СТРУЙНЫЙ НАСОС

Техническое решение относится к струйным аппаратам и предназначено для перекачивания и смешивания жидкостей и газов или жидкостей и жидкостей за счет энергии струи активного потока жидкости, истекающей под давлением из сопла, и может найти применение в нефтехимической, химической, теплоэнергетической, атомной, медицинской, фармацевтической, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности, а так же в экологических процессах при переработке промышленных и бытовых стоков с дымовыми газами и вентиляционными выбросами.
Известна конструкция струйного аппарата, включающего рабочее сопло, приемную камеру смешения и диффузор (Е.Я. Соколов, H.М. Зингер Струйный аппараты. - 3-е изд. перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1989 стр. 5-6)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление рабочего сопла для активного потока жидкости, так как жидкость в нем должна двигаться с большой скоростью, чтобы обеспечивать перекачивание и смешивание с потоком всасываемой жидкости или газа, особенно если в качестве активного потока используют высоковязкую, неньютоновскую или структурированную жидкость. Повышенное гидравлическое сопротивления рабочего сопла приводит к высоким энергозатратам при работе струйного насоса.
Известен струйный насос, содержащий корпус с приемной камерой и патрубком подвода пассивной среды и установленные в корпусе камеру смешение с диффузором и активное сопло с магнитно-стрикционный преобразователем, подключенным к источнику тока. При этом сопло выполнено резонирующим и снабжено установленным в нем магнитным сердечником, магнито-стрикционный преобразователь установлен коаксиально соплу, а приемная камера снабжена перфарированной обоймой из электрического материала, взаимодействующей с магнито-стрикциопным преобразователем и активным соплом (авт. Св. СССР №1488586, F04F 05/02, 1989 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление активного сопла, через которое подается высоковязкая неньютоновская или структурированная жидкая среда, вязкость которой зависит от вибрации, но которую необходимо подавать с большой скоростью, чтобы обеспечить перекачивание и смешение с потоком всасываемой жидкости или газа. Поэтому высокое гидравлическое сопротивление течении активной жидкости приводит к большим энергозатратам при работе струйного насоса.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту по совокупности признаков и принятому за прототип является струйный насос, содержащий приемную камеру с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, камеру смешения, активное сопло с патрубком ввода активного потока, установленное с возможностью свободного вращения, и винтовую спираль, установленную на внутренней поверхности активного сопла, при этом струйный насос снабжен трубой с вентилем, соединяющей патрубок ввода активного потока с патрубком ввода перекачиваемой жидкости в приемную камеру, а на конце трубки расположен перфорированный диск (Патент на полезную модель №117994, РФ, F04F 5/10, 2012).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление активного сопла при течении по нему с большой скоростью высоковязкой, неньютоновской или структурированной жидкости, так как вращательное движение активного сопла влияет на эффективную вязкость и разрушает структуру неньютоновских структурированных перекачиваемых жидкостей и не влияет на эффективную вязкость высоковязких неньютоновских структурированных жидкостей активного потока. Это приводит к высоким энергозатратам при работе струйного насоса.
Задачей предлагаемой конструкции струйного насоса является создание пристенного кольцевого потока маловязкой перекачиваемой жидкости или газа в активном сопле.
Технический результатом предлагаемого струйного насоса является снижение гидравлического сопротивления при течении активной высоковязкой неньютоновской структурированной жидкости в активном сопле, которое ведет к уменьшению энергозатрат при движении в активном сопле с большой скоростью высоковязкой неньютоновской или структурированной жидкости.
Поставленный технический результат достигается тем, что в струйном насосе, содержащем приемную камеру с патрубком ввода перекачиваемой жидкости, камеру смешения, активное сопло с патрубком ввода активного потока, трубку с вентилем, соединяющей патрубок ввода активного потока с патрубком ввода перекачиваемой жидкости в приемную камеру, причем в месте соединения патрубка ввода активного потока с трубкой с вентилем установлено сужающее устройство типа сопла Вентури с образованием кольцевой камеры, при этом соотношение диаметра сужающего устройства и внутреннего диаметра активного сопла составляет
,
где d и D - соответственно диаметр сужающего устройства и внутренний диаметр активного сопла.
Установка в месте соединения патрубка ввода активного потока с трубкой с вентилем сужающего устройства типа сопла Вентури с образованием кольцевой камеры позволяет накапливать в ней равномерно по окружности патрубка ввода активного сопла маловязкую перекачиваемую жидкость или газ, чтобы непрерывно и равномерно подавать их вдоль внутренней стенки активного сопла, что снижает гидравлическое сопротивление последнего при течении в нем с большой скоростью активного потока высоковязкой, неньютоновской или структурированной жидкости и уменьшает энергозатраты.
Установка в месте соединения патрубка ввода активного потока с трубкой с вентилем сужающего устройства типа сопла Вентури с диаметром меньшим внутреннего диаметра активного сопла позволяет создавать в патрубке ввода активного сопла пристенный кольцевой слой маловязкой жидкости или газа, перекачиваемых струйным насосом, что снижает гидравлическое сопротивление в патрубке ввода активного потока высоковязкой, неньютоновской или структурированной жидкости и уменьшает энергозатраты при работе струйного насоса.
Уменьшение нижнего предела соотношения диаметра сужающего устройства и внутреннего диаметра активного сопла, равного 0,94, которое заявлено в соотношении (1), уменьшает проходное сечение для движения в активном сопле активного потока, что при течении высоковязкой, неньютоновской или структурированной жидкости увеличивает гидравлическое сопротивление и энергозатраты.
Увеличение верхнего предела соотношения диаметра сужающего устройства и внутреннего диаметра активного сопла, равного 0,98, которое заявлено в соотношении (1), уменьшает толщину кольцевого зазора между кольцевым козырьком и внутренним диаметром активного сопла, в котором движется всасываемая за счет эффекта эжекции маловязкая перекачиваемая жидкость или газ, что увеличивает гидравлическое сопротивление и приводит к росту энергозатрат при работе струйного насоса.
Таким образом, установка в месте соединения патрубка ввода активного потока с трубкой с вентилем сужающего устройства типа сопла Вентури с соотношением его диаметра и внутреннего диаметра активного сопла, подчиняющимся условию (1), с образованием кольцевой камеры позволяет снизить гидравлическое сопротивление активного сопла при течении в нем высоковязкой, неньютоновской или структурированной жидкости за счет создания пристенного кольцевого слоя маловязкой перекачиваемой жидкости или газа, всасываемых за счет эффекта эжекции из патрубка ввода перекачиваемой жидкости, а значит и снизить энергозатраты при работе струйного насоса.
На чертеже представлен струйный насос в продольном разрезе.
Струйный насос содержит приемную камеру 1, камеру смешения 2, активное сопло 3. Для подачи активного потока в активное сопло 3, осесимметрично с ним установлен патрубок 4 ввода активного потока, а для подачи перекачиваемой жидкости или газа в приемную камеру 1 на ней установлен патрубок 5, герметично соединенный с емкостью 6 для перекачиваемой жидкости или газа.
В месте соединения патрубка 4 ввода активного потока с трубкой 7 с вентилем установлено сужающее устройство 9 типа сопла Вентури с образованием кольцевой камеры 10, при этом отношение диаметра d этого сужающего устройства 9 к внутреннему диаметру D активного сопла 3 удовлетворяет условию (1).
Струйный насос работает следующим образом.
В активное сопло 3 по патрубку 4 подают активный поток высоковязкой, неньютоновской или структурированной жидкости, которая с большой скоростью поступает в приемную камеру 1, создавая в ней разряжение, под действием которого перекачиваемая жидкость или газ за счет эффекта эжекции засасывается в приемную камеру 1 по патрубку 5 ввода перекачиваемой жидкости из емкости 6 и далее вместе с активным потоком поступает в камеру смешения 2.
Под действием эжекционного эффекта малая часть перекачиваемой жидкости или газа поступает из патрубка 5 по трубке 7 при открытом вентиле 8 в кольцевую камеру 10, а из нее сужающим устройством 9 направляется в пристенный слой активного сопла 3, в котором формирует пристенный кольцевой поток маловязкой перекачиваемой жидкости или газа. Этот кольцевой поток перекачиваемой маловязкой жидкости или газа, играя роль смазки на внутренней поверхности активного сопла 3, снижает гидравлическое сопротивление движущегося внутри активного сопла 3 активного потока высоковязкой неньютоновской или структурированной жидкости и способствует уменьшению энергозатрат при работе струйного насоса.
Таким образом, установка в месте соединения патрубка 4 ввода активного потока с трубкой 7 с вентилем 8 сужающего устройства 9 типа сопла Вентури с соотношением его диаметра и внутреннего диаметра активного сопла, подчиняющимся условию (1), с образованием кольцевой камеры 10 позволяет всасывать за счет эжекционного эффекта маловязкую перекачиваемую жидкость или газ внутрь кольцевой камеры 10 по трубке 7 с вентилем 8 из патрубка 5 ввода перекачиваемой жидкости и с помощью сужающего устройства 9 создавать в пристенном слое активного сопла 3 кольцевой поток маловязкой перекачиваемой жидкости или газа, который снижает гидравлическое сопротивление при течении с большой скоростью активного потока - высоковязкой неньютоновской или структурированной жидкости в активном сопле 3, а значит уменьшает энергозатраты при работе струйного насоса.