РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЖЕКТОР
ADJUSTABLE EJECTOR

Изобретение относится к струйной технике и может быть использование в нефтегазодобывающей промышленности, в частности, для получения аэрированных жидкостей, двухфазных пен.
Известен струйный аппарат [А.С. СССР №909349, F04F 5/16, опубл. 28.02.82], содержащий приемную камеру, в которой установлены, с возможностью осевого перемещения активного сопла, камеры управления и смещения, а так же диффузор. Камера управления снабжена термочувствительным элементом, концы которого закреплены на активном сопле и стенке камеры управления, снабженной патрубком подвода и отвода теплоносителя.
Недостатком данного устройства являются:
- низкая точность настройки струйного аппарата из-за инертности системы, заключающейся в применении термочувствительного элемента в кинематике осевого перемещения активного сопла;
- изменение только одной составляющей, а именно только осевое перемещение активного сопла не позволяет оптимизировать работу струйного аппарата, что отражено в стандартных зависимостях расчета струйных аппаратов.
Анализ технических решений в данной области техники показал, что известна конструкция эжектора (см. А.С. №1710859, F04F 5/48, опубл. 07.02.92. Бюл. №5), в которой изменяются поперечные размеры камеры смешения и диффузора. Камера смешения подпружинена относительно активного сопла и установлена с возможностью осевого перемещения. Однако изменение этих размеров происходит спонтанно, без определения алгоритма.
Известна конструкция струйного насоса (см. А.С. №1343118, F04F 5/02, опубл. 07.10.87 г. Бюл. №37), принятая за прототип.
Устройство состоит из приемной камеры, камеры смещения, диффузора, активного сопла в приемной камере с регулирующей иглой, связанной с приводом, подводящими патрубками активной и пассивной среды.
Устройство работает следующим образом.
Активная среда подается к активной насадке с выходом струи в камеру смешения, куда подсасывается пассивная среда. В диффузоре кинетическая энергия смеси сред частично преобразуется в потенциальную энергию. Перемещая в осевом канале активного сопла иглу за счет привода, на наружной поверхности подводящего патрубка, регулируют подачу активной среды через активное сопло, управляя тем самым, суммарной подачей смеси сред к потребителю.
Основным недостатком вышеперечисленных устройств является то, что в них нет условий, обеспечивающих одновременное изменение трех взаимосвязанных параметров эжектора: поперечное сечение камеры смещения, поперечное сечение осевого канала активного сопла, расстояние от сопла до камеры смещения.
Выбор того или иного диаметра камеры сопла и соответственно диаметра камеры смещения определяется необходимой степенью аэрации, давлением смешанного потока. Изменение только одного из параметров не приводит к ожидаемому результату.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:
- возможность управления регулирующими элементами эжектора для получения на выходе из диффузора аэрированной жидкости, с заданными технологическими параметрами;
- возможность одновременного плавного изменения положения трех взаимосвязанных параметров эжектора с подчинением единому алгоритму, для стабильной работы устройства;
- применение шаговых двигателей для изменения технологических и конструктивных параметров элементов эжектора, с управлением их включения от микропроцессорного блока, с целью плавного регулирования основных элементов эжектора.
Технический результат достигается тем, что регулируемый эжектор содержит приемную камеру, камеру смешения, активное сопло, диффузор, подводящие и отводящий патрубки, регулирующую иглу, механизм привода иглы, при этом устройство снабжено насадкодержателем, установленным в осевом канале корпуса, механизмом привода, включающим фланец с венцом зубчатого колеса, кинематически связанным с шестерней шагового двигателя, снабженного муфтой, регулирующая игла установлена асимметрично в насадкодержателе и снабжена приводом в виде шагового двигателя, установленным на фланце насадкодержателя, осевой канал диффузора снабжен регулирующей иглой, связанной с механизмом осевых перемещений, включающим механизм регулирования хода в виде шагового двигателя, установленного на диффузоре, причем осевой канал подающего патрубка гидравлически связан через окна в теле насадкодержателя с его внутренней камерой, отводящий патрубок установлен на внешней стороне диффузора с возможностью гидравлической связи его осевого канала с осевым каналом диффузора над механизмом регулирования хода иглы, а шаговые двигатели регулирования осевого перемещения иглы, активной насадки, осевого перемещения насадкодержателя и осевого перемещения диффузора связаны с микропроцессором и подчинены единому алгоритму управления.
Конструкция устройства в разрезе показана на чертеже.
На чертеже в разрезе показано устройство в положении деталей для ведения процесса эжектирования.
Эжектор содержит корпус 1, активное сопло 2, приемную камеру 3, камеру смешения 4 и диффузор 5. Корпус 1 снабжен подводящим патрубком 6 для активной среды и патрубком 7 подвода пассивной среды и отводящим патрубком 8. В осевом канале корпуса 1 установлен механизм регулирования размеров 9 камеры смешения 4, который состоит из иглы 10, связанной через винтовую пару 11 с механизмом привода 12, состоящим из шагового двигателя 13.
Механизм регулирования размеров активного сопла 2 состоит из иглы 14, установленной асимметрично ее осевому каналу, и связанной с винтовой парой 15. Винтовая пара 15 в свою очередь связана через муфту 16 с шаговым двигателем 17, который закреплен на фланце 18, опирающимся на фланец 19 насадкодержателя 20, установленного в осевом канале корпуса 1 на резьбе.
Механизм регулирования размеров приемной камеры 3 состоит из ведомой шестерни 21, насадкодержателя 20 кинематически связанной с ведущей шестерней 22, которая через муфту 23 связана с шаговым двигателем 24, установленным на консоле 23, связанной с корпусом 1.
В теле насадкодержателя 20 выполнены окна 26, гидравлически соединяющие осевой канал 27 подводящего патрубка 6 с внутренней камерой 28 в насадкодержателе 20.
Работа регулируемого эжектора.
Для нормальной работы эжектора необходимо строгое соблюдение соосности камеры смешения и активного, сопла, а также поддержания в расчетных пределах расстояния от торца активного сопла до торца цилиндрической части камеры смешения.
В соответствии с существующими зависимостями (см. Соколов) по расчету основных конструктивных параметров их необходимо разделять по следующим технологическим параметрам - степени аэрации, давления смешанного потока на выходе, а также необходимой степени аэрации потока.
Исходя из этого, перемещение подвижных частей эжектора подчинено единому алгоритму.
Эжектор работает следующим образом.
Активная среда через подводящий патрубок 6 и окно 26 в теле насадкодержателя 20 поступает во внутреннюю камеру 28 и далее подается через активное сопло 2, а затем поступает в приемную камеру 3, в которую подается пассивная среда (газ) по подводящему патрубку 7. Активная среда смешивается с пассивной средой и поступает в камеру смешения 4, затем в диффузоре 5 статическое давление смеси повышается, и смесь через отводящий патрубок подается потребителю.
Подстройка под режимные параметры камеры смешения 3 осуществляется механическим регулированием размеров камеры смешения 3, т.е. путем изменения расстояния между торцом насадкодержателя 20 и торцом камеры смешения 4.
Подстройка под режимные параметры активного сопла 2 осуществляется путем изменения ее площади сечения, за счет ввода в осевой канал иглы 14. Ввод осуществляется за счет подачи сигнала на шаговый двигатель 17, который при работе осуществляет передачу крутящего момента через муфту 16 на иглу 14, которая вводится - перемещается в сторону активного сопла 2 с выходом в осевой канал.
Изменение расхода и скорости подачи смеси в диффузор 5 осуществляется за счет ввода в осевой канал иглы 10, связанной через винтовую пару 11 с механизмом привода 12 и шаговым двигателем 13.
Перемещение насадкодержателя 20 в осевой канал корпуса 1 осуществляется путем передачи крутящего момента на ведущую шестерню 22 от шагового двигателя 24.
Осуществляют вращение ведомой шестерни 21, жестко связанной с насадкодержателем 20, что приводит к его осевому перемещению в осевом канале корпуса 1. В течение перемещения насадкодержателя 20 существует постоянная связь осевого канала 27 подводящего патрубка 6 через окно 26 с внутренней камерой 29 в насадкодержателе 20.
Для нормальной работы эжектора необходимо соблюдение соосности каналов активного сопла камеры смещения и диффузора, а также необходимо поддерживать оптимальное расстояние от торца активного сопла до входа в камеру смешения.
Это расстояние определяется:
1=1÷1,5 диаметра осевого канала камеры смешения.
Алгоритм управления эжектором строится в соответствии с существующими зависимостями, определяющими устойчивый характер работы.
Выбор диаметра осевого канала активного сопла и соответственно диаметр камеры смешения определяется необходимой степенью аэрации и удовлетворением смешанного потока на выходе из диффузора.
Для динамичного изменения параметров в регулируемом эжекторе используется привод механизма осевых перемещений от шагового двигателя. Управление работой шаговых двигателей используется микропроцессор.
Алгоритм строится на основе следующих данных.
Напор, производительность и коэффициент эжекции эжектора определяется диаметром осевого канала, активного сопла и камеры смешения, а также расстоянием от торца активного сопла до входа потока в камеру смешения.
Формулы, по которым можно определить параметры работы эжектора: - объемный коэффициент эжекции (отношение объемов эжектируемой среды к рабочей жидкости).
0
с
2
U при условии Р≥1 кг/см определяется по формуле
p
p
r
где ΔP=P-P;
c
r
ΔPc=P-P;
р
2
Р - давление эжектирующего (рабочего) потока, т.е. давление развиваемого агрегата на приемном патрубке эжектора, кг/см;
r
2
Р - давление эжектирующего потока (давление в шлейфе или развиваемое компрессором), кг/см.
с
2
Р - давление смешанного потока на отводящем патрубке эжектора, кг/см.
3
p1
Отношение площадей сечения камеры смешения f и активного сопла f может быть выражено следующим условием:
Стандартная зависимость параметров эжектора
р
с
При постоянном значении давления эжектирующего (рабочего) потока Р увеличение отношения  приводит к увеличению коэффициента эжекции и снижению давления смеси Р и наоборот.
Устойчивость работы эжектора сохраняется при значениях, определяемых по эмпирической формуле:
c
p
P=0,3÷0,55Р
Ввести параметры:
ж
2
Р - давление рабочей жидкости на входе в камеру насадкодержателя, кг/см;
г
2
Р - давление газа на входе в камеру смешения, кг/см;
q - расход рабочей жидкости, л/сек;
вых
2
Р - требуемое давление на выходе из диффузора эжектора, кг/см;
λ - требуемая степень аэрации;
1
l - шаг изменения поперечного сечения осевого канала активного сопла, мм;
2
l - шаг изменения поперечного сечения камеры смешения, мм;
3
l - шаг изменения расстояния от торца активного сопла до камеры смешения, мм;
µ - коэффициент расхода сопла, равный 0,9;
сн
ксн
н
d; d; L - начальные (исходные) значения диаметра активного сопла, диаметра камеры смешения и расстояния от торца активного сопла до камеры смешения.
Вычислить:
сн
1. Диаметр осевого канала активного сопла, d:
ксн
2. Диаметр камеры смешения, d
н
ксн
Расстояние от торца активного сопла до камеры смешения L=d (1÷1.5).