Газовый эжектор
GAS EJECTOR

Изобретение относится к струйной технике, а конкретно к газовым эжекторам со сверхзвуковыми соплами и сужающимися камерами смешения, может быть использовано в авиации и индустриальной промышленности для откачки газов, пылевоздушных смесей в пылезащитных устройствах, а также в системах обогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха на вертолетах.
Известны различные эжекторы, представляющие собой соосно установленные сопло активного газа и жестко закрепленную цилиндрическую камеру смешения с выхлопным коническим диффузором (Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты, 3 изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1989 г.; Сборник работ по исследованию сверхзвуковых газовых эжекторов, ЦАГИ 1961 г.).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является газовый эжектор, содержащий сужающуюся камеру смешения, горло, дозвуковой диффузор и центральное сверхзвуковое сопло. На выходной кромке сопла равномерно размещены малогабаритные вихреобразователи, выполненные в виде табов (патент RU 2341691, приоритет от 09.01.2007 г. МПК F04F 5/18, F04F 5/44).
Недостатками эжекторов, рассматриваемых в данных публикациях, являются: неоптимальные конфигурации сопла активного газа, приемной камеры, камеры смешения и выхлопного диффузора, что не обеспечивает в полной мере достижения необходимого соотношения коэффициента эжекции и разрежения на входе в приемную камеру. Также в качестве недостатков можно отметить большие габариты (вследствие необходимости использования длинной камеры смешения, порядка 4…8 калибров) и отсутствие легких, быстроразъемных либо открывающихся конструкций эжекторов.
Задачами заявляемого технического решения является повышение коэффициента эжекции k≥7, уменьшение массы и общего габарита с целью оптимизации компоновки изделия, а также выполнение конструкции в быстроразъемном исполнении.
3
Поставленная задача решается, благодаря тому, что газовый эжектор, содержащий приемную камеру, камеру смешения с диффузором и соосно расположенное сопло, согласно заявляемому изобретению - эжектор выполнен многоканальным в виде жестко закрепленной в стационарном корпусе многосопловой камеры и многоканального корпуса, выполненного из термопластических или композитных материалов, или металлов с плотностью не более 5 г/см, при этом каждый канал представляет собой приемную камеру, камеру смешения и выхлопной диффузор, причем каждому соплу соответствует свой канал, а расходно-напорные характеристики эжектора обеспечиваются следующими геометрическими соотношениями и диапазонами размеров:
n≥2
1
l/d=0,1…1,5,
2
l/d=0,7…4,
1
α=10…30°,
экв
D/d=7,5…9,
1
экв
L/D=0,75…2,5,
2
экв
L/D=1,5…6,
3
экв
L/D=3,5…8,
4
α=10…30°,
где n - количество сопел в многосопловой камере,
d - внутренний диаметр сопла,
1
l - длина проходного сечения сопла,
2
l - длина отрезка раскрытия сопла,
1
α - угол раскрытия сопла,
экв
D - эквивалентный диаметр камеры смешения,
1
L - длина участка от среза сопла до входа в камеру смешения,
2
L - длина камеры смешения,
3
L - длина выхлопного диффузора,
4
α - угол раскрытия выхлопного диффузора.
При этом многоканальный корпус выполнен с возможностью открывания.
Предлагаемая многосопловая конструкция позволяет уменьшить габариты и массу эжектора с увеличением коэффициента эжекции до k≥7, при этом удобство эксплуатации достигается благодаря запорно-открывающемуся механизму с сохранением соосности сопловой камеры и многоканального корпуса.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами:
фиг. 1 - общий вид эжектора с многосопловой камерой в приоткрытом состоянии;
фиг. 2 - вид на пружинный замок в разрезе;
фиг. 3 - общий вид эжектора в закрытом состоянии;
фиг. 4 - основные геометрические размеры сопла;
фиг. 5 - основные геометрические размеры эжектора в сборе.
Газовый эжектор (фиг. 1) состоит из стационарного корпуса 1 и открывающегося многоканального корпуса 2.
В стационарном корпусе 1 закреплена многосопловая камера 3 с фланцем 4 подвода активного газа и соплами 5 в количестве больше двух, например семи. Запорно-открывающийся механизм (фиг. 2) выполнен в виде петель 6 на стационарном корпусе 1 пружинных замков 7 и ответных элементов 8 под пружинные замки 7 на многоканальном корпусе, при этом по контуру стационарного корпуса 1 проложена уплотнительная прокладка 9 (фиг. 1), обеспечивающая герметичность прилегания стационарного 1 и многоканального 2 корпусов.
Открывающийся многоканальный корпус 2 (фиг. 3) эжектора состоит из приемных камер 10 и камер смешений 11 с выхлопными диффузорами 12 при том, что каждому каналу корпуса 2 соответствует свое сопло 5.
Многоканальный корпус 2 эжектора выполнен из термопластических материалов, со следующими основными характеристиками:
- Модуль упругости (Е) в пределах 4000…7000 МПа (предпочтительно 4000…5000 МПа);
- Относительное удлинение при разрыве 3…6% (предпочтительно 4…5%);
- Рабочая температура -60…+130C°.
3
Многоканальный корпус 2 может быть также выполнен из композитных материалов либо из металлов с плотностью не более 5 г/см.
На фиг. 4 изображено сопло с указанием следующих параметров и соотношений:
1
1
угол раскрытия сопла α=10…30° (предпочтительно α=20…23°),
2
1
угол сужения перед соплом α=30…60° (предпочтительно α=40…43°),
1
1
l/d=0,1…1,5 (предпочтительно l/d=0,35…0,4),
2
2
l/d=0,7…4 (предпочтительно l/d=0,7…0,9),
где d - внутренний диаметр сопла,
1
l - длина проходного сечения сопла,
2
l - длина отрезка раскрытия сопла.
На фиг. 5 изображен эжектор в сборе с указанием следующих параметров и соотношений:
3
1
угол сужения приемной камеры α=30…60° (предпочтительно α=43…48°);
4
1
угол раскрытия выхлопного диффузора α=10…30° (предпочтительно α=20…23°);
экв
экв
D/d=7,5…9 (предпочтительно D/d=8…8,5);
1
экв
1
экв
L/D=0,75…2,5 (предпочтительно L/D=1,2…1,7);
2
экв
2
экв
L/D=1,5…6 (предпочтительно L/D=1,5…1,9);
3
экв
3
экв
L/D=3,5…8 (предпочтительно L/D=4…5),
экв
где D - эквивалентный диаметр камеры смешения,
1
L - длина участка от среза сопла до входа в камеру смешения,
2
L - длина камеры смешения,
3
L - длина выхлопного диффузора.
Работа газового эжектора происходит следующим образом.
a
a
В сопловую камеру 3 в стационарном корпусе 1 через фланец 4 подают активный (эжектирующий) газ (направление А) (Фиг. 4) со следующими параметрами: G=0,11 кг/с; P=7,4 ата; t=280°C,
a
где G - расход активного газа,
a
P - давление активного газа,
t - температура активного газа.
Активный газ, распределяясь равномерно по многосопловой камере 3, со скоростью примерно 800 м/с выходит из сопел 5 и поступает в приемные камеры 10, соответствующие каждая своему соплу 5 (поток В, Фиг. 5).
Попадая в приемные камеры 10 (поток В фиг. 5), а затем в камеры смешения 11, активный газ передает часть своей кинетической энергии пассивному газу, находящемуся в покое, в результате чего происходит смешение газов и выравнивание скоростей, вследствие чего пассивный газ приобретает ускорение и происходит его подсос снаружи в приемные камеры 10, таким образом создается разрежение на входе в эжектор (поток В). Из камер смешения 11 поток газа поступает в выхлопные диффузоры 12 (направление С, фиг. 5), где происходит дальнейший рост давления, а на входе приемных камер 10, соответственно, дальнейшее понижение давления или рост разрежения.
Расход пассивного воздуха для данной конструкции составляет 0,86 кг/с при сопротивлении сети на входе в приемные камеры 10, равном нулю и 0,78 кг/с при сопротивлении сети на входе в приемные камеры эжектора, равным 300 мм вод.ст., что соответствует коэффициенту эжекции 7,1…7,8.
Открывают эжектор следующим образом - тянут за кольца пружинных замков 7 в направлении D (Фиг. 2, Фиг. 3), ответные элементы 8, расположенные на многоканальном корпусе 2, выйдут из зацепления с пружинными замками 7 и открывающийся многоканальный корпус 2 на петлях 6 откинется вниз.
Закрывают эжектор в обратном порядке - многоканальный корпус 2 поднимают и прижимают к стационарному корпусу 1, пружинные замки 7 за кольца отводятся в направлении D (Фиг. 2, Фиг. 3), многоканальный корпус 2 плотнее прижимают к уплотнительной прокладке 9, пружинные замки 7 отпускаются и входят в зацепление с ответными элементами 8 пружинных замков 7, таким образом многоканальный корпус 2 фиксируют в закрытом положении.