Вихревой насос
VORTEX PUMP

Изобретение относится к вихревым аппаратам и может быть использовано для эжекции жидкостного потока в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен вихревой насос, включающий цилиндрический корпус, тангенциальный патрубок входа рабочего потока жидкости, тангенциальный патрубок выхода смешанного потока, патрубок входа эжектируемого потока жидкости, расположенный коаксиально относительно цилиндрического корпуса (Вихревые аппараты / А.Д. Суслов, С.В. Иванов. - М.: Машиностроение, 1985, стр. 106).
Недостатком известного вихревого насоса является то, что он не позволяет получить максимально возможные значения коэффициента эжекции.
Целью изобретения является получение максимально возможного значения коэффициента эжекции.
Указанная цель достигается за счет того, что в известном вихревом насосе, включающем цилиндрический корпус, тангенциальный патрубок входа рабочего потока жидкости, тангенциальный патрубок выхода смешанного потока, патрубок входа эжектируемого потока жидкости, расположенный коаксиально относительно цилиндрического корпуса, диаметр патрубка входа рабочего потока составляет не менее 0,15 от диаметра цилиндрического корпуса, сумма площадей поперечных сечений тангенциального патрубка входа рабочего потока и патрубка входа эжектируемого потока составляет 0,5÷0,9 от площади поперечного сечения тангенциального патрубка выхода смешанного потока, расстояние между нижней кромкой тангенциального патрубка входа рабочего потока жидкости и верхней кромкой тангенциального патрубка выхода смешанного потока составляет не менее 1,0 от диаметра цилиндрического корпуса, величина диаметра поперечного сечения патрубка входа эжектируемого потока более 0,5 от диаметра цилиндрического корпуса аппарата.
Вихревой насос схематически изображен на фиг. 1 и включает цилиндрический корпус 1, тангенциальный патрубок входа рабочего потока жидкости 2, патрубок входа эжектируемого потока жидкости 3, расположенный коаксиально цилиндрическому корпусу, тангенциальный патрубок выхода смешанного потока 4.
Вихревой насос работает следующим образом: рабочий поток жидкости подается в тангенциальный патрубок 2 и закручивается в цилиндрическом корпусе 1. За счет создания разряжения вдоль оси аппарата во вращающемся потоке становится возможным подсос жидкости через патрубок входа эжектируемого потока 3. Внутри цилиндрического корпуса 1 рабочий и эжектируемый потоки жидкости смешиваются и выходят из вихревого насоса через тангенциальный патрубок выхода смешанного потока 4.
Предложенные диапазоны значений конструктивных параметров в совокупности позволяют получить максимально возможное значение коэффициента эжекции. При отклонении от заданных значений будет наблюдаться ухудшение показателей эффективности работы вихревого насоса, в первую очередь, падение величины коэффициента эжекции.
На фиг. 2 представлен график зависимости величины коэффициента эжекции от отношения величины динамического напора в патрубке входа рабочего потока к атмосферному давлению. При значении отношения величины динамического напора в патрубке входа рабочего потока к атмосферному давлению более 0,08 коэффициент эжекции практически перестает увеличиваться, поэтому можно считать, что коэффициент эжекции для реальных режимов работы аппарата не зависит от отношения величины динамического напора в патрубке входа рабочего потока к атмосферному давлению. Реальные рабочие отношения величины динамического напора в патрубке входа рабочего потока к атмосферному давлению превышают 0,08.
Зависимости на фигурах 3, 4, 5, 6 получены при отношении величины динамического напора в патрубке входа рабочего потока к атмосферному давлению не менее 0,08.
На фиг. 3 представлен график зависимости величины коэффициента эжекции от отношения диаметра патрубка входа рабочего потока жидкости к диаметру цилиндрического корпуса. Коэффициент эжекции при уменьшении величины отношения диаметра патрубка входа рабочего потока жидкости к диаметру цилиндрического корпуса начинает заметно увеличиваться. Однако при отношении диаметра патрубка входа рабочего потока жидкости к диаметру цилиндрического корпуса аппарата менее 0,15 начинает резко возрастать гидравлическое сопротивление вихревого насоса. С учетом полученных данных можно сделать вывод, что работа вихревого насоса при отношениях диаметра патрубка входа рабочего потока жидкости к диаметру цилиндрического корпуса не менее 0,15 будет наиболее рациональна в плане достижения максимально возможного значения коэффициента эжекции.
На фиг. 4 представлен график зависимости величины коэффициента эжекции от отношения суммы площадей поперечных сечений патрубков входа рабочего потока жидкости и входа эжектируемого потока жидкости к величине площади поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока. Интервал значений отношения суммы площадей поперечных сечений патрубка входа рабочего потока и патрубка входа эжектируемого потока от площади поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока, составляющий 0,5÷0,9, является наиболее рациональным для получения максимально возможного значения коэффициента эжекции. При значениях отношения суммы площадей поперечных сечений патрубков входа рабочего потока и входа эжектируемого потока к величине площади поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока менее 0,5 и более 0,9 происходит резкое уменьшение коэффициента эжекции, что следует из графической зависимости на фиг. 4.
На фиг. 5 представлен график зависимости величины коэффициента эжекции от отношения расстояния от нижней кромки патрубка входа рабочего потока до верхней кромки патрубка выхода смешанного потока к диаметру цилиндрического корпуса. Как видно из графика, достижение максимально возможного значения коэффициента эжекции может быть в том случае, когда расстояние между нижней кромкой тангенциального патрубка входа рабочего потока жидкости и верхней кромкой тангенциального патрубка выхода смешанного потока составляет не менее 1,0 от диаметра цилиндрического корпуса.
На фиг. 6 представлен график зависимости величины коэффициента эжекции от отношения диаметра патрубка входа эжектируемого потока к диаметру цилиндрического корпуса аппарата. Коэффициент эжекции принимает максимально возможное значение при соблюдении конструктивного решения вихревого насоса, при котором отношение диаметра патрубка входа эжектируемого потока к диаметру цилиндрического корпуса будет более 0,5.
Предложенные соотношения основных конструктивных параметров вихревого насоса являются оптимальными и позволяют получить наиболее рациональную конструкцию аппарата, гарантируя максимальное значение коэффициента эжекции.