водоподъемное устройство

Формула изобретения

Водоподъемное устройство, содержащее подъемную, всасывающую и воздухоподводящую трубы, смесительную камеру с равномерно расположенными по окружности внутреннего стакана камеры наклонными сопловыми отверстиями, осями которых являются образующие однополостного гиперболоида вращения и зонтовый оголовок в виде усеченного конуса большим основанием вниз с креплением меньшего основания к торцу всасывающего патрубка, а на внутренней поверхности его вертикальные трапецеидальные пластины, расположенные по касательной к цилиндрической части всасывающего патрубка в направлении кругового наклона осей сопловых отверстий смесительной камеры, отличающееся тем, что внутренний стакан смесительной камеры по его нижнему наружному периметру снабжен расточкой, имеющей форму усеченного кругового конуса большим основанием вверх, и все образующие этого конуса перпендикулярны к касательным плоскостям в точках пересечения их с поверхностью однополостного гиперболоида вращения, образующими которого являются оси наклонных сопловых отверстий, а по средней осевой линии на поверхности расточки равномерно по окружности выполнены углубления, в которых закреплены коноидальные насадки с входными диаметрами не более ширины конической расточки и с выходными диаметрами, равными диаметрам сопловых отверстий, причем оси коноидальных насадок совпадают с осями соответствующих сопловых отверстий.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосостроению, в частности к струйно-вихревым эрлифтам для полного обезвоживания опорожняемых емкостей и углублений, и может быть использовано при проектировании откачивающих систем в промышленности, энергетике, строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве.

Известен эрлифт, содержащий подъемную трубу с камерой смешения, всасывающий патрубок и воздуховод с воздухораспределителем, размещенным под сливными окнами всасывающего патрубка [SU 987199 А (ДОЛГАШОВ Г.Е. и др.), 17.01.1983].

Недостатком этого устройства является низкая экономичность его работы при повышенных параметрах рабочего агента.

Известен эжектор, содержащий корпус с входной камерой, камерой смешения и диффузором и размещенный во входной камере активный многосопловой блок, оси сопел которого расположены по образующим однополостного гиперболоида вращения с зазором относительно внутренней поверхности камеры смешения и диффузора [SU 1232856 А1 (СИБИРСКИЙ ФИЛИАЛ ВНИИ ГИДРОТЕХНИКИ ИМ. Б.Е.ВЕДЕНЕЕВА и др.), 23.05.1986].

Недостатком данного эжектора является то, что при отсосе жидкости в виде газокапельной смеси возникают аэродинамические перекосы при подводе ее в камеру смешения, что снижает производительность устройства.

Наиболее близким к изобретению является водоподъемное устройство, содержащее подъемную, всасывающую и воздухоподводящую трубы, смесительную камеру с равномерно расположенными по окружности внутреннего стакана камеры наклонными сопловыми отверстиями, осями которых являются образующие однополостного гиперболоида вращения и зонтовый оголовок в виде усеченного конуса большим основанием вниз с креплением меньшего основания к торцу всасывающего патрубка, а на внутренней поверхности его вертикальные трапецеидальные пластины, расположенные по касательной к цилиндрической части всасывающего патрубка в направлении кругового наклона осей сопловых отверстий смесительной камеры [RU 2247874 С2 (ОАО "КРАСНОЯРСКЭНЕРГО"), 10.03.2005].

Недостатком этого устройства являются неоправданные потери энергии воздушного потока на входах в наклонные сопловые отверстия и отклонения реальных траекторий воздушных струй от расчетных направлений при работе его в режимах газожидкостного инжектора.

Задачей изобретения является повышение экономичности и расширение диапазона работы устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем подъемную, всасывающую и воздухоподводящую трубы, смесительную камеру с равномерно расположенными по окружности внутреннего стакана камеры наклонными сопловыми отверстиями, осями которых являются образующие однополостного гиперболоида вращения и зонтовый оголовок в виде усеченного конуса большим основанием вниз с креплением меньшего основания к торцу всасывающего патрубка, а на внутренней поверхности его вертикальные трапецеидальные пластины, расположенные по касательной к цилиндрической части всасывающего патрубка в направлении кругового наклона осей сопловых отверстий смесительной камеры, согласно изобретению внутренний стакан смесительной камеры по его нижнему наружному периметру снабжен расточкой, имеющей форму усеченного кругового конуса большим основанием вверх, и все образующие этого конуса перпендикулярны к касательным плоскостям в точках пересечения их с поверхностью однополостного гиперболоида вращения, образующими которого являются оси наклонных сопловых отверстий, а по средней осевой линии на поверхности расточки равномерно по окружности выполнены углубления, в которых закреплены коноидальные насадки с входными диаметрами не более ширины конической расточки и с выходными диаметрами, равными диаметрам сопловых отверстий, причем оси коноидальных насадок совпадают с осями соответствующих сопловых отверстий, причем оси коноидальных насадок совпадают с осями соответствующих сопловых отверстий.

Совокупностью этих признаков обеспечивается технический результат изобретения, который выражается в повышении экономичности и в расширении диапазона работы устройства при более низких параметрах энергоносителя и с полным удалением воды из осушаемого приямка. Предлагаемое устройство в базовом режиме работает как обычный эрлифт, а при необходимости полной откачки жидкости режим работы эрлифта переводят в режим работы газожидкостного инжектора [Соколов В.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. Москва-Ленинград, Госэнергоиздат, 1960, с.144-150]. Расчет водоподъемного устройства выполняют в зависимости от конкретных условий, а круговые и осевые углы установки осей сопловых отверстий определяют искомый диаметр горловины гиперболоида вращения, номинальные значения которого находятся в пределах:

d_г=(0,3÷0,7)d.

Однако асимметричность входных условий в наклонных сопловых отверстиях может в ту или иную сторону нарушить вышеизложенное соотношение и тем самым снизить эффективность работы устройства, а заостренные кромки на входах сопел вызовут дополнительные потери на дросселирование давления рабочего воздуха. По сути своей сопловое отверстие есть насадок в стенке внутреннего стакана смесительной камеры и по данным (Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости). Учебное пособие для вузов. Изд. 2-ое перераб. и доп. Москва, Стройиздат, 1975, с.297) наилучшие условия истечения рабочей среды характерны для коноидального насадка, т.е. для такого насадка, в котором повторяются очертания струи, вытекающей из отверстия в тонкой стенке диаметром d _к, со сжатием струи до диаметра d_c .

На фиг.1 схематически показано предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Водоподъемное устройство содержит подъемную трубу 1, смесительную камеру 2, всасывающий патрубок 3, зонтовый оголовок 4 и воздухоподводящую трубу 5. Смесительная камера 2 состоит из внутреннего 6 и наружного 7 стаканов, которые в совокупности представляют собой замкнутую тороидальную полость. Во внутреннем стакане 6 равномерно по окружности расположены наклонные сопловые отверстия 8 и выставлены таким образом, что их оси лежат на образующих однополостного гиперболоида вращения 12. Внутренний стакан 6 смесительной камеры 2 по нижнему наружному периметру снабжен расточкой 9, имеющей форму усеченного кругового конуса большим основанием вверх, и все образующие этого конуса перпендикулярны к касательным плоскостям в точках пересечения их с поверхностью однополостного гиперболоида вращения 12. По средней осевой линии на поверхности расточки 9 равномерно по окружности выполнены углубления, в которых закреплены коноидальные насадки 10 с входными диаметрами d_к и с выходными диаметрами d_c. Оси коноидальных насадок 10 совпадают с осями соответствующих сопловых отверстий 8. Внутренние диаметры трубы 1, стакана 6 и патрубка 3 равны между собой. На наружном стакане 7 смонтирована воздухоподводящая труба 5. По нижней внутренней части зонтового оголовка 4 установлены вертикальные трапецеидальные пластины 11 по касательной к проекции окружности всасывающего патрубка 3 в направлении кругового наклона сопловых отверстий 8.

Водоподъемное устройство работает следующим образом: в емкость или колодец, подлежащие опорожнению от жидкости, вертикально устанавливают устройство и по воздухоподводящей трубе 5 подают сжатый воздух с давлением, несколько превышающим высоту столба жидкости в подъемной трубе 1. Через сопловые отверстия 8 стакана 6 воздух поступает в смесительную камеру 2, в которой образуется гидроаэросмесь и за счет разноплотностного давления поднимается вверх по трубе 1. Условия подвода воздуха ко входам сопловых отверстий 8 для данного режима не влияют на эффективность и экономичность работы устройства. Жидкость забирается из нижних слоев емкости в щель по наружному периметру оголовка 4. Направляющие пластины 11 раскручивают входящий поток, который при подходе к активным воздушным струям имеет начальную угловую скорость, что положительно сказывается на производительности эрлифта.

По мере понижения уровня воды в опорожняемой емкости активность струй воздуха возрастает (при необходимости давление воздуха в трубе 5 поднимают) и работа устройства переходит в режим бурного кипения с началом образования контуров гиперболоида 12. С увеличением расходов воздуха на картину формирования исходящих струй все в большей степени начинают влиять подходные условия рабочего агента к сопловым отверстиям 8. В предложенном решении сжатый воздух, плавно разгоняясь в коноидальных насадках 10, входит в каналы сопловых отверстий 8 с минимальной асимметрией эпюры скоростей, что для констатированного давления позволяет получить максимальный эффект инжекции. Поскольку конструктивно сопловые отверстия 8 на выходах имеют косой срез, то работа предложенного устройства возможна и в сверхзвуковых режимах. При дальнейшем понижении уровня воды ниже сопловых отверстий 8 в смесительной камере 2 интенсивно поднимают давление воздуха в трубе 5 и устройство переходит в режим работы газожидкостного инжектора. Вода, получив вращательное движение в зонтовом оголовке 4, отжавшись к стенкам патрубка 3 и камеры 2, посредством созданного вакуума поднимается к сопловым отверстиям 8 и, подхваченная воздушными струями, в распыленном виде транспортируется по трубе 1. Даже при достижении уровня ниже кромки оголовка 4 подсасываемым воздухом создается эжекция и отсос воды не прекращается до полного опорожнения емкости.

Таким образом, предлагаемое водоподъемное устройство при более низких давлениях сжатого воздуха имеет те же производительность и высоту подъема жидкости в диапазоне работы от глубоко затопленного эрлифта до газожидкостного инжектора с полным осушением опорожняемой емкости.

В настоящее время на Красноярской ТЭЦ-2 разрабатывается техническая документация на усовершенствование водоподъемников, установленных в подземных коммуникациях мазутонасосного хозяйства котельного цеха.