СТРУЙНЫЙ НАСОС

Предлагаемое техническое решение относится к струйным аппаратам и предназначено для перекачивания и смешения неньютоновских жидкостей за счет энергии струи газа или жидкости, истекающей под давлением из сопла, и может найти применение в химической, нефтехимической, фармацевтической, медицинской и других отраслях промышленности, а также в коммунальных службах при переработке хозбытовых и промышленных стоков.
Известна конструкция струйного аппарата, включающего рабочее сопло, приемную камеру, камеру смешения и диффузор (Е.Я.Соколов, Н.М.Зингер Струйные аппараты. - 3-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1989, стр.5-6).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится небольшая производительность при перекачке и смешении неньютоновских жидкостей повышенной вязкости.
Известен струйный насос, содержащий корпус с приемной камерой и патрубком подвода пассивной среды и установленные в корпусе камеру смешения с диффузором и активное сопло с магнитно-стрикционным преобразователем, подключенным к источнику тока, при этом сопло выполнено резонирующим и снабжено установленным в нем магнитным сердечником, магнитно-стрикционный преобразователь установлен коаксиально соплу, а приемная камера снабжена перфорированной обоймой из электрического материала, взаимодействующей с магнитно-стрикционным преобразователем и активным соплом (авт.св. СССР №1488586, F04F 05/02, 1989 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая производительность при перекачке и смешении неньютоновских жидкостей повышенной вязкости. Кроме того, сложность конструкции и использование электрического тока ограничивает широкое применение известного (данного) струйного насоса из-за высокой стоимости и повышенных требованиях к технике безопасности.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является жидкостно-газовый эжектор, содержащий приемную камеру, камеру смешения, активное сопло с насадком, имеющим возможность свободного вращения, и с равномерно расположенными каналами, выходные участки которых имеют оси, расположенные под углом к оси сопла, при этом ось каждого выходного канала расположена под переменным углом к оси сопла, что позволяет насадку вращаться (авт.св. СССР №1038618, F04F 05/02, 1982 г.)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, является малая производительность при перекачке и смешении неньютоновских жидкостей повышенной вязкости с активной средой газа или жидкости, так как известный (по прототипу) жидкостно-газовый эжектор предназначен для перекачивания и смешения газа с активной средой жидкостью.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является увеличение производительности струйного насоса за счет снижения эффективной вязкости перекачиваемой неньютоновской жидкости в кольцевом зазоре между активным соплом и камерой смешения.
Поставленный технический результат достигается тем, что в струйном насосе, содержащем приемную камеру, камеру смешения, и активное сопло, при этом активное сопло установлено с возможностью свободного вращения и присоединено к приводу, причем отношение длины активного сопла к длине приемной камеры составляет
,
где l - длина активного сопла,
L - длина приемной камеры.
Установка активного сопла с возможностью свободного вращения и присоединение его к приводу позволяет в кольцевом зазоре между боковой стенкой приемной камеры и вращающейся боковой стенкой активного сопла снижать эффективную вязкость перекачиваемой неньютоновской жидкости, что приводит к увеличению ее расхода в приемной камере и повышению качества смешения этой неньютоновской жидкости с жидкостью (газом), подаваемой в активное сопло, так как жидкости с меньшей эффективной вязкостью перекачиваются и смешиваются в струйном насосе быстрее и лучше.
Уменьшение отношения длины активного сопла ниже указанного предела  приводит к тому, что вращающееся активное сопло не успевает обеспечить необходимого снижения эффективной вязкости перекачиваемой неньютоновской жидкости, что снижает производительность струйного насоса и качество ее перемешивания с жидкостью (газом), подаваемой в активное сопло.
Увеличение отношения длины активного сопла к длине приемной камеры выше указанного предела  сокращает время контакта перекачиваемой неньютоновской жидкости в приемной камере 1 с жидкостью или газом, подаваемым в активное сопло 3, что также приводит к уменьшению расхода перекачиваемой неньютоновской жидкости и кроме того, к чрезмерным энергозатратам на вращение активного сопла.
На фиг.1 представлен струйный насос в продольном разрезе.
Струйный насос содержит приемную камеру 1, камеру смешения 2, активное сопло 3, установленное с возможностью вращения в радиальном подшипнике 4 и присоединенное к приводу 5, выполненного в виде зубчатых колес, получающих вращение от электродвигателя 6. Для подачи жидкости или газа в активное сопло 3 осесимметрично с ним установлен патрубок 7, а для подачи перекачиваемой неньютоновской жидкости повышенной вязкости в приемную камеру 1 установлен патрубок 8.
Струйный насос работает следующим образом.
Активное сопло 3 получает вращение с угловой скоростью со. По патрубку 7 внутрь вращающегося активного сопла 3 подают с большой скоростью жидкость или газ, который выходит в приемную камеру 1. В нее же по патрубку 8 подают перекачиваемую неньютоновскую жидкость, которая вовлекается во вращение в кольцевом зазоре между боковой неподвижной стенкой приемной камеры 1 и вращающейся боковой стенкой длиной l активного сопла 3. Под действием касательных напряжений неньютоновская перекачиваемая жидкость уменьшает свою эффективную вязкость и начинает быстро течь в осевом направлении. На выходе из активного насадка жидкость или газ взаимодействуют с перекачиваемой неньютоновской жидкостью с малой эффективной вязкостью, а значит легко перемешиваются, поступая в камеру смешения 2.
Если отношение длины активного сопла 3 и приемной камеры будет меньше заявленной величины нижнего предела , то эффективная вязкость перекачиваемой неньютоновской жидкости снизиться недостаточно из-за малого времени ее контакта с боковой стенкой вращающегося активного сопла 3.
Если отношение длины активного сопла 3 и приемной камеры будет больше заявленной величины верхнего предела , то струя жидкости или газа, выходящего из активного сопла 3 не успевает увлекать всю перекачиваемую жидкость в осевом направлении в смесительную камеру 2. В обоих случаях это приводит к снижению производительности струйного аппарата.
Таким образом, предлагаемая конструкция струйного насоса с вращающимся активным соплом 3 от привода 5 и с заданным соотношением длин активного сопла 3 и приемной камеры 1 позволяет увеличить производительность при перекачивании неньютоновских жидкостей за счет снижения их эффективной вязкости под действием касательных напряжений, возникающих в кольцевом зазоре между боковыми стенками неподвижной приемной камеры 1 и вращающимся активным соплом 3, а найденное оптимальное соотношение длин активного сопла 3 и приемной камеры 1 позволяет подобрать число оборотов активного сопла 3, при котором перекачиваемая неньютоновская жидкость будет успевать снижать эффективную вязкость и увлекаться потоком жидкости или газа подаваемого через активное сопло 3, то есть обеспечивать наибольшую производительность.