Активатор процессов смешивания

Полезная модель относится к области струйной техники, а именно к активаторам процессов смешивания активной и инертной сред. Активатор процессов смешивания содержит корпус с отверстием для подвода инертной среды, осевое сопло для подвода активной среды, камеру смешения. Сопло выполнено с входным сужающимся участком и установлено в корпусе с образованием приемной камеры. Камера смешения установлена соосно с соплом и выполнена с входным сужающимся и выходным расширяющимся участками. Для повышения эффективности нагнетания и уменьшения количества отложений выходной участок сопла выполнен цилиндрическим, а камера смешения снабжена цилиндрическим участком с длиной не менее его диаметра. Цилиндрический участок камеры смешения расположен между входным сужающимся и выходным расширяющимся участками. Отношение площади поперечного сечения цилиндрического участка сопла к площади поперечного сечения цилиндрического участка камеры смешения равно 3,71-3,74. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к области струйной техники и может быть использована для получения на выходе из активатора процессов смешивания (далее по тексту - АПС) нагретой инертной среды, например жидкости, с давлением, превышающим как давление перекачиваемой жидкости, так и давление активной среды, например рабочего пара, на входе.

Известен струйный аппарат по патенту РФ 2155280 F04F 5/14, который, по сути, также является активатором процессов смешивания. Известное устройство содержит корпус с отверстием для подвода жидкой среды, активное сопло с входным сужающимся и выходным расширяющимся участками, установленное в корпусе с образованием приемной камеры, и камеру смешения. Входной участок камеры смешения выполнен ступенчато сужающимся и образован коническими поверхностями, а выходной участок камеры смешения выполнен расширяющимся по ходу потока. При использовании в качестве эжектирующей газообразной среды пара, струйный аппарат может быть использован, например, в системах горячего водоснабжения и системах отопления.

Известное устройство обладает некоторой устойчивостью работы и обеспечивает регулирование режима работы с использованием любого из возможных способов регулирования.

Известное устройство по совокупности существенных признаков является наиболее близким к заявляемому техническому решению и выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Недостатками известного устройства являются относительно невысокая эффективность нагнетания жидкости вследствие того, что расширяющийся конус сопла рассчитан на номинальный режим работы, а в остальных режимах создает повышенное вихреобразование, что также значительно увеличивает отложение солей на стенках устройства при его работе.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности нагнетания и уменьшение количества отложений.

Указанный технический результат достигается тем, что в активаторе процессов смешивания, содержащем корпус с отверстием для подвода инертной среды, осевое сопло для подвода активной среды, содержащее входной сужающийся участок и установленное в корпусе с образованием приемной камеры, и соосную с соплом камеру смешения, входной участок которой выполнен сужающимся, а выходной участок - расширяющимся по ходу потока, согласно полезной модели, выходной участок сопла выполнен цилиндрическим, а камера смешения снабжена цилиндрическим участком с длиной не менее его диаметра, расположенным между входным сужающимся и выходным расширяющимся участками.

В качестве активной среды в АПС может использоваться пар, газ или жидкость. В качестве инертной текучей среды могут быть использованы жидкость или газ.

Кроме того, в АПС, используемых для получения на выходе из АПС нагретой жидкости с давлением, превышающим как давление перекачиваемой жидкости, так и давление рабочего пара на входе, отношение площади поперечного сечения цилиндрического участка активного парового сопла к площади цилиндрического участка камеры смешения равно 3,71-3,74.

Данное выполнение АПС за счет цилиндрического участка активного сопла позволяет уменьшить вихреобразование в рабочем диапазоне режимов и тем самым увеличить эффективность устройства и снизить количество отложений солей жесткости, искажающих профиль проточной части АПС. Повышению эффективности работы АПС также способствует наличие удлиненного цилиндрического участка камеры смешения, в котором поток выравнивается и конденсация пара завершается.

В заявляемом интервале отношения характерных площадей сопла и камеры смешения достигается достаточная в большинстве практических приложений степень повышения давления жидкости и при этом обеспечивается устойчивость заданного насосного режима работы АПС в большом интервале изменения давлений и температур пара и жидкости на входе и выходе.

Указанная выше совокупность существенных признаков полезной модели на дату подачи заявки не известна в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".

Заявляемая полезная модель может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 изображена схема общего вида устройства,

- на фиг.2 представлены экспериментально полученные зависимости параметров режимов (максимальной температуры жидкости на входе в АПС и прироста ее давления) от геометрических характеристик устройства.

АПС содержит корпус 1 с отверстием 2 для подвода инертной, например, жидкой среды, сопло 3 для подвода активной среды, например, водяного пара, установленное в корпусе 1 с образованием приемной камеры 4, и камеру 5 смешения. Сопло 3 содержит входной сужающийся конусный участок 6 и выходной цилиндрический участок 7. Камера 5 смешения по ходу потока содержит входной сужающийся конусный участок 8, цилиндрический участок 9, длина которого выполнена не менее его диаметра, и расширяющийся конусный участок 10. В тех АПС, которые предназначены для создания повышенного напора инертной среды, когда ее давление за АПС больше давления активной среды на входе, отношение площади F_c поперечного сечения цилиндрического участка 7 сопла 3 к площади F_к цилиндрического участка 9 камеры 5 смешения равно 3,71-3,74. При увеличении указанного отношения более 3,75 сужается диапазон устойчивых режимов с превышением выходного давления жидкости над давлением рабочего пара при отклонении входных температур и давлений и выходного давления от расчетных значений. При уменьшении указанного отношения менее 3,7 снижается достигаемый в АПС напор и становится при начальной температуре жидкости 40° менее 20 м вод.ст.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Активная среда, например, в виде пара подается в сопло 3. Наличие выходного цилиндрического участка 7 сопла 3 стабилизирует поток пара и ускоряет его до местной скорости звука. За соплом 3 скорость увеличивается до сверхзвуковой в волнах расширения, формирующих струю пара в соответствии с давлением в камере 5 смешения. Последнее равно давлению насыщения при температуре смеси пара и жидкости в камере 5 смешения, которая зависит от регулирования их расходов в данный момент. Таким образом, поток пара саморегулируется и с минимальными потерями увлекает в камеру 5 смешения жидкую среду, которая поступает через отверстие 2 и приемную камеру 4. В ходе сверхзвукового течения двухфазной среды в сужающемся участке Вив цилиндрическом 9 камеры 5 смешения интенсивно идет процесс конденсации пара, уменьшения удельного объема, передачи тепловой энергии от пара к жидкости, и в конце участка 9 образуется волна уплотнения, за которой идет дозвуковой однофазный поток с повышенной величиной давления. В результате дальнейшего торможения потока на расширяющемся конусном участке 10 камеры 5 смешения еще часть кинетической энергии потока преобразуется в давление, после чего жидкостная среда с полученным в АПС напором подается потребителю. Удлиненная камера 5 смешения с небольшими углами конусных участков снижает вихреобразование, что предотвращает отложение солей на стенках, а также увеличивает гидродинамическую эффективность аппарата как насоса. Указанный выше интервал отношения площадей сопла и камеры смешения 3,71-3,74 обеспечивает вполне достаточный подъем давления даже для подогретой воды, например, при подаче ее с нулевой отметки после осветления в деаэратор на высоту до 20 м.

На фиг.2 показана экспериментально полученная зависимость максимально допустимой температуры воды на входе в АПС и максимального подъема давления этой воды от отношения минимальных площадей поперечных сечений сопла 3 и камеры 5 смешения (на оси абсцисс указаны отношения площадей и соответствующие им отношения диаметров). Для всех точек величины давления воды на входе близки к 26±2 м вод.ст. Максимальный напор, создаваемый АПС на этих граничных режимах перед срывом насосного эффекта, составлял от 12 (при относительном диаметре Dотн=1,1) до 20 м (при Dотн=1,9) и до 40 м при Dотн=2,22.

Температуры воды до 40°С соответствуют наиболее вероятным случаям применения АПС как насоса, например при подкачке с одновременным подогревом воды из водоема или бака-накопителя для мойки, при перекачке с подогревом сырой воды через систему химводоподготовки (ХВП), при подаче осветленной и умягченной воды из ХВП с температурой 35-40°С на деаэратор, обычно установленный на высоте от 10 до 20 м. Предельная температура входящей воды около 42°С соответствует АПС с отношением минимальных диаметров сопла и камеры смешения 1,92-1,94 и площадей соответственно 3,7-3,75. Тем самым подтверждена целесообразность использования при конструировании АПС с давлением жидкости на выходе, превышающем давление рабочего пара, отношения минимальных сечений сопла и камеры смешения в диапазоне 3,71-3,74.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить эффективность нагнетания и уменьшить количество отложений.

1. Активатор процессов смешивания, содержащий корпус с отверстием для подвода инертной среды, осевое сопло для подвода активной среды, содержащее входной сужающийся участок и установленное в корпусе с образованием приемной камеры, и соосную с соплом камеру смешения, входной участок которой выполнен сужающимся, а выходной участок - расширяющимся по ходу потока, отличающийся тем, что выходной участок сопла выполнен цилиндрическим, а камера смешения снабжена цилиндрическим участком с длиной не менее его диаметра, расположенным между входным сужающимся и выходным расширяющимся участками.

2. Активатор процессов смешивания по п.1, отличающийся тем, что отношение площади поперечного сечения цилиндрического участка сопла к площади поперечного сечения цилиндрического участка камеры смешения равно 3,71-3,74.