СТРУЙНЫЙ НАСОС

Предлагаемое техническое решение относится к струйным аппаратам и предназначено для перекачивания и смешения неньютоновских жидкостей за счет энергии струи активной среды (жидкости или газа), истекающей под давлением из сопла. Данное устройство 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 струйный насос, содержащий приемную камеру, камеру смешения, активное сопло, установленное с возможностью свободного вращения в радиальном подшипнике, присоединенное к приводу и получающее вращение от электродвигателя (Пат. на ПМ РФ №97779, F04F 5/00, 2010 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции связанная с установкой редуктора с приводом и электродвигателем, а также утечки всасываемой жидкости через подшипник, что требует установки дополнительного уплотнения.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является упрощение конструкции за счет использования энергии активной среды для вращения сопла, что также позволяет сохранить герметичность аппарата.
Поставленный технический результат достигается тем, что в струйном насосе содержащем приемную камеру, камеру смешения, активное сопло, установленное с возможностью свободного вращения, на внутренней поверхности активного сопла установлена винтовая спираль, при этом отношение высоты витка винтовой спирали к внутреннему диаметру сопла составляет
где h - высота витка спирали, d - внутренний диаметр сопла.
Уменьшение высоты витка винтовой спирали ниже указанного предела  приводит к уменьшению скорости вращения активного сопла, что не позволяет обеспечить необходимого снижения эффективной вязкости перекачиваемой неньютоновской жидкости, снижает производительность струйного насоса и качество перемешивания потоков.
Увеличение высоты витка винтовой спирали выше указанного предела  приводит к чрезмерным энергозатратам на вращение активного сопла.
На фиг. 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, закрепленном внутри приемной камеры 1. На внутренней поверхности активного сопла установлена винтовая спираль 5. Для подачи активной среды в активное сопло 3 осесимметрично с ним установлен патрубок 6, а для подачи перекачиваемой неньютоновской жидкости повышенной вязкости в приемную камеру 1 установлен патрубок 7.
Струйный насос работает следующим образом.
По патрубку 6 внутрь вращающегося активного сопла 3 подают с большой скоростью активную среду, которая выходит в приемную камеру 1. В нее же по патрубку 7 подают перекачиваемую неньютоновскую жидкость, которая вовлекается во вращение в кольцевом зазоре между боковой неподвижной стенкой приемной камеры 1 длиной L и вращающейся боковой стенкой активного сопла 3 длиной l. Активное сопло 3 получает вращение, с угловой скоростью со, за счет взаимодействия активной среды с винтовой спиралью 5. Под действием касательных напряжений неньютоновская перекачиваемая жидкость уменьшает свою эффективную вязкость и начинает быстро течь в осевом направлении. На выходе из сопла активная среда взаимодействует с перекачиваемой неньютоновской жидкостью с малой эффективной вязкостью, а значит легко смешиваются, поступая в камеру смешения 2.
Таким образом, предлагаемое техническое решение с вращающимся активным соплом 3, получающим вращение за счет взаимодействия активной среды с винтовой спиралью 5, позволяет снизить стоимость и упростить конструкцию струйного насоса за счет отказа от редуктора с приводом и электродвигателем. Перенос подшипника 4 и подвижных частей внутрь приемной камеры 1 позволяет сохранить герметичность струйного насоса, что также упрощает конструкцию аппарата и повышает его безопасность. Подбор оптимального соотношения высоты витка винтовой спирали 5 и внутреннего диаметра активного сопла 3, в заданном пределе  позволяет найти необходимое число оборотов активного сопла, при котором перекачиваемая неньютоновская жидкость повышенной вязкости будет успевать снижать свою эффективную вязкость и увлекаться потоком активной среды (жидкости или газа), то есть обеспечивать наибольшую производительность.