ГАЗОСТРУЙНЫЙ ЭЖЕКТОР

Полезная модель относится к энерготехнологическому оборудованию различных отраслей производства, а именно к газовым эжекторам и может быть использовано в газовой промышленности, в которой применяются приборы струйной техники.
Известно устройство аналогичного назначения, схожее по применению, «Газовый эжектор», авторов Соболоева А.Н., Запрягаева В.И. и др., по патенту РФ №2341691, МПК F04F 5/18; F04F 55/44, содержащее сужающуюся камеру смешения, горло, диффузор и сверхзвуковое сопло активного газа. Вдоль выходной кромки сверхзвукового сопла под некоторым углом к его оси равномерно размещены малогабаритные вихреобразователи, выполненные в виде табов [1].
Недостатком данного устройства является низкий КПД, обусловленный недостаточной турбулизацией активного потока на выходе из сопла при использовании только малогабаритных вихреобразователей в виде табов.
Существует патент на изобретение «Газовый эжектор», авторов Байкова В.С., Васильева Ю.Н., по патенту СССР №629326, МПК F04F 5/14, представляющий собой газовый эжектор, содержащий активное сопло с расположенными симметрично сопловыми отверстиями различных размеров, камеру смешения и диффузор.
Недостатком данного устройства является низкий КПД, обусловленный потерями энергии активного потока на вихревые течения, образующиеся в пустотах между струями активного потока за соплами и выходным торцом стенки, разделяющей сопла [2].
Существует также патент на изобретение «Газоструйный эжектор», авторов Белотелова В.А., Романенкова Л.В., по патенту СССР №1044839, МПК F04F 5/14, представляющий собой газоструйный эжектор, содержащий активное сопло, камеру смешения, диффузор и кольцевую приемную камеру с подсоединенным к ней патрубком подвода пассивной среды, причем приемная камера в зоне подсоединения к ней патрубка выполнена конфузорной, а с диаметрально противоположной стороны – диффузорной [3].
Недостатками такого эжектора являются его низкий КПД из-за следующих факторов:
недостаточная турбулизация активного потока на выходе из сопла;
отсутствие сглаживания геометрии проточной части в местах перехода между конструктивными элементами устройства.
Ближайшим прототипом предлагаемой полезной модели является «Газовый эжектор», авторов Гутиев М. Х., Игнатенко З. Т., и др., по патенту СССР №827854, МПК F04F 5/14, представляющий собой газовый эжектор, содержащий активное сопло, образованное стенками полого сосуда, днище которого расположено в патрубке подвода пассивной среды, и патрубок подвода активной среды, имеющий перфорированный выходной участок, размещенный в активном сопле. Днище корпуса активного сопла выполнено обтекаемой формы и обращено выпуклостью навстречу потоку пассивной среды [4].
Недостатками выбранного прототипа являются его низкий КПД из-за следующих факторов:
активный поток перед соплом теряет существенное количество энергии из-за внезапного расширения патрубка подвода активной среды, протекания активного потока через перфорации, а также поворота активного потока на 180°;
крепление днища сосуда активного сопла к патрубку подвода пассивной среды может создавать сопротивление для пассивного потока;
патрубок подвода активной среды загромождает середину сечения камеры смешения и диффузора, тем самым ухудшая их работу.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение вышеперечисленных недостатков и создание газоструйного эжектора с высокой газодинамической эффективностью (КПД).
Технический результат предлагаемого решения заключается в следующем:
увеличена газодинамическая эффективность за счет использования конфузорно-диффузорного канала, который обеспечивает  симметрию поля скоростей пассивного потока на входе в камеру смешения;
увеличена газодинамическая эффективность за счет использования приемной камеры, выполненной из воронки в форме усеченного конуса, сегмента шаровой обечайки и полусферической обечайки, которая обеспечивает равномерный вход пассивного потока в горловину;
увеличена газодинамическая эффективность за счет плавного разворота пассивного потока на 180° в полусферическом участке приемной камеры, который способствует выравниванию поля скоростей;
увеличена газодинамическая эффективность за счет уменьшения вихреобразований между патрубком подвода активного газа и полусферической обечайкой, благодаря дополнительному введению профилированного кольцевого вкладыша;
увеличена газодинамическая эффективность за счет использования сверхзвукового сопла, которое после критического сечения разделяется на четыре сообщающихся лепестка для повышения площади смешения активного и пассивного потоков на входе в горловину  сверхзвукового сопла;
увеличена газодинамическая эффективность за счет дополнительно установленных остроконечных шевронов на выходе из вершины каждого лепестка по касательной к его проточной для турбулизации активного потока;
увеличена газодинамическая эффективность за счет использования спрофилированной геометрии внешней стенки сверхзвукового сопла, способствующей развороту пассивного потока с наименьшими потерями и его равномерному входу в горловину;
увеличена газодинамическая эффективность за счет сглаживания геометрии проточной части газоструйного эжектора в местах перехода между его конструктивными элементами, исполнение проточной части горловины и диффузора в форме гиперболоида, что уменьшает сопротивление на пути активного и смешанного газа.
Газоструйный эжектор (фиг.1) состоит из патрубка подвода активного газа 1, сверхзвукового сопла 3, патрубка подвода пассивного газа 8, приемной камеры 9, горловины 10, камеры смешения 6 и диффузора 7.
Сверхзвуковое сопло (фиг.2) выполнено лепестковым, т.е. после критического сечения разделяется на четыре сообщающихся лепестка. На выходе из вершины каждого лепестка по касательной к его проточной части установлен остроконечный шеврон 11. Внешняя стенка сверхзвукового сопла спрофилирована наподобие внутренней.
Приемная камера 9 состоит из воронки 5 в форме усеченного конуса, сегмента шаровой обечайки 4 и полусферической обечайки 2, а также профилированного кольцевого вкладыша 12.
Камера смешения 6 является цилиндрической, проточная часть горловины 10 и диффузора 7 исполнена в форме гиперболоида. Геометрия проточной части газоструйного эжектора сглажена в местах перехода между его конструктивными элементами, а именно: между патрубком подвода активного газа 1 и полусферической обечайкой 2 (с помощью профилированного кольцевого вкладыша 12), между приемной камерой 9 и горловиной 10, между сегментом шаровой обечайки 4 и воронкой 5, между подводом пассивного газа 8 и воронкой 5.
Газоструйный эжектор работает следующим образом.
Активный газ поступает через патрубок 1 в сверхзвуковое сопло 3, где разгоняется до сверхзвуковой скорости, причем благодаря лепестковому выходному сечению сопла и остроконечному шеврону 11, происходит турбулизация струи активного газа, увеличение площади контакта активного и пассивного газа на входе в горловину 10 и разрыв колец Кельвина-Гельмгольца, что повышает эффективность и быстроту процесса смешения.
Пассивный газ поступает через патрубок 8 в воронку 5 приемной камеры 9, где внизу (кратчайший путь пассивного газа к горловине) газ движется по конфузорному каналу, а вверху (дальний путь пассивного газа к горловине) - по диффузорному через сегмент шаровой обечайки 4 по направлению к полусферической обечайке 2. Таким образом, происходит перераспределение давления пассивного газа и его выравнивание по сечению между стенкой приемной камеры 9 и выступом горловины 10. После плавного разворота пассивного потока на 180° в полусферическом участке приемной камеры, образованном сегментом шаровой обечайки 4 и профилированным кольцевым вкладышем 12, происходит дальнейшее выравнивание эпюры скоростей пассивного газа на входе в горловину 10.
В горловине 10 струя активного газа из сверхзвукового сопла 3 создает разрежение, тем самым увлекая пассивный газ в камеру смешения 6, где происходит смешение газов и обмен энергией. Из камеры смешения 6 смесь газов попадает в диффузор 7, где с минимальными потерями энергии благодаря гиперболоидной форме проточной части происходит снижение скорости и повышение давления газа. Из диффузора смесь газов отводится потребителю.
Сглаживание геометрии проточной части газоструйного эжектора в местах перехода между его конструктивными элементами, а также отсутствие препятствий на пути наиболее высокопотенциальных активного и смешанного газов позволяет снизить потери энергии высокопотенциальных потоков на трение и образование вихрей.
Таким образом, применение в предлагаемом газоструйном эжекторе сверхзвукового лепесткового сопла с остроконечными шевронами и профилированной стенкой совместно с приемной камерой, выполненной в виде усеченного конуса и сегмента шаровой обечайки, при сглаживании геометрии проточной части и отсутствии препятствий на пути наиболее высокопотенциальных активного и смешанного газов позволяет значительно повысить КПД газоструйного эжектора.
Источники информации
1. Патент № 2341691 РФ, МПК F04F 5/18, F04F 55/44. Газовый эжектор. Соболоев А.Н., Запрягаев В. И., Мальков В.М. – №2007100659/06; заявл. 09.01.2007; опубл. 20.12.2008 (аналог).
2. Патент № 629326 СССР, МПК F04F 5/14. Газовый эжектор. Байков В.С., Васильев Ю.Н. - №2093869/22-03; заявл. 07.01.75; опубл. 25.10.78 (аналог).
3. Патент № 1044839 СССР, МПК F04F 5/14. Газовый эжектор. Белотелов В.А., Романенков Л.В. – №3436739/25-06; заявл. 12.05.1982; опубл. 30.09.1983 (аналог).
4. Патент № 827854 СССР, МПК F04F 5/14. Газовый эжектор. Гутиев М.Х., Игнатенко З.Т. – №2780298/25-06; заявл. 15.06.1979; опубл. 07.05.1981 (прототип).