Устройство перемешивающее струйное

Полезная модель относится к устройствам для перемешивания и выравнивания состава жидкостей в резервуарах различного объема и может быть использовано в любых областях народного хозяйства.
Известна установка для перемешивания жидкостей в резервуарах (RU 156526 U1, приоритет от 17.06.2015 г.), включающая насос с всасывающим и напорным трубопроводами и струйный смеситель, установленный на выходе напорного трубопровода насоса. Установка снабжена узлом первичной гомогенизации, выполненным в виде разветвителей, которые гидравлически сообщены с одной стороны со смесителем, а с другой с напорным трубопроводом насоса. При этом, для повышения интенсивности перемешивания, разветвители со стороны смесителя снабжены насадками, установленными с возможностью регулирования углов пересечения исходящих из них струй в узле первичной гомогенизации, а смеситель выполнен в виде комплекса, состоящего из центрального радиального и тангенциальных сопловых эжекторов с камерами смешения. Недостатком установки является то, что форма конструкции смесителя внутри резервуара не позволяет равномерно распределить потоки жидкости, в виду чего основной поток устремляется в центральное сопло и работа боковых насадок не эффективна, что способствует образованию застойных (мертвых) зон в резервуаре.
3
Известно струйное перемешивающее устройство для выравнивания состава моторных топлив в резервуарах (RU 2314151, приоритет от 06.02.2006 г.), включающее насос с всасывающим и напорным трубопроводами и сопловой эжектор, устанавливаемый на выходе напорного трубопровода в нижней части резервуара, причем эжектор имеет цилиндрическую камеру смешения, на внутренней поверхности которой под углом 30-45° к оси расположены спиральные ребра для придания топливу вращательного движения, сопло с диаметром, обеспечивающим скорость истечения жидкого топлива 40-50 м/с, и устанавливается на отдельной линии подачи топлива в резервуар в горизонтальной плоскости под углом 60° от перпендикуляра к плоскости монтажного люка и в вертикальной плоскости под углом к горизонтали, обеспечивающим точку попадания струи на 50% рабочей высоты резервуара (с учетом максимального положения понтона). Недостатком известного устройства является возможность использования только для резервуаров большого объема 5-20 тыс. м. Недостатком так же является то, что при попадании струи на 50% рабочей высоты резервуара не обеспечивается достаточное перемешивание находящейся в резервуаре жидкости.
Известен смеситель для резервуаров (RU 161351 U1, приоритет от 21.09.2015 г.), содержащий корпус с эжекторным соплом, на внутренней поверхности цилиндрической части которого выполнены выступы в виде цилиндрических стержней. Смеситель снабжен конфузором, выполненным в виде обтекаемого тела вращения и имеющим на наружной поверхности ребра жесткости, соединяющие его с конусообразным соплом корпуса, который закреплен в держателе, выполненном с возможностью регулирования угла наклона корпуса относительно днища резервуара при размещении в нем смесителя.
Наиболее близким аналогом является струйный смеситель для резервуаров (RU 2594023, приоритет от 20.07.2015 г.), содержащий эжекторное сопло с конфузором и цилиндрической камерой смешения, на внутренней поверхности которой выполнены выступы-завихрители потока. Смеситель снабжен корпусом, выполненным в виде разветвителя потока с соплами, имеющими форму усеченной поверхности вращения, по меньшей мере, одно из сопел выполнено эжекторным с выступами-завихрителями в виде радиальных колец или цилиндрических стержней, а на конфузоре, представляющем собой обтекаемое тело вращения, выполнены ребра жесткости, соединяющие конфузор с корпусом, который снабжен держателем, выполненным с возможностью регулирования угла наклона смесителя относительно днища резервуара. Оси разветвителя расположены под равными углами друг к другу. Разветвитель может быть выполнен в виде усеченных форм конуса, параболоида, однополостного гиперболоида или их комбинаций, а конфузор эжекторного сопла - в виде усеченного конуса или усеченного эллипсоида вращения либо гиперболоида вращения.
Недостатками известных смесителей является то, что выступы-завихрители потока в камере смешения создают закрученную струю, которая при достижении противоположной стенки ударяется и создав турбулентное вращение гаснет. Тем самым пагубно воздействует на стенки резервуара и исключает возможность образования эффективных обратных течений способствующих быстрому перемешиванию среды. Держатель, выполненный с возможностью регулирования угла наклона корпуса смесителя относительно днища резервуара, не может быть эффективным в работе, в виду того, что в предложенной металлоконструкции невозможно регулировать угол наклона, так как сам смеситель жестко крепится фланцевым соединением к приемо-раздаточному патрубку резервуара (ПРП), а держатель находится в непосредственной близости к данному патрубку.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в устранении указанных недостатков, а так же в повышении эффективности перемешивания и улучшение эксплуатационных свойств предлагаемого устройства.
Решение поставленной задачи достигается заявляемым устройством перемешивающим струйным, содержащим сопло с конфузором, цилиндрической камерой смешения при этом: а) корпус устройства выполнен с узлом распределения потоков, при этом узел распределения потоков сужается от основания к прямолинейному патрубку и обеспечивает разделение одного (основного) потока на несколько равных рабочих потоков; б) устройство дополнительно снабжено прямолинейными патрубками, расположенными между соплами и узлом распределения потоков для выравнивания турбулентных завихрений; в) устройство имеет опоры, при этом число опор N=n+1, где n - число камер смешения.
Количество сопел выбирается исходя из требуемой скорости, имеющегося запаса по расходу жидкости с учетом обеспечения наилучшей циркуляции, отсутствия застойных зон и зон намыва осадка. Их должно быть как минимум 2.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства, на фиг. 2 - вид сбоку.
Сущность полезной модели поясняется примером конкретного выполнения струйного смесителя с тремя соплами и тремя конфузорами с камерами смешения.
Устройство перемешивающее струйное состоит из корпуса 1а с узлом распределения потоков 1, прямолинейных патрубков 2, сопел 3, конфузоров 4, камер смешения 5, опор 6, и основного трубопровода 7.
Конфузор 4 крепится к соплу четырьмя металлическими пластинами расположенными параллельно движению среды (на чертеже не указаны). Все узлы устройства рассчитываются и изготавливаются так, чтобы была возможность занести Устройство Перемешивающее Струйное в резервуар через люк-лаз. Соединения узлов устройства выполнены в виде фланцевых соединений скрепленных между собой крепежными деталями в виде шпилек и гаек. Герметичность узлов соединения обеспечивается уплотнительными прокладками подобранными под тип и температуру рабочей среды. Электростатическая защита устройства обеспечивается за счет применения шунтирующих перемычек образующих непрерывную цепь устройства с резервуаром.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Поток жидкости через приемо-раздаточный патрубок (ПРП) 8 резервуара подается в основной трубопровод 7 устройства с помощью насоса (может быть использован имеющийся подающий насос или насос на откачку установленный снаружи резервуара, на чертежах не указан). Далее в узел распределения потоков 1.
Внутри узла распределения потоков 1 основной поток равномерно распределяется на несколько рабочих потоков, как минимум на 2. Конструкция узла распределения потоков 1 позволяет с минимальными потерями произвести разделение основного потока на равные части, за счет равномерного заужения в одной плоскости основного трубопровода. Далее рабочий поток движется по прямолинейной части патрубка 2, снимая и выравнивая турбулентные завихрения, созданные на внутренних кромках и углах узла распределения потоков, и затем входит в сопло 3. На выходе сопла 3 генерируется разряжение, и окружающая жидкость засасывается в камеру смешения.
Всасываемый поток жидкости разбивается на более мелкие дисперсные частицы и мощно перемешивается с рабочим потоком (превосходящим по скорости всасываемый поток от 4 и более раз) в смесительной камере 5, изначально создав мощнейшее турбулентное перемешивание, далее ускоряется наружу выравниваясь к выходу из нее. Таким образом, создается струя гомогенно смешанной жидкости благодаря высокой турбулентности этих потоков. Выходящий из устройства поток затягивает и приводит в движение соседние слои жидкости. Доходя до противоположной стенки резервуара затопленная струя жидкости полностью раскрывшись меняет направление движения на обратно противоположное обходя основное течение. Созданный резонанс в течении жидкости, при работе устройства, позволяет жидкости прокаченной через сопло вернуться к устройству и вновь оказаться засосанной в конфузор 4. Таким образом, три потока жидкости, рабочий, всасываемый и захваченный, приводят в движение весь объем резервуара.
Повышение эффективности перемешивания в предлагаемом устройстве происходит за счет особенности конструкции узла распределения потоков, позволяющего с минимальными потерями произвести разделение основного потока на равные части, за счет равномерного заужения устройства, в одной плоскости, относительно основного трубопровода. Завихрения, которые возникают при разделении основного потока, приводят к минимальным потерям полного давления, что является важной отличительной характеристикой устройства, т.к. при разделении основного потока на рабочие не возникает источников колебаний, пульсаций и шумов, которые бы негативно влияли на эффективность работы устройства, на его ресурс или на конструкцию и прочность резервуара в целом. Небольшие завихрения, которые образуются при разделении основного потока, по ходу его движения внутри прямолинейного патрубка уменьшаются и примерно к середине длины патрубка полностью исчезают. После чего течение в рабочем потоке выравнивается и далее происходит равномерно. На момент входа рабочего потока в сопло поле скорости и давления равномерно распределено по радиусу, без завихрений и пульсаций. В результате чего положительная предыстория рабочего потока позволяет ему сформироваться и разогнаться в сопле, обеспечив необходимую величину эжекции в конфузоре. Внутри сопла потенциальная энергия давления преобразовывается в кинетическую энергию.
Принцип работы устройства для предотвращения образования осадка и перемешивания жидких сред состоит в достижении такого гидродинамического разгона и формирования струи жидкости, который бы позволял достичь эффекта смывания, удаления скоростными струями налета образующегося на дне резервуара. Гидродинамический разгон формируется за счет преобразования давления в скорость. За счет формы сопла обеспечивается равномерный разгон потока жидкости. Количество сопел выбирается исходя из требуемой скорости, имеющегося запаса по расходу жидкости с учетом обеспечения наилучшей циркуляции, отсутствия застойных зон и зон намыва осадка.
Улучшение эксплуатационных свойств обеспечивается исключением такого негативного фактора, как вибрация устройства с помощью жестко закрепленных опор к днищу резервуара.
Конструктивные особенности заявляемого устройства позволяют спроектировать индивидуальное перемешивающее устройство для каждого резервуара с его особенными эксплуатационными характеристиками. Конструкция и основные размеры устройства определяются в процессе моделирования течений, вызываемых устройством при заданных эксплуатационных параметрах резервуара, вязкости перемешиваемой жидкости и т.п.
Кроме повышения эффективности перемешивания и улучшения эксплуатационных свойств использование предлагаемого устройства обеспечивает возможность получения неожиданных эффектов, а именно: поддержание одинаковой температуры по всему объему резервуара, что особенно важно для пищевой продукции и светлых нефтепродуктов; сократить испарения легких фракций светлых нефтепродуктов; сократить объем нефтешлама; значительно сократить время приготовления жидких продуктов путем перемешивания растворимых и трудно растворимых сред; поддержание однородных химических и физических свойств среды по всему объему резервуара в составе хранимой жидкости.