциальных каналах и на выходе из них кавитацию подавляют микронеровности поверхности суживающего сопла в пределах 5 мм от среза канала завихрителя. Микрошороховатости служат инициаторами схлопывания кавитационных пузырьков, в результате чего ультразвук при сопротивлении кавитатора до 1 МПа можно регистрировать, а возможность развития облака кавитации снижается, вплоть до струйного истечения жидкости без разрыва сплошности, что превращает ультразвуковую гидродинамическую форсунку в центробежную форсунку низкого давления с плохим качеством распыла.

Цель изобретения - повышение эффективности кавитатора.

Поставленная цель достигается тем, что кавитатор, содержащий диффузор, патрубок подвода жидкости и патрубок подвода пара (газа),, сообщающиеся с диффузором, завихритель, установленный на выходе диффузора и сопло-конфузор, снабжен эжектором, сообщающимся с диффузором в точке его боковой поверхности на расстоянии не менее наибольшего диаметра диффузора и с патрубком подвода пара.

На фиг. 1 изображен кавитатор, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Кавитатор состоит из диффузора 1, присоединенного суженным концом к патрубку 2 подвода жидкости. К патрубку 3 пара или газа присоединен блок ввода газа или пара, состоящий из икхектора 4, паровой емкости 5 и эжектора 6, расположенного на расстоянии L Оз от завихрителя 7. Проходное сечение инжектора 4 и эжектора 6 по пару или газу выполняют по отношению Gr (10 - 10 )Сж, а каналы завихрителя 7

5 выполняют под пространственным углом 20 - 60° к оси кавитатора. Корпус 8 кавитатора служит одновременно суживающим соплом, уплотнителем завихрителя 7 и резьбовым соединением корпуса 8 с диффузо0 ром 1.

Достижение поставленной цели основано на свойстве жидкости уменьшать, кавитационную прочность при повышении газосодержания. При движении жидкости с

5 растворенным в ней газом или паром по сходящейся спирали эффект центробежного разделения приводит к перемещению части газа к оси потока. Газосодержание в центре потока возрастает и при падении

0 статической составляющей давления до давления насыщенных паров паро(газо)жидкостной смеси частицы газа или пара иницируют кавитацию и интенсифицируют ее.

5 Необходимость установки блока из емкости и эжектора для введения в жидкость газа или пара в количестве Gr (10 - 10)Gж на расстоянии не менее диаметра завихрителя заключается в том.

0 что во-первых, он исключает попадание мазута в пар, во вторых газ или пар на расстоянии L Оз равномерно перемешивается с жидкостью и при таких малых концентрациях, не являясь энергоносителем, практиче5 ОКИ не способствует интенсификации кавитации при прохождении паро(газо)жидкостной смеси через отверстия завихрителя. После отжатия газа или пара к центру в сходящейся спирали он способствует более

0 раннему возбуждению кавитации (при большем статическом давлении) и локализует кавитационное облако, служащее истоком кавитирующей струи, в приосевом пространстве, не давая ему прилипнуть к

5 стенкам в окрестности выходного отверстия.

Размер отверстия эжектора задан паротопливным отношением 10 - 10 м.д., но этот признак устройства может быть дан и по отношению диаметра парового отверстия в эжекторе б или в шайбе, которую устанавливают на расстоянии L Оз в патрубке подвода пара к диаметру завихрителя. Проходное сечение отверстия эжектора (шайбы) выполняют в пределах отношения диаметра парового отверстия к диаметру завихрителя кавитатора 0,03- 0,04.

Устройство работает следующим образом.

Пар или газ под давлением, большим давления жидкости на величину сопротивления блока эжектора, поступает в жидкость через систему задвижек, обратных клапанов, редуктора и расходомера. При этом эжектор работает как инжектор и защищен от попадания мазута в паропровод при пусковом броске давления насосов. Повышение давления в трубопроводе 2 приводит к увеличению скорости в узком сечении эжектора. Выходное отверстие блока ввода газа или пара начинает работать при этом в режиме эжектора. Через него отсасывают пар из компенсирующей паровой емкости 5 с соответствующим увеличением количества эжектируемого в емкость пара или газа, что позволяет выполнить требования директивных материалов по эксплуатации теплотехнического оборудования энергосистем при отсутствии обратного клапана на стороне паропровода.

Введенный в трубопровод пар на расстоянии, большем диаметра завихрителя 7, равномерно перемешивают с жидкостью и подают в суживающее сопло 8 через завихритель 7. В суживающем сопле сепарируют пар и жидкость, отжимая пар или газ к центру кавитатора в окрестности выходного отверстия 9. Ускоряя поток жидкости в суживающем сопле 8 до величины, при которой статическая составляющая давления достигает в центре потока давления насыщения паров газо(паро)жидкостной смеси, иницируют частицами газа или пара возбуждение кавитации и увеличивают объем кавитационного облака в окрестности выходного отверстия 9 до величины, близкой к его диаметру. Кавитирующую жидкость пропускают через выходное отверстие 9, стенки которого защищены пленкой от присоединения кавитации.

При росте газо(паро)содержания в кавитаторе от до 10 м.д. использование предлагаемого кавитатора по сравнению с прототипом позволяет достичь положительного технико-экономического эффекта, превышающего достигнутый испарением мазута в поле спонтанной кавитации.

Пример выполнения устройства на электростанции.

На конденсационной ГРЭС работают котлы ТГМ-94 производительностью 500 т пара/ч в номинале и фактической среднегодовой производительностью 436,8 т/ч до перевода KOT/IOB на кавитационно-кумулятивную технологию распыливания мазута.

К работающему кавитатору по предлагаемому решению осуществлен прямой инжекционный ввод пара холодного промперегрева непосредственно в мазут на расстоянии, значительно превышающем 10 Дз (перед стволом, между паропроводом и мазутопроводом, через шайбу с отверстием 1,5 мм).

Параметры пара Рп.п. (26-17) ати, tn.n. 380-360°С. Поэтому забросов мазута в пар (аварийные и плановые остановы) за время опробования устройства не наблюдалось.

Центростремительное перемещение пара в окрестности выходного отверстия к оси потока, двигающегося с ускорением, при котором достигается давление паров насыщения паро(газо)жидкостной смеси,, приводит к тому, что частицы водяного пара при паротопливном отношении перед завихрителем 0,01-0,007 0,001 м,д. достигают перед выходным отверстием концентрации 1,5%. Вследствие этого они стают зародышами газовой кавитации, которая началась при давлении большем, чем давление насыщенных паров мазута, и стимулировала собственно паровую кавитацию мазута. Резкое возрастание числа зародышей с размерами больше критического, при котором начинается преимущественный рост кавитационных пузырьков, составляет сущность процесса возбуждения кавитации.

Использование изобретения повышают КПД котлоагрегата с одновременным снижением оксидов азота в продуктах сгорания мазута, при этом не ухудшается экологическая обстановка.

Формула изобретения

Кавитатор, содержащий диффузор, патрубок подвода жидкости и патрубок подвода пара (газа), сообщающиеся с диффузором, завихритель, установленный на выходе диффузора, и сопло-конфузор, размещенное за завихрителем, о тли ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности, он снабжен эжектором, сообщающимся с диффузором в точке боковой поверхности на расстоянии не менее наибольшего диаметра диффузора и с патрубком подвода пара.

1 г

8

Изобретение относится к генераторам кавитации и может быть использовано для диспергирования газа (пара) в жидкости. Цель изобретения - повышение эффективности за счет интенсификации кавитации. Кавитатор содержит диффузор^ патрубки подвода жидкости и пара, завихритель. со- пло-конфузор, эжектор, сообщающийся с диффузором и патрубком подвода пара. При работе кавитатора пар равномерно смешивается с жидкостью и через сопло-конфузор выходит из кавитатора. 2 ил.