газожидкостной струйный аппарат

Формула изобретения

Газожидкостной струйный аппарат, содержащий активное сопло с входным сужающимся и выходным расширяющимся участками, приемную камеру с отверстием для подвода жидкой среды и камеру смешения, отличающийся тем, что выходное сечение активного сопла превышает минимальное проходное сечение камеры смешения, входной участок камеры смешения в зоне выходного участка активного сопла выполнен ступенчато сужающимся и образован коническими поверхностями, а выходной участок камеры смешения выполнен расширяющимся по ходу потока активной среды, при этом 0,5 Dк1 Lс 2 Dк1, Dк1 Lц 3 Dк1, 0 Lк 0,5 Dк1, 0,5 Dк1 Dк2 Dк1, 0,3 Dк1 Dк3 0,7 Dк2, 0 45 < 90,

Lс - расстояние от входного сечения активного сопла до его выходного сечения;

Lц - длина расширяющегося участка камеры смешения;

Lк - расстояние от выходного сечения сопла до плоскости проходящей через входное сечение конической поверхности входного участка камеры смешения, сопряженной с минимальным проходным сечением камеры смешения;

Dк1 - диаметр входного сечения активного сопла;

Dк2 - диаметр отверстия для подвода жидкой среды;

Dк3 - диаметр минимального проходного сечения камеры смешения;

- угол наклона образующей расширяющегося участка камеры смешения к оси камеры смешения;

- угол наклона к оси камеры смешения образующей конической поверхности входного участка камеры смешения коаксиальной выходному участку активного сопла;

- угол наклона образующей конической поверхности, сопряженной с минимальным проходным сечением камеры смешения, к плоскости поперечного сечения камеры смешения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к парожидкостным струйным аппаратам, используемым в системах отопления и подачи горячей воды.

Известен газожидкостной струйный аппарат, содержащий активное сопло, камеру смешения и диффузор (SU, 38870, кл. F 04 F 5/24, опубл. 30.09.34).

Данный жидкостно-газовый эжектор имеет сравнительно низкий КПД.

Известен другой, наиболее близкий к изобретению по технической сущности и достигаемому результату газожидкостной эжектор фирмы Транссоник Юбершалль-Анлаген ГмбХ, содержащий активное сопло с входным сужающимся и выходным расширяющимся участками, приемную камеру с отверстием для подвода жидкой среды и камеру смешения (RU, 2016261, кл. F 04 F 5/02, опубл. 15.07.94).

Однако данный струйный аппарат обладает недостаточно устойчивой работой и ограниченным диапазоном регулирования. Это в ряде случаев приводит к необходимости делать две ступени и устанавливать во второй ступени либо вестовой (перепускной) клапан, либо делать разгрузочную линию, соединяя вторую ступень с демпфирующей (разгрузочной, аварийной, пусковой) емкостью.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение устойчивости работы струйного аппарата и расширение диапазона регулирования режима работы струйного аппарата с использованием любого из возможных способов регулирования.

Указанная задача решается за счет того, что в газожидкостном струйном аппарате, содержащем активное сопло с входным сужающимся и выходным расширяющимся участками, приемную камеры с отверстием для подвода жидкой среды и камеру смешения, выходное сечение активного сопла превышает минимальное проходное сечение камеры смешения, входной участок камеры смешения в зоне выходного участка активного сопла выполнен ступенчато сужающимся и образован коническими поверхностями, а выходной участок камеры смешения выполнен расширяющимся по ходу потока активной среды, при этом 0,5Dк1 Lc 2Dк1, Dк1 Lц 3Dк1, 0 Lк 0,5Dк1, 0,5Dк1 Dк2 Dк1, 0,3 Dк1 Dк3 0,7Dк2, 0 45 < 90, где Lc - расстояние от входного сечения активного сопла до его выходного сечения, Lц - длина расширяющегося участка камеры смешения; Lк -расстояние от выходного сечения сопла до плоскости, проходящей через входное сечение конической поверхности входного участка камеры смешения сопряженной с минимальным проходным сечением камеры смешения; Dк1 - диаметр входного сечения активного сопла; Dк2 - диаметр отверстия для подвода жидкой среды; Dк3 - диаметр минимального проходного сечения камеры смешения: - угол наклона образующей расширяющегося участка камеры смешения к оси камеры смешения; - угол наклона к оси камеры смешения образующей конической поверхности входного участка камеры смешения коаксиальной выходному участку активного сопла; - угол наклона образующей конической поверхности, сопряженной с минимальным проходным сечением камеры смешения к плоскости поперечного сечения камеры смешения.

Как показали проведенные исследования, на работу газожидкостного струйного аппарата существенное значение оказывает комплекс взаимосвязанных соотношений размеров проточной части струйного аппарата, а также конфигурация проточной части, и в особенности профиль входного участка камеры смешения в зоне расположения выходного участка сопла для подвода эжектирующей среды. Выполнение выходного сечения сопла больше минимального проходного сечения камеры смешения с одновременным выполнением смешения ступенчато сужающегося входного участка камеры коаксиально охватывающим выходной участок сопла, расположение выходного участка сопла на строго определенном расстоянии от минимального проходного сечения камеры смешения с выполнением ступенчато сужающегося входного участка камеры смешения с определенными в ходе эксперимента углами наклона образующих поверхности ступенчато сужающегося участка камеры смешения позволило значительно интенсифицировать процесс обмена энергией между эжектирующей газообразной и эжектируемой жидкой средами. Как следствие, достигается значительное увеличение, в сравнении с известными струйными аппаратами, степени повышения давления на выходе из струйного аппарата. Выполнение струйного аппарата с указанными выше соотношениями размеров позволило увеличить устойчивость работы струйного аппарата и расширить диапазон регулирования независимо от того, какой из возможных способов регулирования (качественный, количественный или смешанный) используется, что достигается за счет контролируемого процесса преобразования потока смеси сред в камере смешения струйного аппарата и особенно за счет контролируемого и управляемого процесса перевода потока смеси эжектируемой и эжектирующей сред сначала на сверхзвуковой и затем обратно на дозвуковой режимы течения. Именно путем выполнения струйного аппарата с указанными выше соотношениями размеров удалось добиться заранее прогнозируемого режима течения сред вдоль всей проточной части струйного аппарата. При этом удалось добиться как скачкообразного (в скачке давления), так и плавного (т.е. без скачка давления) преобразования сверхзвукового потока смеси сред в камере смешения из сверхзвукового двухфазного потока в практически однофазный жидкостной поток, в котором могут присутствовать мелкие газовые пузырьки. Как следствие, если по какой-либо причине происходит несбалансированное с количеством воды поступление пара (эжектирующей газообразной среды) или возрастает противодавление по сравнению с расчетным, не происходит прекращение работы струйного аппарата. В этом случае струйный аппарат самопроизвольно переходит в так называемый режим малой циркуляции, т.е. в режим, когда производительность струйного аппарата составляет величину 20 % от номинальной, но при этом запас устойчивости работы струйного аппарата увеличивается, т.к. со снижением расхода гидравлическое сопротивление сети, в которой установлен струйный аппарат, уменьшается пропорционально квадрату уменьшения расхода, в то время как струйный аппарат, выполненный с указанными соотношениями размеров, увеличивает напор при переходе на работу в режиме малой циркуляции.

Таким образом, путем выполнения газожидкостного струйного аппарата описанным выше образом удалось добиться выполнения поставленной в изобретении задачи - увеличить устойчивость работы струйного аппарата и расширить диапазон его регулирования.

На чертеже представлен схематически продольный разрез описываемого газожидкостного струйного аппарата. Газожидкостной струйный аппарат содержит активное сопло 1 с входным сужающимся и выходным расширяющимся участками, приемную камеру 2 с отверстием 3 для подвода эжектируемой жидкой среды и камеру 4 смешения. Выходное сечение активного сопла 1 превышает минимальное проходное сечение камеры 4 смешения, входной участок камеры 4 смешения в зоне выходного участка активного сопла 1 выполнен ступенчато сужающимся, образован коническими поверхностями и концентрично охватывает выходной участок сопла 1, а выходной участок камеры 4 смешения выполнен расширяющимся по ходу потока активной среды, при этом

0,5Dк1 Lc 2Dк1,

Dк1 Lц 3Dк1,

0 Lк 0,5Dк1,

0,5Dк1 Dк2 Dк1,

0,3Dк1 Dк3 0,7Dк2.

0 45 < 90,

где Lc - расстояние от входного сечения активного сопла 1 до его выходного сечения; Lц - длина расширяющегося участка камеры 4 смешения: Lк - расстояние от выходного сечения сопла 1 до плоскости, проходящей через входное сечение конической поверхности входного участка камеры 4 смешения, сопряженной с минимальным проходным сечением камеры 4 смешения: Dк1 - диаметр входного сечения активного сопла 1; Dк2 - диаметр отверстия 3 для подвода жидкой среды; Dк3 - диаметр минимального проходного сечения камеры 4 смешения; - угол наклона образующей расширяющегося участка камеры 4 смешения к оси камеры 4 смешения; - угол наклона к оси камеры 4 смешения образующей конической поверхности входного участка камеры 4 смешения, коаксиальной выходному участку активного сопла 1; - угол наклона образующей конической поверхности, сопряженной с минимальным проходным сечением камеры 4 смешения к плоскости поперечного сечения камеры 4 смешения.

Необходимо отметить, что переход поверхностей, образующих внутреннюю поверхность камеры 4 смешения, может быть выполнен плавным или с образованием острой кромки, как это показано на чертеже. Возможно также выполнение переходной конической или криволинейной переходной поверхности между поверхностями, образующими поверхность ступенчато сужающегося участка камеры 4 смешения. Производительность струйного аппарата может быть также повышена путем выполнения струйного аппарата с дополнительным отверстием 5 для подвода эжектируемой среды в зону 6 окружающую камеру 4 смешения и выполнения со стороны внешней поверхности камеры 4 смешения каналов 7 для подвода этой эжектируемой среды. Эти же отверстие 5 и каналы 7 могут быть использованы для дополнительного подвода эжектирующей газообразной среды, когда необходимо увеличить величину достигаемого давления на выходе из струйного аппарата.

Газожидкостной струйный аппарат работает следующим образом.

Эжектирующая газообразная среда, например пар, подводится в активное сопло 1. Истекая из сопла 1, сверхзвуковой газовый поток увлекает в камеру 4 смешения жидкую среду, которая поступает в струйный аппарат через отверстие 3. В ходе смешения газообразной и жидкой сред в зоне ступенчато сужающегося участка камеры 4 смешения формируется режим течения с интенсивным процессом смешения сред, сопровождаемым процессом передачи энергии от эжектирующей среды к эжектируемой среде с формированием сверхзвукового газожидкостного потока, который в зоне наименьшего проходного сечения камеры 4 смешения преобразуется в скачке давления или без него в дозвуковой жидкостной поток с заданной величиной давления. Далее в результате дальнейшего торможения потока кинетическая энергия потока частично преобразуется в давление, после чего жидкостная среда под полученным в струйном аппарате напором подается потребителю. В случае, если потребителю не требуется достигаемая в струйном аппарате величина напора, энергия жидкостного потока на выходе из камеры 4 смешения, может быть использована для повышения производительности струйного аппарата по эжектируемой жидкой среде. В этом случае жидкостной поток, истекая из камеры 4 смешения создает в зоне 6 пониженное давление, что вызывает поступление через отверстие 5 в струйный аппарат дополнительного количества жидкой среды, которая, истекая через каналы 7, смешивается с жидкой средой на выходе из камеры 4 смешения и смесь жидких сред под полученным в результате смешения жидких сред напором подается потребителю.

Данный струйный аппарат может быть использован везде, где требуется подача под напором жидкой среды, путем использования энергии газообразной среды, например в системах горячего водоснабжения, в системах отопления и ряде других отраслей.