Струйный аппарат для перекачки газосодержащей жидкости Советский патент 1993 года по МПК F04F5/24 

Изобретение относится к энергетике и гидравлике и может быть использовано в процессах отделения газообразных сред от жидкости в машиностроительной, химической, пищевой промышленности и других отраслях хозяйства.

Известен струйный аппарат для перекачки газосодержащей жидкости, содержащий активное сопло и патрубок подвода газосодержащей жидкости.

Недостатком известного устройства яв ляется низкая эффективность отделения газа. .. . ...

Наиболее близким к предлагаемому является струйный аппарат для перекачки газосодержащей жидкости, принятый за прототип, содержащий активное сопло, патрубок подвода газосодержащей жидкости с узлом сепарации и газоотводящий тракт.

Недостатки прототипа следующие:

1) недостаточная степень отделения;

2) большие гидравлические потери в проточной части;/

3) невозможность одновременного смешения отделенного газа с другими агентами (Жидкостью или газом);

4) значительная доля капельной жидкости в отсепарированном газе.

Причины недостатков - отсутствие в потоке зон пониженного давления, охватывающих не только периферию, но и ядро потока, а также средств для отбора газовой фазы из ядра (середины) вихревых зон.

Цель изобретения состоит в интенсификации процесса выделения и сепарации газа, .содержащегося в жидкости как в свободнрм, так и растворенном состоянии.

Для этого в струйном аппарате, содержащем активное сопло, патрубок подвода газосодержащей жидкости с узлом сепарации и газоотводящий тракт, активное сопло и камера смешения образуют единый сужающийся канал, проточная часть патрубка подвода газосодержащей жидкости выполнена в виде системы последовательных кон- фузорных участков, узел сепарации - в виде вихреобразующих элементов, размещенных на выходе из них с возможностью фор(Л

С

|

ю

4 ND О

СО

миррвания вихревых зон между участками. а газоотводящий тракт - в виде перепускных магистралей, сообщающих центральные области вихревых зон с проточной частью канала, при этом площадь выходно- то сечения каждого предыдущего конфузор- ного участка меньше площади входного сечения последующего.

Основной технический результат, достигаемый при использовании указанной совокупности признаков, достаточных во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, состоит в увеличении степени отделения газа (интенсивная дегазация), при незначи- тельных гидравлических потерях, обеспечиваемых плавностью профилей, наличием развитой площади поверхности t дегазации вихревых зон. Кроме того, центральная область каждой последующей вих- ревой зоны может быть сообщена с участком сужающегося канала с поперечным сечением, меньшим поперечного сечения участка канала, сообщенного с центральной областью предыдущей вихревой Зоны. . -.

Такое выполнение обеспечивает раздельный отбор разных компонентов газовой фазы, имеющих разные термобарические условия выделения. Ак- тивноесоплои камера смешения могут быть выполнены в виде обечайки, по меньшей мере частично охватывающей патрубок подвода газосодержащей жидкости с образова

н ием сужающегося канала между

внутренней поверхностью обечайки и наружной поверхностью патрубка. За счет такого выполнения уменьшаются габариты и упрощается конструкция устройства.

Помимо этого на внутренней поверхно- сти патрубка подвода газосодержащей жидкости могут быть выполнены пилообразные кольцевые выступы с острыми кромками на вершинах, смещенными к краю каждого из выступов в сторону выхода патрубка, при этом вихреобразующие элементы образованы острыми кромками, а конфузорные участки - частями выступов, расположенных относительно вершин со стороны входа в патрубок. Установлено, что таким образом интенсифицируется вихреобразование и при минимальных габаритах устройства.

Острая кромка может быть выполнена кольцевой, а поверхность каждого выступа,

примыкающая к кромке со стороны выхода патрубка, вогнута в сторону его входа с образованием кольцевой торообразной выемки в теле выступа, примыкающей к острой кромке. При данном варианте обеспечивав ются наибольшая длина кромки, усиление

5

5 0 5

0

5

0 5 0

5

сепарации газа и снижение гидравлических потерь. Одновременно обеспечивается укрупнение капель жидкости, попавших в зону газовой фазы.

Аппарат может быть снабжен полым центральным телом, размещенным с зазором в патрубке.подвода газосодержащей жидкости, с кольцевыми выступами на наружной поверхности и острыми- кромками на вершинах, смещенными к краю каждого из выступов в сторону выхода патрубка и образующими дополнительные вихреобразующие элементы с возможностью форми рования вблизи острых кромок дополнительных вихревых зон, при этом внутренняя полость центрального тела сообщена с проточной частью сужающегося канала и с центральными областями дополнительных вихревых зон. Такое выполнение аппарата существенно увеличивает протяжённость и объем зон вихреобразовэния, интенсифицируются процессы сепарации, а также предотвращается образование газового шнура в центральной части патрубка. При этом поверхность каждого выступа, на центральном теле, примыкающая к рстрой кромке со стороны выхода из патрубка подвода газосодержащей жидкости, может быть вогнута в сторону его входа с образованием торообразной выемки в теле выступа, прилегающей к его острой кромке, центральное тело расположено соосно патрубку, а вихреобразующие элементы на патрубке и центральном теле размещены напротив друг друга.

Как указывалось выше, таким образом достигается усиление сепарации газа, снижение потерь давления и уноса капельной жидкости отсепарированным газом.

На чертеже приведена схема предлагаемого струйного аппарата.

Струйный аппарат содержит активное сопло 1 и камеру 2 смещения, образующие единый сужающийся канал 3, патрубок 4 подвода газосодержащей среды с узлом се: парации и газоотводящий тракт (позицией не обозначены). Проточная часть патрубка 4 подвода газосодержащей жидкости выполнена в виде системы последовательных кон- фузорных участков 5, 6, причем площадь выходного сечения fi каждого предыдущего конфузорного участка 5 меньше площади f2 входного сечения последующего конфузорного участка 6. Узел сепарации выполнен в виде вихреобразующих элементов 7, размещенных на выходе из участков 5 и 6 с возможностью формирования вихревых зон &и 9 между участками 5 и 6, а газоотводящий тракт - в виде перепускных магистралей 10 и 11, сообщающих центральные области

вихревых зон 8 и 9 с проточной частью канала 3.

Центральная область каждой последую- щей вихревой зоны 9 сообщена с участком сужающегося канала 3 с поперечным сечением, меньшим поперечного сечения участка канала 3, сообщенного с центральной областью предыдущей вихревой зоны 8.

Активное сопло 1 и камера 2 смешения могут быть выполнены в виде обечайки 12, по меньшей мере частично охватывающей патрубок 4 подвода газоеодержащей жидкости с образованием сужающегося канала 3 между внутренней поверхностью обечайки 12 и наружной поверхностью патрубка 4.

На внутренней поверхности патрубка.4 могут быть выполнены пилообразные кольцевые выступы 13с острыми кромками 14 на вершинах, смещенными к краю каждого из выступов 13 в сторону выхода патрубка 4, при этом вихреобразующие элементы 7 бразованы острыми кромками 14, а конфу- орные участки 5 и 6 - частями выступов 13, расположенных относительно вершин со тороны входа в патрубок 4.

Острая кромка 14 может быть выполнена кольцевой, а поверхность каждого выступа 13, примыкающая к кромке 14 со стороны выхода патрубка 4, вогнута в сторону его входа с образованием кольцевой торооб- разной выемки 15 в теле выступа 13,примыкающей к острой кромке 14.

Аппарат может быть снабжен полым центральным телом 16, размещенным с зазором в патрубке 4 подвода газоеодержащей жидкости, с кольцевыми выступами 17 на наружной поверхности и острыми кромами 18 на вершинах, смещенными к краю каждого из выступов 17 в сторону выхода атрубка 4 и образующими дополнительные вихреобразующие элементы с возможнотью формирования вблизи острых кромок 18 дополнительных вихревых зон 19. при том внутренняя полость 20 центрального ела 16 сообщена с проточной частью сужающегося канала 3 и с центральными областями дополнительных вихревых зон 19.

Поверхность каждого выступа 17 на центральном теле 16, примыкающая к ост- рой кромке 18 со стороны выхода из патрубка 4 подвода газоеодержащей жидкости, вогнута в сторону его входа с образованием орообразной выемки 21 в теле выступа 17, прилегающей к его острой кромке 18, центральное тело 16 расположено соосно патрубку 4, а вихреобразующие элементы 7 и

18 на патрубке 4 и центральном теле 16 размещены напротив друг друга.

Предлагаемый струйный аппарат работает следующим образом. 5Активная среда под давлением подается от источника через активное сопло 1 в камеру 2 смешения. В сужающемся канале 3 давление активной среды уменьшается по направлению к выходу. Одновременно в

0 патрубок 4 подается газосодержащая жидкость, которая протекает через систему кон- фузорных участков 5 и 6, последовательно обтекая вихреобразующие элементы 7. За каждым из этих элементов образуется вих5 ревая зона 8 или 9, где давление понижается. В эти зоны диффундирует растворенный газ,паровая фаза, а также поступают уже образовавшиеся или находящиеся в потоке пузырьки свободного газа. Из вихревых зон

0 8 и 9 свободная газовая фаза по перепускным магистралям 10 и 11 отсасывается в сужающийся канал 3. Заявленное соотношение площадей f i и f2 обеспечивает сохранение вихревых зон в широком диапазоне

5 режимов работы аппарата.

Смесь активной среды откаченным свободным газом отводится из камеры 2 смещения и утилизируется.

При сообщении вихревых зон с участка0 ми канала 3 с уменьшающимся поперечным сечением обеспечивается снижение давления в вихревых зонах в направлении потока, что обеспечивает раздельный отбор разных по свойствам компонентов газовой фазы.

5Наличие пилообразных выступов 13 обеспечивает формирование потока с минимальными потерями, кольцевые острые кромки 4 - усиление вихреобразования и интенсификацию сепарации газа.

0

Наличие в полости патрубка 4 центрального тела с профилированной поверхностью позволяет создать систему концентричных кольцевых (торообразных)

5 вихревых зон, обеспечивающих практически полное удаление газа из жидкости, как за счет увеличения их количества, так и за счет обеспечения оптимальной конфигурации.

0 Экспериментальное испытание макета заявленного устройства показало, что по сравнению с лучшим из известных устройств аналогичного назначения было достигнуто повышение степени отделения

5 газа на 30% при снижении гидравлических потерь на 6-11%.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Струйный аппарат для перекачки га- зосодержащей жидкости, содержащий активное сопло, патрубок подвода газосодержащей жидкости с узлом сепарации, и газоотводящий тракт, отличающийся тем, что активное сопло и камера смещения образуют единый сужающийся канал, проточная часть патрубка подвода газосодержащей жидкости выполнена в виде системы последовательных конфузорных участков, узел сепарации - в виде вихреобразующих элементов, размещенных на выходе из них с возможностью формирования вихревых зон между участками, а газоотводящий тракт - в виде перепускных магистралей, сообщающих центральные области вихревых зон с проточной частью канала, при этом площадь выходного сечения каждого предыдущего конфузорного участка меньше площади входного сечения последующего.

2. Аппарат по п. 1,отличающийся тем, что центральная область каждой последующей вихревой зоны сообщена с участком сужающегося канала с поперечным сечением, меньшим поперечного сечения участка канала, сообщенного с центральной областью предыдущей вихревой зоны.

3. Аппарат по п.2, отличаю щи и с я тем, что активное сопло и камера смешения выполнены в виде обечайки, по меньшей мере частично охватывающей патрубок подвода газосодержащёй жидкости с образова- нием сужающегося канала между внутренней поверхностью обечайки и наружной поверхностью патрубка.

4. Аппарат по п. 1, или 2, или 3, о т л и- ч а ю щ и и с я тем, что на внутренней поверхности патрубка подвода газосодержащей жидкости выполнены пилообразные кольцевые выступы с острыми кромками на вершинах, смещенными к

краю каждого из выступов в сторону пыхода патрубка, при этом вихреобразующие элементы образованы острыми кромками, а конфузорные участки - частями выступов,

расположенных относительно вершин со стороны входа в патрубок.

5. Аппарат по п.4, отличающийся тем, что острая кромка выполнена кольцевой, а поверхность каждого выступа, примыкзюща.я к кромке со стороны выхода патрубка, вогнута в сторону его входа с образованием кольцевой торообразной выемки в теле выступа, примыкающей к острой кромке,

6, Аппарат по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что он снабжен полым центральным телом, размещенным с зазором в патрубке подвода газосодержащей жидкости, с кольцевыми выступами на

наружной поверхности и острыми кромками на вершинах, смещенными к краю каждого из выступов в сторону выхода патрубка и образующими дополнительные вихреобразующие элементы с возможностью формирования вблизи острых кромок дополнительных вихревых зон, при этом внутренняя полость центрального тела сообщена с проточной частью сужающегося канала и с центральными областями дополнительных вихревых зон.

7. Аппарат по п.6, отличающийся тем, что поверхность каждого выступа на центральном теле, примыкающая к острой

кромке со стороны выхода из патрубка подвода газосодержащей жидкости, вогнута в сторону его входа с образованием торообразной выемки в теле выступа, прилегающей к его острой кромке, центральное тело

расположено соосно с патрубком, а вихреобразующие элементы на патрубке и центральном теле размещены напротив друг Друга.

Сущность изобретения: активное сопло и камера смещения образуют единый сужающийся канал. Проточная часть патрубка 2 подвода газосодержащей жидкости выполнена в виде системы последовательных кон- фузорных участков, узел сепарации - в виде элементов, размещенных на выходе с йоз- можностью формирования вихревых зон между участками, газоотводящий тракт - в виде перепускных магистралей, сообщающих центральные области вихревых зон с проточной частью канала. Площадь входного сечений каждого предыдущего конфузор- ного участка меньше площади входного сечения последнего. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.