ВХОДНАЯ ЧАСТЬ ЭЖЕКТОРА И ЭЖЕКТОР, В КОТОРОМ ОНА ИСПОЛЬЗУЕТСЯ

Настоящая полезная модель относится к струйной технике и может найти применение в различных отраслях промышленности, например, в нефтедобыче, теплоэнергетике, водоснабжении и др., в которых необходимо производить смешение различных сред и направлять смешанный поток в требуемом направлении.
Известны разные входные части эжекторов и эжекторы, в которых они применяются. Входные части имеют различные конструкции и используются в разных эжекторах для смешения, по меньшей мере, двух сред (воды и пара, воды и песка, воды и газа и т.п.) (см. например, патенты РФ №№2353820; 2151919; 2367508).
Эти входные части эжекторов состоят из конфузора, имеющего пологий переход в рабочую камеру эжектора. Причем большая часть входных частей эжекторов имеет конфузор с углом конусности порядка 15-25°, что и представляет собой пологий в нее переход. Это обеспечивает создание в рабочей камере устойчивой зоны разрежения для эффективного подсоса эжектируемой среды.
В эжекторах рабочая среда врывается из конфузора в рабочую камеру под давлением и создает в ней подсос эжектируемой среды, которую за счет своей кинетической энергии увлекает за собой, выталкивает ее в необходимом направлении в виде уже смешанного потока (Физика. Большой энциклопедический словарь. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1999, стр.90, 460).
Известны эжекторы, которые содержат упомянутую входную часть в виде конфузора с пологим переходом в рабочую камеру, камеру смешения, диффузор, и, по меньшей мере, один канал в рабочей камере для подвода эжектируемой среды. Из-за пологого перехода конфузора в рабочую камеру в ней сложно обеспечить максимальный захват эжектируемых сред с одновременным их равномерным перемешиванием и подачей потребителю остальными частями эжектора при малых его энергозатратах. Кроме того, сложно получить высокий КПД системы насос-эжектор даже при высоком коэффициенте эжекции эжектора.
В известных эжекторах, в основном из-за их входных частей, сложно достичь высокого коэффициента эжекции, особенно при использовании различных сред для смешивания и транспортировки получаемой смеси. Работу эжектора лучше оценивать в системе насос-эжектор. При этом основными параметрами, определяющими работу системы являются коэффициент эжекции (Кэ) и коэффициент напора (Кн) эжектора, а также коэффициент полезного действия (η) (КПД) системы насос-эжектор.
Кн=H/h, где
Н - напор эжектируемой среды, h - напор рабочей среды;
Кэ=Q/R, где
Q - расход эжектируемой среды, R - расход рабочей среды;
η=Кэ·Кн, где
Кэ - коэффициент эжекции эжектора, Кн - коэффициент напора эжектора;
Известен эжектор по патенту РФ №2367508, в котором используется входная часть, состоящая из конфузора, имеющего пологий переход в рабочую камеру эжектора. Причем входная часть эжектора имеет конфузор с углом конусности порядка 15-25°. За рабочей камерой расположена камера смешения, за ней - диффузор. Есть узел для подвода эжектируемой среды, который входит в рабочую камеру, и так же есть узел для отвода смешанного потока. Геометрические параметры этого эжектора взаимосвязаны определенными соотношениями, что позволяет подобрать необходимый размер эжектора.
Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как направлено на решение аналогичной задачи, что и заявляемая полезная модель и имеет с ней наибольшее число общих существенных признаков.
Однако прототип обладает существенными недостатками.
1. Эжектор имеет большую длину, что обусловлено соответствующим исполнением его входной части.
2. В эжекторе сложно достичь высокого коэффициента эжекции, особенно при использовании различных сред для смешивания и транспортировки получаемой смеси, что так же обусловлено соответствующим исполнением его входной части.
Задачами настоящей полезной модели являются:
Первая задача. Создание новой входной части эжектора, которая бы позволила достичь следующих технических результатов:
- иметь в рабочей камере устойчивую зону глубокого разряжения, за счет чего добиться более эффективного подвода эжектируемой среды;
- уменьшить длину входной части эжектора.
Вторая задача. Создание нового эжектора, который бы обеспечил достижение следующих технических результатов:
- иметь высокий коэффициент эжекции, особенно при использовании различных сред без существенного увеличения энергозатрат;
- повысить эффективность смешивания сред в единый поток;
- уменьшить длину эжектора.
Первая задача решена следующим образом. В известной входной части эжектора, содержащей конфузор, имеющий переход в рабочую камеру эжектора, согласно настоящей полезной модели, конфузор выполнен в виде входной части Трубы Дала, его переход в рабочую камеру - в виде резкого ступенчатого перехода с возможностью создания в ней устойчивой зоны местного глубокого разрежения при эксплуатации эжектора.
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет создать новую входную часть эжектора, которая обеспечивает достижение следующих технических результатов:
1. При эксплуатации в рабочей камере эжектора обеспечить возникновение устойчивой зоны глубокого разрежения, за счет чего получить истечения потока рабочей среды с необходимой скоростью. Это обусловлено тем, что конфузор выполнен в виде входной части Трубы Дала, у которой крутой угол конусности, а переход конфузора в рабочую камеру выполнен в виде резкого ступенчатого перехода, вызывающего максимальное местное глубокое разрежение, так как на этом переходе, как и в Трубе Дала, по своей сути, возникают отрывные высокоскоростные потоки основной жидкости. Необходимо отметить, что длинные пологие входные участки конфузора, выполненные, например, по соплу Лаваля или по трубе Вентури, создают в рабочей камере традиционного эжектора безотрывные высокоскоростные потоки основной жидкости. Это снижает эффективность функционирования входной части эжектора, увеличивает ее длину.
2. Уменьшить длину входной части, так как входной фронт трубки Далла более крутой, чем у традиционных конфузоров и конфузор получается меньшей длины, а, следовательно, и входная часть имеет укороченную длину.
Необходимо отметить, что Труба Далла (Кремлевский П.П., «Расходомеры и счетчики количества», 4-е изд., Л., 1989, стр75, рис.27) традиционно используется в качестве измерительного прибора и позволяет получить более высокий, чем, например, у трубы Вентури местный перепад давления при сопоставимых потерях напора. Входная часть Трубы Далла представляет собой конусообразный конфузор с углом 40-50°, что и позволяет ему иметь крутой угол конусности, обеспечивающий резкий ступенчатый переход в рабочую камеру эжектора.
Использование параметров входной части Трубы Далла для входной части эжектора приводит к образованию зоны глубокого разрежения в рабочей камере за счет отрыва струи от стенки в месте резкого ступенчатого перехода из конфузора с крутым углом конусности в рабочую камеру. Создание зоны глубокого разрежения в рабочей камере способствует большему поступлению в нее эжектируемой среды и лучшему перемешиванию ее с рабочей средой. В сущности, по мнению авторов, в предлагаемой входной части эжектора в рабочей камере возникает эффект, который по праву можно назвать «эффектом Далла».
Вторая задача решена следующим образом.
В известном эжекторе, содержащем входную часть из конфузора, имеющего переход в рабочую камеру, которая переходит в камеру смешения, а она - в диффузор, причем, рабочая камера соединена с узлом подвода эжектируемой среды, согласно настоящей полезной модели, у входной части конфузор выполнен в виде входной части Трубы Далла, его переход в рабочую камеру - в виде резкого ступенчатого перехода с возможностью создания в ней устойчивой зоны местного глубокого разрежения при эксплуатации эжектора, а узел подвода эжектируемой среды имеет, по меньшей мере, один канал, направленный или радиально к окружности внутренней полости рабочей камеры и под углом 30°-90° к продольной оси эжектора в направлении потока рабочей среды, или тангенциально к окружности внутренней полости рабочей камеры и под углом 30°-90° к продольной оси эжектора в направлении потока рабочей среды.
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет создать новый эжектор, который обеспечивает достижение следующих технических результатов:
- получить высокий коэффициент эжекции без существенного увеличения энергозатрат;
- повысить эффективность смешивания сред в единый поток;
- уменьшить длину эжектора.
Эти технические результаты достигаются за счет выполнения во входной части эжектора конфузора в виде входной части Трубы Далла с одновременным резким ступенчатым переходом из него в рабочую камеру и выполнения радиальных и тангенциальных каналов узла подвода эжектируемой среды под соответствующими углами к продольной оси эжектора по направлению транспортируемого им потока.
Описание предлагаемой полезной модели поясняется чертежами:
Фиг.1 - фронтальный разрез эжектора с выделенным отдельно поперечным разрезом по А-А рабочей камеры;
Фиг.2 - фронтальный разрез эжектора с каналами для подвода эжектируемой среды, направленными радиально к окружности внутренней полости рабочей камеры и под углом 30°-90° к продольной оси эжектора в направлении потока рабочей среды;
Фиг.3 - фронтальный разрез эжектора с каналами для подвода эжектируемой среды, направленными тангенциально к окружности внутренней полости рабочей камеры и под углом 30°-90° к продольной оси эжектора в направлении потока рабочей среды с выделенным отдельно поперечным разрезом по А-А рабочей камеры.
Входная часть эжектора содержит конфузор 1 с крутым углом конусности, который имеет резкий ступенчатый переход 2 в рабочую камеру 3 эжектора. Конфузор 1 выполнен в виде входной части Трубы Далла, его переход 2 в рабочую камеру 3 - в виде резкого ступенчатого перехода.
Работу предлагаемой входной части эжектора целесообразно рассмотреть в составе эжектора, в котором она используется (См. далее текст описания).
Эжектор содержит упомянутую и рассмотренную ранее предлагаемую входную часть эжектора, которая содержит конфузор 1 с крутым углом конусности, имеющий резкий ступенчатый переход 2 в рабочую камеру 3 эжектора. Рабочая камера 3 переходит в камеру смешения 4, а она - в диффузор 5. Причем, рабочая камера 3 соединена с узлом подвода 6 эжектируемой среды 7 (Фиг.1, 2, 3). Переход 2 в рабочую камеру 3, выполненный в виде резкого ступенчатого перехода, позволяет создавать в ней устойчивую зону 9 местного глубокого разрежения при эксплуатации эжектора. В сущности, как ранее было отмечено, выполнение входной части эжектора в виде входной части Трубы Далла позволяет, по мнению заявителя и авторов, создать в рабочей камере 3 эффект Далла, что в известных эжекторах нельзя образовать. Узел подвода 6 эжектируемой среды 7 имеет, по меньшей мере, один канал, направленный или радиально к окружности внутренней полости рабочей камеры 3 и под углом 30°-90° к продольной оси эжектора в направлении потока рабочей среды 8, или тангенциально к окружности внутренней полости рабочей камеры 3 и под углом 30°-90° к продольной оси эжектора в направлении потока рабочей среды 8 (Фиг.2 и 3).
Принцип работы входной части и эжектора содержащего эту входную часть, следующий.
Рабочая среда 8 из конфузора, имеющего крутой угол конусности, который сжимает входящий в него поток и через резкий ступенчатый переход 2 врывается в рабочую камеру 3 под давлением, образуя в ней зоны глубокого разрежения, всасывающие в себя эжектируемую среду 7 (Фиг.1). Так создается сильный подсос эжектируемой среды 7, которую за счет своей кинетической энергии рабочая среда увлекает за собой, выталкивает ее в необходимом направлении в виде уже смешанного потока (Фиг.1) Причем в рабочей камере 3 образуются зоны глубокого разрежения за счет отрыва струи основного потока рабочей среды 8 от стенки в месте резкого ступенчатого перехода 2 из конфузора 1 в рабочую камеру 3. Создание этих зон глубокого разрежения в рабочей камере 3 способствует большему поступлению в нее эжектируемой среды 7 и лучшему перемешиванию ее с рабочей средой 8 в камере смешения 4. Смешанный поток отводится через диффузор 5. Причем, через узел подвода 6 эжектируемой среды она всасывается в рабочую камеру 2 под соответствующими углами, которые задают ее потокам соответствующие направления вхождения в основной поток рабочей среды и тем самым улучшают условия ее перемешивания с ним в камере смешения 4.
На Фиг.2 и Фиг.3 изображены эжекторы с обозначением вышеупомянутых геометрических параметров и основных конструктивных частей, перечисленных в описании Фиг.1.
В частном случае, при реализации предложенной полезной модели, эжектор может иметь следующие геометрические характеристики и соотношения размеров:
D - диаметр входного отверстия конфузора, диаметр выходного отверстия диффузора;
dc - диаметр выходного отверстия конфузора;
d - диаметр отверстия для подачи эжектируемой среды;
D1 -диаметр рабочей (приемной) камеры;
d1 - диаметр камеры смешения, диаметр входного отверстия диффузора;
α - угол конуса конфузора;
γ - угол входного конуса в рабочую (приемную) камеру;
β - угол конуса диффузора;
φ - угол наклона в поперечной плоскости отверстий для подачи эжектируемой среды;
φ1 - угол наклона в продольной плоскости отверстий для подачи эжектируемой среды;
L - длина входной части конфузора;
L1 - длина рабочей (приемной) камеры;
L2 - длина камеры смешения.
α=40…50°
γ=60…90°
φ=5…45°
φ1=40…90°
β=5…10°
L=1…8D
L1=0,8…3d1
L2=2…6d1
Основной геометрический параметр эжектора - m;
2
m=(d1/dc);
m=1,5…6,0;
Проведенные опытные проверки отдельных экземпляров подобных эжекторов с упомянутой их входной частью, выполненных с указанными параметрами показали хорошие результаты. Заявителем принято решение по организации выпуска подобных устройств.
Таким образом:
1. При входной части эжектора по типу входной части Трубы Далла, эжектор не станет короче традиционных эжекторов, имеющих входную часть по типу сопла Лаваля.
2. При реализации, как считают заявитель и авторы, что было отмечено ранее, эффекта Далла возникает максимальное местное глубокое разрежение.
В сущности: Если по Лавалю, то длинные пологие входные участки создают в рабочей камере традиционного эжектора безотрывные высокоскоростные потоки основной жидкости, то в ПРОВАКАТИВНОЙ по своей сути входной части Трубы Далла возникают отрывные высокоскоростные потоки основной жидкости. Получается, что обращен вред в пользу, который позволяет достичь ранее указанные технические результаты у заявляемых технических решений.