ДИАФРАГМА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ ЖИДКОСТИ ИХ СЖАТИЕМ ЛЕГКИМ ГАЗОМ
DIAPHRAGM FOR IMPLEMENTATION OF METHOD OF VAPOR CONDENSATION OF LIQUID BY ITS COMPRESSION BY LIGHT GAS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационной, нефтегазовой и др. отраслях.
Известны устройства для конденсации паров жидкости методом их сжатия. Для осуществления метода используют компрессоры, конструкция которых характеризуется значительной сложностью, что является их основным недостатком, (см. Н.А.Ястребова и др. Техническое обслуживание и ремонт компрессоров. М.: Машиностроение, 1991 г.).
В наибольшей мере предлагаемому устройству отвечает диафрагма, используемая в способе конденсации паров жидкости их сжатием легким газом, подаваемым в верхнюю часть объема, в котором находится жидкость, и предназначенная для организации ламинарного потока (а.с. СССР 994877, F25J 1/00). Конструкция диафрагмы, представляющей собой пластину, недостаточна эффективна, поскольку струя газа, проходя диафрагму, вызывает турбулизирующее действие паровой фазы и не обеспечивает равномерную их компрессию по всему сечению емкости. И чем больше диаметр емкости при неизменных характеристиках диафрагмы, тем меньше удельный выход конденсата.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности способа конденсации паров жидкости их сжатием легким газом за счет применения диафрагмы, обеспечивающей ламинарный газовый поток и процесс сжатия пара.
Поставленная задача решается тем, что предложена диафрагма для осуществления способа конденсации паров жидкости их сжатием легким газом, подаваемым в верхнюю часть емкости с парами, устанавливаемая на пути потока газа, согласно изобретению она выполнена повторяющей контур верхнего днища емкости, а на внешней поверхности диафрагмы имеются бобышки, высота которых ограничивает зазор между диафрагмой и внутренней поверхностью верхнего днища емкости, кроме того, по всей поверхности диафрагмы выполнены отверстия с диаметром не более 2 мм в количестве, достаточном для осуществления течения газа в ламинарном режиме и процесса сжатия паров жидкости.
Отличительными признаками заявляемого технического решения от прототипа являются:
- форма диафрагмы, повторяющая форму верхнего днища емкости;
- наличие бобышек, которые ограничивают зазор между внутренней поверхностью емкости и внешней поверхностью диафрагмы;
- отверстия определенного размера, расположенные по всей поверхности диафрагмы в количестве, достаточном для осуществления течения газа в ламинарном режиме и процесса сжатия паров жидкости.
Совокупность отличительных признаков технического решения по сравнению с прототипом обеспечивает увеличение количества конденсата, получаемого из паровой фазы в больших емкостях сложной формы.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена конструкция диафрагмы, расположенной в емкости.
В емкости 1, заполненной парами жидкости, в верхней части расположена диафрагма 2, контур которой повторяет контур верхнего днища 3 емкости 1.
На диафрагме 2 выполнены бобышки 4, ограничивающие зазор между внутренней поверхностью емкости 1 и внешней поверхностью диафрагмы 2, необходимый для прохода газа к отверстиям 5, расположенным по всей поверхности диафрагмы 2. Количество бобышек 4 должно обеспечить крепление диафрагмы 2 к верхнему днищу 3. Диаметр отверстий 5 составляет не более 2 мм.
Условно показана граница 6 раздела пара и газа и пленка конденсата 7, стекающая по поверхности, а также жидкость 8, скопившаяся на дне емкости 1.
Размер и количество отверстий обеспечивают процесс течения газа в ламинарном режиме и процесс сжатия газа.
Способ конденсации паров с применением диафрагмы осуществляется следующим образом. В верхнюю часть емкости 1, заполненную парами жидкости, в зазор между корпусом емкости и диафрагмой 2 подают легкий газ под давлением, превышающим давление паров. Газ из зазора через отверстия 5 в диафрагме 2 поступает в емкость 1, в результате чего в ее верхней части образуется подушка, которая начинает сжимать пары, переводя их в жидкость.
По мере поступления газа в емкость увеличивается поверхность раздела 6 пара и жидкости, которая начинает расширяться, захватывая периферийные области емкости, и сдвигается вниз, освобождая все новые и новые отверстия 5 в диафрагме 2.
Такое решение существенно снижает турбулизацию паров жидкости в больших и сложных по конфигурации емкостях, обеспечивая повышенную эффективность способа конденсации паров. Диафрагма исключает перемешивание легкого газа и паров жидкости в больших и сложных по конфигурации емкостях.
Расход газа в каждый момент процесса имеет оптимальное значение. Нижний предел расхода легкого газа определяется скоростью диффузионного процесса между газом и паром, а верхний зависит от скорости процесса перемешивания, вызванного турбулизирующим действием струи легкого газа. Давление в емкости постоянно растет и определяется термодинамическими процессами выделения тепла при сжатии газообразных веществ и теплотой конденсации.
3
Размеры отверстий в диафрагме подобраны опытным путем. Опробование устройства было проведено на емкости со сферическими днищами объемом 3 м. Емкость вакуумировалась и затем заполнялась хладоном 141 до давления насыщения абсолютного, равного 500 мм рт.ст., затем в емкость напускалась атмосфера до нормального давления. Эксперимент проведен с диафрагмой новой конструкции и с диафрагмой конструкции старого образца. В результате проведенного эксперимента было установлено, что эффективность способа при применении новой диафрагмы повысилась на 20%.