Парожидкостный струйно-вихревой аппарат

Использование: для смешения жидкостей и водяного пара. Сущность изобретения: Парожидкостной струйно-вихревой аппарат содержит корпус с размещенным внутри него паровым соплом Лаваля и подсоединенным трубопроводом подвода жидкости, сочлененные с корпусом по ходу движения рабочей среды суживающуюся приемную камеру, переходный трубопровод постоянного или суживающегося сечения, камеру отвода среды с первым отводящим трубопроводом, камеру смешения, выполненную в виде конфузора, камеру расширения, размещенную на выходе камеры смешения и сообщающуюся со вторым отводящим трубопроводом, диффузор, установленный на выходе камеры расширения соосно камере смешения, в корпусе размещены до трубопровода подвода жидкости разделенные между собой разделительной стенкой два тангенциальных сопла с одинаковым направлением закрутки и кольцевая камера смешения закрученных потоков жидкости, которая образована суживающимся соплом и паровым соплом Лаваля, первое по ходу движения рабочей среды из тангенциальных сопел соединено с третьим отводящим трубопроводом, который соединен другим концом с полостью диффузора на его выходе, второе из тангенциальных сопел соединено со вторым отводящим трубопроводом, на первом отводящем трубопроводе последовательно по ходу движения среды установлены внутри электрический соленоид в герметичной обмотке со свободным осевым проходом и на выходе электрический запорный клапан, причем, управляющее закрытием электрического запорного клапана реле, имеет связь электрическими проводниками с электрическим соленоидом и настроено на срабатывание при изменении индуктивности последнего, вызванного прохождением жидкости, кроме того, между трубопроводом подвода жидкости и приемной камерой размещены тангенциальные шлицы с направлением закрутки, совпадающим с направлением закрутки тангенциальных сопел. 1 п. ф-лы, 4 ил.

Полезная модель относится к транспортировке различных сред, конкретнее к устройствам струйной техники, а именно к устройствам смешения пара и жидкости.

Известен парожидкостный струйный аппарат с давлением жидкости на выходе, превышающим давление рабочего газа, содержащий корпус с размещенным внутри него паровым соплом (соплом Лаваля) и соединенный с трубопроводом подвода жидкости. Корпус разделен по ходу движения рабочей среды на приемную камеру, переходный диффузор и камеру смешения, выполненную в виде конфузора (суживающегося трубопровода). Площадь минимального поперечного сечения (f_c)_м парового сопла превышает площадь минимального поперечного сечения (f_к )_м, камеры смешения. Отношение значений указанных площадей лежит в пределах 1,1<(f_с)_м/(f _к)_м<3,7. Два других варианта выполнения струйного аппарата отличаются от описанного выше тем, что отношение значений указанных площадей лежит в пределах 4<(f_c) _м/(f_к)_м<10 и 12<(f_c )_м/(f_к)_м<20. В результате достигается возможность получения на выходе из аппарата нагретой жидкости с давлением, превышающим давление рабочего потока. [Патент РФ 2123619, МПК⁶ F04F 5/24. Опубл. 20.12.1998. БИ 35 (II ч.). А.И.Белевич, С.И.Жуков, А.В.Крупцев. Парожидкостный струйный аппарат с давлением жидкости на выходе, превышающим давление рабочего газа]

Недостатком данного устройства является отсутствие конструктивных элементов, обеспечивающих сверхзвуковую скорость течения пара в сопле Лаваля при наличии последующего за соплом Лаваля конфузора с минимальным поперечным сечением, меньшим, чем минимальное проходное сечение сопла Лаваля. При отсутствии в начальный момент запуска струйного аппарата расхода жидкости через подводящий трубопровод в сопле Лаваля не может быть сверхзвукового потока, так как критическим сечением в этом случае будет являться минимальное сечение конфузора. При отсутствии сверхзвукового течения в сопле Лаваля парожидкостный струйный аппарат будет иметь слишком малый коэффициент эжекции, и расхода жидкости может не хватить для конденсации всего водяного пара в камере смешения.

Известен также струйный аппарат, содержащий корпус, камеру смешения, имеющую конфузорный участок, коаксиально которой установлено сопло Лаваля для подачи пара, тангенциальный по отношению к камере смешения патрубок для подачи жидкости и выходной диффузор, размещенный коаксиально корпусу и камере смешения. Закрутка жидкости в камере смешения делает работу аппарата более стабильной при изменении параметров потоков пара и жидкости на входе. [Патент РФ 2228463, МПК⁷ F04F 5/24. Опубл. 10.05.2004. БИ 13 (III ч.). В.Н.Рыжков. Струйный аппарат]

Недостатком данного устройства также является отсутствие конструктивных элементов, обеспечивающих сверхзвуковую скорость течения пара в сопле Лаваля в начальный период запуска.

Известны также способ сжатия сред в струйном аппарате и устройство для его осуществления, содержащее камеру смешения, коаксиально ей установленные сопла для подвода газообразной и жидкой сред, камеру расширения, размещенную на выходе камеры смешения и диффузор с горловиной, установленный на выходе камеры расширения, при этом горловина выполнена в виде цилиндрического патрубка, камера смешения выполнена конической, сужающейся по ходу потока смеси сред, камера расширения сообщена непосредственно с горловиной диффузора и снабжена выпускным патрубком с разгрузочным клапаном, причем диаметр горловины равен от 1 до 3 гидравлических диаметров выходного сечения камеры смешения. Кроме того, устройство может быть снабжено устройством подвода дополнительной среды в направлении движения потока смеси сред, расположенным до выходного сечения камеры смешения по ходу потока, горловина диффузора расположена соосно камере смешения, выходное сечение камеры смешения может быть выполнено в виде диафрагмы, а разгрузочный клапан может быть снабжен средством регулировки давления его открытия. [Патент РФ 2016261, МПК⁵ F04F 5/02. Опубл. 15.07.1994. БИ 13. В.В.Фисенко. Способ сжатия сред в струйном аппарате и устройство для его осуществления]

Недостатком данного устройства является сложность запуска и выхода на рабочий режим, требующим дополнительное средство регулировки давления открытия разгрузочного клапана.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом парожидкостного струйно-вихревого аппарата является упрощение запуска и выхода на рабочий режим.

Технический результат достигается тем, что в парожидкостном струйно-вихревом аппарате, содержащем корпус с размещенным внутри него паровым соплом Лаваля и подсоединенным трубопроводом подвода жидкости, сочлененные с корпусом по ходу движения рабочей среды суживающуюся приемную камеру, переходный трубопровод постоянного или суживающегося сечения, камеру отвода среды с первым отводящим трубопроводом, камеру смешения, выполненную в виде конфузора, камеру расширения, размещенную на выходе камеры смешения и сообщающуюся со вторым отводящим трубопроводом, а также диффузор, установленный на выходе камеры расширения соосно камере смешения, в корпусе размещены до трубопровода подвода жидкости разделенные между собой разделительной стенкой два тангенциальных сопла с одинаковым направлением закрутки и кольцевая камера смешения закрученных потоков жидкости, которая образована суживающимся соплом и паровым соплом Лаваля, первое по ходу движения рабочей среды из тангенциальных сопел соединено с третьим отводящим трубопроводом, который соединен другим концом с полостью диффузора на его выходе, второе из тангенциальных сопел соединено со вторым отводящим трубопроводом, на первом отводящем трубопроводе последовательно по ходу движения среды установлены внутри электрический соленоид в герметичной обмотке со свободным осевым проходом и на выходе электрический запорный клапан, причем, управляющее закрытием электрического запорного клапана реле, имеет связь электрическими проводниками с электрическим соленоидом и настроено на срабатывание при изменении индуктивности последнего, вызванного прохождением жидкости, кроме того, между трубопроводом подвода жидкости и приемной камерой размещены тангенциальные шлицы с направлением закрутки, совпадающим с направлением закрутки тангенциальных сопел.

На фиг.1 - продольный разрез парожидкостного струйно-вихревого аппарата.

На фиг.2 - сечение А-А первого тангенциального сопла.

На фиг.3 - сечение Б-Б второго тангенциального сопла.

На фиг.4 - сечение В-В тангенциальных шлиц.

Парожидкостной струйно-вихревой аппарат содержит корпус 1, установленные в нем по ходу движения рабочей среды первое тангенциальное сопло 2, разделительную стенку 3, второе тангенциальное сопло 4, суживающееся сопло 5 и тангенциальные шлицы 6, соосное суживающемуся соплу 5 паровое сопло Лаваля 7, трубопровод подвода жидкости 8, совмещенный с полостью корпуса 1 через отверстия тангенциальных шлиц 6, приемную суживающуюся камеру 9, совмещенную с полостью корпуса 1 и кольцевой камерой смешения 10, образованной суживающимся соплом 5 и паровым соплом Лаваля 7, переходный трубопровод постоянного или суживающегося сечения 11, камеру отвода среды 12 с первым отводящим трубопроводом 13, камеру смешения 14, выполненную в виде конфузора, камеру расширения 15, размещенную на выходе камеры смешения 14, диффузор 16, установленный на выходе камеры расширения 15 соосно камере смешения 14, установленные в первом отводящем трубопроводе 13 по ходу движения среды электрический соленоид 17 и электрический запорный клапан 18, имеющий связь электрическими проводниками его управляющего реле 19 с электрическим соленоидом 17, второй отводящий трубопровод 20, совмещающий камеру расширения 15 со вторым тангенциальным соплом 4, и третий отводящий трубопровод 21, размещенный на выходе выходного диффузора 16 и совмещающий полость диффузора 16 и первое тангенциальное сопло 2.

Парожидкостной струйно-вихревой аппарат работает следующим образом. Перегретый водяной пар подается в паровое сопло Лаваля 7, приобретает на выходе сверхзвуковую скорость, так как обычно отношение величины атмосферного давления к величине давления перегретого водяного пара меньше критического, а полость камеры отвода среды 12 совмещена через открытый электрический запорный клапан 18 с атмосферой. Отношение площади выходного сечения парового сопла Лаваля 7 к площади его минимального сечения подбирается таким, чтобы величина давления на срезе парового сопла Лаваля 7, а, следовательно, и в приемной суживающейся камере 9 была меньше давления жидкости на входе в трубопровод подвода жидкости 8, например, меньше атмосферного давления. За счет образовавшегося перепада давления жидкость, например вода, поступает из трубопровода подвода жидкости 8, через тангенциальные шлицы 6 в приемную суживающуюся камеру 9, приобретая при этом вращательное движение. В переходном трубопроводе 11 жидкость смешивается с водяным паром и увлекается вместе с ним в камеру отвода среды 12 и далее большей частью в первый отводящий трубопровод 13, а меньшей частью в камеру смешения 14. Проходя через осевой проход герметичного электрического соленоида 17, жидкость изменяет его индуктивность, что является управляющим воздействием на реле 19, подающим при этом электрический сигнал на закрытие электрического запорного клапана 18. За счет смешения жидкости, имеющей температуру, меньшую, чем температура водяного пара, и водяного пара в переходном трубопроводе 11 пар частично конденсируется и объемный расход смеси уменьшается при неизменном массовом расходе. Это позволяет смеси после закрытия клапаном 18 первого отводящего трубопровода 13 течь по камере смешения 14, имеющей форму конфузора (суживающегося сопла). Смесь жидкости, водного конденсата и остатков водяного пара разгоняется в камере смешения 14 до звуковой скорости, что возможно, если давление в камере расширения 15 меньше определенной величины. Требуемую величину давления в камере расширения 15 можно обеспечить путем отвода части смеси из камеры расширения 15 по второму отводящему трубопроводу 20 за счет перепада давления между камерой расширения 15 и полостью второго тангенциального сопла 4, совмещенного с кольцевой камерой смешения 10 и приемной суживающейся камерой 9. Часть смеси из камеры расширения 15 перетекает по второму отводящему трубопроводу 20 обратно в полость корпуса 1. После достижения скорости звука в выходном сечении камеры смешения 14 смесь расширяется в камере расширения 15, приобретая сверхзвуковую скорость. В горловине (минимальном сечении) диффузора 16 располагается скачок уплотнения, за которым скорость падает до значений, меньших скорости звука, а давление резко возрастает. При этом за скачком уплотнения по ходу движения смеси располагается скачок конденсации, за которым весь остаток водяного пара конденсируется с достижением величины давления насыщения, значительно превосходящим исходную величину давления водяного пара. В выходном сечении диффузора 16 течет смесь жидкости и водяного конденсата с температурой, превышающей исходную температуру жидкости и давлением, превышающем исходное давление водяного пара. Часть этого потока смеси отбирается в третий отводящий трубопровод и за счет перепада давления поступает через первое тангенциальное сопло 2 в кольцевую камеру смешения 10. Выход парожидкостного струйно-вихревого аппарата на рабочий режим заключается в повышении давления в выходном сечении диффузора 16 до значений, больших исходного давления водяного пара, что возможно при повышении значения давления в камере расширения 15 выше атмосферного. После образования в диффузоре 16 скачка уплотнения и скачка конденсации изменение величины давления в камере расширения 15 не изменяет режима течения в камере смешения 14 и диффузоре 16, но лишь сдвигает положение скачков уплотнения и конденсации дальше по ходу движения среды. Постепенное увеличение давления в диффузоре 16 и, следовательно, в первом тангенциальном сопле 2 приводит к уменьшению расхода среды через второе тангенциальное сопло 4, так как оно расположено дальше по ходу движения среды, а перепад давления на нем меньше, чем перепад давления на первом тангенциальном сопле 2. Соотношение площадей тангенциальных сопел 2 и 4, а также площади выходного сечения кольцевой камеры смешения 10 подбирается таким, чтобы после выхода парожидкостного струйно-вихревого аппарата на рабочий режим расход среды через второе тангенциальное сопло 4 прекращался, то есть запирался давлением среды, истекающей из первого тангенциального сопла 2.

Таким образом, совокупность конструктивных отличий парожидкостного струйно-вихревого аппарата приводит к упрощению его запуска и выхода на рабочий режим. Выход на режим в предложенной полезной модели осуществляется автоматически, что сокращает ручные операции открытия и закрытия вентилей и исключает ошибки в последовательности включения устройства.

1. Парожидкостный струйно-вихревой аппарат, содержащий корпус с размещенным внутри него паровым соплом Лаваля и подсоединенным трубопроводом подвода жидкости, сочлененные с корпусом по ходу движения рабочей среды суживающуюся приемную камеру, переходный трубопровод постоянного или суживающегося сечения, камеру отвода среды с первым отводящим трубопроводом, камеру смешения, выполненную в виде конфузора, камеру расширения, размещенную на выходе камеры смешения и сообщающуюся со вторым отводящим трубопроводом, а также диффузор, установленный на выходе камеры расширения соосно камере смешения, отличающийся тем, что в корпусе размещены до трубопровода подвода жидкости разделенные между собой разделительной стенкой два тангенциальных сопла с одинаковым направлением закрутки и кольцевая камера смешения закрученных потоков жидкости, которая образована суживающимся соплом и паровым соплом Лаваля, первое по ходу движения рабочей среды из тангенциальных сопел соединено с третьим отводящим трубопроводом, который соединен другим концом с полостью диффузора на его выходе, второе из тангенциальных сопел соединено со вторым отводящим трубопроводом, на первом отводящем трубопроводе последовательно по ходу движения среды установлены внутри электрический соленоид в герметичной обмотке со свободным осевым проходом и на выходе электрический запорный клапан, причем управляющее закрытием электрического запорного клапана реле имеет связь электрическими проводниками с электрическим соленоидом и настроено на срабатывание при изменении индуктивности последнего, вызванного прохождением жидкости, кроме того, между трубопроводом подвода жидкости и приемной камерой размещены тангенциальные шлицы с направлением закрутки, совпадающим с направлением закрутки тангенциальных сопел.