Гидроэлеватор Советский патент 1993 года по МПК F04F5/02 

Изобретение относится к струйной технике и может быть использовано в горной, горно-геологической, энергетической и ряде других отраслей промышленности. Известен эжектор, содержащий корпус, в котором размещено активное сопло, соединенное со штуцером, камеру смешения и диффузор. Штуцер и сопло могут быть соединены сильфоном. Очищенная рабочая жидкость попадает в активное сопло, где разгоняется, приобретая кинетическую энергию, которая расходуется в камере смешения и диффузоре на прокачи- вание пассивной среды. Указанное устройство обеспечивает работу эжектора на малых расходах, например, в криогенных установках.

Одним из недостатков данного эжектора является его низкая производительность и КПД.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому гидроэлеватору и взятым в качестве прототипа является известный нерегулируемый струйный насос, состоящий из активного кольцевого сопла, центрального пассивного сопла, рабочей камеры, камеры смешения и диффузора. Активное кольцевое сопло образовано между конфузором рабочей камеры и центральным пассивным соплом. Угол конусности конфу- зора рабочей камеры 12°. Центральное сопло соединено с патрубком подвода пассивной среды. На конце камеры смешения расположен диффузор, который как и камера смешения имеет несколько меньшую длину по сравнению с гидроэлеваторами с центральным активным соплом.

Этому типу струйных аппаратов присущи те же недостатки, что и установкам с центрально расположенным соплом, но здесь форма рабочей камеры практически не оказывает влияния на величину потерь, так как смешение потоков происходит непосредственно в камере смешения.

Основной потерей энергии, ведущей к низкому КПД в струйных аппаратах любого типа остается так называемая потеря на удар, связанная со смешением двух соое- ных потоков с разными начальными скоростями.

Потеря на удар при смешении, равная разности мощностей кинематических энергий потоков до и после смешения АЕ проVJ

00

00

со

N

порциональна квадрату разности скоростей потоков в начале смешения

Ар 1 GPG Г Gp + GH

( Wp1-WHl)

(1)

где Gp - массовый расход потока активной среды;

Он - массовый расход потока пассивной среды;

wpi - скорость потока активной среды в выходном сечении активного сопла;

WH1 скорость потока пассивной среды во входном сечении камеры смешения.

Так как скорости wpi и WH1 резко отличаются друг от друга, потери при смешении потоков активной и пассивной среды весьма велики и являются одной из основных причин узкой области применения струйных аппаратов.

Особенность струйного насоса, взятого в качестве прототипа в том, что характер распределения осевых скоростей по сечению камеры смешения у этого устройства в корне отличается от эпюры скоростей смеси сред в камере смешения у гидроэлеваторов с центральным активным соплом. Потери на удар остаются, только значительная часть их переносится из рабочей камеры в камеру смешения.

Целью изобретения является повышение производительности гидроэлеватора и его КПД.

Это достигается тем, что в заявляемом устройстве, содержащем активное сопло, патрубок подвода пассивной среды, расположенный соосно с активным соплом, рабочую камеру и камеру смешения, диффузор, патрубок подвода пассивной среды снабжен насадком, внешняя поверхность которого выполнена в виде конического расходящегося конуса, вход которого расположен в плоскости среза сопла, а выход- в камере смешения, при этом наружный диаметр входного сечения насадка равен наружному диаметру патрубка подвода пассивной среды.

На фиг.1 изображена принципиальная схема гидроэлеватора; на фиг.2 - график изменения абсолютного давления в камере смешения по длине камеры смешения.

Гидроэлеватор состоит (см. фиг.1) из трубопровода 1, подводящего активную, среду (расход Qa), на конце которого расположено активное сопло 2. Через трубопровод 1 и активное сопло 2 проходит трубопровод 3, предназначенный для подвода пассивной среды (расход Qn). На конце трубопровода 3 соосно с активным соплом 2 выполнен насадок 4, внешняя поверхность которого выполнена в виде конически расходящегося конуса, причем наружный диаметр входного сечения насадка dH равен наружному диаметру патрубка подвода пассивной среды.

Вторым своим концом, равным диаметру dH

насадок 4 размещен в камере смешения 5,

которая соединена соосно с диффузором 6,

а он соединяется с отводящим трубопроводом 7. Трубопровод 3 с расположенным на конце насадком 4 образуют с активным со- j плом 2 кольцевую щель 8. Рабочая камера 9 герметично соединяет между собой трубопровод 1, оканчивающийся соплом 2, трубопровод 3 для подвода пассивной среды и камеру смешения 5.

Активная среда проходит трубопровод 1 и поступает в сопло 2 в кольцевую щель 8. Струя выходит из кольцевой щели 8, проходит рабочую камеру 9 и поступает в камеру смешения 5. Струя, выходящая из активного сопла, имеет однозначно определенный параметрами гидроэлеватора центральный угол раскрытия Остр , определяемый по эмпирической формуле

%тр 2.1 К APPV(d2 d2) , град.

(2)

где dp - внешний диаметр активного сопла

2 в его выходном сечении;

К - поправочный коэффициент незначительно отличающийся от единицы;

ДРр - повышение давления активной среды перед активным соплом над давлением пассивной среды в камере смешения.

В предлагаемой конструкции угол расширения внешней поверхности насадка 4 а, (см. фиг.1) выполнен равным углу Остр , благодаря чему не происходит отрыва струи

активной среды от поверхности насадка 4. Безотрывное скольжение струи активной среды по поверхности насадка 4 по всей его длине позволяет струе активной среды сформироваться до места подвода в камеру

смешения 5 пассивной среды, вследствие чего струя обладает большей несущей способностью по сравнению с обычной струей. В результате взаимодействия сил турбулентного трения, вызывающего появление

вихрей активной и пассивной сред на начальном участке камеры смешения 5, в камере смешения 5 устанавливается давление более низкое, чем давление пассивной сре- ды. Происходит подсасывание пассивной

среды трубопровод 3.

Исследования показывают, что миниг мальное давление в камере смешения 5 будет в сечении I-I (см. фиг.1), расположенном на расстоянии примерно равном диаметру

камеры смешения dx, считая от начала камеры смешения (см. фиг.2). Начиная от сечения с минимальным давлением, расположенным на расстоянии d от начала камеры смешения, наблюдается рост давления, оно достигает атмосферного и идет дальнейшее его повышение. Поэтому второй конец насадка 4 расположен в сечении с минимальным давлением. Это увеличивает перепад давлений на концах подводящего пассивную среду трубопровода 3 и способствует повышению общего КПД гидроэлеватора.

Предложенное устройство будет эффективно работать не только при размещении выходного сечения патрубка 4 (см. фиг.1) на расстоянии от входного сечения камеры смешения 5 равным ее диаметру d«. но и при обязательном выполнении условия

S3

М&

(3)

где 8з - сумма площади сечения струи активной среды и площади сечения внешней поверхности патрубка 4 в плоскости Ill-Ill. При проектировании гидроэлеватора одними из основных геометрических размеров проточной части будут размеры патрубка 4. Считая, что диаметром dH можно задаться (из условий, например, обеспечения необходимого расхода пассивной среды или коэффициента эжекции, среднего размера частиц твердого при транспортировании пульпы, модуля, других параметров), для протекания активной среды наиболее важными останутся длина патрубка 4 L I + d и угол Он . Угол Он Остр определяем из уравнения (2), а длину I - из уравнения (2) и (3), принимая во внимание, что

dH dH + 2(l + dK)tg Остр ,

(4)

где dH - диаметр выходного сечения внешней поверхности патрубка 2. Из уравнения (4) имеем

,jdH + 2(1 +dQtg Qcmp

(5)

Подставляя значение S3 из уравнения

(5) в выражение (3) и зная Остр . можем определить максимально возможное значение 1.°

В- камере смешения 5 происходит выравнивание кинематических энергий активной и пассивной сред. Далее смешанный поток проходит диффузор б, где идет переход определенной части кинетической энергий в потенциальную, происходит рост давления смеси сред и далее поток поступает в отводящий трубопровод 7.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить несущую способность струи активной среды и производительность, что в целом повышает КПД гидроэлеватора.

Формула изобретения Гидроэлеватор, содержащий активное сопло, патрубок подвода пассивной среды, выполненный соосно с активным соплом,

рабочую камеру, камеру смешения и диффузор, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, патрубок подвода пассивной среды снабжен насадком, внешняя поверхность которого выполнена в виде

расходящегося конуса, вход которого расположен в плоскости среза сопла, а выход - в камере смешения, при этом наружный диаметр входного сечения насадка равен наружному диаметру патрубка подвода

пассивной среды.

Сущность изобретения: патрубок подвода пассивной среды выполнен соосно с активным соплом. Патрубок подвода пассивной среды снабжен насадком, внешняя поверхность которого выполнена в виде расходящегося конуса, вход которого расположен в плоскости среза сопла, выход - в камере смешения, наружный диаметр входного сечения насадка равен наружному диаметру патрубка подвода пассивной среды. 2 ил.