ЭЖЕКТОР

Данное техническое решение относится к области струйной техники и предназначено преимущественно для использования в нефтяной промышленности. Более конкретно техническое решение относится к струйным смесителям и устройствам для перекачки одного потока текучей среды за счет перепада давления и скоростного потока другой текучей среды.
Эжектор может быть использован в системах повышения гомогенности смешиваемых жидкостей, ввода присадок и добавок в топливо при перекачивании его насосами.
Известен эжектор, содержащий активное сопло, пассивное сопло, камеру смешения и диффузор (RU 269593 A1, 1992). Данный эжектор имеет сравнительно низкий КПД из-за короткой камеры смешения, имеющей отношение длины камеры смешения к ее диаметру в пределах 1,8-2,4, что не обеспечивает эффективного перемешивания пассивного и активного потоков.
Известен эжектор, содержащий активное сопло, камеру смешения с конфузорным и цилиндрическим участками и диффузор (SU 767405, 1980). Этот эжектор не обеспечивает требуемого КПД во всем диапазоне газосодержаний пассивного потока из-за слишком длинной камеры смешения, при отношении длины камеры смешения к ее диаметру, находящемся в пределах 30-32.
Известен эжектор, содержащий активное сопло, коническую приемную камеру, камеру смешения и диффузор, при этом длина камеры смешения и длину диффузора выбраны из условий: l/d=3-5 и L/d=10-11, где l - длина камеры смешения, L - длина диффузора, а d - диаметр камеры смешения в метрах (RU 2151919 C1, 27.06.2000). В этом техническом решении функция эжектора ограничена перекачкой текучей среды, при этом функции эжектора как смесителя и химического реактора использованы недостаточно, поскольку известный эжектор удаляет жидкости или газ из рабочего пространства и эта его функция характеризуется коэффициентом эжекции n, равным
; , где
1
m - массовый расход активного потока, кг/с;
2
m - массовый расход пассивного потока, кг/с;
1
2
3
V и V - объемные расходы активного и пассивного потоков, м/с.
При этом производительность и качество смешивания текучих сред известного эжектора не отвечает требованиям уменьшения энергоемкости.
Техническим результатом полезной модели является повышение качественного смешивания текучих сред при большей производительности эжектора и меньшей энергоемкости процесса смешивания.
Эжектор, содержащий коническое сопло для подачи первой текучей среды, сообщенный с соплом и расположенный в его зоне входной патрубок для ввода в эжектор второй текучей среды, отличающийся тем, что входной патрубок установлен за соплом по ходу движения текучих сред, за соплом расположен расширяющийся в сторону указанного движения конус с концентрическими выступами, каждый из которых имеет отрицательный угол наклона по отношению к направлению движения текучих сред, за конусом расположен успокоитель в виде выходной трубы с множеством отверстий в ее стенке и конической оребренной поверхностью на торце, обращенным к конусу, при этом сопло на входе оснащено турбиной тангенциального ввода потока первой текучей среды в рабочую камеру эжектора, а на выходе сопло оснащено выполненным в виде трубчатого наконечника средством регулирования потока смешанных текучих сред жидкости в эжекторе, причем наконечник на его выходе имеет коническую поверхность, расширяющуюся в сторону успокоителя.
На фиг. 1 представлен общий вид эжектора; на фиг. 2 - входной узел эжектора; на фиг. 3 - конус эжектора (область кавитационной обработки потоков текучей среды в эжекторе).
Эжектор содержит сопло 1 (фиг. 1) для подачи первой текучей среды, расположенный в зоне действия сопла 1 входной патрубок 2 для ввода в эжектор второй текучей среды, а также расширяющийся в сторону движения текучих сред конус 3, имеющий концентрические выступы с отрицательным углом β наклона по отношению к оси конуса и к направлению протекаемого через эжектор потока текучих сред.
Эжектор содержит коническую оребренную поверхность 4, выполненную на торцевой части выходной трубы 5, имеющей приемник потока, выполненный в виде множества отверстий 6, выполненных в стенке трубы 5, которая кроме своих основных функций, выполняет функцию успокоителя.
Под упомянутым отрицательным углом наклона (фиг. 3) в данном описании имеется в виду угол 13 между гранью каждого выступа конуса 3 и его продольной осью.
Сопло 1 эжектора имеет формирователь кавитационных потоков, представляющий собой турбину 7 (фиг. 2) для тангенциального ввода потока первой текучей среды в рабочую камеру, причем корпус 8 сопла 1 имеет регулируемый наконечник 10 для подбора эжекционных параметров эжектора. Наконечник является съемным, регулировка осуществляется путем подбора проходного сечения наконечника.
Сопло 1 с наконечником 10 является средством управления кавитационным потоком в эжекторе, регулирующим тангенциальное движение обрабатываемого потока текучей среды. Регулируемый наконечник 10 выполнен в виде резьбовой удлиняющей вставки, ввинченной в отверстие корпуса 8 и закрепленной стопорной гайкой 9. Наконечник 10 имеет канал 11, на выходе которого имеется коническая расширяющаяся в сторону движения текучей среды поверхность 12 в виде фаски.
Вышеупомянутая оребренная поверхность 4 образует собой ребристый конус в пределах 5-60° для обеспечения регулировки первого потока 13 текучей среды и второго потока 14 текучей среды путем распыления первого потока 13 текучей среды в эжекторе, всасывания второго потока текучей среды и его смешивания с первым потоком 13 среды. Сопло 1 имеет широкую полость 15 (фиг. 1), в которую текучая среда подается с большой скоростью под давлением в 7-20 атм., а в канале 11 скорость текучей среды значительно возрастает.
Работает эжектор следующим образом. Суммарный жидкостной поток (включающий первый поток 13 (фиг. 1) и второй поток 14 текучей среды) в режиме смешивания поступает в полость 15 эжектора и попадает в расширяющийся конус 3, имеющий концентрические выступы с отрицательным углом β наклона по отношению к продольной оси конуса 3. Благодаря указанным отрицательным углам β на остроконечных частях концентрических выступов конуса 3 (фиг. 3) происходит перепад давления, вызывающий кавитацию указанного жидкостного потока. Часть этого потока проходит по оребренной поверхности 4 трубы 5 и вызывает кавитацию этой части потока перед ее вводом в трубу 5. Образующаяся гидродинамическая кавитация каждой жидкой среды возникает в тех участках, где давление понижается до критического уровня. Наличие в жидкости пузырьков газа или пара с потоком жидкости при перемещении его в область давления меньше критического, обеспечивает возможность неограниченного роста пузырьков газа или пара. При переходе пузырьков в зону пониженного давления их рост прекращается и они начинают уменьшаться. Меняя режим работы эжектора можно добиться достаточно большого объема газа, где при достижении минимального размера кавитационных пузырьков они восстанавливаются и совершают несколько циклов затухающих колебаний, а при малом количестве пузырьков они схлопываются полностью в первом цикле.
Таким образом, вблизи обтекаемого тела создается кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками. Сокращение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звуковым импульсом, тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырек. Если степень развития кавитации такова, что возникает и схлопывается множество пузырьков, то явление сопровождается сильным шумом со сплошным спектром от несколько сотен герц до сотен килогерц. Спектр расширяется в область низких частот по мере увеличения максимального радиуса пузырьков. Увеличение скорости потока жидкости после начала кавитации влечет за собой быстрое возрастание числа развивающихся пузырьков, вслед за этим происходит их объединение в общую кавитациверну. Затем течение потока жидкости переходит в струйное. Для тел, имеющих низкую обтекаемость, например для тел, обладающих острыми кромками, формирование струйного вида кавитации происходит более интенсивно.
Все вышеуказанные процессы достигаются работой эжектора, что значительно повышает эффективность его работы и характеризует его в качестве струйно-кавитационного эжектора. При работе такого эжектора получают высокие параметры гомогенности смешиваемых потоков текучих сред, при этом существенно снижается энергоемкость качественного процесса смешивания потоков, а производительность эжектора повышается.