Жидкостно-струйный компрессор

Полезная модель жидкостно-струйный компрессор относится к струйной технике, а именно к компрессорам (эжекторам), в которых рабочей (активной) средой является высоконапорная жидкость, а нагнетаемой средой - газ, предназначена для сжатия газов жидкостью, может быть применена в частности для сбора низконапорных газов концевых ступеней сепарации нефти, утилизации сбросных (факельных) газов и содержит форкамеру с патрубками подвода низконапорного газа, высоконапорной жидкости и сопловым аппаратом с семью соплами, а также проточную часть с последовательно установленными конфузором, камерой смешения, конфузорным участком, цилиндрическим участком и диффузором, при этом размеры элементов в проточной части выполнены в следующей совокупности:

- конфузор с углом сужения =65±25°;

- камера смешения с диаметром D₁=(5÷8)·d;

- расстояние от соплового аппарата до конфузорного участка S₁=(50÷105)·d;

- конфузорный участок с углом сужения =2±0,5°;

- цилиндрический участок с диаметром D₂=(4,6÷7)·d и длиной S ₂=(70÷105)·d;

- диффузор с углом расширения =9±1° и диметром выхода D₃=(12÷19)·d;

где d - диаметр отверстия выхода единичного сопла соплового аппарата.

Форкамера с патрубками подвода низконапорного газа, проточная часть с последовательно установленными конфузором, камерой смешения, конфузорным участком, цилиндрическим участком и диффузором выполнены в виде единого корпуса, в котором размещены сопловой аппарат с патрубком подвода высоконапорной жидкости, выполненный с фланцевым разъемом, в котором размещена шайба с соплами.

Технической результат полезной модели заключается в повышении эффективности работы жидкостно-струйного компрессора за счет оптимизации конструктивных элементов в проточной части, размеры которых выполнены в совокупности.

Полезная модель относится к струйной технике, а именно к компрессорам (эжекторам), в которых рабочей (активной) средой является высоконапорная жидкость, а нагнетаемой средой - газ.

Жидкостно-струйный компрессор (ЖСК) предназначен для сжатия газов жидкостью. Он может быть применен в частности для сбора низконапорных газов концевых ступеней сепарации нефти, утилизации сбросных (факельных) газов и пр.

Одним из близких к заявляемой полезной модели является жидкостно-струйный компрессор (эжектор) (Авт.св. СССР 985462, МКИ 3: F04F 5/04, опубл. 30.12.1982. Бюл. 48.) Он содержит форкамеру с патрубками подвода низконапорного газа, высоконапорной жидкости и сопловым аппаратом, включающую множество парных сопел, а также проточную часть с камерой смешения и диффузором, причем сопла наклонены под углом 2÷10° к оси камеры смешения.

Общими признаками у аналога с предлагаемым жидкостно-струйным компрессором являются:

- форкамеры с патрубками подвода низконапорного газа, высоконапорной жидкости и сопловым аппаратом;

- проточной части с камерой смешения и диффузором.

Недостатком вышеописанного ЖСК является наличие большого количества сопел в многосопловом аппарате, упорядоченных только попарно. В связи с этим, при работе ЖСК в камере смешения при взаимодействии струй образуется неравномерные скоростные поля, формируются вихревые и обратные потоки, на перемещение которых затрачивается большая часть энергии высоконапорной жидкости. В связи с этим величина к.п.д. процесса сжатия газа на практике очень мала.

Наиболее близким жидкостно-струйным компрессором по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемой полезной модели является жидкостно-струйный компрессор (Донец К.Г. Гидроприводные струйные компрессорные установки - М.: Недра - с.41, рис.18), (прототип). Этот жидкостно-струйный компрессор содержит форкамеру с патрубками подвода низконапорного газа, высоконапорной жидкости и сопловым аппаратом с семью соплами, а также проточную часть с последовательно установленными конфузором, камерой смешения, конфузорным участком, цилиндрическим участком и диффузором.

Общими признаками у прототипа с предлагаемым жидкостно-струйным компрессором являются:

- форкамеры с патрубками подвода низконапорного газа, высоконапорной жидкости и сопловым аппаратом с семью соплами;

- проточной части с последовательно установленными конфузором, камерой смешения, конфузорным участком, цилиндрическим участком и диффузором.

Недостатком взятого в качестве прототипа жидкостно-струйного компрессора является то, что он неэффективен по причине сложности подбора технологических параметров работы с повышенными значениями коэффициента полезного действия процесса сжатия газа.

Технической результат заключается в повышении эффективности работы жидкостно-струйного компрессора за счет оптимизации конструктивных параметров основных элементов проточной части, размеры которых выполнены в совокупности.

Технический результат достигается тем, что в жидкостно-струйном компрессоре, содержащем форкамеру с патрубками подвода низконапорного газа, высоконапорной жидкости и сопловым аппаратом с семью соплами, а также проточную часть с последовательно установленными конфузором, камерой смешения, конфузорным участком, цилиндрическим участком и диффузором, в проточной части размеры элементов выполнены в следующей совокупности:

- конфузор с углом сужения =65±25°;

- камера смешения с диаметром D₁=(5÷8)·d;

- расстояние от соплового аппарата до конфузорного участка S₁=(50÷105)·d;

- конфузорный участок с углом сужения =2±0,5°;

- цилиндрический участок с диаметром D₂=(4,6÷7)·d и длиной S ₂=(70÷105)·d;

диффузор с углом расширения =9±1° и диметром выхода D₃=(12÷19)·d;

где d - диаметр отверстия выхода единичного сопла соплового аппарата.

Форкамера с патрубками подвода низконапорного газа, проточная часть с последовательно установленными конфузором, камерой смешения, конфузорным участком, цилиндрическим участком и диффузором выполнены в виде единого корпуса, в котором размещены сопловой аппарат с патрубком подвода высоконапорной жидкости, снабженным фланцевым разъемом, в котором размещена шайба с соплами.

Выполнение в проточной части размеров элементов в следующей совокупности, а именно.

Выполнение конфузора с углом сужения =65±25°, обеспечило течение низконапорного газа с минимальными газодинамическими потерями, что способствует повышению эффективности работы ЖСК.

Выполнение камеры смешения с диаметром D₁=(5÷8)·d, обеспечило оптимальное распределение струйных течений и эффективный процесс захвата низконапорного газа жидкостью.

Выполнение расстояния от соплового аппарата до конфузорного участка

S₁=(50÷105)·d, обеспечило процесс передачи захваченному газу кинетической энергии жидкости с максимальной эффективностью.

Выполнение конфузорного участка с углом сужения =2±0,5°, обеспечило предотвращение формирования вихревых и обратных потоков, что способствует повышению эффективности работы ЖСК.

Выполнение цилиндрического участка с диаметром D₂=(4,6÷7)·d и длиной S ₂=(70÷105)·d, обеспечило практически без гидравлических потерь выравнивание поперечного поля скоростей газожидкостного потока для дальнейшего эффективного расширения последнего в диффузоре.

Выполнение диффузор с углом расширения =9±1° и диметром выхода D₃=(12÷19)·d, обеспечило эффективное расширение и торможение газожидкостного потока.

Где d - диаметр отверстия выхода единичного сопла соплового аппарата.

Выполнение форкамеры с патрубками подвода низконапорного газа, проточной части с последовательно установленными конфузором, камерой смешения, конфузорным участком, цилиндрическим участком и диффузором в виде единого корпуса, и размещение в нем соплового аппарата с патрубком подвода высоконапорной жидкости, который снабжен фланцевым разъемом, в котором размещена шайба с соплами, позволило такие детали как фланцевый разъем, фиксирующую шайбу, которые подвержены максимальному износу от эрозии сделать съемными и с минимальной материалоемкостью.

Заявителям и авторам не известны конструкции жидкостно-струйных компрессоров, в которых бы повышение эффективности работы достигалась бы путем оптимизации конструктивных параметров основных элементов его проточной частив в соответствующей совокупности.

На фиг.1, 3 представлена конструкция полезной модели жидкостно-струйный компрессор.

На фиг.2, разрез А - А на фиг 1

Жидкостно-струйный компрессор (фиг.1) содержит корпус 1 с форкамерой 2 снабженной патрубком подвода низконапорного газа 3, в корпусе размещены патрубок подвода высоконапорной жидкости 4, сопловой аппарат 5 с фланцевым разъемом 6, фиксирующим шайбу 7 с семью соплами 8 (фиг.2). Корпус 1, выполнен из последовательно соединенных: форкамеры 2, проточной части 9 (фиг.1) с последовательно установленными конфузором 10, камерой смешения 11, конфузорным участком 12, цилиндрическим участком 13 и диффузором 14. Размеры элементов в проточной части выполнены в следующей совокупности.

В проточной части 9, которого расположены: конфузор 10 с углом сужения =65±25° и камера смешения 11 с диаметром D ₁=(5÷8)·d. Расстояние от соплового аппарата 5 до конфузорного участка 12 S₁=(50÷105)·d. Конфузорный участок 12 выполнен с углом сужения =2±0,5°. Цилиндрический участок 13 выполнен с диаметром D₂=(4,6÷7)·d и длиной S₂ =(70÷105)·d. Диффузор 14 выполнен с углом расширения =9±1° и диметром выхода D₃=(12÷19)·d. Где d - диаметр отверстия выхода единичного сопла 8 соплового аппарата 5.

Конфузор 10 с углом сужения =65±25° обеспечивает течение низконапорного газа с минимальными газодинамическими потерями, что способствует повышению эффективности работы ЖСК.

Камера смешения 11 с диаметром D₁=(5÷8)·d обеспечивает оптимальное распределение струйных течений 15 (фиг.3) и эффективный процесс захвата низконапорного газа жидкостью.

Расстояние от соплового аппарата 5 до конфузорного участка 12 S₁ =(50÷105)·d обеспечивает процесс передачи захваченному газу кинетической энергии жидкости с максимальной эффективностью. Экспериментальными исследованиями установлено, что изотермический к.п.д. - каждого струйного течения 15 (фиг.3), истекающих из сопел 8 достигает максимума _max - графическая линия 16, в конце камеры смешения 11.

Конфузорный участок 12 с углом сужения =2±0,5° предотвращает формирование вихревых и обратных потоков, что способствует повышению эффективности работы ЖСК.

Цилиндрический участок 13 с диаметром D ₂=(4,6÷7)·d и длиной S₂=(70÷105)·d обеспечивает практически без гидравлических потерь выравнивание поперечного поля скоростей 17 (фиг.3) газожидкостного потока для дальнейшего эффективного расширения последнего в диффузоре 14.

Диффузор 14 с углом расширения =9±1° и диаметром выхода D₃=(12÷19)·d обеспечивает эффективное расширение и торможение газожидкостного потока. При этом происходит восстановление полного давления, т.е. производится процесс сжатия газожидкостной смеси, в том числе и газа.

Таким образом, совокупность выполнения основных элементов проточной части с вышеописанной оптимизацией их конструктивных параметров приводит к повышению эффективности работы всей конструкции жидкостно-струйного компрессора.

Выполнение соединений соплового аппарата с форкамерой и с шайбой с соплами через фланцевые разъемы, позволило детали фланцевый разъем 6, фиксирующую шайбу 7, которые подвержены максимальному износу от эрозии сделать съемными и с минимальной материалоемкостью.

Жидкостно-струйный компрессор работает следующим образом.

Работа жидкостно-струйного компрессора характеризуется основными технологическими безразмерными параметрами, а именно:

- объемным коэффициентом эжекции К ₀=G/L, где G - объемный расход низконапорного газа на входе ЖСК при исходном давлении (м³/с), L - объемный расход жидкости (м³/с);

- степенью повышения давления газа =P_LG/P_G, где P_LG - давление газожидкостной смеси на выходе из диффузора ЖСК (Па), Р_G - исходное давление низконапорного газа (Па);

- изотерическим коэффициентом полезного действия , где P_L давление жидкости на входе ЖСК (Па).

При выполненных в проточной части ЖСК: конфузоре 10 (фиг.1) с углом сужения =65±25°; конфузорного участка 12 с углом сужения =2±0,5° и диффузоре 14 с углом расширения =9±1° жидкостно-струйный компрессор имеет: размеры D₁ - диаметр камеры смешения 11, S₁ - расстояние от соплового аппарата 5 до конфузорного участка 12, D₂ и S₂ - соответственно, диаметр и длину цилиндрического участка 13, выраженных относительно d - диаметра отверстия выхода единичного сопла 8 соплового аппарата 5, которые представлены в таблицах 1 и 2 в зависимости от основных технологических безразмерных параметров: объемного коэффициента эжекции K_O, степени повышения давления газа , изотермического коэффициента полезного действия .

Таблица 1
ЖСК	К 0			D1 /d	S1 /d	D2 /d	S2 /d	D3 /d
1	2	4	0,46	5,0	50	5,0	70	12
2	3	4	0,46	6,0	60	5,3	80	14
3	4	4	0,46	6,7	70	6,0	90	16
4	5	4	0,46	7,4	80	6,5	100	17
5	6	4	0,46	8,0	105	7	105	19

Таблица 2
ЖСК	К 0			D1 /d	S1 /d	D2 /d	S2 /d	D3 /d
1	2	4,00	0,46	5,0	50	5,0	70	12
2	3	3,24	0,52	6,0	60	5,3	80	14
3	4	2,79	0,57	6,7	70	6,0	90	16
4	5	2,49	0,60	7,4	80	6,5	100	17
5	6	2,28	0,64	8,0	105	7	105	19

Из таблиц 1 и 2 видно, что пять жидкостно-струйных компрессоров, выполненных с оптимизированными конструктивными параметрами основных элементов их проточных частей в совокупности, обеспечивают высокий изотермический коэффициент полезного действия сжатия газа, находящийся в пределах от 0,46 до 0,64 при различных расходных (К₀ от 2 до 6) и напорных ( от 2,28 до 4) параметрах.

Таким образом, предложенная конструкция жидкостно-струйного компрессора, позволила обеспечить технической результат заключающийся в повышении эффективности работы жидкостно-струйного компрессора путем оптимизации конструктивных параметров основных элементов его проточной части, а именно выполнение их размеров в соответствующей совокупности.

1. Жидкостно-струйный компрессор, содержащий форкамеру с патрубками подвода низконапорного газа, высоконапорной жидкости и сопловым аппаратом с семью соплами, а также проточную часть с последовательно установленными конфузором, камерой смешения, конфузорным участком, цилиндрическим участком и диффузором, отличающийся тем, что в проточной части размеры элементов выполнены в следующей совокупности:

конфузор с углом сужения =(65±25)°;

камера смешения с диаметром D₁=(5÷8)·d;

расстояние от соплового аппарата до конфузорного участка S₁=(50÷105)·d;

конфузорный участок с углом сужения =(2±0,5)°;

цилиндрический участок с диаметром D₂=(4,6÷7)·d и длиной S₂=(70÷105)·d;

диффузор с углом расширения =(9±1)° и диметром выхода D₃=(12÷19)·d,

где d - диаметр отверстия выхода единичного сопла соплового аппарата.

2. Жидкостно-струйный компрессор по п.1, отличающийся тем, что форкамера с патрубками подвода низконапорного газа, проточная часть с последовательно установленными конфузором, камерой смешения, конфузорным участком, цилиндрическим участком и диффузором выполнены в виде единого корпуса, в котором размещены сопловой аппарат с патрубком подвода высоконапорной жидкости, выполненный с фланцевым разъемом, в котором размещена шайба с соплами.