Способ изменения профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора и устройство для его реализации
METHOD FOR CHANGING THE PROFILE OF THE MASS FLOW OF LIQUID AT THE OUTLET OF THE DISTRIBUTING COLLECTOR AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области гидродинамики и может быть использовано в раздающих коллекторных системах теплообменников и реакторов.
Известен способ управления массовым расходом жидкости на выходе из раздающего коллектора с центральным подводом и периферийным отводом потока [А.с. СССР №1505124]. В известном техническом решении изменение профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора выполняют с использованием распределителя потока в виде усеченного конуса, у которого образующая боковой стенки имеет переменную по периметру длину и угол наклона.
Недостаток известного решения состоит в том, что невозможно изменить значение массового расхода жидкости в отдельной отводящем канале устройства из-за фиксированной конструкции распределителя.
Известен способ управления массовым расходом жидкости на выходе из раздающего коллектора с периферийным подводом и центральным отводом потока [А.с. СССР №1831069]. В известном техническом решении изменение профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора выполняют с использованием направляющих элементов, выполненных в виде двух коаксиальных цилиндров, сопряженных с одного торца днищем.
Недостаток известного решения состоит в том, что невозможно изменить значение массового расхода жидкости в отдельных отводящих каналах устройства из-за фиксированных конструкции и местоположения направляющих элементов.
Известен способ управления массовым расходом жидкости на выходе из раздающего коллектора с периферийным подводом и центральным отводом потока [Патент РФ №2025799]. В известном техническом решении изменение профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора выполняют с использованием на днище вытеснителя и цилиндрической вставки на цилиндрической обечайке.
Недостаток известного решения состоит в том, что невозможно изменить значение массового расхода жидкости в отдельных отводящих каналах устройства из-за фиксированных конструкции и местоположения вытеснителя и цилиндрической вставки.
Для исключения указанного недостатка в способе изменения профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора, включающем прокачку жидкости через раздающий коллектор, предлагается:
- по меньшей мере один из дросселирующих элементов перемещать относительно других дросселирующих элементов во входной части отводящего канала в пределах длины, которая не превышает 20 гидравлических диаметров отводящего канала;
- зафиксировать положения дросселирующих элементов в отводящих каналах.
В частных случаях реализации способа предлагается:
- во-первых, для уменьшения неравномерности распределения массового расхода жидкости без изменения характера указанного распределения все дросселирующие элементы одновременно перемещать в отводящих каналах на одинаковое расстояние в направлении от раздающего коллектора;
- во-вторых, для увеличения неравномерности распределения массового расхода жидкости без изменения характера указанного распределения дросселирующие элементы одновременно перемещать в отводящих каналах на одинаковое расстояние в направлении раздающего коллектора.
- в-третьих, по меньшей мере два дросселирующих элемента перемещать во входных частях отводящих каналов в противоположных направлениях.
- в-четвертых, по меньшей мере два дросселирующих элемента перемещать во входных частях отводящих каналов на различные расстояния;
- в-пятых, для изменения характера распределения массового расхода жидкости в системе выходных каналов и увеличения неравномерности указанного распределения по меньшей мере одну дросселирующую диафрагму перемещать в отводящем канале относительно других дросселирующих элементов в направлении раздающего коллектора;
- в-шестых, для изменения характера распределения массового расхода жидкости в системе выходных каналов и уменьшения неравномерности указанного распределения по меньшей мере одну дросселирующую диафрагму перемещают в отводящем канале относительно других дросселирующих элементов в направлении от раздающего коллектора.
Сущность способа заключается в следующем.
Способ изменения профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора включает прокачку жидкости через раздающий коллектор.
По меньшей мере один из дросселирующих элементов перемещают относительно других дросселирующих элементов во входной части отводящего канала в пределах длины, которая не превышает 20 гидравлических диаметров отводящего канала.
Фиксируют положения дросселирующих элементов в отводящих каналах.
В шести частных случаях реализации способа выполняют следующее.
Для уменьшения неравномерности распределения массового расхода жидкости без изменения характера указанного распределения все дросселирующие элементы одновременно перемещают в отводящих каналах на одинаковое расстояние в направлении от раздающего коллектора.
Для увеличения неравномерности распределения массового расхода жидкости без изменения характера указанного распределения дросселирующие элементы одновременно перемещают в отводящих каналах на одинаковое расстояние в направлении раздающего коллектора.
По меньшей мере два дросселирующих элемента перемещают во входных частях отводящих каналов в противоположных направлениях.
По меньшей мере два дросселирующих элемента перемещают во входных частях отводящих каналов на различные расстояния.
Для изменения характера распределения массового расхода жидкости в системе выходных каналов и увеличения неравномерности указанного распределения по меньшей мере одну дросселирующую диафрагму перемещают в отводящем канале относительно других дросселирующих элементов в направлении раздающего коллектора.
Для изменения характера распределения массового расхода жидкости в системе выходных каналов и уменьшения неравномерности указанного распределения по меньшей мере одну дросселирующую диафрагму перемещают в отводящем канале относительно других дросселирующих элементов в направлении от раздающего коллектора.
В случае если дросселирующие элементы перемещаются на расстояниях превышающих 20 гидравлических диаметров от входа в отводящие каналы, то изменение их положения практически не оказывает влияния на характер распределения массового расхода жидкости в системе отводящих каналов.
Способ осуществляют следующим образом.
Через проточную часть раздающего коллектора прокачивают жидкость.
При перемещении дросселирующих элементов во входные частях отводящих каналов в пределах длины, которая не превышает 20 гидравлических диаметров отводящего канала.
Фиксируют положения дросселирующих элементов в отводящих каналах.
На примере раздающего коллектора цилиндрического типа с обратным поворотом потока с центральным подводом и боковым отводом жидкости расчетным путем показана степень влияния положения дросселирующих диафрагм на профиль массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора.
Основные геометрические характеристики использованного в расчетах устройства для изменения профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора следующие.
Система отводящих каналов представляет собой пучок из 270 круглых труб. В различных вариантах исполнения раздающего коллектора использовались отводящие каналы различной длины. В отводящих каналах установлены дросселирующие элементы. Относительная высота дросселирующих элементов и диаметр проходного сечения составляли соответственно 0,081 и 0,045. Относительная длина отводящего канала 6 составляет 1,425.
5
Максимальная относительная высота раздающего коллектора равна 0,973, относительный внутренний диаметр корпуса составляет 2,885, днище имеет эллиптический профиль. Число Рейнольдса в подводящем канале составляет 4,0 10.
Результаты расчета распределений массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора представлены в таблице.
В таблице приняты следующие обозначения:
- относительная длина отводящего канала;  - относительное расстояние от входа в отводящий канал до дросселирующей диафрагмы. В качестве масштабного фактора принят внутренний диаметр проходного сечения подводящего канала (трубы).
- относительное расстояние от трубы до центра кольцевого ряда отводящих каналов. В качестве масштабного фактора принята ширина подвижного элемента.
Из представленных в таблице расчетных данных по распределению массовых расходов жидкости на выходе из раздающего коллектора можно сделать следующие выводы.
Одновременное перемещение всех дросселирующих элементов в отводящих каналах на одинаковое расстояние в сторону раздающего коллектора приводит к увеличению неравномерности распределения массового расхода жидкости на выходе из коллектора без изменения характера указанного распределения.
Одновременное перемещение всех дросселирующих элементов в отводящих каналах на одинаковое расстояние в направлении от раздающего коллектора приводит к уменьшению неравномерности распределения массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора без изменения характера указанного распределения.
При перемещении дросселирующих диафрагм, расположенных в 3-м кольцевых рядах отводящих каналов, относительно расположенных во входной части отводящих каналов дросселирующих диафрагм, соответствующих 1, 2, 4, 5 и 6 кольцевых рядам отводящих каналов, в направлении от раздающего коллектора приводит к существенным изменению характера распределения массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора и увеличению неравномерности указанного распределения.
При перемещении дросселирующих диафрагм, расположенных в 1, 2, 4, 5 и 6 кольцевых рядах отводящих каналов, относительно дросселирующих диафрагм, соответствующих 3 кольцевому ряду отводящих каналов, в направлении раздающего коллектора приводит к существенному изменению характера распределения массового расхода жидкости в системе выходных каналов и снижению неравномерности указанного распределения.
Конкретный пример реализации способа.
В исходном положении входные части всех дросселирующие элементы зафиксированы в отводящих каналах на расстоянии, соответствующем 0,771 гидравлическим диаметрам отводящего канала.
5
Прокачивают жидкость через проточную часть раздающего коллектора. Число Рейнольдса в подводящем канале составляет 4,0 10.
С использованием тросиков перемещают дросселирующие элементы, соответствующие 3-му кольцевом ряду отводящих каналов, на расстояние, соответствующее 16,4 гидравлическим диаметрам отводящего канала, от входа в отводящие каналы и фиксируют их конечное положение, прижимая к наружной боковой поверхности отводящих каналов тросики с помощью хомутов.
Расчеты показали, что указанное изменение взаимного положения одной группы дросселирующих элементов относительно другой группы дросселирующих элементов, сохранивших свое положение во входной части отводящих каналов, привело к существенному изменению к характера распределения относительного массового расхода на выходе из раздающего коллектора, проявившегося в том, что в 3-м ряду отводящих каналов значение относительного массового расхода увеличилось относительно среднего значения в 2,5 раза, а значения расхода в остальных рядах отводящих каналов уменьшились на 25%-34%.
Известен раздающий коллектор с центральным подводом и периферийным отводом потока [А.с. СССР №1505124]. В известном техническом решении изменение профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора выполняют с использованием распределителя потока в виде усеченного конуса, у которого образующая боковой стенки имеет переменную по периметру длину и угол наклона.
Недостаток известного технического решения состоит в том, что невозможно изменить значение массового расхода жидкости в отдельной отводящем канале устройства из-за фиксированной конструкции распределителя.
Известен раздающий коллектор с периферийным подводом и центральным отводом потока [А.с. СССР №1831069]. В известном техническом решении изменение профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора выполняют с использованием направляющих элементов, выполненных в виде двух коаксиальных цилиндров, сопряженных с одного торца днищем.
Недостаток известного решения состоит в том, что невозможно изменить значение массового расхода жидкости в отдельных отводящих каналах устройства из-за фиксированных конструкции и местоположения направляющих элементов.
Известен раздающий коллектор с периферийным подводом и центральным отводом потока [Патент РФ №2025799]. В известном техническом решении изменение профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора выполняют с использованием на днище вытеснителя и цилиндрической вставки на цилиндрической обечайке.
Недостаток известного технического решения состоит в том, что невозможно изменить значение массового расхода жидкости в отдельных отводящих каналах устройства из-за фиксированных конструкции и местоположения вытеснителя и цилиндрической вставки.
Для исключения указанного недостатка в устройстве для изменения профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора, образованного корпусом с днищем, выходным элементом с установленной в нем системой отводящих каналов предлагается:
- в отводящих каналах расположить подвижные дросселирующие элементы;
- по меньшей мере один дросселирующий элемент установить во входной части отводящего канала, длина которой не превышает его 20 гидравлических диаметров;
- дросселирующие элементы снабдить подвижными элементами;
- отводящие каналы обеспечить фиксаторами.
Частные случаи реализации устройства:
- во-первых, в качестве подвижного элемента использовать тросик, части которого расположить со стороны торцевых частей дросселирующих элементов и вывести за пределы отводящих каналов, а в качестве фиксатора использовать хомут, установленный на наружной боковой поверхности отводящего канала и исключающий при необходимости свободное перемещение тросика;
- во-вторых, подводящий канал расположить в центральной части раздающего коллектора и выполнить в виде трубы, а выходной элемент установить в кольцевом канале соответственно между внутренней и наружной боковыми поверхностями корпуса и трубы;
- в-третьих, подводящий канал расположить в периферийной части раздающего коллектора, выполнить в виде кольцевого канала, ограниченного соответственно внутренней и наружной боковыми поверхностями корпуса и внутренней обечайки, а выходной элемент разместить в полости внутренней обечайки.
Сущность устройства для изменения профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора состоит в следующем.
На фиг. 1 представлено продольное осевое сечение одного из вариантов исполнения устройства с центральным подводом и боковым отводом жидкости; на фиг. 2 - продольное осевое сечение одного из вариантов исполнения устройства с боковым подводом и центральным отводом жидкости; на фиг. 3 - продольное осевое сечение одного из вариантов отводящего канала с дросселирующим элементом и подвижным элементом и вид на отводящий канал снаружи.
На фигурах чертежей приняты следующие позиционные обозначения: 1 - внутренняя обечайка; 2 - выходной элемент; 3 - днище; 4 - дросселирующий элемент; 5 - корпус; 6 - отводящий канал; 7 - подвижный элемент; 8 - труба; 9 - фиксатор.
Устройство для изменения профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора включает корпус 5, днище 3, выходной элемент 2, отводящие каналы 6, дросселирующие элементы 4, подвижные элементы 7 и фиксаторы 9.
Раздающий коллектор образован корпусом 5, днищем 3 и выходным элементом 2.
В выходном элементе 2 установлена система изолированных друг от друга отводящих каналов 6.
В выходных каналах 6 расположены подвижные дросселирующие элементы 4.
По меньшей мере один дросселирующий элемент 4 установлен во входной части отводящего канала 6, длина которой не превышает его 20 гидравлических диаметров.
Дросселирующие элементы 4 снабжены подвижными элементами, а отводящие каналы имеют фиксаторы 9.
В частных случаях реализации устройства предусмотрено следующее.
Во-первых, в качестве подвижного элемента 7 используют тросик, части которого расположены со стороны торцевых частей дросселирующих элементов 4 и выведены за их пределы, а в качестве фиксатора 9 используют хомут, установленный на наружной боковой поверхности отводящего канала 6 и исключающий в случае необходимости перемещение тросика.
Во-вторых, подводящий канал расположен в центральной части раздающего коллектора и выполнен в виде трубы 8, а выходной элемент 2 установлен в кольцевом канале соответственно между внутренней и наружной боковыми поверхностями корпуса 5 и трубы 8.
В-третьих, подводящий канал расположен в периферийной части раздающего коллектора, выполнен в виде кольцевого канала, ограниченного соответственно внутренней и наружной боковыми поверхностями корпуса 5 и внутренней обечайки 1, а выходной элемент размещен в полости внутренней обечайки 1.
Принцип действия устройства рассмотрен в части описания, относящейся к способу изменения профиля массового расхода на выходе из раздающего коллектора.
Пример конкретного осуществления устройства.
Основные геометрические характеристики устройства для изменения профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора.
В основе устройства лежит раздающий коллектор цилиндрического типа с обратным поворотом потока с центральным подводом и боковым отводом жидкости.
Система отводящих каналов 6 представляет собой пучок из 270 круглых труб.
В отводящих каналах 6 установлены дросселирующие элементы 4. Относительная высота дросселирующих элементов 4 и диаметр их проходного сечения составляют соответственно 0,081 и 0,045. Максимальная относительная высота раздающего коллектора равна 0,973, относительный внутренний диаметр корпуса 5 составляет 2,885, относительная длина отводящих каналов 6 составляет 1,425. Днище 3 имеет эллиптический профиль. В качестве масштабного фактора использован внутренний диаметр трубы.
Расчеты показали, что изменение взаимного положения одной группы дросселирующих элементов 4 относительно другой группы дросселирующих элементов 4, сохранивших свое положение во входной части отводящих каналов 6, привело к существенному изменению к характера распределения относительного массового расхода на выходе из раздающего коллектора, проявившегося в том, что в 3-м ряду отводящих каналов значение относительного массового расхода увеличилось относительно среднего значения в 2,5 раза, а значения расхода в остальных рядах отводящих каналов 6 уменьшились на 25%-34%. При этом с использованием тросиков перемещали дросселирующие элементы 4, соответствующие 3-му кольцевом ряду отводящих каналов 6, на расстояние, соответствующее 16,4 гидравлическим диаметрам отводящего канала 6.
Технический результат - обеспечение локального изменения профиля массового расхода жидкости на выходе из раздающего коллектора без изменения конструктивных элементов в нем.