Насадок шестеренко



Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко
Насадок шестеренко

 


Владельцы патента RU 2303491:

Шестеренко Николай Алексеевич (RU)

Предлагаемое изобретение относится к оборудованию вакуумного крекинга природных газов и нефти, к области газоразгонных и газотранспортирующих устройств, а также может быть использовано в качестве диспергатора газожидкостных смесей и газодинамических систем различных компонентов в химических технологиях, устройствах для транспорта жидкостей (газожидкостей) и во многих других отраслях техники, а также в качестве аэрозолеконцентрирующих устройств и в других областях техники, где необходимо разогнать газ, а также в качестве установок, использующих энергию ветра. Технической задачей является снижение энергетики на режиме запуска и рабочем режиме, а также расширение области применения устройства. Для этого в насадке, содержащем герметично соединенные между собой сопла, критическое сечение каждого из которых не меньше критического сечения первого по ходу движения сопла, согласно изобретению не менее чем одно сопло или жестко, или с возможностью осевого перемещения введено коаксиально в последующее по ходу движения газа сопло с образованием полости и выполнено в виде или сверхзвукового сопла, или в виде трубки Вентури, или в виде отверстия, или в виде сужающегося сопла, или в виде цилиндра, или в виде их комбинации, или в виде расширяющегося сопла. Технический эффект заключается в том, что, во-первых, при достаточном перепаде давления, когда можно создать только эффект эжекции на дозвуковой скорости, в полостях создаются условия для постепенного нарастания скорости от дозвуковой до сверхзвуковой скорости и перехода работы устройства на устойчивый сверхзвуковой и гиперзвуковой режим за счет создаваемого вакуума в эжектируемых полостях, а также крекинга, что резко расширяет область применения насадка Шестеренко и снижает энергозатраты, а это делает насадок привлекательным для широкого круга технических задач. Технический эффект также заключается в том, что использование в качестве источника вакуума емкостей, которые предварительно вакуумируются любым способом, а также подсоединение их и вакуумного насоса к вакуумируемым полостям позволяет многократно останавливать и запускать установку, отводить избыточный продукт крекинга и расширяет технологические возможности, что расширяет область применения предлагаемого устройства. Технический эффект заключается также в создании в результате вакуумного крекинга внутри насадка области разрыва или области разрежения (или вакуума) между многоатомарными и малоатомарными газами (условно названным автором "поршневым эффектом Шестеренко"), что в свою очередь обеспечивает устойчивость рабочего режима при большом диапозоне изменения перепада давления вплоть до временного отключения источника принудительного прокачивания газа. 4 з.п. ф-лы, 21 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию вакуумного крекинга природных газов и нефти.

Предлагаемое изобретение относится к области газоразгонных и газотранспортирующих устройств, а также может быть использовано в качестве диспергатора газожидкостных смесей и газодинамических систем различных компонентов в химических технологиях, устройствах для транспорта жидкостей (газожидкостей) и во многих других отраслях техники, а также может быть использовано в качестве аэрозолеконцентрирующих устройств и в других областях техники, где необходимо разогнать газ, а также в качестве установок, использующих энергию ветра.

Прототип

Известен способ концентрирования частиц аэрозоля в центральной части разгоняемого газового потока, когда газ принудительно прокачивают через полость, выполненную в виде сверхзвукового эжектора.

Известно устройство, содержащее сверхзвуковые сопла, герметично соединенные между собой, причем каждое последующее сверхзвуковое сопло имеет критическое сечение не меньше, чем первое сопло по ходу газа.

(Авторское свидетельство СССР №1426642 под названием "Аэрозолеконцентрирующий насадок" автор Н.А.Шестеренко).

Недостатком прототипа является то, что устройство и способ работают в режиме расхода подводимой энергии, а кинетическая энергия, получаемая в результате вакуумирования полостей в эжекторном режиме, расходуется на концентрирование частиц аэрозоля в центральную часть потока внутри устройства. Поэтому эффект использования и извлечения энергии из вакуума проявляется внутри устройства и не используется за пределами устройства и при переводе этой энергии в другие виды энергии.

Аналог 1

Известен способ концентрирования частиц аэрозоля в центральной части разгоняемого газового потока, когда газ принудительно прокачивают через полость, выполненную в виде сверхзвукового эжектора.

Известно устройство, содержащее сопла, герметично соединенные между собой, причем каждое последующее сопло имеет критическое сечение не меньше, чем предыдущее сопло.

(Авторское свидетельство СССР №1242248 под названием "Аэрозолеконцентрирующий насадок Шестеренко", автор Н.А.Шестеренко).

Недостаток аналога 1 тот же самый, что и у прототипа, причем у аналога 1 на фиг.1 изображен вариант когда из резервуара по магистрали источника вакуумирования отводят только часть прогоняемого воздуха, а другая часть воздуха идет в сопло с меньшим критическим сечением, чем у эжектора, причем последнее сопло имеет источник вакуумирования.

Аналог 2

Известен способ концентрирования частиц аэрозоля в центральной части разгоняемого газового потока, когда газ принудительно прокачивают через полости, выполненные в виде сверхзвуковых эжекторов, установленных между собой соосно с зазорами и уменьшающихся в размере по ходу движения потока аэрозоля.

Известно устройство, содержащее сверхзвуковые сопла, герметично соединенные между собой. Эти устройства не менее одного установлены друг за другом с прогрессивным уменьшением с зазором между собой.

(Авторское свидетельство СССР №1388097 под названием "Аэрозольный концентратор" автор Н.А.Шестеренко).

Недостатком аналога 2 является то же самое, что и для прототипа, причем прогрессивное уменьшение размера устройств использовано для повышения концентрации аэрозоля.

Технической задачей является снижение энергетики на режиме запуска и рабочем режиме, а также расширение области применения устройства.

Техническая задача выполняется следующим образом.

1. Насадок, содержащий сверхзвуковые сопла, герметично соединенные между собой, причем критическое сечение каждого сверхзвукового сопла не меньше критического сечения первого по ходу движения газа сверхзвукового сопла, отличается тем, что не менее чем одно сопло или жестко или с возможностью осевого перемещения введено коаксиально в последующее по ходу движения газа сопло с образованием полости и выполнено в виде или сверхзвукового сопла, или в виде трубки Вентури, или в виде отверстия, или в виде сужающегося сопла, или в виде цилиндра, или в виде их комбинации, или в виде расширяющего сопла, при этом каждая полость (полости), или является автономно-герметичной или не менее чем одна полость сообщена через устройство перекрытия или с окружающей средой, или с источником разрежения, или с труборессивером (емкостями), который сообщен через устройство перекрытия или с источником принудительного прокачивания газа (разрежения), или с окружающей средой, или с тем и другим.

2. Насадок по пункту 1, отличается тем, что или входное или выходное или входное и выходное сечение (сечения) насадка установлено (установлены) в резервуаре (резервуарах), который сообщен через устройство перекрытия с источником принудительного прокачивания газа, а резервуар снабжен или отверстием или сужающимся соплом или сверхзвуковым соплом или патрубком, который в свою очередь снабжен устройством перекрытия и имеет критическое сечение не меньше первого по ходу газа сопла насадка, причем устройство перекрытия сообщено либо с окружающей средой, либо с газопроводом закольцовывания газовых потоков установки, или через источник принудительного прокачивания газа, или напрямую, или при их совместной комбинации.

3. Насадок по пункту 2, отличается тем, что магистраль, соединяющая резервуар с источником принудительного прокачивания (разрежения) газа, снабжена не менее чем одним дополнительным насадком, причем каждый последующий по ходу газа дополнительный насадок меньше предыдущего, а первое по ходу газа сопло каждого последующего насадка сообщено с магистралью каждого предыдущего насадка.

4. Насадок по одному из пунктов 1, 2 и 3 отличается тем, что в первом по ходу движения газа сопле негерметично и коаксиально или жестко, или с возможностью осевого передвижения установлено или дозвуковое, или сверхзвуковое возбуждающее сопло, сообщенное с источником повышенного давления, или не менее чем однократно возбуждающее сопло выполнено в виде насадка по пунктам или 1, или 2, или 3, но меньшего размера по сравнению с каждым последующим по ходу движения газа насадком.

5. Насадок по одному из пунктов 1, 2 и 3, отличается тем, что не менее чем одно сопло выполнено с возможностью изменения или критического сечения сопла, или угла наклона образующих сопла по отношению к направлению движения потока газа или их сочетания.

6. Насадок по пункту 4, отличается тем, что не менее чем одно сопло выполнено с возможностью изменения или критического сечения сопла, или угла наклона образующих сопла по отношению к направлению движения потока газа или их сочетания.

Супернасадок Шестеренко изображен на фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 и 21.

Устройство, изображенное на фиг.1, состоит из сужающегося сопла 1 с критическим сечением 2, сверхзвукового сопла Лаваля 3 с критическим сечением 4, сверхзвукового сопла Лаваля 5 с критическим сечением 6. Сопло 1 и сопло Лаваля 3 между собою соединены герметичными соединениями при помощи болтов 7 с гайками 8, а сопла Лаваля 3 и 5 соединены герметичным соединением при помощи болтов 9 с гайками 10. Герметизация соединений обеспечивается за счет сжатия болтами 7 и 9 резиновых прокладок 11 и 12.

Между сужающимся соплом 1 и сверхзвуковым соплом Лаваля 3 имеется полость 13. Сужающееся сопло 1 имеет входное сечение 14, а сверхзвуковое сопло Лаваля 5 имеет выходное сечение 15.

На фиг.2 изображено устройство, в котором на сужающемся сопле 1 при помощи болтов 16, гаек 17 и резиновой прокладки 18 установлено сужающееся сопло 19, которое имеет критическое сечение 20 и входное сечение 21. Между сужающимися соплами 1 и 19 имеется полость 22.

На фиг.3 изображен вариант, когда на сужающемся сопле 1 установлена обечайка 23, на которой в свою очередь установлены сужающиеся сопла 19, 24, 25, 26, которые имеют соответственно критические сечения 20, 27, 28 и 29.

Сужающееся сопло 26 имеет входное сечение 30. Между соплами имеются полости, соответственно 22, 31, 32 и 33. Герметизация в конструкции осуществлена сваркой как в данном варианте, так и там, где способ герметизации не оговаривается специально.

На фиг.4 изображен вариант, когда на сверхзвуковом сопле Лаваля 3 установлен цилиндр 34 с критическим сечением 35. А в цилиндре 34 установлена герметично (при помощи сварки) трубка Вентури 36, которая имеет критическое сечение 37, входное сечение 38 и выходное сечение 39. Герметизация между сверхзвуковым соплом Лаваля 3 и цилиндром 34 осуществлена при помощи плоскости 40, болтов и гаек (на фиг. не показаны) и резиновой прокладки 41. Между сверхзвуковым соплом Лаваля 3 и цилиндром 34 имеется полость 42. Между цилиндром 34 и трубкой Вентури 36 имеется полость 43.

На фиг.1, 2 и 4 между соплами Лаваля 3 и 5 имеется сечение 44 максимального расширения газа в сопле Лаваля 3.

На фиг.5 показан вариант, когда на сужающемся сопле 1 герметично установлено сопло (плоскость) 45 с критическим сечением 46 в виде отверстия. Между соплом (плоскостью) 45 и сужающимся соплом 1 имеется полость 47.

На фиг.6 изображен вариант, когда на сужающемся сопле 1 установлены сужающиеся сопла 19, 24, 25 и 45.

На фиг.7 показан еще один вариант установки на сужающемся сопле 1 критического сечения 46 (отверстия). Между ними имеется полость 47. На фиг.8 показан вариант, когда на цилиндре 34 установлен цилиндр 48, а на нем установлен цилиндр 49. Цилиндр 49 имеет критическое сечение по всей своей длине 50. Цилиндр 48 имеет критическое сечение 51. Между цилиндрами 34, 48 и 49 имеются полости соответственно 52 и 53. Герметизация осуществляется при помощи болтов (на фиг. не показано) и резиновых прокладок 54 и 55.

На фиг.8 также показан вариант, когда между сверхзвуковыми соплами Лаваля 3 и 5 установлены расширяющиеся сопла 56, 57 и 58, которые образуют между собой полости 59, 60, 61 и 62. Расширяющиеся сопла 56, 57 и 58 имеют соответственно выходные сечения 63, 64 и 65.

На фиг.9 изображен вариант, когда на сверхзвуковом сопле Лаваля 3 при помощи направляющих 66 и 67, плоскостей 68 и 69, а также гибкого элемента 70, который герметизирует при помощи болтов 71, 72, гаек 73, 74, резиновых прокладок 75 и 76, установлено сужающееся сопло 77, которое имеет критическое сечение 78, снабженное цилиндром 79 с критическим сечением 80. Сужающееся сопло 77 имеет входное сечение 81. Между сужающимся соплом 77 и сверхзвуковым соплом Лаваля 3 имеется полость 82. Расстояние между критическими сечениями 80 и 4 изменяется при помощи регулировочного болта 83, гайки 84 и распирающей пружины 85, которые установлены на плоскостях 68 и 69.

На фиг.10 показан вариант, когда на плоскости 68 установлено вместо сужающегося сопла 77 сверхзвуковое сопло Лаваля 86 с критическим сечением 87 и входным сечением 88. На фиг.10 также показано как сверхзвуковое сопло Лаваля 5 установлено на резервуаре 89, который имеет магистраль 90, соединяющую его с источником принудительного вакуумирования 91 с перекрывающим устройством 92. Резервуар 89 снабжен соплом Лаваля 93 с критическим сечением 94 и выходным сечением 95, которое снабжено устройством перекрытия, состоящим из крышки (створок) 96 и тяги 97 с механизмом закрытия и открытия (на фиг. не показано). Источник принудительного вакуумирования 91 имеет электродвигатель 98. На фиг.10 между сверхзвуковыми соплами Лаваля 3 и 86 имеется полость 99. В резервуаре 89 имеется полость резервуара 100. Вместо сопла Лаваля 93 может быть отверстие или сужающееся сопло (на фиг. не показано) с критическим сечением 94, которое больше критического сечения 87.

На фиг.11 изображен вариант, когда на сопле 1 жестко при помощи кронштейна 101 установлено рассматриваемое нами устройство, но меньшего размера и с обозначением всех элементов значком "а".

На сужающемся сопле 1а коаксиально установлено с возможностью осевого передвижения возбуждающее сопловое устройство, состоящее из сверхзвукового сопла Лаваля 102 и газопровода 103, сообщенного с источником повышенного давления (на фиг. не показан).

Осевое перемещение осуществляется при помощи регулировочного болта 104, гайки 105, распорной пружины 106, которые установлены на плоскостях 107 и 108, на которых установлены направляющие 109 и 110. При помощи кронштейна 111 на направляющей 110 установлен газопровод 103.

На фиг.12 изображен вариант, когда магистраль 90 снабжена дополнительным рассматриваемым нами на фиг.10 устройством, но устройством с обозначениями "б" и меньшего размера.

На фиг.13 изображен вариант, когда полость 13 сообщена с источником принудительного прокачивания (вакуумным насосом) 91, трубомагистралью 112, имеющей устройство перекрытия 113.

На фиг.14 изображен вариант, когда на сопло Лаваля 5 герметично установлено сопло Лаваля 114, у которого есть критическое сечение 115 и выходное сечение 116. На фиг.14 сопло Лаваля 3 имеет входное сечение 117. Участок "А" сопла Лаваля 3 соответствует расчетному режиму компрессора при разгоне потока газа в момент запуска. Участок "Б" сопла Лаваля 3 соответствует прирощению энергии за счет увеличения разгона в вакуумируемой части сопла Лаваля 3. Участок "В" соответствует торможению потока газа перед критическим сечением 6. Участок "Г" соответствует участку вторичного разгона до сверхзвуковых скоростей в сопле Лаваля 5. Участок "Д" соответствует прирощению энергии за счет разгона потока газа до гиперзвуковых скоростей в вакуумируемом сопле Лаваля 5. Участок "Е" соответствует торможению гиперзвукового потока перед критическим сечением 115. Участок "ж" соответствует участку вторичного разгона потока газа до гиперзвуковой скорости.

На фиг.15 изображен турбореактивный двигатель, который состоит из входного устройства 118, компрессора 119, генератора вакуумной энергии, состоящего из сопла Лаваля 86, полости 99 и сопла Лаваля 3. Турбореактивный двигатель также состоит из турбины 120 и реактивного сопла 121.

На фиг.16 изображен вариант, когда закольцовывающий газопровод 122 сообщает все входные и выходные газоводные пути устройства, обеспечивая замкнутый технологический контур, в котором может быть установлена газовая турбина 123 с генератором электроэнергии 124. Колесо 125 турбины 123 снабжено лопатками 126. Вместо генератора электроэнергии 124 может быть установлен любой привод, обеспечивающий движение различных механизмов (на фиг. не показаны). На фиг.16 также изображен электропровод 127, идущий от электрогенератора 124 к потребителю. Стрелками 128 и 1286 изображен ход механизма открытия и закрытия крышек 96 и 966.

На фиг.17 изображен вариант, когда дозвуковые сопла (сужающиеся) 1, 19, 24, 25 и 45 установлены (друг на друге) герметично при помощи гибких элементов 129, плоскостей 130, 131, 132, 133, 134 и направляющих 135, 136, 137, 138 и 139. Регулировка расстояния между критическими сечениями осуществляется при помощи болтов 140, пружин 141 и гаек 142.

На фиг.18 изображен вариант, когда лопатки 126 заменены рассматриваемыми нами устройствами, состоящими из сопел Лаваля 86 и 3, которые имеют полость 99. Они установлены на колесе 125 таким образом, чтобы реактивная струя вращала колесо 125 в одну сторону по стрелке 143. Турбина 123 соединена с ротором 144 электрогенератора 124 или приводом другого устройства.

На фиг.19 изображен вариант, когда магистраль 90 снабжена не менее чем одним дополнительным перекрывающим устройством 145, которое (или которые) сообщено (сообщены) с ресивером-емкостью (или емкостями) 146. На фиг.19 также показано как на сопле Лаваля 86 установлен раструб (резервуар) 147 с ответвлениями 148 и 149, которые снабжены в свою очередь устройствами перекрытия 150 и 151. Ответвление 148 через устройство перекрытия 150 сообщено с источником принудительного прокачивания газа (компрессором) 152, имеющим электромотор 153. Устройства перекрытия 150 и 151 имеют критическое сечение больше критического сечения 87.

На фиг.19 также показан вариант, когда источник принудительного прокачивания (вакуумный насос) 91 через трубопровод 154 и устройство перекрытия 155 сообщен с ресивером-емкостью 146. При этом ресивер-емкость 146 через трубопровод 156 и устройство перекрытия 157 сообщена с окружающей средой.

На всех фигурах уже известные элементы, когда их используют в других компоновках и сочетаниях с другими известными элементами, по тексту вторично не оговариваются.

На фиг.20 изображен вариант, когда щелевое (плоское) сопло Лаваля 158 снабжено патрубком 159, который сообщен с источником принудительного прокачивания газа и в котором установлен электродвигатель 160, приводящий в движение червячную пару 161, которая в свою очередь перемещает в вертикальном направлении конус 162. Увеличение площади критического сечения можно осуществить раздвижением образующих сопла Лаваля 158 (на фиг. не показано).

На фиг.20 также изображен вариант, когда на щелевом или кольцевом сопле Лаваля 158 герметично при помощи стенок 163, 164, 165 и гибких элементов 166 установлено щелевое сужающееся сопло, выполненное из жалюзи 167, которые имеют шарниры 168, 169, а также червячные передачи 170, 170а, снабженные электродвигателями 171 и 171а. На стенке 165 установлено при помощи стенок 172, 173, 174 и гибких элементов 175 сужающееся сопло, выполненное из жалюзи 176, которые имеют шарниры 177, 178, а также червячные передачи 179, 179а, снабженные электродвигателями 180 и 180а. На стенке 174 установлены стенки 181, 182 и 183 с гибкими элементами 184, которые обеспечивают герметичную установку щелевого расширяющего сопла, выполненного в виде жалюзи 185, которые снабжены червячными передачи 186, 186а и электродвигателями 187 и 187а. Все электродвигатели установлены жестко на стенках. Количество червячных передач, электродвигателей и шарниров может быть увеличено. В герметизации участвуют эластичные прокладки 188. Жалюзи 185 имеют также шарниры 189 и 190. Все червячные передачи с жалюзи соединены через шарниры.

На фиг.20 в кольцевом варианте стенками 163, 164, 165, 172, 173, 174, 181, 182, 183 и жалюзи 167,176 и 185 образованы герметичные полости 191, 192 и 193.

Сопло Лаваля 158 имеет критическое сечение 194.

Сужающиеся сопла, выполненные из жалюзи 167 и 176, имеют критические сечения 195 и 196 соответственно.

Если мы имеет дело с вариантом щелевых сопел, то жалюзи 167, 176 и 185 имеют также гибкие элементы, соединяющие их по всей длине с торцевыми стенками (которые на фиг. не показаны). В этом случае все стенки герметизируются с торцевыми стенками и сопло Лаваля 158 тоже имеет торцевую стенку (не показано). В этом варианте торцевые стенки участвуют в образовании полостей 191, 192 и 193. Если мы имеем вариант кольцевых сопел, тогда для этого торцевые стенки не нужны. Между соплом Лаваля 158 и жалюзи 167 имеется зазор (на фиг.20 не обозначен), соединяющий газовый тракт с полостью 191. Между жалюзи 167 и 176 имеется зазор (на фиг.20 не обозначен), соединяющий газовый тракт с полостью 192. Между жалюзи 176 и 185 имеется зазор (на фиг.20 не обозначено), соединяющий газовый тракт с полостью 193. Герметизация всех гибких элементов осуществляется при помощи резиновых прокладок и болтов (не показано).

Одновременно следует отметить, что вариант, изображенный на фиг.20, может быть выполнен и в виде кольцевого варианта с вставленными центральными телами, изменяющими критическое сечение как это делается в газотурбинных двигателях.

На фиг.20 все электродвигатели связаны с пультом управления (на фиг. не показано).

На фиг.21 первая пара по ходу движения газа сопел и полость между ними выполнены в виде фазового разделителя Шестеренко по авторскому свидетельству СССР №845065 и №920468. При этом варианте первое по ходу движения газа сопло 197 выполнено криволинейным перед критическим сечением 198, а полость выполнена в виде бункера 199 для накопления частиц аэрозоля, от которого очищают газ. На фиг.21 также показан вариант, когда одно из пары сопел в качестве предыдущего по ходу движения газа сопла выполнено в виде сверхзвукового сопла Шестеренко 200 по авторскому свидетельству СССР №899151, когда сверхзвуковой козырек 201, в свою очередь, выполнен в виде поверхности Прантля-Майера. На этой фигуре идущая после козырька 201 полость выполнена в виде накопительного бункера 202, за которым установлены кольцевые сопла Лаваля 203 и 204. Стрелками 205 и 206 показано направление вылета частиц аэрозоля соответственно в накопительных бункерах 199 и 202.

Супернасадок Шестеренко работает следующим образом.

За счет перепада давления (фиг.1) поток газа поступает в устройство, проходя сначала сопло 1, а затем последовательно сопла Лаваля 3 и 5.

Критическое сечение 2 является наименьшим в устройстве и скорость потока газа в этом сечении на режиме запуска наибольшая.

Когда перепад давления достаточен, чтобы на участке между критическими сечениями 2 и 4 разогнанная струя воздуха работала как эжектор, в полости 13 создается сначала небольшое разрежение. Следует отметить, что расстояние между критическими сечениями 2 и 4, а также зазор между стенками сопла 1 и сопла Лаваля 3 подбираются такими, чтобы эффект эжекции был наилучшим.

В результате чего разрежение в полости 13 создает больший перепад давления в сопле 1, чем он существует на входе и выходе устройства (в сечениях 14 и 15). Следовательно, скорость истечения из критического сечения 2 увеличивается вместе с увеличением расхода газа. Так как критические сечения 4 и 6 не меньше (а лучше чуть больше), критического сечения 2, то запирания струи газа в устройстве не происходит, а разогнанная струя газа в критическом сечении 2 по инерции выходит из критического сечения 6. Увеличение скорости истечения потока в критическом сечении 2 ведет к усилению вакуумирования полости 13. Взаимное увеличение вакуумирования полости 13 и скорости в критическом сечении 2 продолжается до тех пор, пока в критическом сечении 2 не возникнет скорость, равная звуку, после чего увеличение расхода газа как и увеличение скорости через критическое сечение 2 прекратится, а увеличение вакуумирования полости 13 приведет к перерасширению струи газа за критическим сечением 2. В результате возникнет сверхзвуковый поток в виде перерасширенной бочки за критическим сечением 2. Профиль сверхзвукового сопла Лаваля 3 перед критическим сечением 4 обеспечивает угол скачков уплотнения по отношению к набегающему сверхзвуковому потоку, не превышающий 60°, что исключает переход сверхзвуковой скорости в дозвуковую в сопле Лаваля 3. До возникновения сверхзвукового потока во внутреннем пространстве сопел Лаваля 3 и 5 между критическими сечениями 4 и 6 происходит торможение, а затем разгон дозвукового потока.

Сверхзвуковое сопло 5 профилировано аналогично сверхзвуковому соплу 3, когда косые скачки уплотнения по отношению к набегающему сверхзвуковому потоку не превышают 60°, что исключает переход сверхзвуковой скорости в дозвуковую в сопле Лаваля 5. Как только между критическими сечениями 2 и 4 возникнет сверхзвуковой поток, в пространстве между критическими сечениями 4 и 6 начнет двигаться сверхзвуковой поток, который в свою очередь за счет эжекции практически мгновенно создает в этом пространстве вакуум, обеспечивая тем самым наибольшее расширение потока в сверхзвуковом сопле Лаваля 3 и разгоняя в нем поток до гиперзвуковой скорости. Следует при этом заметить, что критическое сечение 4 может быть меньше, равным или больше критического сечения 6.

Если устройство используется в качестве аэрозолеконцентрирующего устройства, то подбор соотношений этих сечений зависит от имеющегося первоначального перепада давления в устройстве, степени запыленности потока аэрозоля, физических свойств газа и размера частиц аэрозоля, которые необходимо сконцентрировать в центре разгоняемого потока.

Внутри устройства частички аэрозоля концентрируются около оси потока за счет инерционных сил, а также возникающие скачки уплотнения перед критическими сечениями 4 и 6 в соплах Лаваля 3 и 5 значительно усиливают эффект очищения периферийной части потока воздуха. Отсекателем за счет дополнительного вакуумирования (на фиг. не показано) центральный поток отводится для дальнейшей обработки или на фильтр, или в другое место. Остальная часть воздуха, очищенная от частичек аэрозоля, выходит наружу.

Следует отметить, что сверхзвуковая часть сопла Лаваля 5, которая идет после критического сечения 6 по ходу газа, может быть выполнена в зависимости от технических задач, либо расширяющейся, как у сверхзвукового сопла Лаваля, либо в виде выпуклой поверхности, как у сверхзвукового сопла Шестеренко по авторскому свидетельству СССР №899151, либо полностью отсутствовать и заканчиваться критическим сечением 4, либо быть в виде одностороннего вогнутого козырька (на фиг.1 не показано).

Если устройство используется в качестве генератора энергии из вакуума, то вместо отсекателя на пути потока газа находится лопатка рабочего колеса или турбины электрогенератора или привода или используется поток газа для получения реактивной силы.

Возможен вариант, когда сопло 1 выполнено в виде огромного конуса с критическим сечением 2. Этот конус установлен напротив потока ветра, где существует роза ветров (например, в ущелье между горами). Если способ и устройство выполняют роль газового прямоточного двигателя, то устройство устанавливается на объект (самолет, ракету), которые двигаются с большой скоростью, которая обеспечивает устройству необходимый первоначальный перепад давления в сопле 1.

Необходимо обратить особое внимание на то, что когда происходит увеличение скорости и расхода газа в сечении 2 за счет вакуумирования полости 13, наступает момент начала работы вакуума с нарастающей степенью и уже источник принудительного прокачивания газа не играет абсолютно никакой роли. То количество газа, которое может проходить через критическое сечение 2 со скоростью звука и дальнейшее его ускорение до гиперзвуковой скорости в сечении 44 требуют многократно большего источника энергии, чем это было в начале запуска устройства, что обеспечивает вакуум, полученный за счет эжекции в устройстве при крекинге газа.

Следует отметить, что изображенные на фиг.2 и 3 устройства за счет вакуумирования полостей 13, 22, 31, 32 и 33 создают наиболее устойчивый режим при увеличении скорости на дозвуковом эжекторном режиме.

На фиг.4, 5, 6, 7 и 8 показаны возможные варианты конструкции, когда через самовакуумирование полостей в эжекторном режиме можно обеспечить выход на звуковой и сверхзвуковой режимы.

На фиг.3, 5, 6 и 7 сверхзвуковые части устройства для упрощения этих фигур не показаны.

Вариант, изображенный на фиг.8 за счет вакуумирования полостей 59, 60, 61 и 62 обеспечивает наилучшее расширение потока на сверхзвуковом режиме.

На фиг.9 изменение расстояния между критическими сечениями 80 и 4 дает возможность максимально их приблизить, обеспечивая при минимальном перепаде давления эффект эжекции в этом пространстве, а после увеличения скорости и расхода дает возможность, увеличив это расстояние, получить наилучший эффект эжекции уже при больших скоростях.

Когда первое сопло имеет внизу расширяющуюся часть (это трубка Вентури, сопло Лаваля; или просто цилиндр с расширением внизу), то эта часть должна иметь небольшое расширение или небольшую длину, чтобы затормозившаяся в ней струя все же создала эффект эжекции. И еще одна особенность заключается в том, что первое и второе сопло по ходу движения газа должны составлять обязательно эжекторную пару.

На фиг.10 изображен случай, когда при запуске устройства крышки 96 должны быть закрыты, перекрывающее устройство 92 открыто, электродвигатель 98 включен и источник принудительного вакуумирования 91 через магистраль 90, полость резервуара 100, критические сечения 6, 4 и 87 начинает засасывать в входное сечение 88 окружающий воздух. Так как критическое сечение 87 наименьшее, то в нем возникает наибольшая скорость, которая за счет эжекции образует разрежение в полости 99. Резервуар 100, сопло или патрубок 93 и перекрывающее устройство 97 с крышкой 96 в этот момент играют ту же роль, что и накопительный резервуар 202 на фиг.21. Следует отметить, что конструктивные элементы могут произвольно сочетаться и их изображение на фигурах не является незыблемой истиной - это только варианты, которые для простоты изображения не включают в себя все элементы, изображенные на других фигурах, но они при технологической необходимости могут там и быть. В варианте, изображенном на фиг.11, через газопровод 103 подается сжатый газ в сверхзвуковое сопло Лаваля 102. За счет размещения установки последнего близко к критическому сечению 2а создается эжекция газа из окружающей среды (или из вне). Газ из вне, смешавшись с сверхзвуковым потоком газа, поступает через критическое сечение 2а и 4а дальше сквозь устройство. Постепенно в полости 13а возникает разрежение, которое со временем начинает ускорять поток, проходящий через критическое сечение 2а, а дальше переводит его на скорость звука, а затем разгоняет смешанный газовый поток до сверхзвуковой скорости.

В выходном сечении 15а устанавливается гиперзвуковая скорость потока смешанных газов.

Аналогичное происходит в сужающемся сопле 1 и на выходе из сопла Лаваля 5.

Установка запущена.

Таких каскадов можно сделать несколько и тогда для запуска устройства может быть использован достаточно малорасходный источник высокого давления.

В варианте, изображенном на фиг.12, в момент запуска крышки 96 и 96б должны быть закрыты, перекрывающие устройства 92 и 92б открыты. Критические сечения 87 и 4, а также 87б и 4б находятся (соответственно) друг от друга на минимальном расстоянии. Включается источник принудительного прокачивания (разрежения) 91 и на входном сечении 88 компрессор (на фиг. не показано). Воздух проходит через входное сечение 88 через все устройство в магистраль 90, затем через критическое сечение 87б, где скорость максимальная. Полость 99б вакуумируется. Между критическими сечениями 87б и 4б создается сверхзвуковой поток, который вакуумирует полость между критическими сечениями 4б и 6б. Возникает устойчивый сверхзвуковой режим.

Затем открывается (или приоткрывается) крышка 96б. Расстояние между критическими сечениями 87б и 4б увеличивается, выводя на оптимальный режим эжектирования при сверхзвуковых скоростях.

Между критическими сечениями 87 и 4 за счет эффекта эжектирования и вакуумирования полости 99 возникает сверхзвуковой поток, который вакуумирует полость между критическими сечениями 4 и 6. Затем открывается (или приоткрывается) крышка (створка) 96. Этот вариант может быть применен при подготовке газа к транспортировке по газопроводу (о чем будет подробно рассмотрено ниже).

На фиг.13 изображен вариант, когда перекрывающие устройства 113 и 92 в момент запуска открыты. Когда установится сверхзвуковой поток между критическими сечениями 2 и 4, а также 4 и 6, перекрывается устройство 113. Затем открывается (или приоткрывается) крышка 96. Этот вариант аналогичен варианту фиг.12.

На фиг.14 за счет принудительного перепада давления (источник перепада давления на фиг. не показан) создается сверхзвуковой поток в сопле Лаваля 3, идущий со стороны входного сечения 117 в сторону выходного сечения 116. Сверхзвуковым потоком сначала вакуумируется полость между критическими сечениями 4 и 6, а затем полость между критическими сечениями 6 и 115.

За счет смещения по отношению к критическому сечению 4 всех элементарных возмущений в результате крекинга в сторону выходного сечения 116 газ будет постоянно засасываться во входное сечение 117. Объем полости и расстояния между критическими сечениями 4 и 6 меньше объема полости и расстояния между критическими сечениями 6 и 115. Это позволяет гарантированно создавать в первой по ходу движения газа полости минимальный, но достаточный режим приращения объема регулируемого крекинга за счет эжерторного вакуума без срыва и вмешательства в процесс возмущений со стороны выходного сечения 116. Во второй же полости по ходу движения газа реализуется максимальное прирощение объема крекинга также за счет эжекторного вакуума, а в выходном сечении 15 (оно же и максимальное) скорость потока газа достигает своего максимального значения, т.е. гиперзвуковой скорости. Критическое сечение 115 является звуковым барьером для возмущений извне. На фиг.14 прирощение энергии на участке "Б" меньше, чем на участке "Д", но это не обязательно. Можно ограничиться только соплами Лаваля 3 и 5, тогда прирощения энергии на участках "Б" и "Г" объединяются.

В варианте, изображенном на фиг.15, в турбореактивном двигателе на быстро летящем самолете встречная струя воздуха имеет относительно двигателя быструю скорость. Перед поступлением во входное устройство 118 воздух затормаживается, его скорость относительно двигателя уменьшается. Одновременно по мере торможения потока давление в нем увеличивается, при этом чем больше скорость полета, тем больше будет давление воздуха, поступающего в компрессор 119. В компрессоре 119 (турбокомпрессоре) происходит дальнейшее сжатие воздуха. Из компрессора 119 сжатый воздух поступает в генератор вакуумной энергии(или крекинговой энергии), который состоит из сопла Лаваля 86, полости 99 и сопла Лаваля 3. В сопле Лаваля 86 поток разгоняется до сверхзвуковой скорости. Этот поток вакуумирует полость 99 и пространство между критическими сечениями сопел Лаваля 86 и 3. В этом пространстве поток разгоняется до гиперзвуковой скорости и затем заторможенный до сверхзвуковых скоростей поступает на турбину 120, а дальше выходит через реактивное сопло 121. В компрессоре 119 создается достаточное давление, чтобы создать сверхзвуковую скорость, но гиперзвуковая скорость достигается за счет геометрии и, условно говоря, прирощения крекингового объема газа (или, образно говоря, вакуумной энергии).

Таким образом, без подачи топлива на одном вакууме можно бесконечно долго летать (до износа трущихся деталей), хотя этот вариант требует экспериментального подтверждения, но вполне имеет право на жизнь. Если энергию струи газа использовать полностью в турбине, то можно получить электроэнергию или получить другую полезную механическую работу. Когда устройство применяют в качестве устройства для нагрева газа, то количество сверхзвуковых сопел (фиг.14) устанавливается таким, чтобы кинетическая энергия на скачках уплотнения при торможении обеспечивала необходимый нагрев газа. Все перечисленные выше варианты при необходимости могут быть заключены в единый газовый герметичный контур, в котором способ и устройство будут выполнять тот или другой технологический заказы. (Например, заполнение этого герметичного контура газом устраняющую взрывоопасность при получении электроэнергии, если в этом контуре будет заключен и электрогенератор. При увеличении эжектирующих пар сопел Лаваля можно осуществить плавку металла, обжиг керамики и т.д., не загрязняя атмосферу вредными аэрозолями и газами) - такой вариант тоже имеет право на жизнь. Предлагаемое устройство по всем вариантам может быть выполнено щелевым или кольцевым.

Как показано на фиг.16, устройство заключено в закольцовывающий газопровод 122. Он может быть заполнен инертным газом или закольцовывать вредные газы.

Запуск устройства по этому варианту аналогичен тому, что мы рассматривали на фиг.12.

Следует отметить, что в герметичном контуре давление газа можно поддерживать значительно большее (на фиг.16 компрессор не показан), чем атмосферное, чем улучшается эффект эжекторного вакуумирования в первой паре сопел. Электрогенератор 124 по проводу 127 подает электроэнергию потребителю, часть которой может поступать в аккумулятор и через него возвращаться на источник принудительной перекачки газа (компрессор или вакуумный насос), которые включаются при повторных запусках устройства или для поддержания транспортирующего перепада давления в замкнутом контуре 127.

Как показано на фиг.17 между несколькими критическими сечениями можно установить минимальное расстояние, обеспечивая на режиме запуска оптимальные условия для создания эффекта эжекции при минимальном перепаде давления сразу в нескольких полостях, а затем, увеличивая эти расстояния, выйти на оптимальный эффект эжекции при больших скоростях и расходах, возникших в результате эжекторного самовакуумирования и разгона газа до сверхзвуковых скоростей.

При этом устройство, изображенное на фиг.17, является, условно говоря, сверхзвуковым соплом, только запускаемым при небольшом перепаде давления (не достаточном, чтобы в обычном сопле Лаваля создать сверхзвуковую или звуковую скорости) и выходящим на звуковую и сверхзвуковую скорость только за счет вакуумирования полостей 22, 31, 32 и 47. На фиг.17 каждое последующее по ходу движения сопло имеет критическое сечение больше предыдущего, но может быть вариант, когда одно из сопел будет иметь критическое сечение меньше, чем предыдущее, но оно должно быть всегда не меньше критического сечения первого по ходу движения газа сопла. В последнем случае мы получим торможение сверхзвукового потока перед этим критическим сечением, и затем вторичный сверхзвуковой разгон потока за этим сечением.

Вместо лопаток 126 (фиг.18) можно установить рассматриваемое нами устройство, тогда ротор 144 генератора электроэнергии 124 или привод будет вращаться от реактивной струи предлагаемого устройства. Естественно, предварительно необходимо запустить устройства и вывести их на рабочий режим (на фиг.18 не показано). В этом варианте показана работа прямоточного двигателя, который может быть выполнен либо в виде варианта по фиг.14, либо по фиг.1 и т.д.

Вариант, изображенный на фиг.19, позволяет использовать ресивер-емкость 146 в качестве источника принудительного прокачивания (или вакуума) по ранее описанной схеме, причем эту емкость можно вакуумировать предварительно источником вакуума 91 по трубопроводу 154, при открытом перекрывающем устройстве 155 и закрытых перекрывающих устройствах 157, 145 и 92. Ресивер-емкость 146 может вакуумироваться также и во время запуска и рабочего режима устройства, предварительно открыв перекрывающее устройство 145. Размер ресивера-емкости 146 зависит от технологических задач и может быть огромных размеров являясь даже поплавком.

Возможен вариант запуска устройства (фиг.19) при помощи компрессора 152. Тогда перекрывающие устройства 151, 113 и 92 закрыты. Крышка 96 открыта. Перекрывающее устройство 145 закрыто. Перекрывающее устройство 150 открыто. Включается электромотор 153. Компрессор создает необходимое давление и расход, чтобы в сопле Лаваля 86 возник сверхзвуковой поток, после чего устройство вакуумируется за счет эжекции полости 99 и 100. После установления рабочего режима в рассматриваемом устройстве перекрывающее устройство 151 открывается. Следует отметить, что через каждые перекрывающие устройства 150 и 151 в открытом состоянии проходит большее количество воздуха, чем требуется для критического истечения через сопло Лаваля 86 в критическом режиме.

Ответвление 149 сообщено с окружающей средой или с закольцовывающим газопроводом 122. Вакуумом полостей 99 и 100 сверхзвуковой и гиперзвуковой поток удерживаются, как описывалось ранее, в рабочем режиме. Объем ресивер-емкости 146 выбирается таким, чтобы обеспечить в момент запуска необходимую скорость и расход отбираемого газа в первом по ходу движения сопле, чтобы обеспечить эффект эжекции в первой паре сопел и успеть создать между этими соплами устойчивое разрежение. Между раструбом (резервуаром) 147 и резервуаром 98 на фиг.19 можно установить любое устройство из перечисленных выше вариантов, режимы запуска которых уже были рассмотрены раньше. Предварительно вакуумируя на рабочем режиме рессивер-емкость 146, можно без дополнительных энергозатрат вторично выводить устройство на рабочий режим, а затем опять вакуумировать его или отводить крекинговый газ.

Следует особо отметить, что ресивер-емкостей 146 может быть несколько. Вакуумироваться они могут поочередно или сразу все вместе. Вакуум ресивер-емкостей 146 может также поочередно использоваться для запуска, а если необходимо, то и во время работы установки или для отбора избытка продуктов (газов) крекинга.

Такая необходимость может возникнуть при нарушении в одной из емкостей перекрывающих устройств или при необходимости создать устойчивый режим работы при резко меняющихся внешних факторах воздействия (изменения давления окружающей среды или в процессе крекинга нефти и газов при увеличении объема газов за счет кавитации и интенсивного закипания нефтекомпонентов). Можно периодически в ресивер-емкости 146 замещать вакуум (выработанный) порцией свежего газа, а затем вакуумировать эту полость эжектором или одним из описанных выше способов или вакуумным насосом, если в этом есть необходимость. Ресивер-емкости 146 могут играть роль поплавков: когда они вакуумируются, удельный вес конструкции уменьшается, т.е. можно плавать как в воде, так и на воде, и в воздушном пространстве перенося тяжелые и крупногаборитные конструкции в нужные места и, наконец, поднимать целые города за облака, если людям тесно на земле или необходимо сохранить генофонд во время глобальных потрясений.

Возможно совмещение нескольких вышерассмотренных вариантов запуска устройства и его работы, создавая широчайший диапозон применения насадка Шестеренко в различных отраслях технологических процессов.

Следует отметить вариант, когда в устройстве, изображенном на фиг.14, 15 и 19, источник принудительного прокачивания газа (компрессор) не выключается и создает на входе в установку повышенное давление. При этом энергия, получаемая при вакуумном крекинге газа, значительно превосходит затраты энергии на компрессор. Такой вариант работы также имеет право на существование, например, в газотурбинном двигателе и других случаях при применении в качестве рабочего тела многоатомарный газ.

В варианте, изображенном на фиг.20, под давлением, необходимым для получения сверхзвуковой скорости, газ поступает в сопло Лаваля 158. Когда за счет эффекта эжекции полости 191, 192 и 193 вакуумированы, при этом первоначально углы жалюзей 167 и 176 и 185 по отношению к набегующему потоку имеют параметры, обеспечивающие при расчетном режиме запуска наибольший эффект эжекции. После получения гиперзвукового истечения из сопла Лаваля 158, при помощи червячных передач 170, 179, 186, 170а, 179а, 186а меняется угол, который меняется в сторону увеличения всех сечений, чтобы исключить запирание гиперзвуковой струи и обеспечить между жалюзи 167, 176 и 185 гиперзвуковую скорость потока газа.

После установления оптимального рабочего режима на первоначальном расходе воздуха возможно постепенное увеличение критического сечения 194 в сопле Лаваля 158 за счет червячной передачи 161, поднятия конуса 162, чем увеличивается расход газа в этом момент. Первоначальный угол жалюзи 167, 176 и 185 червячными передачами, управляемыми электродвигателями 171, 180, 187 и 171a, 180а и 187а, синхронно восстанавливается, но уже с большим критическим сечением между жалюзи, чем обеспечивается оптимальный режим эффекта эжекции при меньших сверхзвуковых скоростях, но с большими расходами воздуха. Затем при сохранении устойчивого вакуума в полостях 191, 192 и 193 жалюзи 167, 176 и 185 червячными передачами увеличивают расстояние между ними и устанавливается оптимальный угол при работе в гиперзвуковом режиме, но уже при большем расходе газа (воздуха) через критическое сечение 194. Затем все можно повторить, причем увеличивая расход газа не выходя на дозвуковой режим, находясь постоянно в поле сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростей, каждый раз прибавляя примерно от пяти до десяти процентов расхода газа, можно постепенно удвоить расход газа, затем утроить и т.д.

Возможен вариант, когда одновременно с увеличением критического сечения 194 на режиме оптимизации гиперзвукового потока увеличиваются и критические сечения 195 и 196, тогда увеличение расхода газа может быть значительно большим, чем при постепенном увеличении. В этом случае возможен вариант, когда все жалюзи 167, 176 и 185 объединены в одну направляющую сопла Лаваля и при этом их вакуумируемые полости объединены в одну полость или это объединение может быть осуществлено частично.

Одновременно следует отметить, что предлагаемое устройство также может быть запущено и при повышенном давлении, когда все полости (фиг.19) имеют избыточное давление (например 20 атм), тогда перекрывающие устройства 151, 113, 145, 92 и 97 закрыты, а 150 открыто и компрессор 152 создает давление во всем устройстве. Затем открывают перекрывающее устройство 96. В соплах Лаваля 93, 3 и 86 сразу же устанавливаются гиперзвуковые потоки. За счет эжекции полости 99 и 100 вакуумируются. Затем перекрывающее устройство 151 открывается, а 150 после этого закрывается. Главную роль в дальнейшем процессе разгона и прокачки газа будет иметь вакуум (разрежение), возникший в результате эжекции в полостях 99 и 100, как и во всех ранее рассмотренных случаях. Подобные режимы запуска могут иметь место в различных конструкциях. В вариантах, изображенных на фиг.9, 10 и 20, при таких режимах запуска следует геометрические параметры устанавливать оптимальными для гиперзвуковых потоков, а только после этого производить запуск устройства. В добавление сказанному следует обратить внимание на то, что количество вакуумируемых полостей и количество сопел во всех случаях определяются задачами, физическими свойствами газа, аэрозолей, др. параметрами и условиями эксплуатации устройства. Еще раз отметим, что вариант, изображенный на фиг.14, может состоять из значительно большего количества сопел с различным чередованием объемов вакуумируемых полостей с различными вариациями критических сечений, определяемых вышеуказанными параметрами.

На фиг.21 показан вариант, когда первое по ходу движения газа сопло выполнено перед критическим сечением 198 криволинейным, тогда зазор между первой парой сопел превращается в бункер 199 для накопления частиц аэрозоля. Первая пара сопел является фазовым разделителем, предварительно очищая газ.

Разогнанный до скорости звука газ, содержащий частички аэрозоля, перед критическим сечением на дозвуковой скорости резко изменяет направление. Частицы аэрозоля под силой инерции группируются к внешней стороне поворота сопла и на участке сверхзвукового расширения вылетают по направлению стрелки 205 из потока в бункер 199 накопления, который периодически или постоянно очищается (механизм очищения бункера на фиг.21 не показан).

Далее газ идет в следующую пару сопел Лаваля 3 и 5. Оставшиеся мелкие частицы аэрозоля концентрируются около оси потока.

В сверхзвуковом сопле Шестеренко 200 поток газа по козырьку 201, выполненному в виде поверхности Прантля-Майера, резко поворачивает, следя за поверхностью козырька 201, но уже на сверхзвуковом участке расширения газа. При этом еще оставшиеся в газе частички аэрозоля покидают поток газа по направлению стрелок 206, оседая в накопительном бункере 202 (что можно использовать при транспортировке природных газов в нефтедобывающей и газодобывающей промышленности), который также периодически или постоянно очищается от частиц аэрозоля (на фиг. не показано). Окончательно очищенный газ от частиц поступает в следующую пару кольцевых сопел Лаваля 203 и 204, после которой может быть установлена газовая турбина, приводящая в движение любой механизм или энергия давления потока может быть использована по усмотрению потребителя. Следует отметить, что предлагаемые устройства за счет создания эффекта эжекции и вакуумирования полостей схематично повторяют условия зарождения смерчей и торнадо. Жесткие стенки устройства эти условия поддерживают бесконечно долго, а инерционные силы разогнанного потока газа до сверхзвуковых скоростей и за счет удачно подобранной геометрии могут эти инерционные силы удерживать длительное время, как это происходит с грозными явлениями в природе. Что дает право автору утверждать, что если отключить источник принудительного прокачивания газа на какое-то время, то поток газа будет продолжать двигаться некоторое время или постоянно, хотя механизм этих грозных природных явлений людям до конца не известен. Причем число каскадов сопел и их геометрическое сочетание делают устройства более эффективными по сравнению с известными соплами в плане перевода уже имеющегося перепада давления в кинетическую энергию (скорость потока молекул исходного газа). Во всех устройствах, изображенных на фигурах, со сверхзвуковой скоростью двигаются газы, состоящие из разных компонентов, к которым можно отнести разноатомарные газы, пары жидкостей, аэрозоли, газожидкостные дисперсии, различные пены и жидкости, переходящие при кавитации или частично или полностью в газообразное состояние, т.е. имеют газодинамические эквивалентные признаки (сжимаемость газового потока). Если насадок Шестеренко используется в качестве диспергатора жидкостей и газожидкостных систем или в качестве газотранспортируюших и жидкотранспортирующих устройств, то через насадок пропускают под давлением жидкость или газожидкостную смесь, которая за счет кавитации закипают и доводятся в каскадах сопел 19 и 1 или 26, 25, 24 и 19 (на фиг.2 и 3) до газожидкостной или парообразной смеси, которые в свою очередь ведут себя как газодинамическая система. В таком варианте можно использовать насадок Шестеренко для крекинга нефти и так как объемный расход продукта резко увеличивается, то необходимо учитывать это при подборе размера критических сечений в последующих соплах, следующих за первым соплом по ходу движения продукта. На фиг.12 и 19 изображен вариант, когда газообразный по расходу избыток или частично или полностью может отводиться либо в емкости 146 или через насадок Шестеренко меньшего размера с отводом жидкой фракции в одну сторону, а газообразной через вакуумный насос 91 в другую сторону. Понятно что в этих случаях все источники принудительного прокачивания газа и жидкости работают постоянно, а если и есть в этих процессах подвод энергии из вне (из вакуума), то он весь используется внутри насадков для получения более высокого эффекта диспергировакия или крекинга нефти.

Изображенный на фиг.11 вариант насадка позволяет как отводить из сопла 1 избыток объема газа возникшего в процессе крекинга, так и подводить дополнительные газожидкие и газообразные компоненты при помощи (естественно!) дополнительной компрессии или вакуумирования (на фиг.11 не показано). Понятно, в насадке Шестеренке можно реализовать огромный диапозон спектра технологических вариантов. Следует отметить, что устройство, изображенное на фиг.11, отличается от любых эжекторов тем, что засасываемый за счет эффекта эжекции газ в сопло 1 сам участвует в разгоне потока до сверхзвуковых скоростей, что также приводит к энергосбережению. Насадок Шестеренко может широко использоваться в качестве преобразователя естественного альтернативного источника энергии (розы ветров) и дополнительных доказательств это не требует.

При равных перепадах давления в предлагаемых устройствах по сравнению с известными соплами в нашем устройстве на выходе всегда будет значительно большая скорость, что очень важно во многих отраслях техники.

Следует отметить, что газы друг от друга отличаются химической формулой и физическими параметрами. Рассматривая выше работу насадка Шестеренко, мы говорили об абстрактном и идеальном газе.

Теперь перейдем к реальным газам "которые необходимо транспортировать от местрождения до потребителя или до производства и посмотрим, что будет с ними в нашем случае. Все известные людям вещества имеют четыре фазы состояния: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Для того чтобы по достоинству оценить предлагаемое изобретение, рассмотрим более сложный вариант поведения газа и газов в предлагаемом изобретении, относящийся к устройствам и процессам химической технологии. При постоянно действующем источнике принудительного прокачивания газа берем на входе в Насадок Шестеренко газообразный Цетан. В любом из вариантов, изображенных на фигурах, за первым по ходу движения газа критическим сечением в области первой эжектоной пары, где имеется вакуумируемая полость, происходит вакуумный крекинг, переводя исходный газ в различных пропорциях в газ Октан плюс газ Гексан, плюс газ Этилен. При правильно подобранной геометрии второго и последующих по ходу движения газа сопел резкий прирост объема движущихся газов не запирается. В последующих эжекторных парах при наличии вакуумируемых полостей происходит крекинг, но уже с полученными газами при расщеплении их на более мелкие молекулы. Мы получаем непрерывный вакуумный крекинг от первой эжекторной пары до последней. Точку выкипания прямогонного остатка, т.е. температуру при вакуумном крекинге полного выкипания сырой нефти, до настоящго момента никто точно не смог определить, но она очень низка и нефть закипает за первым же критическим сечением, переходя в газообразное состояние. Поэтому нет необходимости предварительно нагревать нефть, чтобы ее перевести перед нашим устройством (Насадком Шестеренко) в газообразное состояние (но формально или из технологических соображений это можно сделать). Из простой логики вещей газ Цетан при расходе в один галлон в единицу времени в критическом сечении первого сопла Насадока Шестеренко имеет меньшую скорость, чем полностью перешедший в газ Этилен или газ Метан или их смесь на выходе из Насадка Шестеренко, имеющий в ту же единицу времени объемный расход от 1,4 до 2-х и более галлонов. Следует отметить, что при этом через каждое поперечное сечение в единицу времени проходит одно и то же количество в весовом исчислении (т.е. масса или количество атомов остается неизменным). При правильном профилировании Насадка Шестеренко, и организовав вакуумный крекинг внутри него, мы неминуемо получаем прирост скорости потока всех исходных атомов, но с другими молекулярными связями. Это - одно из главных свойств Насадка Шестеренко и предлагаемого способа эжекторного разгона газа! Энергетический баланс вакуумного крекинга не изучен и не соответствует логике примитивной термодинамики, хотя вакуумный крекинг используют на всех нефтеперерабатывающих заводах. Есть еще одна особенность Насадка Шестеренко и способа эжекторного разгона газа в том, что при переходе газа Цетана в газ Этилен или в газ Метан при вакуумном крекинге образуется кокс и липкий остаток, которые за счет скачков уплотенния и других геометрических особенностей концентрируются в центральной части потока газов, являясь по сути дела частичками аэрозоля. Эти частички аэрозоля могут, как это было раньше сказано, вместе с центральной частью потока отсекателем, снабженным вакуумным насосом, отводиться для дальнейшей их обработки (на фигурах не показано), но в качестве такого отсекателя может служить сопло или патрубок 93 с приоткрытым устройством перекрытия 97. Отсекатели могут быть различной конструкции - это не главное. Возможен вариант (фиг.11), когда через сопло Лаваля 102 подается смесь, поступающая из установки риформинга (водородный концентрат) или чистый Водород. В сопло 1а условно извне за счет эффекта эжекции поступает газ Цетан. На выходе из сечения 15а мы в результате крекинга имеем газ Метан. За счет эффекта эжекции в сопло 1 поступает следующая порция газа Цетана, которая в свою очередь подвергнется вакуумному крекингу. Поток, идущий с большой скоростью сначала за соплом Лаваля 102, а затем и за сечением 15а сразу обеспечивает наивысшую концентрацию частиц аэрозоля, возникающих в результате вакуумного крекинга, в центральной части потока. На выходе из сверхзвукового сопла Лаваля 5 мы имеем газ или смесь газов Этилена и Метана. Сопло Лаваля 5 может служить в качестве разгонного сопла наподобие сопел Лаваля 102 или 5а. Таким образом, при неоднократном повторении новых каскадов из Насадков Шестеренко будет достигнута необходимая производительность вакуумного крекинга, а кокс и липкий остаток, коагулируясь при сталкновениях друг с другом, увеличатся в размере и могут быть легко выведены из потока за счет инерционных сил, как описано в варианте фиг.21 или другим способом. Чтобы гибко реагировать на изменение пропорций газов (или сорта нефти и исходного газа) и не останавливать рабочий процесс, можно использовать устройство, изображенное на фиг.20. Как было раньше сказано, запуск и работа устройства могут быть осуществлены в комбинированном режиме, как изображено на фиг.19 с применением компрессора 152 и вакуумного насоса 91. Технологическая необходимость, которая может возникнуть при вакуумном крекинге, может заставить провести срочный отбор (отвод) избытка объема продукта крекинга в емкости 146 или через вакуумный насос 91 или при периодическом отключении компрессора 152 (фиг.19) или компрессора, сообщенного с соплом Лаваля 102, но такие нештатные ситуации лучше регулировать устройством с элементами, изображенными на фиг.20. Все описанное абсолютно точно соответствует процессам, происходящим при вакуумном крекинге. Для усиления эффекта вакуумного крекинга на фиг.2, 3, 4, 6 и 8 изображено большое количество вакуумируемых полостей различных форм. Каждая из этих конфигураций предпочтительна для конкретного случая пропорционального сочетания газов и аэрозоля. Компенсация резкого увеличения объема газа осуществляется за счет увеличения каскадов эжекторных пар и подбора параметров геометрии сопел 3, 5 и 114, как показано на фиг.14. Причем участки Б и Д являются зонами интенсивного крекинга и если таких зон много (много эжекторных пар), то газ Цитан можно полностью превратить в газ Водород и аэрозоль кокса. А крекинговый эффект разности объемов и разности скоростей молекул газа Цетана и газов Метана или Водорода образует в полости Насадка Шестеренко разрыв между этими объемами в виде высокого разрежения (или условно говоря вакуума), которое в свою очередь гарантирует постоянный засос новых порций Цетана и устойчивую работу Насадка Шестеренко в широком диапозоне изменений перепада давления и даже при кратковременных и относительно длительных отключениях источника принудительного прокачивания газа, что очень важно при транспортировке природных газов и нефти по трубам от месторождения до перерабатывающего завода. Как говорилось раньше, аэрозоль кокса и липкого остатка инерционно удаляем из потока полученных газов. Критические сечения всех последующих сопел не меньше критического сечения первого сопла (т.е. может быть равным и большим в неограниченном диапозоне), а эта вилка изменений критических сечений позволяет устанавливать необходимый разрыв в виде вакуумной полости между газом Цетаном и любым газом, полученным в результате управляемого нами крекинга. Причем для идеального газа при правильном профилировании всех сопел первое и последнее критические сечения должны быть равны, но при любом отклонении от идеального газа и при геометрических погрешностях последнее критическое сечение, как и все промежуточные, должно быть больше первого. Следует отметить, что от числа эжекторных пар зависит степень перехода крупных молекул в более мелкие, а вместе с этим и увеличение объема газа и увеличение скорости движущихся молекул и количество кокса на выходе из Насадка Шестеренко. Аналогичным образом ведут себя и другие многоатомарные газы, распадаясь на более мелкие газы в Насадке Шестеренко, при этом также возникает разность объемов и скоростей исходного многоатомарного и полученных малоатомарных газов. Воздух в наш промышленный век является смесью не только идеальных газов, но и смесью многоатомарных газов и жидких аэрозолей, а технический вакуум получаемый за счет эффекта эжекции в Насадке Шестеренко, является, образно говоря, катализатором крекинга. Однако отключение компрессора или вакуумного насоса или их совместная работ диктуются технологическими процессами. Автор же только показывает скромные возможности своего изобретения. Резервуар 100 (фиг.10, 12, 13 и 19) с соплом или патрубком 93 могут играть ту же роль, что и накопительный бункер 202 (фиг.21). Однако при включенных компрессорах на входе Насадка Шестеренко и вакуумного насоса 98 и при открытых (или приоткрытых) перекрывающих устройствах 92 и 97 можно обеспечить непрерывный вывод кокса с частью газового потока.

Суть изобретения заключается в создании в насадке Шестеренко условий, которые позволяют при равных перепадах давления разгонять газ (атомы из которых состоит газ) до больших скоростей по сравнению с известными соплами. В рассмотренном варианте на входе мы имеем исходный газ, а на выходе мы имеем газ с более мелкими молекулами, при этом жидкая аэрозоль переходит в газообразное состояние. Резервуар 100 (фиг.10, 12, 13 и 19) с соплом или патрубком 93 могут играть ту же роль, что и накопительный бункер 202 (фиг.21). Однако при включенных компрессорах на входе Насадка Шестеренко и вакуумного насоса 98 и при открытых (или приоткрытых) перекрывающих устройствах 92 и 97 можно обеспечить непрерывный вывод кокса с частью газового потока.

Следует отметить, что супернасадок Шестеренко можно в равной степени назвать устройством "зжекторного" или просто "разгона газа":

1. Устройство разгона газа, состоящее из герметично установленных между собой сопел, критическое сечение каждого из которых не меньше критического сечения первого по ходу движения газа сопла, отличающееся тем, что начиная с первого сопла не менее чем одно сопло коаксиально введено в последующее с образованием между ними полости.

2. Устройство по пункту 1, отличающееся тем, что не менее чем одно сопло установлено с возможностью осевого перемещения.

3. Устройство по пункту 1 и 2, отличающееся тем, что не менее чем одно сопло выполнено в виде сужающегося сопла.

4. Устройство по пункту 1 и 2, отличающееся тем, что не менее чем одно сопло выполнено в виде расширяющегося сопла.

5. Устройство по пункту 1 и 2, отличающееся тем, что не менее чем одно сопло выполнено в виде цилиндра.

6. Устройство по пункту 1 и 2, отличающееся тем, что не менее чем одно сопло выполнено в виде трубки Вентури.

7. Устройство по пункту 1 и 2, отличающееся тем, что не менее чем одно сопло выполнено в виде отверстия.

8. Устройство по любому из пунктов от 1 до 7, отличающееся тем, что в первом сопле по ходу движения газа установлено коаксиально сопловое устройство, сообщенное с источником давления.

9. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что сопловое устройство установлено с возможностью осевого перемещения.

10. Устройство по пункту 8, отличающееся тем, что не менее чем однократно сопловое устройство выполнено в виде устройства разгона газа, но меньшего размера.

11. Устройство по пункту 9, отличающееся тем, что не менее чем однократно сопловое устройство выполнено в виде устройства разгона газа, но меньшего размера.

Технический эффект заключается в том, что: 1) при достаточном перепаде давления, когда можно создать только эффект эжекции на дозвуковой скорости, в полостях создаются условия для постепенного нарастания скорости от дозвуковой до сверхзвуковой скорости и перехода работы устройства на устойчивый сверхзвуковой и гиперзвуковой режим за счет создваваемого вакуума в эжектируемых полостях, а также крекинга, что резко расширяет область применения насадка Шестеренко и снижает энергозатраты, а это делает насадок привлекательным для широкого круга технических задач; 2) использование в качестве источника вакуума емкостей, которые предварительно вакуумируются любым способом, а также подсоединение их и вакуумного насоса к вакуумируемым полостям позволяет многократно останавливать и запускать установку, отводить избыточный продукт крекинга и повышает технологические возможности, что расширяет область применения предлагаемого устройства; 3) меняя в рабочем режиме углы наклона и площади критических сечений сопел, а также меняя расстояние между критическими сечениями, расширяются маневренность предлагаемого устройства и область его применения; 4) в результате вакуумного крекинга внутри насадка создаются области разрыва или область разрежения (или вакуума) между многоатомарными и малоатомарными газами (условно названным автором "поршневым эффектом Шестеренко"), что, в свою очередь, обеспечивает устойчивость рабочего режима при большом диапозоне изменения перепада давления вплоть до временного отключения источника принудительного прокачивания газа.

Технический эффект также заключается в следующем.

а) В полостях 13, 13а (фиг.11) за счет эжекции возникает разрежение, которое в равной степени действует на эжектирующий поток. Неизбежно между критическими сечениями 2 и 4 или 2а 4а (как в резонансной камере) возникает резонансно-пульсирующее течение потока, которое обязательно имеет место и в выходных сечениях 15 и 15а. Такое резонансно-пульсирующее течение присуще всем насадкам Шестеренко. Пульсирующая активная струя, идущая из выходного сечения 15, двигается как волнообразная гребенка, затаскивая в следующий за ним насадок Шестеренко в сечение 2 дополнительную массу газа. Из книги O.K.Кудрина «Пульсирующее реактивное сопло с присоединением дополнительной массы» (труды МАИ, 1958 г.), а также из открытия О.И.Кудрина, А.В.Квасникова, В.Н.Челомея, диплом СССР №314 «Явления аномально высокого прироста тяги в газовом эжекторном процессе с пульсирующей активной струей» 1975 г. (приоритет от 1951 г.) известно, что при эжектировании атмосферного воздуха пульсирующей струей был экспериментально получен аномальный прирост реактивной силы до 140% к исходной тяге, т.е. тяга увеличилась в 2,4 раза. Следовательно, вариант, изображенный на фиг.11, является если не вечным двигателем второго рода (т.е. работающий на энергии давления окружающей атмосферы), то наверняка самым высокоэффективным устройством по использованию энергии давления, подаваемого в сопло Лаваля 102 через газовод 103.

б) Количество насадков Шестеренко на фиг.11 может быть любым, причем в каждом следующем насадке будет происходить аномальный прирост реактивной силы на очередные 140% по отношению к предыдущей пульсирующей активной струе.

Следовательно, можно получить такую конечную струю на выходе, которая способна компенсировать затраты на получение давления в газоводе 103 и дать энергию для потребителя.

1. Насадок, содержащий сопла, герметично соединенные между собой, причем критическое сечение каждого сопла не меньше критического сечения первого по ходу движения газа сопла, отличающийся тем, что не менее чем одно сопло жестко или с возможностью осевого перемещения введено коаксиально в последующее по ходу движения газа сопло с образованием полости и выполнено в виде сверхзвукового сопла, или в виде трубки Вентури, или в виде отверстия, или в виде сужающегося сопла, или в виде цилиндра, или в виде их комбинации, или в виде расширяющегося сопла.

2. Насадок по п.1, отличающийся тем, что в первом по ходу движения газа сопле негерметично или жестко, или с возможностью осевого передвижения установлено возбуждающее сопло, сообщенное с источником повышенного давления.

3. Насадок по п.1 или 2, отличающийся тем, что входное или выходное или входное и выходное сечения насадка установлены в резервуарах, каждый из которых сообщен через устройство перекрытия с источником принудительного прокачивания газа и снабжен отверстием или сужающимся соплом, или сверхзвуковым соплом, или патрубком, каждый из которых, в свою очередь, снабжен устройством перекрытия и имеет критическое сечение не меньше первого по ходу движения газа сопла насадка.

4. Насадок по п.1, отличающийся тем, что магистраль, соединяющая резервуар с источником принудительного прокачивания за счет разрежения газа, снабжена не менее чем одним дополнительным насадком, причем каждый последующий по ходу движения газа дополнительный насадок меньше предыдущего, а первое по ходу движения газа сопло каждого последующего насадка сообщено с магистралью каждого предыдущего насадка.

5. Насадок по п.2, отличающийся тем, что не менее чем однократно возбуждающее сопло выполнено в виде насадка, содержащего сопла, герметично соединенные между собой, причем критическое сечение каждого сопла не меньше критического сечения первого по ходу движения газа сопла, но меньшего размера по сравнению с каждым последующим по ходу движения газа насадком.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к пожарозащитным предохранительным клапанам, а именно к выпускным клапанам, и предназначено для сброса избыточного давления газов в атмосферу из различных объемов при эксплуатации комплексов по производству, аккумулированию, хранению и транспортировке горючих газов.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к аккумуляторным системам подачи топлива. .

Изобретение относится к устройствам по распылению различных сред при осуществлении процессов тепломассообмена, смешения и диспергирования в различных аппаратах химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, а также в градирнях и форсуночных камерах кондиционирования воздуха.

Форсунка // 2299769
Изобретение относится к технике распыления жидких сред и может быть использовано в жидкостных охладителях, в системах кондиционирования воздуха, в дождевальных установках, в топливосжигающих устройствах, в системах пожаротушения.

Изобретение относится к изготовлению изделий с отверстиями методом литья и может быть использовано при изготовлении душевых сеток, применяемых в процессах гидромассажирования в домашних условиях, при необходимости получения водного иглотерапевтического эффекта.

Изобретение относится к технике распыления жидкости и может быть использовано при кондиционировании воздуха в процессе его увлажнения, а также в градирнях для охлаждения воздуха или жидкости.

Изобретение относится к технике распыления жидкостей и может быть использовано в системах пожаротушения, в составе технологического оборудования для сжигания топлива в теплоэнергетике и на транспорте.

Изобретение относится к устройствам для распределения потока жидкости, в частности, к душевым насадкам, используемым как в медицине, так и в быту

Изобретение относится к устройствам для распределения потока жидкости, в частности, к душевым насадкам, используемым как в медицине, так и в быту

Изобретение относится к технике полива мелкодисперсным и капельным дождеванием и может быть использовано в мобильных установках для получения дождя с размерами капель, допустимыми для орошения широкого спектра сельскохозяйственных культур

Изобретение относится к технике полива мелкодисперсным и капельным дождеванием и может быть использовано в мобильных установках для получения дождя с размерами капель, допустимыми для орошения широкого спектра сельскохозяйственных культур

Изобретение относится к насосному распылителю с рычажным приводом, а более конкретно к распылителю, содержащему фиксатор рычага, который обеспечивает защиту распылителя от использования детьми

Изобретение относится к авиационной системе опрыскивания и предназначено для распределения по обрабатываемой поверхности агрохимикатов, пестицидов и других жидких веществ в сельском хозяйстве методом опрыскивания

Изобретение относится к раздаточному насосу для дозированной, без образования капель, выдачи от жидких до пастообразных продуктов из емкостей, например бутылок, канистр или туб

Изобретение относится к распылительной головке для жидкости, контейнеру и устройству для уничтожения ползучих насекомых
Наверх