Вихревой инжектор
Изобретение относится к области струйной техники, а более конкретно к энерготрансформаторам, и может быть использовано в качестве эжекторов, инжекторов и элеваторов, т.е. для нагнетания, откачивания и транспортирования жидкостей и/или газов. Вихревой инжектор содержит патрубки подвода активной и пассивной сред и отвода смешанной среды, сопловые аппараты, которые выполнены в виде диафрагм, на радиусе которых выполнены каналы. Диафрагмы крепятся в конусных гнездах боковых стенок камеры завихрения. Каналы, перекрываясь конусной стенкой, образуют сопловые аппараты с тангенциальным выходом в камеру завихрения, одновременно диафрагма перекрывает центральную часть камеры завихрения, образуя объем для потенциальной ямы. В сопловых аппаратах срабатываются напоры среды, при этом для жидкости сопла выполнены для работы в дозвуковом режиме, а для газа в сверхзвуковом режиме. В камере завихрения смешанная среда, двигаясь в вихревом движении в сторону большего радиуса, удерживает за счет центробежной силы потенциальную яму с радиусом, равным радиусу ввода пассивной среды. На выходе из камеры завихрения установлен направляющий аппарат, в котором вращательное движение преобразуется в поступательное. Технический результат - повышение КПД. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к области струйной техники, а более конкретно к энерготрансформаторам, и может быть использовано в качестве эжекторов, инжекторов и элеваторов, т.е. для нагнетания, откачивания и транспортирования жидкостей и/или газов.
Известен вихревой эжектор, содержащий корпус, патрубки подвода активной и пассивной рабочих сред и отвода смешанной среды, сопловые аппараты, установленные на патрубках подвода рабочих сред, и камеру завихрения, при этом один из сопловых аппаратов имеет винтовую нарезку для закручивания активной рабочей среды (см. SU 1333866, кл. F 04 F 5/42, опубл. 30.08.1987).
Недостатком этого устройства является не достаточно высокий коэффициент инжекции, а следовательно и не высокий КПД (коэффициент полезного действия), который зависит от коэффициента инжекции.
Известен также вихревой инжектор, содержащий корпус, патрубки подвода активной и пассивной сред и отвода смешанной среды, сопловый аппарат, установленный на патрубке подвода активной среды, и камеру завихрения, выполненную кольцевой, на большем радиусе которой установлен направляющий аппарат, при этом патрубки подвода активной и пассивной сред установлены на одной оси по разные стороны от камеры завихрения и в них установлены элементы, закручивающие потоки (см. US 3188976, кл. F 04 F 5/42, опубл. 23.09.1963).
Недостатком этого устройства является то, что потенциальная энергия пассивной среды не используется. Давление рабочей среды срабатывается не полностью, а только разность давлений между рабочей инжектирующей средой и инжектируемой, поэтому линейная скорость смешанной среды в камере смешения равна скорости обыкновенного струйного эжектора. Возникающая небольшая центробежная сила тратится на образование потенциальной ямы в центре вращения, которая в то же мгновение заполняется пассивной средой, работа затрачивается непрерывно. Учитывая вышеизложенное КПД данных устройств не намного превышает КПД струйных эжекторов. Потому что в струйном эжекторе используется закон сохранения количества движения, а в вихревом данной конструкции - закон сохранения момента количества движения, а это один и тот же закон. Приращение энергии за счет действия центробежных сил не происходит. Конструкция установленных завихрителей не предохраняет потенциальную яму от заполнения ее средой, поэтому они не влияют на улучшение КПД инжектора, а являются дополнительным сопротивлением на входе и напоре.
В основу изобретения положена задача повышения КПД вихревого инжектора за счет образования потенциальной ямы в центральной части камеры завихрения с радиусом, равным максимальному радиусу ввода пассивной инжектируемой среды.
Поставленная задача решается тем, что известный вихревой инжектор, содержащий корпус, патрубки подвода активной и пассивной сред и отвода смешанной среды, сопловый аппарат, установленный на патрубке подвода активной среды, и камеру завихрения, выполненную кольцевой, на большем радиусе которой установлен направляющий аппарат, при этом патрубки подвода активной и пассивной сред установлены на одной оси по разные стороны от камеры завихрения и в них установлены элементы, закручивающие потоки, снабжен сопловым аппаратом, установленным на патрубке подвода пассивной среды, центральная часть камеры завихрения ограждена с двух сторон сопловыми аппаратами, выполненными с тангенциальным выходом в камеру завихрения по радиусу огражденной зоны, в которой при работе инжектора образуется потенциальная яма с радиусом, равным радиусу ввода пассивной среды, при этом активная и пассивная среда при движении по касательной к потенциальной яме создает в камере завихрения вихрь, который при движении на выход в сторону большего радиуса частично трансформирует кинетическую энергию в потенциальную.
Кроме этого, направляющий аппарат может быть выполнен лопаточным или в виде спирального отвода.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен вихревой инжектор в разрезе,
на фиг.2 - частичный разрез с указанием направления потоков рабочих сред,
на фиг.3 - разрез а-а фиг.2,
на фиг.4 - разрез б-б фиг.3,
на фиг.5 - показана потенциальная яма и движение среды на выход через спиральный отвод,
на фиг.6 - показано движение смешанной среды на ее выходе из камеры завихрения в зоне расположения лопаточного направляющего аппарата.
Вихревой инжектор (фиг.1, 2) содержит корпус 1, который имеет присоединительные фланцы 2 и 3, стакан 4, размещенный в корпусе 1 и сообщенный с патрубком 5 подвода активной инжектирующей рабочей среды А. В конусном гнезде стакана 2, обращенном к камере завихрения 6, установлен сопловый аппарат 7 для подачи инжектирующей рабочей среды А. В конусном гнезде присоединительного фланца 2 корпуса 1 установлен сопловый аппарат 8 для подачи пассивной инжектируемой среды Б, при этом сопловый аппарат 8 крепится к винту 9 соплового аппарата 7 для совместного их удержания в конусных гнездах. Сопловые аппараты 7 и 8 установлены на одной оси по разные стороны от камеры завихрения 6 и выполнены в виде диафрагм, на радиусе которых выполнены каналы. Диафрагмы крепятся в конусных гнездах боковых стенок камеры завихрения 6. Каналы, перекрываясь конусной стенкой, образуют сопловые аппараты 7 и 8 с тангенциальным выходом в камеру завихрения 6, одновременно диафрагма перекрывает центральную часть камеры завихрения 6 и образует объем для потенциальной ямы. В сопловых аппаратах 7 и 8 срабатываются напоры среды, при этом для жидкости сопла выполнены для работы в дозвуковом режиме, а для газа в сверхзвуковом режиме. На наружной поверхности стакана 4 со стороны, обращенной к камере завихрения 6, может быть установлен лопастной направляющий аппарат 10 с лопатками 11 (фиг.1, 2, 6) или спиральный отвод 12 (фиг.5) для направления потока смешанной среды В на выход.
Работает устройство следующим образом.
Активная инжектирующая рабочая среда А по присоединительному фланцу 3 поступает в стакан 4 и далее через сопловый аппарат 7, срабатывая первоначальный напор, т. е. разницу давлений между активной инжектирующей рабочей средой А и пассивной инжектируемой средой Б, поступает в камеру завихрения 6. При тангенциальном подводе активной инжектирующей рабочей среды А в камеру завихрения 6 в ней возникает момент вращения, при котором возникают центробежные силы, которые прямо пропорциональны квадрату линейной скорости и обратно пропорциональны радиусу вращения, поэтому даже при небольшом моменте вращения в центре образуется разрыв среды (потенциальная яма, зона вакуума) и при увеличении момента вращения радиус потенциальной ямы приблизится к радиусу ввода активной инжектирующей рабочей среды А.
Срабатываемый напор в сопловых аппаратах 7 и 8 увеличивается на разность величин давлений между пассивной инжектируемой Б и потенциальной ямой и достигнет максимального значения. Потенциальная энергия активной инжектирующей рабочей среды А и пассивной инжектируемой среды Б полностью переходит в кинетическую энергию струи смешанной среды В. Линейная скорость смешанной среды В в камере завихрения 6 значительно выше, чем в известных устройствах (аналогах) и является максимально возможной при всех равных условиях, поэтому центробежной силы достаточно для удержания объема потенциальной ямы (см. фиг.4, 5), а избыток силы трансформируется в потенциальную энергию давления на выходе инжектора.
Расчетом лопаточного направляющего аппарата 10 или выбором места расположения (радиуса) спирального отвода 12 определяется радиус потенциальной ямы, давление и выходящая скорость потока смешанной среды В при заданных параметрах сопловых аппаратов 7 и 8.
По закону сохранения момента импульса скорость струи уменьшается с увеличением радиуса вращения, но это не противоречит закону сохранения энергии. Кинетическая энергия струи трансформируется при увеличении радиуса вращения в потенциальную за счет центробежной силы, которая, сжимая струю, увеличивает ее давление и температуру.
Центробежная сила увеличивается с увеличением радиуса вращения за счет увеличения объема вращающейся массы среды, а следовательно, возрастает и потенциальная энергия, а кинетическая уменьшается на величину возрастания потенциальной энергии. Таким образом в работе вихревого инжектора соблюдается закон сохранения кинетической и потенциальной энергии, поскольку сумма кинетической и потенциальной энергии потоков А и Б на входе равна сумме кинетической и потенциальной энергии потока В минус механические потери на трение в сопловых аппаратах 7 и 8 и камере завихрения 6.
При использовании указанного устройства в качестве эжектора рабочей средой является пар, в качестве элеватора - горячая вода, в качестве инжектора - газ.
По сравнению с известными устройствами данное устройство позволяет увеличить КПД за счет конструктивного выполнения сопловых аппаратов и камеры завихрения, позволяющей создать в ее центре устойчивую потенциальную яму, которая позволяет увеличить КПД инжектора за счет действия центробежных сил. Изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку осуществимо с помощью известных материалов, средств производства и технологий.
1. Вихревой инжектор, содержащий корпус, патрубки подвода активной и пассивной сред и отвода смешанной среды, сопловый аппарат, установленный на патрубке подвода активной среды, и камеру завихрения, выполненную кольцевой, на большем радиусе которой установлен направляющий аппарат, при этом патрубки подвода активной и пассивной сред установлены на одной оси по разные стороны от камеры завихрения и в них установлены элементы, закручивающие потоки, отличающийся тем, что он снабжен сопловым аппаратом, установленным на патрубке подвода пассивной среды, центральная часть камеры завихрения ограждена с двух сторон сопловыми аппаратами, выполненными с тангенциальным выходом в камеру завихрения по радиусу огражденной зоны, в которой при работе инжектора образуется потенциальная яма с радиусом, равным радиусу ввода пассивной среды, при этом активная и пассивная среда при движении по касательной к потенциальной яме создает в камере завихрения вихрь, который при движении на выход в сторону большего радиуса частично трансформирует кинетическую энергию в потенциальную.
2. Вихревой инжектор по п.1, отличающийся тем, что направляющий аппарат выполнен лопаточным.
3. Вихревой инжектор по п.1, отличающийся тем, что направляющий аппарат выполнен в виде спирального овода.
