Устройство для смешивания жидких теплоносителей

 

Изобретение относится к смесителям, может быть использовано в водяных системах отопления, в вентиляции, других теплоэнергетических системах и позволяет повысить надежность за счет улучшения антикавитационных 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 F 04 F 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3712313/23-26 (22) 12.03.84 (46) 15.02.87. Бюл. № 6 (72) А. А. Рабинович (53) 66.063 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 631685, кл. F 04 F 5/02, 1977.

Ионин А. А. и др. Теплоснабжение. М.:

Стройиздат, 1982, с. 212.

Башта Т. М. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы.

М.: Машиностроение, 1970, с. 268.

Мамедов И. С. Определение пропускной способности сопла при истечении воды, частично меняющей агрегатное состояние.—

Водоснабжение и санитарная техника, 1970, № 2, с. 34.

Арзуманов Э. С. Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях. М.: Энергия, 1978, с. 32, фиг. 1-23.

ÄÄSUÄÄ 1290015 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ

ЖИДКИХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к смесителям, может быть использовано в водяных системах отопления, в вентиляции, других теплоэнергетических системах и позволяет повысить надежность за счет улучшения антикавитационных 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 вращение насоса и обеспечивает циркуляцию теплоносителя в замкнутом контуре, содержащем патрубок подвода теплоносителя, полость К 1, патрубок отвода теплоносителя, теплопотребляющую 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.

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

Цель изобретения — повышение надежности за счет улучшения антикавитационных качеств.

2 !

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

ЛРтс = ЛРэ + ЛР.. (1)

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

На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А 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 эжекции; на фиг. 5 — упрощенная схема распределения давлений; на фиг. 6 — упрощенная схема распределения давлений для прототипа.

Зо

Устройство работает следующим образом.

Нагретый теплоноситель поступает через сопло 2 в камеру 3 смешения, эжектирует

45 охлажденный теплоноситель из корпуса 1 и смешивается с ним. Смесь теплоносителей нагнетается через патрубок 7 в теплопотребляющую систему, в которой становится охлажденным теплоносителем и поступает обратно в устройство через патрубок 9. Охлажденный теплоноситель перекачивается насосом 4 в корпус 1. Часть охлажденного теплоносителя в количестве, равном количеству нагретого, поступает через направляющий аппарат турбопривода 5 на рабочее колесо и приводит во вращение насос 4.

Устройство содержит корпус 1, сопло 2, камеру 3 смешения, лопастной насос 4 с турбоприводом 5 и патрубки: для подвода 6 нагретого теплоносителя, отвода смеси 7 теплоносителей, отвода охлажденного 8 теплоносителя, подвода 9 охлажденного теплоносителя. Насос 4 и турбопривод 5 в предпочтительном варианте радиально-осевые (диагональные), снабженные регулируемыми направляющими аппаратами на входе теплоносителя. Насос 4 с турбоприводом 5 установлен между патрубками 8 и 9. Сопло расположено соосно с камерой 5 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, полость корпуса 1, патрубок 7, теплопотребляющая 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) образуется дополнительное давление для циркуляции теплоносителя по замкнутому контуру.

GcM = Gi + Gg = G((1+U), (2) где Gi — расход нагретого теплоносителя;

Gz — расход охлажденного теплоносителя, U = бг/Gi — коэффициент смешения. (5) Чтобы за счет эжекции получить ЛР., требуется разность давлений на входе и выходе сопла

ЛР. = 1.4(l+U) ЛР. (4)

Чтобы за счет работы насоса получить

ЛР., необходима разность давлений на входе и выходе турбопривода

ЛР. = (1+U) ЛР/(qмт1.), (5) где qe, q. — КПД насоса и турбопривода.

Формула (5) получается из условия равенства подводимой и потребляемой мощностей на валу турбопривода (з|ЛР.тр = бсмЛРм/т м (5а)

Разность давлений на входе и выходе устройства

APe = P — Рр = ЛРс + ЛРс (6)

Получение требуемой температуры смеси тс сводится к обеспечению требуемого коэффициента смешения

U = — (т — тсм ) / (ссм — Tg) I (7) где ть тг — температура нагретого и охлажденного теплоносителей.

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

Улучшение антикавитационных качеств устройства заключается в том, что при расположении 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 Р, 1290015 где Р-,. определяется при температуре теплоносителя в турбоприводе тт (т.=т! для прототипа и т =т2 для предлагаемого устройства). г5

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

Существует несколько вариантов представления коэффициента кавитации для местных гидравлических сопротивлений, к которым относится сопло. Для данного случая лучше всего подходит формула ! сОН ээпч нан 35

ac = (Рс — Рнп,с) / (Рс — Рс ), (9) где P", определяется при температуре теплоносителя в сопле тс (тс —— т! для прототипа и предлагаемого устройства) .

Для устройства в целом дон дон, дап о =a. +ac

4о (10) а улучшение антикавитационных качеств

Лс! определяется, как разность a* " предлагаемого устройства и прототипа. Поставим прототип и предлагаемое устройство в оди- 45 наковые условия по температуре и давлению (PI Р2 Р31

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

50 (6! (5) <61 сй)

Рз — Р2 P! — Pз

Подставляя значение температур, получают

*пп Рнп (Г!) — Рнп (с2) Ло — Р Р + з так хак остальными изменениями давления (ЛРн, ЛРэ, ЛРтс) можно пренебречь.

Кавитация в турбоприводе возникает при P = Р-. Турбопривод характеризуется коэффициентом кавитации a., который зависит от его конструкции, причем, чем меньше о., тем лучше антикавитационные качества турбопривода. С другой стороны, каждое устройство, содержащее турбопривод, можно охарактеризовать допустимым коэффидоп циентом кавитации с., причем, чем больше 1О о тем лучше антикавитационные качества устройства, так как в нем может быть npuA0ll менен турбопривод, имеющий a.(а-Например, у осевых турбоприводов а.=0 9; у радиально-осевых о.=0,1. Если устройство характеризуется о. "=0,5, то в нем нельзя применять осевые турбоприводы. При о. =1,0 можно применять любой тип турбопривода.

Допустимый коэффициент кавитации определяется по формуле го

4,Oil XO!! ыач хоп

a. = (P. — P",.) /(P. — Р.), (8) + P. (т!) — Р-(т!) (12)

P! — Рз

Л a = (Р- (т!) — Р- (т2) ) / (Рз — Р2). (13)

Так как т!)т2, то числитель в (13) всегда больше нуля, т. е. при предлагаемом размещении турбопривода улучшаются антикавитационные качества.

Пример. Допустим, что устройство подключено к источнику тепла с теплоносителем — водой: т! — — 150 С (Р .=5 ат); т2= 70 С (P. 0,3 ат).

PI=12,5 ат; Р2=5,1 ат, причем Рз=

=8,8 ат.

Примем т. =95 С, тогда коэффициент смешения по формуле (7) 95 — 70

Разность давлений на сопле ЛРс=Р!— — Р3=12,5- — 8,8=3,7 ат.

Разность давлений на турбоприводе

ЛР. = Рз — Р2=8,8 — 5,1=3,7 ат.

Циркуляционное давление за счет эжекции по формуле (4)

ЛРэ — — — — — — —.,— — — — — — —,,— — 0,26 ат.

ЛРс 37

1,4 (1+U) 1,4 (1+2,2)

Давление, развиваемое насосом, по формуле (5)

ЛР.!1н 1т 3,7. 0,6.0,6

1+U 1+2,2 (Принято т1н — — т!т=0,6).

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

ЛР- = 0,26+0,41 = 0,67 ат (6,7 м вод.ст)

Получено достаточно большое значение

ЛР..

При этом по формуле (13) определяют:

Aa = — — — - = 1,27) О.

A0II 5 — 0,3

8,8 — 5,1

Таким образом, запас антикавитационных свойств остается большим, что позволяет использовать осевые и радиальноосевые 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.

12900! 5

A-А

1290015

Я=Р

Ь и

1) РВ р рюш

2 т йГЭ р / нач,о = Канд „ с сз

Ь

p=p, рр кон

Z С

Составитель И. Ландсберг

Редактор И. Касарда Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов

Заказ 7883/32 Тираж 595 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 апач ион

7 С л

1) II

Ъ.