насосно-эжекторная установка с возможностью выделения тепловой энергии

Формула изобретения

1. Насосно-эжекторная установка, содержащая насос, тепловыделяющее устройство и устройство преобразования энергии жидкости, отличающаяся тем, что устройство преобразования энергии жидкости выполнено в виде струйного аппарата, содержащего активное сопло, установленную коаксиально соплу конфузорную приемную камеру, конфузорную камеру смешения с горловиной и диффузор, при этом выход насоса подключен к входу в тепловыделяющее устройство и к активному соплу, тепловыделяющее устройство со стороны выхода из него подключено к приемной камере струйного аппарата и диффузор струйного аппарата подключен к входу в насос и к входу в тепловыделяющее устройство.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что струйный аппарат на выходе из диффузора снабжен профилированным напорным трубопроводом.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что активное сопло струйного аппарата выполнено ступенчато сужающимся.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что активное сопло выполнено ступенчато сужающимся со стороны входа в него и ступенчато расширяющимся со стороны выхода из него.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена линией отвода и подвода жидкости в установку с установленным на ней автоматическим клапаном поддержания заданного давления жидкости в установке.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к насосно-эжекторным установкам, в которых возможно преобразование энергии жидкости в тепловую энергию, что позволит использовать ее для обогрева помещений.

Известна насосно-эжекторная установка, содержащая струйный аппарат, подключенный диффузором к входу в тепловыделяющее устройство, приемной камерой - к выходу из тепловыделяющего устройства и активным соплом - к источнику жидкости под давлением (см. заявку ФРГ N 2330502, кл. F 04 F 5/48, 1975).

Однако в данной установке струйный аппарат используется только для организации циркуляционного движения нагретой жидкости, а другие виды энергии жидкости не используются, что ведет к снижению эффективности работы установки.

Наиболее близкой к описываемой является насосно-эжекторная установка, содержащая насос, тепловыделяющее устройство, устройство преобразования энергии жидкости (см. авт.св. СССР N 1290015, кл. F 04 F 5/02, 1987).

В данной установке предусмотрена возможность использования энергии жидкости путем преобразования ее кинетической энергии в механическую энергию, однако в данном случае имеет место недостаточно эффективное использование энергии жидкости, а регулирование режима работы установки осуществляется только путем смешения горячей и холодной жидкости, что приводит к усложнению установки, снижает надежность ее работы и, как следствие, к повышению эксплуатационных затрат.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение экономичности установки, упрощение ее эксплуатации и повышение надежности ее работы.

Указанная задача достигается тем, что в насосно-эжекторной установке, содержащей насос, тепловыделяющее устройство и устройство преобразования энергии жидкости, последнее выполнено в виде струйного аппарата, содержащего активное сопло, установленную коаксиально соплу конфузорную приемную камеру, конфузорную камеру смешения с горловиной и диффузор, при этом выход насоса подключен к входу в тепловыделяющее устройство и к активному соплу, тепловыделяющее устройство со стороны выхода из него подключено к приемной камере струйного аппарата и диффузор струйного аппарата подключен к входу в насос и к входу в тепловыделяющее устройство. Струйный аппарат может быть на выходе из диффузора снабжен профилированным напорным трубопроводом, активное сопло может быть выполнено ступенчато сужающимся по ходу потока или ступенчато сужающимся со стороны входа в него и ступенчато расширяющимся со стороны выхода из него, а установка может быть снабжена линией подвода и отвода жидкости из установки с автоматическим клапаном поддержания заданного давления жидкости в установке.

Выполнение устройства, описываемого в данном изобретении, с устройством преобразования энергии жидкости в виде струйного аппарата позволяет организовать такой процесс течения жидкости в нем, когда по мере движения поступающей в активное сопло и в приемную камеру жидкости в последних организуют разгон жидкости, ее вскипание с образованием двухфазного потока, перевод за счет этого движения потока на сверхзвуковой режим и, как следствие этого, организацию в потоке скачка давления. Далее поток вторично разгоняют, организуют его вскипание, перевод на сверхзвуковой режим течения и после этого организуют второй скачок давления, после чего в диффузоре за счет торможения потока рост давления в струйном аппарате завершают.

Как результат, в проточной части за струйным аппаратом получают давление, значительно превышающее давление, которое было на входе в струйный аппарат. Одновременно с интенсивным ростом давления в процессе интенсивного торможения потока растет температура жидкости. Таким образом, в струйном аппарате организуют преобразование энергии потока жидкости в тепловую энергию. Из струйного аппарата нагретая в нем жидкость направляется в тепловыделяющее устройство, например в батарею для отопления помещения, а из тепловыделяющего устройства рабочая жидкая среда возвращается в струйный аппарат на новый цикл нагрева.

Располагая на выходе диффузора профилированный напорный трубопровод, можно достигнуть, если это необходимо, дополнительного роста давления с соответствующим ростом температуры жидкости на выходе из струйного аппарата. Выполнение проточной части активного сопла со ступенчатыми сужением и расширением позволяет в ряде случаев интенсифицировать процессы разгона и вскипания и более качественно организовать переход на дозвуковой режим течения со скачком давления в проточной части активного сопла.

Таким образом, достигается возможность организации автономного циркуляционного контура нагрева жидкости (жидкой рабочей среды) без использования экологически вредных источников нагрева жидкости (угля, нефти и нефтепродуктов), при этом в установке нет, кроме насоса, ни одного устройства с механическим приводом и механическими подвижными рабочими элементами, что делает установку экологически безопасной, а непосредственное преобразование энергии потока жидкости в тепловую энергию с учетом вышесказанного делает установку экономически выгодной, надежной и простой в эксплуатации.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема описываемой насосно-эжекторной установки; на фиг. 2 представлен схематический разрез струйного аппарата с графиком изменения давления жидкости вдоль его проточной части; на фиг. 3 представлен схематический разрез струйного аппарата с активным соплом, в котором выполнены ступенчатое сужение и ступенчатое расширение проточной части сопла.

Насосно-эжекторная установка содержит насос 1, тепловыделяющее устройство 2 и устройство 3 преобразования энергии жидкости, при этом последнее выполнено в виде струйного аппарата, содержащего активное сопло 4, установленную коаксиально соплу 4 конфузорную приемную камеру 5, конфузорную камеру 6 смешения с горловиной 7 и диффузор 8, при этом выход насоса 1 подключен к входу в тепловыделяющее устройство 2 и к активному соплу 4, тепловыделяющее устройство 2 со стороны выхода из него подключено к приемной камере 5 струйного аппарата и диффузор 8 струйного аппарата подключен к входу в насос 1 и к входу в тепловыделяющее устройство 2. Струйный аппарат на выходе из диффузора 8 снабжен профилированным напорным трубопроводом 9. Активное сопло 4 может быть выполнено ступенчато сужающимся со стороны входа в него и ступенчато расширяющимся со стороны выхода из него. Установка может быть снабжена линией 10 отвода и подвода жидкости в установку с установленным на ней автоматическим клапаном 11 поддержания заданного давления жидкости в установке.

Установка работает следующим образом.

Запуск установки осуществляют путем направления насосом 1 всего потока жидкости в активное сопло 4 струйного аппарата. Поступая в сопло 4, поток жидкости сужается, что ведет к росту кинетической энергии потока и уменьшению давления. После того, как давление падает ниже давления насыщения (газов или паров), происходит вскипание потока, скорость потока резко увеличивается, а величина скорости, при которой наступает сверхзвуковой режим течения, резко падает. Поскольку скорость потока становится выше скорости звука, в сопле 4 возникает скачок давления, далее на выходе из сопла 4 (сечение II - II) давление снова падает, а скорость потока вновь возрастает, при этом проточная часть камеры 6 смешения выбрана таким образом (а именно в нее истекает жидкая среда из сопла 4), что в камере 6 смешения устанавливается критический режим течения с вскипанием жидкостного потока, установлением сверхзвукового режима и последующим скачком давления, причем давление перед вторым скачком давления меньше, чем критическое давление после первого скачка давления (в активном сопле 4), кинетическая энергия потока в камере 6 смешения больше, чем кинетическая энергия потока в сопле 4, и, как следствие, за счет более интенсивного вскипания потока скорость звука соответственно меньше, поэтому скачок давления в камере 6 смешения более интенсивный, чем в активном сопле 4. Дальнейшее повышение давления происходит в диффузоре 8, и на выходе из диффузора 8 устанавливается окончательная величина давления, которое значительно больше, чем давление жидкости на входе в струйный аппарат. При протекании описанных процессов в струйном аппарате начинает расти температура жидкости, в частном случае воды. Такой режим работы продолжается до тех пор, пока повышение температуры, сопровождающееся повышением давления, не достигнет того значения, при котором нагретую жидкость можно направлять в тепловыделяющее устройство, например в батарею для отопления какого-либо помещения. Для этого часть потока жидкости с выхода насоса 1 направляют в тепловыделяющее устройство 2. После тепловыделяющего устройства 2 жидкость направляется в приемную камеру 6 струйного аппарата. Дальнейшая циркуляция жидкости между струйным аппаратом и тепловыделяющим устройством 2 возможна без насоса 1. В этом случае нагретая жидкость из струйного аппарата направляется непосредственно в тепловыделяющее устройство 2. В дальнейшем, если количества тепла, которое снимается с тепловыделяющего устройства, будет не хватать, или потребуется быстро изменить количество тепла, которое необходимо снять с тепловыделяющего устройства 2, вновь в работу включается насос 2. При этом тепловая мощность, снимаемая с тепловыделяющего устройства 2, будет тем больше, чем больше будет начальная мощность (напор и расход) насоса 1.

В различных установках, в зависимости от требований потребителя, возможны различные режимы работы струйного аппарата по нагреву жидкости. В зависимости от этого возможно выполнение струйного аппарата как со ступенчато сужающимся соплом 4, так и ступенчато сужающимся со стороны входа и ступенчато расширяющимся со стороны выхода соплом 4.

Кроме того, для регулирования количества жидкости в установке возможно снабжение ее линией 10 подвода и отвода жидкости из установки с установленным на ней автоматическим клапаном 11 поддержания заданного давления жидкости в установке.

Таким образом, путем выполнения установки описанным образом решается поставленная задача, что позволяет использовать описанную насосно-эжекторную установку в качестве автономной установки для отопления рабочих и производственных помещений, а также для нагрева жидкости в различных технологических циклах.