Струйный насос



Струйный насос
Струйный насос
Струйный насос

 


Владельцы патента RU 2439381:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU)

Насос предназначен для создания разрежения. Насос содержит распределенную камеру, установленное в ней активное сопло, которое снабжено многоствольной дросселирующей насадкой, а также содержащий разгонную форсунку с конусным кавитатором, камеру смешения, при этом активное сопло снабжено многоствольной дросселирующей насадкой, выполненной в виде диафрагмы диаметром D и толщиной

Е<(=)0,1D, кроме того, разгонная форсунка выполнена в виде сужающего устройства типа сопла Вентури, очерченного радиусом r=d, где d - диаметр горловины, входная часть которого имеет цилиндрическое горло, длина которого L=d, а половина угла диффузора находится в пределах 3-4°, a также имеет отношение: d/D1<(=)0,25. Таким образом, при помощи заявленного устройства стало возможным достигать критические скорости благодаря применению сверхкритических сужающих устройств, например, таких как сопло Вентури с цилиндрической горловиной, в нашем случае под названием разгонная форсунка, на выходе которой установлен конусный кавитатор. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к струйной технике, преимущественно к водоструйным насосам для создания разрежения.

В настоящее время находят широкое применение в различных производствах эффекты развитой кавитации. В связи с этим возникает много важных вопросов о нахождении и оптимизации режимов течения, о развитой кавитации (суперкавитации), о масштабном эффекте и обеспечении устойчивости оптимальных режимов технологических процессов.

Известен струйный насос (авт. св. №1201556, МПК4 F04F 5/02, опубл. 30.12.85. Бюл. №48, автор М.В.Светухин), содержащий распределительную камеру, установленное в ней многоствольное активное сопло со стволами, выполненными в виде концентрично размещенных двустенных патрубков с щелевыми выходными отверстиями, расположенных относительно друг друга с образованием кольцевых каналов для подвода пассивной среды, и камеру смешения с горловиной, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, активное сопло имеет диаметр, превышающий диаметр горловины камеры смешения, одна из стенок каждого патрубка выполнена цилиндрической, другая - конической и расположена под острым углом к оси камеры смешения, а каналы для подвода пассивной среды сообщены между собой при помощи радиальных патрубков. Данное изобретение позволяет повысить производительность струйного насоса по сравнению с изобретением №1152194, патент Великобретании, кл. F1E, опубл. 1969 г.

Достоинством изобретения, защищенного авт. св. №1201556, является то, что каждая из концентрических трубчатых струй сужается по мере удаления от сопла. При этом часть активной среды затягивается внутрь поверхностного слоя. Вместе со средой активной туда мигрирует пассивная среда - в классических эжекторах ничего подобного нет. Между трубчатыми (пленочными) струями, расположенными друг в друге, образуются зазоры. По мере удаления струй от сопла зазоры между ними уменьшаются, а при входе в камеру сжатия и вовсе исчезают: отдельные струи сливаются в струю сплошную. Пассивная среда как бы впрессовывается в эти слои, перенасыщает собой активную среду.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, заключающаяся в том, что в распределительной камере установлено многоствольное активное сопло со стволами, что создает значительное сопротивление воздушному потоку в горловину камеры смешения, то есть в диффузоре.

Известно, что основное повышение давления происходит в диффузоре. При увеличении противодавления эта картина изменяется: повышение давления в диффузоре уменьшается, причем оно происходит на сравнительно небольшом участке камеры смешения скачкообразно. Чем меньше отношение сечений камеры смешения и сопла (горловины), тем более резко выражен скачок давления. Это явление еще более усугубляется тем, что в распределительной камере установлено многоствольное активное сопло со стволами, что создает значительное сопротивление воздушному потоку в горловине камеры смешения и увеличивает отрицательный эффект - резко выраженный скачок давления.

Это явление до сих пор до конца не изучено. Парадоксально, что все авторы (Антонович С.А. О расчете струйных насосов (эжекторов), "Энергомашиностроение", 1958, №9; Баулин К.К. Эжекторы, "Отопление и вентиляция", 1931, №10; Зингер Н.М., Исследование водовоздушного эжектора "Теплоэнергетика", 1958, №8 и др.), в том числе и В.М.Светухин (ИР №11/88. "Машина с установкой на успех", стр.8, 9) объясняют, что основное повышение давления происходит в диффузоре и это соответствует действительности, но до сих пор не попытался сместить этот выраженный скачок даления от места горловины, что значительно позволило бы повысить производительность струйного насоса.

Известно устройство "Струйный насос" (ИР №11/88, с.8, 9. "Машина с установкой на успех", иначе - эжектор, содержащий камеру всасывания, трубчатое сопло, выполненное в виде щелевидного сопла, а также камеру смешения. Автор В.М.Светухин полагал, что внутренняя часть струи не работает. И поэтому не раз пытался изъять эту часть, вставляя в сопло вкладыши, так что получалась кольцевая щель. При той же площади сечения отверстия сопла поверхность струи увеличивалась, а истекала она трубчатым слоем. Но как получить в зоне "скачка уплотнения" струи смесь активной и пассивной сред? Поскольку теперь у струи появилась и внутренняя поверхность, то к этой поверхности можно подводить пассивную среду. И теперь при неизменной площади поперечного сечения сопла поверхность струи вырастала 3-4 и более раз. Возникла идея: чтобы трубчатая струя у геометрической оси в зоне "скачка уплотнения" не имела полости, уплотнению мешающей, надо ввести в сопло вместо сплошного вкладыша еще одно трубчатое сопло - чуть меньшего диаметра. Теперь внутренняя струя, заполняя полость струи наружной, смыкается с ней в зоне скачка уплотнения, образуя струю сплошную. Имея ряд трубчатых струй, каждая внутри другой, подобно матрешкам, можно резко повысить кпд эжектора.

С этим можно согласиться, в зоне скачка уплотнения образуется сплошная струя, но тогда теряется смысл создания концентрических струй, так как известно, что струи будут притягиваться друг к другу подобно двум листам при продувании между ними воздуха (Д.В.Сивухин. "Общий курс физики", М., 1979 г., с.465). Кроме того, концентрические струи экранируют друг друга и тем самым снижают эффект смесеобразования.

Хорошо зарекомендовали себя различные дроссельные элементы в виде перфорированных тонкостенных дисков, установленных после криволинейного диффузора, что обеспечивает дополнительный подпор в потоке из криволинейного диффузора и уменьшает, а то и не допускает отрыва потока от стенок диффузора. При этом не только улучшается структура в канале самого диффузора, но и достигается равномероне поле скоростей в канале за дроссельным устройством. Решетка одновременно выполняет функции дроссели элемента, выравнивающего поток, она проста по конструкции, имеет малые габариты и массу (Гидродинамика больших скоростей: Межвузовский сборник / КрПИ; отв. ред. В.А.Кулагин, Красноярск, 1989, с.108-113). Автор В.М.Светухин (ИР №11/88, с.8, 9; "Машина с установкой на успех") замечает, что щелевой насос, столь выгодно отличающийся от обычных, приобрел и недостаток - он весьма чувствителен к чистоте рабочей жидкости. Механические примеси в ней должны быть меньше ширины щелей, иначе она засорится.

Чем больше отношение сечений камеры смешения и сопла, тем более развиты обратные токи водовоздушной эмульсии. При увеличении продиводавления скачок давления перемещается против течения струи и, наконец, при определенном протводавлении (Рс)макс достигает начала камеры смешения. При этом эжекция воздуха водой прекращается, вся камера смешения заполнена прозрачной водой без пузырьков воздуха. Аналогичные явления имеют место, если при неизменном противодавлении снижается давление рабочей воды перед соплом. При низких противодавлениях или высоких давлениях всасывания струи могут не касаться стенок на всей длине камеры смешения. Расход инжектируемого воздуха при этом резко уменьшается.

Наличие резко выраженного скачка давления, а также наблюдающаяся при определенных условиях независимость коэффициента инжекции от противодавления рс дали основание рассматривать течение газожидкостной эмульсии в камере смешения как сверхзвуковое течение газа и рарабатывать на этой основе теорию газожидкостного эжектора (Зингер Н.М. Выбор оптимального расстояния сопла от камеры смешения в струйных аппаратах, "Известия ВТИ", 1949, №6).

Для увеличения производительности струйных насосов предлагается применение кавитаторов, встоенных в проточную часть камеры смешения струйного насоса, что создает возможность сместить зону скачка уплотнения от горловины, а также создать за кавитатором зону разрежения (паровой кавитации), (Теплообмен и гидродинамика: Межвузовский сборник. Отв. ред. Ю.В.Видин; КрПИ. - Красноярск, 1989, с.62-69), что приводит к увеличению кавитационного коэффициента инжекции Uк и повышает эффект струйного насоса. Величина Uк растет при увеличении давления инжектируемой среды и снижении давления кавитации.

Другим достоинством предлагаемого струйного насоса является то, что в нем отсутствует отрицательный эффект - засорение механическими примесями, то есть может работать практически на любой воде, что расширяет область применения струйного насоса.

Цель изобретения - повышение проиводительности за счет увеличения кавитационного коэффициента инжекции.

На фиг.1 показан струйный насос, продольный разрез, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - вид Б на фиг.1.

Струйный насос содержит распределительную камеру 1 с активным соплом 2, в котором встроена многоствольная дросселирующая насадка 3, кроме того струйный насос имеет разгонную форсунку 4, на выходе которой установлен кавитатор 5 с распорками 6 и обращенный острием к дросселирующей насадке 3. Конусный кавитатор 5 крепится в разгонной форсунке 4 путем резьбового соединения разгонной форсунки 4 с камерой смешения 7. Для герметизации струйного насоса в резьбовых соединениях распределительной камеры 1, разгонной форсунки 4 и камеры смешения 7 применяются уплотнительные кольца 8 и 9, например, из фторопласта или резины.

Струйный насос работает следующим образом.

Активная среда (вода) поступает в распределительную камеру 1 через активное сопло 2 и далее через многоствольную дросселирующую насадку 3 разделяется на отдельные струи, увлекая за собой пассивную среду (воздух) через патрубок 10. Многоствольная дросселирующая насадка 3 выполнена в виде диафрагмы диаметром D и толщиной Е<(=)0,1D, например, если D=20 мм, то Е=2 мм. Применение многоствольной дросселирующей насадки 3 позволяет создать отдельные струи и тем самым обеспечивает максимальный контакт этих струй с пассивной средой (воздухом) и повышает эффект смесеобразования. В отличие от других струйных насосов, имеющих горловину для создания сплошного газожидкостного потока, в натоящем техническом решении применяется разгонная форсунка с цилиндрическим горлом, которая разгоняет газожидкостную среду, смещает скачок уплотнения за конусным кавтатором 5, за которым образуется полость разрежения, что способствует увеличению производительности и эффекту смесеобразования. В камере смешения 7 образуется кавитационный газожидкостный поток разрежения, который выбрасывается из насоса молочно-белой водовоздушной эмульсией (пеной), что является высоким эффектом смесеобразования. Разгонная форсунка 4 с цилиндрическим горлом выполнена в виде сужающего устройства типа сопла Вентури, что дает возможность достигать критической скорости. В рекомендациях ИСО приводятся в качестве сверхкритических сужающих устройств две разновидности сопла Вентури: с входной частью, очерченной одним радиусом, то есть сопло Вентури с тороидальным горлом (Рис.47а) и сопло Вентури с цилиндрическим горлом (Рис.47б). Общие требования к тому и другому типа сопла Вентури: d/D1<(=)0,25, где d - диаметр горловины, a D1 - диаметр распределительной камеры 1. Входная часть сопла Вентури, изображенного на рис.47б, очерченного радиусом r=d, и имеет цилиндрическое горло, длина которого L=d, половина угла диффузора - в пределах 3-4' (Справочник "Расходомеры и счетчики количества", автор П.П.Кремлевский, издание 4-е, Ленинград, 1989 год, стр.86; 106). В предлагаем изобретении использовался вариант сопла Вентури с цилиндрическим соплом.

Предлагаемое изобретение отличается от прототипа тем, что:

- активное сопло снабжено многоствольной дросселирующей насадкой, выполненной в виде диафрагмы диаметром D и толщиной E<(=)0,1D;

- разгонная форсунка 4 выполнена в виде сужающего устройства типа сопла Вентури, очерченного радиусом r=d, входная часть которого имеет цилиндрическое горло, длина которого L=d, а половина угла диффузора - в пределах 3-4', а также имеет отношение d/D1<(=)0,25;

- конусный кавитатор 5 установлен на выходе разгонной форсунки 4 и обращен острием к дросселирующей насадке 3, кроме того, конусный кавитатор 5 с распорками 6 крепится в разгонной форсунке 4 путем резьбового соединения разгонной форсунке 4 и камеры смешения 7;

- для герметизации струйного насоса в резьбовых соединениях распределительной камеры 1, разгонной форсунки 4 и камеры смешения 7 применяются уплотнительные кольца 8, и 9, например, из фторопласта или резины.

Таким образом, при помощи заявленного устройства стало возможным достигать критические скорости благодаря применению сверхкритических сужающих устройств, например, сопла Вентури с цилиндрической горловиной, в нашем случае под названием разгонная форсунка, на выходе которой установлен конусный кавитатор, обращенный острием к дросселирующей насадке, за которой образуется полость разрежения, что способствует увеличению производительности и эффекту смесеобразования, кроме того, в камере смешения образуется кавитирующий газожидкостной поток, который выбрасывается из насоса молочно-белой, водовоздушной эмульсией (пеной), что является высоким эффектом смесеобразования, кроме того, при помощи конусного кавитатора удалось практически устранить скачок давления, так как за конусным кавитатором образуется полость разрежения, что снижает вероятность образования скачка давления в камере смешения.

1. Струйный насос, содержащий распределенную камеру, установленное в ней активное сопло, которое снабжено многоствольной дросселирующей насадкой, а также содержащий разгонную форсунку с конусным кавитатором, камеру смешения, отличающийся тем, что активное сопло снабжено многоствольной дросселирующей насадкой, выполненной в виде диафрагмы диаметром D и толщиной Е<(=)0,1D, кроме того, разгонная форсунка выполнена в виде сужающего устройства типа сопла Вентури, очерченного радиусом r=d, входная часть которого имеет цилиндрическое горло, длина которого L=d, а половина угла диффузора - в пределах 3-4°, а также имеет отношение: d/D1<(=)0,25.

2. Струйный насос по п.1, отличающийся тем, что конусный кавитатор установлен на выходе разгонной форсунки и обращен острием к дросселирующей насадке, кроме того, конусный кавитатор с распорками крепится в разгонной форсунке путем резьбового соединения разгонной форсунки и камеры смешения.

3. Струйный насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что герметизация струйного насоса в резьбовых соединениях распределительной камеры смешения осуществляется при помощи уплотнительных колец, например, из фторопласта или резины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей, растворов. .

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к конструкциям пеногенераторов, и может найти применение в системах подслойного тушения пожаров в резервуарах с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ).

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к струйным пароводяным подогревателям воды, используемым в системах теплоснабжения, горячего водоснабжения и водоподготовки.

Изобретение относится к струйным насосам, в частности к техническим устройствам жидкостно-газовых эжекторов, в которых индуцируемой средой является струя жидкости, истекающая под давлением из многоствольного активного сопла.

Изобретение относится к гидро-газодинамическому оборудованию, а именно к эжекторным установкам, и может быть использовано в теплоэнергетике, нефтеперерабатывающей, химической промышленности, а также в других отраслях промышленности, где необходимо использовать смешение жидкости и газа.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может применяться в любых отраслях народного хозяйства для нагревания жидкости паром, вводимым в поток жидкости, это, в частности, системы теплоснабжения, горячего водоснабжения и водоподготовки.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может применяться в любых отраслях народного хозяйства, имеющих в эксплуатации трубопроводные водяные системы и источники пара.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может применяться в любых отраслях народного хозяйства, имеющих в эксплуатации трубопроводные водяные системы и источники пара.

Изобретение относится к эжекторным установкам и может быть использовано при бурении скважин и добыче нефти. .

Изобретение относится к струйной технике

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к конструкциям пеногенераторов, и может найти применение в системах подслойного тушения пожаров в резервуарах с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ)

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей, растворов

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к установкам для эжекции газа в поток жидкости в нефтесборных трубопроводах и системах поддержания пластового давления. Устройство для эжекции низконапорного газа в поток жидкости, находящейся под давлением, выполнено в виде конфузорно-диффузорного перехода, имеющего профиль Вентури со щелью эжекции в области сужения, и содержит конфузор, диффузор, входной патрубок для подачи газа, расположенный в области сужения и сообщающийся со щелью эжекции с созданием зоны смешения в потоке жидкости, а щель эжекции образована внешней конусной поверхностью сопла конфузора и внутренней криволинейной поверхностью входного отверстия диффузора, причем минимальный диаметр входного отверстия диффузора составляет (1,0-1,15) от диаметра сопла конфузора. Педложенное изобретение позволяет по сравнению с известными аналогами увеличить коэффициент восстановления давления при максимальном уровне расхода газа. 2 ил.

Установка предназначена для выработки электроэнергии за счет энергии гидравлического потока реки, покрытой льдом. Подвод перекачиваемой среды, воздуха, выполнен в виде коленообразной трубы, вертикальная часть которой жестко зафиксирована во льду и сообщена с атмосферой, а горизонтальная часть с диффузором размещена подо льдом по направлению потока воды. При этом к свободному концу вертикальной части коленообразной трубы герметично присоединен воздухозаборник, в полости которого размещен вентилятор с генераторной установкой. Технический результат - создание простой гидроэнергетической установки с возможностью ее использования для выработки электроэнергии за счет энергии гидравлического потока реки, покрытой льдом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к струйной технике, преимущественно к жидкостно-газовым эжекторам, используемым для компрессии газа жидкостью. Рабочая камера первой ступени эжектора выполнена кольцевой, а в ее внутренней полости расположена цилиндрическая рабочая камера второй ступени. Канал подвода активной среды ко второй ступени расположен снаружи относительно первой и второй ступеней. На выходе рабочей камеры первой ступени размещен диффузор, в выходном сечении которого расположено сопло питания второй ступени на расстоянии от плоскости среза его отверстий до плоскости входного сечения цилиндрической рабочей камеры второй ступени не менее двух диаметров ее поперечного сечения. При этом сопло питания второй ступени имеет профильный экран с поверхностью в виде тела вращения, образованного вращением полукруга вокруг оси сопла питания второй ступени, центр которого расположен на расстоянии от оси сопла питания второй ступени, а плоскость вращения совпадает с плоскостью среза отверстий сопла питания второй ступени. Изобретение позволяет повысить КПД и надежность работы жидкостно-газового эжектора с одновременным уменьшением его осевых габаритов. 5 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Устройство выполнено в виде конфузорно-диффузорного перехода, имеющего профиль Вентури со щелью эжекции в области сужения, и содержит конфузор, диффузор, входной патрубок для подачи газа, расположенный в области сужения и сообщающийся со щелью эжекции с созданием зоны смешения в потоке жидкости. Устройство содержит механизм стабилизации технологического режима впрыска газа в поток жидкости, включающее узел дренирования жидкости в области щели эжекции для снижения давления до атмосферного, выходной сепаратор газожидкостной смеси с клапаном регулирования для частичного отбора газа высокого давления, соединенный контуром рециркуляции со щелью инжекции для подвода газа в область промежуточного давления в сечении конфузора, расположенной на его образующей, причем входной патрубок оборудован задвижкой. Использование устройства для эжекции низконапорного газа позволяет повысить производительность и надежность работы эжектора при максимальном коэффициенте восстановления давления. 1 ил.
Наверх