Жидкостно-газовый эжектор
LIQUID-GAS EJECTOR

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к струйным аппаратам для создания вакуума, путем откачки газообразных и парогазовых сред в различных технологических процессах, например в ректификационных колоннах при вакуумной перегонке нефтяной среды.
Известен жидкостно-газовый эжектор, содержащий распределительную камеру с соплами, приемную камеру, камеру смешения и сбросную камеру, причем каждая камера смешения установлена соосно относительно своего сопла (Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. Москва: Энергия, 1970. - С. 228-229). Известный аппарат обеспечивает откачку газообразных и парообразных сред, однако имеет сравнительно невысокий коэффициент полезного действия (КПД) ввиду наличия отрицательных конструктивных особенностей.
Наиболее близким техническим решением является жидкостно-газовый эжектор, содержащий распределительную камеру с соплами, приемную камеру, камеры смешения и сбросную камеру, причем каждая камера смешения установлена соосно относительно своего сопла, снабжена конусообразным входным патрубком и имеет входной цилиндрический, промежуточный конусообразный и выходной цилиндрический участки (патент РФ №2133882, F04F 5/02, 1999). Известный аппарат обеспечивает создание и поддержание вакуума, однако имеет большую массоемкость, сложную технологию изготовления, а также оказывает значительное гидравлическое сопротивление потоку ввиду сложной конфигурации камеры смешения, что в целом снижает КПД эжектора.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение коэффициента полезного действия эжектора при одновременном снижении массоемкости аппарата и упрощение технологии изготовления.
Указанная задача решается тем, что в жидкостно-газовом эжекторе, содержащем распределительную камеру с соплами, приемную камеру, камеры смешения и сбросную камеру, причем каждая камера смешения установлена соосно относительно своего сопла, согласно изобретению сопло состоит из внешней цилиндрической обечайки, в которую вмонтирована втулка из антифрикционного композиционного материала, при этом отверстие втулки имеет переменное поперечное сечение, сужающееся по ходу движения потока, а на внутренней поверхности отверстия втулки выполнены кольцевые канавки, расположенные по винтовой траектории.
Кроме того, камера смешения состоит из внешней цилиндрической обечайки, в которую вмонтирована втулка из антифрикционного композиционного материала, при этом отверстие втулки имеет постоянное поперечное сечение.
Наличие кольцевых канавок приводит к закручиванию потока жидкости, что в свою очередь усиливает эжекционный эффект, то есть позволяет более интенсивно увлекать эжектируемую среду. Отсутствие перепадов поперечного сечения отверстия втулки камеры смешения обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление при движении газожидкостной смеси. Геометрические параметры втулок устанавливаются на основе результатов экспериментальных исследований.
Конструкция жидкостно-газового эжектора поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема устройства, на фиг. 2 - конструкция сопла, на фиг. 3 - конструкция камеры смешения.
Жидкостно-газовый эжектор содержит распределительную камеру 1 с соплами 2, приемную камеру 3, камеры 4 смешения и сбросную камеру 5. Каждая камера 4 смешения установлена соосно относительно своего сопла 2. Сопло 2 состоит из внешней цилиндрической обечайки 6, в которую вмонтирована одним из известных способов втулка 7, изготовленная из антифрикционного композиционного материала, например «маслянита» (http://maslianit.ru/?yclid=6189374595053653027). Отверстие 8 втулки 7 выполнено сужающимся по ходу движения потока. На внутренней поверхности отверстия 8 выполнены кольцевые канавки 9, расположенные по винтовой траектории. Кроме того, камера 4 смешения состоит из внешней цилиндрической обечайки 10, в которую вмонтирована одним из известных способов втулка 11, выполненная из антифрикционного композиционного материала. Отверстие 12 втулки 11 имеет постоянное поперечное сечение.
Устройство работает следующим образом. Жидкая эжектирующая среда под заданным давлением подается в распределительную камеру 1, где она распределяется между соплами 2. При перемещении вдоль сопла снижается гидравлическое сопротивление потоку жидкости за счет антифрикционных свойств материала втулки 7, увеличивается скорость потока жидкости за счет сужения поперечного сечения отверстия 8 втулки 7 и происходит закручивание потока за счет взаимодействия его с кольцевыми канавками 9. Истекая из сопел 2, струи жидкой эжектирующей среды увлекают из приемной камеры 3 в камеры смешения 4 откачиваемую газообразную или парогазовую среду. Повышенная скорость струй и их закручивающаяся форма обеспечивают максимальное проявления эффекта эжекции, за счет которого и происходит интенсивное увлечение откачиваемой среды из приемной камеры 3. В камерах смешения 4 два потока объединяются и формируется смешанный поток, при этом поток испытывает пониженное гидравлическое сопротивление движению за счет антифрикционной способности материала втулки 11 и постоянства поперечного сечения отверстия 12. Из камер смешения 4 полученная в них газожидкостная смесь поступает в сбросную камеру 5 и далее отводится из эжектора.
В отличие от известных устройств применение данного жидкостно-газового эжектора позволит снизить массоемкость изделия за счет изготовления части элементов устройства из антифрикционного композиционного материала, плотность и масса которого значительно меньше по сравнению с металлическими материалами и сплавами. Также повышается технологичность изготовления устройства, так как нет необходимости реализовывать сложные механические процессы получения деталей с переменным поперечным сечением. При этом повышается эффективность процесса эжекции в целом за счет снижения гидравлического сопротивления движению как эжектирующей жидкости, так и газожидкостной смеси.