Устройство импульсной подачи воздуха Советский патент 1992 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к арматурост- роению и может быть использовано в сепараторах обогащения минерального сырья, в сельском хозяйстве (для сортировки продуктов), а также в металлургической промышленности (для обработки литья).

Известно устройство импульсной подачи воздуха (УИПВ), представляющее собой электромагнитынй клапан с расположенным в корпусе запорным органом, который имеет центральный канал, сообщаемый с выходом рабочей среды и перекрываемый штоком, причем шток связан с управляющим электромагнитом. Данное УИПВ имеет сопло с расширяющимися выходом для уменьшения времени истечения воздуха из УИПВ. Однако этому устройству свойственны следующие недостатки.

Известные сопла представляют собой цилиндрические каналы с расширяющимся или сужающимся выходом. При этом сопло с сужающимся выходом используется лишь для дозвуковых скоростей движения воздух (газа), а сопло с расширяющимся выходом

(сопло Лаваля) - для сверхзвуковых скоростей.

В УИПВ промышленного назначения, работающих при обычном давлении в магистрали предприятий, равном Ро 0,5-0.6 МПа (5-6 атм) скорость движения воздуха на выходе из сопла, независимо от формы выхода сопла, равна звуковой (критической), то есть занимает промежуточное значение между скоростями струй, истекающих из сопел с расширяющимся или сужающимся выходом.

Вследствие этого при использовании сопла с сужающимся выходом в промышленных УИПВ происходит значительное падение величины динамического воздействия воздушной струи на выделяемый (обрабатываемый) материал из-за больших потерь давления воздуха внутри сопла. При использовании же сопла с расширяющимся выходом, как принято, значительно увеличиваются диаметральные размеры воздушной струи, ограничивающие производительность сепаратора (при покусковом

ч

Ё

VI

О 00 00

ел

ON

обогащении) или снижающие его эффективность (при поточной подаче материала) из- за засорений концентрата породой.

Другим недостатком сопел с расширяющимся или сужающимся выходом является наличие сильного вихреобразованмя на границах воздушной струи, особенно в месте выхода ее из сопла, что также снижает эффективность динамического воздействия струи на отделяемый (обрабатываемый) материал.

Целью изобретения является повышение эффективности динамического воздействия воздушной струи на отделяемый (обрабатываемый) материал.

Это достигается тем, что цилиндрическое сопло УИПВ снабжается рядом сквозных отверстий в стенке сопла с расположением осей этих отверстий в непосредственной близости к срезу сопла по конической поверхности, угол наклона образующей которой к оси сопла, равен углу бокового расширения (12°-15°) затопленной струи, а вершина этого угла находится вне сопла.

При этом площадь поперечного сечения отверстий, через которые происходит подсасывание наружного воздуха, выбирается в зависимости от требуемого коэффициента эжекции.

В результате заявленное техническое решение характеризуется следующими новыми и существенными признаками, по сравнению с выбранными аналогами и прототипом. В частности, использование эффекта эжекции наружного воздуха для достижения поставленной цели отличается новизной, по сравнению с известным использованием эффекта эжекции в так называемых эжекторах. В данном случае новизна заключается в следующем.

Число отверстий в стенке сопла может быть произвольным, а не единственным, как в обычном эжекторе; кроме того, эти отверстия располагаются равномерно по окружности сопла, что вообще неосуществимо в эжекторе.

Расположение осей указанных отверстий по конической поверхности, у которой угол наклона образующей к оси сопла точно равен углу бокового расширения затопленной струи (12°-15° (4)), означает, что внешняя граница каждой струи, вытекающей из отверстия, и внешняя граница результирующей струи будут параллельны оси сопла, то есть основная струя не будет расширяться, как в обычном эжекторе. К тому же в эжекторе угол между осями отверстия для эжекции той или иной среды и трубопровода составляет 90° с целью обеспечения минимального пути эжектируемой среды до основного потока.

Расположение отверстий равномерно по окружности сопла в непосредственной

близости к срезу сопла способствует радиальному осесимметричному поджатию струи за счет эжектмруемого наружного воздуха, в то время как в обычных эжекторах засасываемая среда не влияет на конфигурацию основного потока и ее эжекция осуществляется на значительном удалении от среза сопла.

В заявленном техническом решении расположение отверстий в стенке сопла

должно быть выполненным в непосредственной близости к срезу сопла, так как только в этом случае возможно осуществление эжекцми наружного воздуха; при расположении отверстий вдали от среза сопла возможен обратный эффект, так как в этом случае давление в струе будет превышать атмосферное, и вместо подсасываний наружного воздуха будет происходить истечение основного потока воздуха через

отверстия наружу, помимо сопла.

Вдобавок обычные эжекторы не эффективны при дозвуковых и звуковых скоростях воздушных струй, которые имеют место в промышленных УИПВ, и в них не ставится

задача поджатия основной струи с целью предотвращения ее размыва и потери эффективности динамического воздействия ее на отделяемый (обрабатываемый) материал. На чертеже схеметично в общем виде

показано УИПВ со сквозными овтерстиямм в стенке сопла.

Устройство состоит из корпуса 1 с входным патрубком 2 и выходным соплом 3. Входной патрубок перекрывается шайбой 4

и мембраной 5, расположенной между корпусом 1 и втулкой 6 электромагнита (не показан), шток 7 которого снабжен золотником 8, перекрывающим центральный канал 9. В стенке сопла 3 в непосредственной близости к его срезу выполнены сквозные отверстия 10, оси которых наклонены к оси сопла под углом 12°-15°. Во втулке 6 имеются дренажные отверстия 11, связанные с атмосферой.

Устройство работает следующим образом.

При срабатывании электромагнита опускается шток 7, и золотник 8 перекрывает центральный канал 9. Сжатый воздух, постулающий в корпус 1 через входной патрубок 2, отжимает шайбу 4 и мембрану 5 к втулке 6 и выходит через сопло 3 наружу в виде струи (движение воздуха показано стрелками). При этом воздух из надмембранной полости выходит в атмосферу через

дренажные отверстия 11. Струя сжатого воздуха, выходящая из сопла 3 с большой (звуковой) скоростью, обладает подсасывающим (эжектирующим) действием при ее движении внутри сопла. Благодаря этому атмосферный воздух засасывается через отверстия 10.

Так как отверстия 10 расположены в непосредственной близости к срезу сопла 3 и под углом 12°-15° к его оси, то есть под углом, равным углу бокового расширения воздушной струи, истекающей из отверстия, то всасываемый через отверстия 10 наружный воздух оказывается следующее Бездействие: 1) псдзвляет образование вихрей в основной струе; 2) увеличивает импульс основной струи за счет своей массы; 3) способствует стабилизации основной струм (длительному сохранению ее импульса), так как струя менее размывается в радиальном направлении на своем начальном и переходном участке.

Был выполнен макет УИПВ с отверстиями в стенке сопла, который испытывался на стенде лаборатории Ленинградского кораблестроительного института. Измерительная аппаратура стенда позволялаточно определять падение исходного давления сжатого воздуха на различных участках пнеомолинии да среза сопла включительно. Было подтверждено наличие снижения давлений воэ,с /хэ в стационарной и импульсной струе на срезе сопла, приводящее к подсасыванию воздуха через отверстия в стенке сопла. Измерение скоростей струи в различных ее точках по длине и поперечному сечению с помощью лазерной доплеров- скойанемометриипоказали

действительное поджатие струи и существенное снижение вихреобразования.

Технико-экономические преимущества

заявленного технического решения заключаются в повышении дальнобойности и эффективности динамического воздействия воздушной струи на отделяемый (обрабатываемый) материал. Применительно к сепараторам минерального сырья это позволяет снизить исходное давление и расход сжатого воздуха при сохранении параметров сепарации.

формула изобретения

Устройство импульсной подачи газа, содержащее корпус с размещенным в нем запорным органом, выполненным в нем входным патрубком и выходным соплом, перекрывэемым запорным органом, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, в боковых стенках сопла у выходного его торца выполнены сквозные отверстия, оси которых размещены в одной

0 конической конфузорной поверхности и образуют с осью сопла угол 12-15° с вершиной вне сопла.

Изобретение относится к импульсной технике. Устройство импульсной подачи газа имеет сопло, в боковых стенках которого выполнены сквозные отверстия, оси которых размещены к оси сопла под углом 12°- 15°. Такое расположение осей отверстий обеспечивает параллельность оси сопла и внешней границы каждой струи, вытекающей из отверстий, и внешние границы результирующей струи будут параллельны оси сопла, при этом основная струя не будет расширяться, как в обычном эжекторе. 1 ил.