СТРУЙНЫЙ ТЕРМОНАСОС
JET-TYPE HEAT PUMP

Изобретение относится к струйной технике и может быть применено в струйных термонасосах.
Известен струйный термонасос, включающий проточную часть, содержащую сопло для активной среды, камеру смешения с соплами для подачи питательной воды, сверхзвуковой диффузор, состоящий из конфузора, горловины и расширяющегося участка, и дозвуковой диффузор (Ф.М. Митенков, Э.Г. Новинский, В.М. Бутов «Главные циркуляционные насосы АЭС», Энергоатомиздат, 1989, стр. 329-331, рис. 8.9).
Сопло для активной среды известного струйного термонасоса содержит конфузор, горловину и расширяющийся участок, а камера смешения выполнена в виде конфузора и соединена соплами с камерой подвода питательной воды и пусковой камерой.
Недостатком известного струйного термонасоса является износ стенки расширяющегося участка сверхзвукового диффузора от действия прямого скачка уплотнения из-за разницы давлений на выходе из струйного термонасоса и в горловине сверхзвукового диффузора. В зоне скачка уплотнения паровая фаза претерпевает сжатие и происходит схлопывание пузырей пара, что вызывает резкий удар жидкости о стенку. Бомбардирующее воздействие жидкости в стенку расширяющегося участка диффузора вызывает интенсивный износ стенки сверхзвукового диффузора и сопровождается звуковым шумом (120-130 дБ). Расположение скачка по длине тракта расширяющегося участка диффузора зависит от интенсивности скачка - чем больше скачок давления, тем он ближе к горловине сверхзвукового диффузора. Максимально допустимому давлению соответствует предельное положение скачка на выходе из горловины сверхзвукового диффузора. Таким образом, техническая проблема известного струйного термонасоса заключается в невысоком ресурсе работы и высоком уровне звукового шума (около 120-130 дБ).
Использование настоящего изобретения позволяет увеличить ресурс работы струйного термонасоса, снизить уровень его звукового шума и решить техническую проблему известного струйного термонасоса.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание защитного слоя из потока водяной среды на внутренней поверхности стенки расширяющегося участка сверхзвукового диффузора путем подачи закрученного потока водяной среды на стенку расширяющегося участка. Защитный слой позволяет уменьшить износ стенки расширяющегося участка сверхзвукового диффузора от действия прямого скачка уплотнения, а также снизить звуковой шум от прямого удара скачка о стенку.
Указанный технический результат достигается тем, что известный струйный термонасос, включающий проточную часть, содержащую сопло для активной среды, камеру смешения с соплами для подачи питательной воды, сверхзвуковой диффузор, состоящий из конфузора, горловины и расширяющегося участка, и дозвуковой диффузор, согласно изобретению снабжен вихревой камерой, полость которой выполнена в виде кольцевого щелевого канала с тангенциальным входом, при этом вихревая камера установлена коаксиально горловине, а кольцевой щелевой канал соединен гидравлически через тангенциальный вход с выходом из дозвукового диффузора и своим выходом сообщен с выходом из горловины.
Кроме этого, гидравлическое соединение вихревой камеры с выходом из дозвукового диффузора выполнено посредством канала, снабженного дросселем.
Заявленная совокупность существенных признаков позволяет создать на внутренней поверхности проточной части струйного термонасоса, а именно у стенки расширяющегося участка сверхзвукового диффузора защитный слой из потока водяной среды, который, вытекая из кольцевого щелевого канала, плотно прижимается к стенке расширяющегося участка сверхзвукового диффузора и тем самым изолирует поверхность от соприкосновения со схлопывающимися паровыми пузырями. В результате этого схлопывание пузырей произойдет не на стенке, а в потоке, что изолирует стенку одновременно от интенсивного износа и от интенсивного шума, производимого бомбардировкой жидкости о стенку.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен струйный термонасос (общий вид, продольный разрез), на фиг. 2 показана вихревая камера (вид А), на фиг. 3 представлены горловина и вихревая камера (аксонометрия).
Струйный термонасос содержит входной участок 1 с дроссельной решеткой 2, последовательно соединенный с соплом для активной среды, состоящим из конфузора 3, горловины 4 и расширяющейся части 5, камеру 6 подвода питательной воды, которая соединена посредством сопел 7 с камерой смешения 8, выполненной в виде конфузора и соединенной через пусковую камеру 9 со сверхзвуковым диффузором. Сверхзвуковой диффузор включает конфузор 10, горловину 11 и расширяющийся участок 12, соединенный с дозвуковым диффузором 13. Проточная часть струйного термонасоса образована соплом для активной среды, камерой смешения 8, сверхзвуковым диффузором и дозвуковым диффузором 13. Струйный термонасос снабжен вихревой камерой 14, которая расположена коаксиально горловине 11, т.е. ее ось совпадает с осью горловины 11. Полость вихревой камеры 14 выполнена в виде снабженного тангенциальным входом 15 кольцевого щелевого канала 16. Тангенциальный вход 15 кольцевого щелевого канала 16 соединен с выходом из дозвукового диффузора 13 посредством канала 17, снабженного дросселем 18. Выход из кольцевого щелевого канала 16 соединен с выходом из горловины 11. Пусковая камера 9 через вентиль 19 соединена с емкостью пониженного давления (на чертеже не показано). Выход дозвукового диффузора 13 соединен через вентиль 20 с емкостью пониженного давления (на чертеже не показано).
Струйный термонасос работает следующим образом.
Запуск струйного термонасоса, т.е. установление внутри проточной части сверхзвукового режима течения пароводяной смеси, осуществляют кратковременным открытием вентилей 19 и 20. Часть активной (горячей воды) и пассивной (питательной воды) сред сбрасывается в емкость пониженного давления, при этом внутри струйного термонасоса падает давление, и устанавливается сверхзвуковой режим течения. Вентили 19 и 20 закрывают. Струйный термонасос запущен. Горячая вода с параметрами, близкими к параметрам на линии насыщения, поступает во входной участок 1 через дроссельную решетку 2. Проходя дроссельную решетку 2, вода частично вскипает, образуя центры парообразования. Затем поток горячей воды поступает в сопло для активной среды, где разгоняется до сверхзвуковой скорости. После выхода из сопла для активной среды пароводяная смесь поступает в камеру смешения 8, в которую через сопла 7 из камеры подвода питательной воды 6 подается питательная вода с температурой ниже температуры насыщения активной среды. В камере смешения 8 происходит смешение активной и пассивной сред и конденсация части паровой фазы активной среды, смесь образует единый поток с массовым паросодержанием, меньшим, чем у активной среды на входе в камеру смешения 8. Скорость потока смеси, давление и паросодержание устанавливаются в соответствии с гидродинамическими и термодинамическими законами сохранения количества движения и законами сохранения масс. После завершения процесса смешения поток поступает в сверхзвуковой диффузор, где тормозится сначала в конфузоре 10, затем в горловине 11 и расширяющемся участке 12, и происходит схлопывание паровых пузырей. Поскольку давление на выходе из дозвукового диффузора 13 выше, чем давление в горловине 11, часть воды по каналу 17 с дросселем 18 поступает в тангенциальный вход 15 вихревой камеры 14, откуда поток продолжает свое движение по кольцевому щелевому каналу 16. Вода закручивается по окружности большего диаметра кольцевого щелевого канала 16, а затем спускается к центру вихревой камеры 14 и вытекает из кольцевого щелевого канала 16 по его окружности меньшего диаметра. В результате водяной поток, вытекая из кольцевого щелевого канала 16, плотно прижимается к стенке расширяющегося участка 12 сверхзвукового диффузора, образуя защитный слой и изолируя поверхность от соприкосновения со схлопывающимися паровыми пузырями. В результате этого схлопывание пузырей произойдет не на стенке, а в потоке, что изолирует стенку одновременно от интенсивного износа и от интенсивного шума, производимого бомбардировкой жидкости о стенку.