УСТРОЙСТВО СТРУЙНО-КОЛЬЦЕВОГО ЭЖЕКТОРА ДЛЯ ОТКАЧКИ (ВЫГРУЗКИ) ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ, ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ, СЫПУЧИХ ВЕЩЕСТВ
DEVICE OF JET-CIRCULAR EJECTOR FOR PUMPDOWN (UNLOADING) OF IMPURE LIQUIDS, BED SILTS AND LOOSE SUBSTANCES

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к конструкции гидроструйных насосов (эжекторов) и установок с эжекторами, которые могут быть использованы для удаления загрязненных жидкостей и донных отложений, выгрузки сыпучих веществ и их гидропневмотранспортировки по трубопроводам, в основном для удаления нетекучих донных отложений из ливневых и канализационных колодцев.
Известно много типов гидроструйных насосов (эжекторов) - с центральным соплом, с кольцевым соплом, с центральным и кольцевым соплами, многосопловые (струйные) [1] (приложение 1), являющихся аналогами. Рассмотренные аналоги могут иметь в качестве активной (рабочей) среды воду, воздух и другие жидкости.
Они используются для откачки и транспортировки жидкости или газа, загрязненной жидкости, донных отложений (пассивной среды) из емкостей. Основной недостаток - рассматриваемые аналоги не подсасывают донные отложения, включающие твердые фракции (слежавшиеся илисто-песчаные отложения, песчано-гравийные смеси и т.п.), сыпучие гранулированные вещества типа пищевых зерен, удобрений, гранулированный полистирол, полиэтилен и подобные им. В основном используются эжекторы с центральной подачей активной жидкости.
Конструкция эжекторов с центральной подачей рабочей жидкости обуславливает уменьшение габаритных размеров загрязнений и донных отложений из-за того, что напорный трубопровод активной жидкости занимает часть площади перед камерой смешения (приложение 2). В приложении 2 помещен эжектор с центральной подачей типа ПВЭЖ-20, которые используются организациями «Водоканал» и «Водосток». Эжектор имеет всасывающее отверстие диаметром 48 мм, камеру смешения диаметром 30 мм, а габаритный размер для загрязнений и твердых фракций составляет около 10 мм, определяемый размером между напорным трубопроводом активной жидкости и конфузором. Кольцевое сопло позволяет делать всасывающее отверстие эжектора с диаметром, близким к диаметру камеры смешения, без уменьшения размера диаметра на пути подсасывания пассивной среды (загрязненной жидкости и донных отложений) из зоны всасывания в зону смешения с активной жидкостью.
Известно устройство для удаления нетекучих донных отложений из судовых резервуаров хранения нефтепродуктов, принятое за прототип [2], содержащее трубопровод активной жидкости, кольцевой эжектор, патрубок для присоединения трубопровода активной жидкости, напорную камеру, комбинированное кольцевое сопло - всасывающий приемник эжектора с отверстиями, направленными под некоторым углом в зону всасывания эжектора, камеру смешения, диффузор и нагнетательный трубопровод эжектора.
Недостатком устройства является достаточно высокая сложность и стоимость изготовления корпуса эжектора, выполненного как единое целое с приемным патрубком активной жидкости, конфузором, напорной камерой, камерой смешения и диффузором.
Достаточно сложным является также изготовление нижнего ограничения напорной камеры, являющегося комбинированным напорным кольцевым соплом и, одновременно, всасывающим приемником эжектора с лекальными образованиями и отверстиями, направленными в зону всасывания эжектора.
Рассмотренное устройство эжектора не стало оборудованием массового производства.
Предлагается устройство струйно-кольцевого эжектора для подсасывания газов, жидкостей, загрязненных жидкостей, донных отложений, сыпучих веществ и для их гидропневмотранспорта, в основном для удаления загрязненных жидкостей и нетекучих донных отложений из ливневых и канализационных колодцев.
Устройство содержит корпус эжектора, патрубок для подачи активной (рабочей) жидкости, напорную камеру, напорное кольцевое сопло и, одновременно, всасывающий приемник для подсасывания загрязненной пассивной жидкости, донных отложений или сыпучих веществ, отличающееся тем, что устройство эжектора является сборно-разборной конструкцией, состоящей из отдельных деталей: корпус, патрубок с резьбой для подачи активной жидкости, напорное струйно-кольцевое сопло - всасывающий приемник эжектора, конфузор с фланцем, нижний фланец с отверстием и резьбой для напорного струйно-кольцевого сопла - приемника эжектора, при этом в качестве корпуса применяется стандартный, общего назначения, трубопроводный тройник, например по ГОСТ 8965-75, напорное струйно-кольцевое сопло и, одновременно, всасывающий приемник эжектора, изготовленный в виде патрубка из стандартного трубопровода общего назначения, на верхнем окончании которого выполнена конусная фаска, на поверхности которой сделаны углубления (как минимум четыре) для струйно-кольцевого напорного истечения активной жидкости, а нижнее окончание является всасывающим приемником эжектора и имеет резьбу для соединения с нижним фланцем и контргайку для фиксации кольцевого зазора напорного истечения струйно-кольцевой струи, нижний фланец, который ограничивает напорную камеру снизу, имеет резьбы для соединения с тройником и напорным струйно-кольцевым соплом - всасывающим приемником эжектора, а также отверстия - сопла для истечения напорных струй (как минимум одно), направленные вертикально вниз в зону под приемником для взмучивания донных отложений и отверстия для болтов-опор.
Возможность регулирования геометрического параметра устройства - кольцевого зазора, определяющего площадь струйно-кольцевой струи за счет поворота патрубка с напорным струйно-кольцевым соплом - всасывающим приемником эжектора в резьбе нижнего фланца с последующей его фиксацией контргайкой, также следует отнести к отличиям предлагаемого устройства.
Все указанные элементы устройства собираются с использованием резьбовых соединений с обеспечением герметизации известными способами, которые используются при монтаже трубопроводов.
Раскрытие изобретения
Изобретение предназначено в основном для откачки донных отложений и загрязненных жидкостей из ливневых и канализационных колодцев с использованием струйных насосов (эжекторов). Однако основные отличительные признаки касаются устройства, конструкции, одного из типов эжекторов с напорной струйно-кольцевой струей активной жидкости, создающей разряжение, в зону которого подсасываются донные отложения и загрязненные жидкости, взмученные напорными струями через отверстия-сопла в нижнем фланце эжектора. Принцип работы устройства раскрыт в разделе «Работа устройства». Однако основным отличием изобретения является упрощение устройства, конструкции эжектора за счет использования в устройстве эжектора стандартных трубопроводов и трубопроводной арматуры общего назначения и, как следствие, снижение трудоемкости изготовления устройства и его стоимости.
Устройство поясняется чертежом. На чертеже помещен разрез общего вида устройства. На разрезе общего вида устройства приняты следующие обозначения - корпус 1 в виде тройника, патрубок 2 для подачи активной жидкости, напорная камера 3, конфузор 4 с фланцем 5 и с резьбой, соответствующей резьбе тройника, 6 напорный трубопровод эжектора, патрубок 7, который совместно с конфузором 4 является напорным струйно-кольцевым соплом - всасывающим приемником эжектора, нижний фланец 8 с резьбой, соответствующей резьбе тройника, с резьбой для соединения с патрубком 7, с отверстиями-соплами 9 и отверстиями для болтов-опор 10.
Величина кольцевого зазора напорного струйно-кольцевого сопла по отношению к конфузору фиксируется контргайкой 11, нижнее отверстие 12 патрубка 7 является всасывающим приемником эжектора.
На чертеже показаны также осевая линия кольцевой струи 13 и осевая линия струйного истечения 14.
Работа устройства при удалении отложений из ливневых и канализационных колодцев
Устройство работает следующим образом. Эжектор нижним фланцем 8 с всасывающим приемником 12 устанавливается на поверхность нетекучих донных отложений в ливневые и канализационные колодцы, активная жидкость в виде воды под давлением 0,3÷0,5 мПа через патрубок 2 подается в напорную камеру 3. Часть активной жидкости в виде напорной струйно-кольцевой струи через напорное струйно-кольцевое сопло патрубка 7 и конфузор 4 истекает в зону над конфузором в виде замкнутой конусообразной водяной струи, внутри которой образуется зона разряжения, в которую через всасывающий приемник 12 эжектора подсасываются загрязненная жидкость и донные отложения в виде пульпы, взмученные напорными струями, истекающими через отверстия-сопла 9. В зоне конусной напорной струйно-кольцевой струи происходит передача кинетической энергии напорной активной жидкости частицам нетекучих отложений, и далее они транспортируются в виде пульпы по напорному трубопроводу 6 эжектора в сборную емкость (не показана).
Для изменения количества подсасываемых веществ следует изменить расход активной жидкости, что возможно осуществить за счет поворота патрубка 7 в резьбе нижнего фланца 8 с последующей фиксацией контргайкой 11, что изменит площадь напорной струйно-кольцевой струи и, как следствие, энергию струи активной жидкости, что, в свою очередь, повлечет изменение количества подсасываемых веществ.
Таким образом, техническим эффектом предлагаемого устройства следует считать упрощение конструкции устройства за счет отсутствия в конструкции устройства камеры смешения и диффузора, т.к. замыкание струйно-кольцевой струи активной жидкости, образующей зону разряжения, происходит внутри нагнетательного трубопровода эжектора, а не на поверхности камеры смешения, как у эжекторов с центральной подачей активной жидкости. Кроме того, сборно-разборная конструкция устройства с использованием стандартных тройника, контргайки, патрубков из стандартных труб и трубопроводной арматуры снижает сложность и трудоемкость изготовления устройства, другие детали устройства имеют цилиндрические конические и плоские поверхности, что определяет весьма ограниченный состав механического оборудования для изготовления предлагаемого устройства. К техническому эффекту следует также отнести достаточно простой способ регулирования геометрического параметра напорной струи активной жидкости - зазора кольцевого сопла для кольцевой струи, что обеспечивается наличием в устройстве резьбы на патрубке 7 и контргайки 11. Реализация указанного назначения устройства, его работоспособность при всасывании грунтоводяной смеси (пульпы) подтверждается использованием кольцевого эжектора в виде приемника всасывающего трубопровода землесоса при дноуглубительных работах на реках [3] (приложение 3). В работе рассмотрены теоретические вопросы, а также помещены результаты модельных исследований и испытаний опытного образца землесоса, на котором в качестве приемника всасывающего трубопровода установлен кольцевой эжектор. Нами для образования пульпы из нетекучих донных донных отложений предусмотрены вертикальные отверстия - сопла 9 из напорной камеры 3, направленные вертикально вниз в зону под приемником эжектора, истекая через которые гидромониторные струи будут взмучивать нетекучие донные отложения, а далее под воздействием разряжения они через приемник 12 будут увлекаться в зону над конфузором в нагнетательный трубопровод эжектора.
Источники информации
1. Б.Ф.Лямаев. Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение, стр.20, 21.
2. А.с. СССР №1214523 А. Устройство для удаления нетекучих донных отложений из судовых резервуаров хранения нефтепродуктов.
3. В.А.Бородзич. Использование водоструйных насосов для разработки подводных грунтов. М., Речной транспорт, стр. 1, 3, 36, 37.