СТРУЙНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ РЕЗЕРВУАРОВ

Полезная модель относится к устройствам для смешивания и выравнивания состава жидкостей в резервуарах и может быть использована в любых областях народного хозяйства, в том числе в химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей промышленности и на нефтебазах, где требуется гомогенизация жидкостей различной плотности и склонных к расслоению состава.
Для перемешивания в резервуарах жидкостей различной плотности, склонных к расслоению состава, широко используются струйные смесители с сопловыми эжекторами.
Известен смеситель, в котором для повышения эффективности перемешивания на внутренней поверхности диффузора эжектора выполнены спиральные направляющие ребра (RU 344881).
Известен также смеситель (RU 965491), имеющий эжектор с первичным щелевым соплом, расположенным по периметру наружной поверхности входного конфузора эжектора, ось первичного сопла эжектора установлена перпендикулярно оси эжектора, причем внутренняя поверхность входного конфузора вверх от сопла выполнена криволинейной, а вниз за соплом - без скруглений.
Указанные смесители малоэффективны и потому имеют ограниченное применение, в основном для перемешивания жидкостей, склонных к расслоению с невысокой разностью плотностей, например для молока, отстоявшегося в процессе хранения в резервуарах.
Более эффективным смесителем для перемешивания жидкостей в резервуарах, используемым в химической и нефтяной отраслях, является смеситель по патенту RU 161351, оп. 20.04.2016, МПК B01F 5/00 - прототип.
В прототипе повышение эффективности перемешивания жидкостей достигается за счет того, что смеситель имеет эжекторное сопло, конфузор, имеющий на наружной поверхности ребра жесткости, соединяющие его с конусообразным соплом корпуса, который закреплен в держателе.
Начальная турбулизация потока жидкости в прототипе происходит в цилиндрической части эжекторного сопла, за счет выступов в виде цилиндрических стержней, из-за которых возникают вторичные вихри и теряется часть энергии потока. Поэтому смеситель недостаточно эффективен и используется лишь в малых по емкости резервуарах.
Указанный недостаток устранен в предлагаемом техническом решении задачи, заключающейся в создании усовершенствованной конструкции смесителя.
Технический результат заключается в повышении степени перемешивания жидкостей с различными плотностями и механическими примесями для гомогенизации смеси по всему объему резервуара не зависимо от емкости резервуара.
Технический результат достигается тем, что струйный смеситель для резервуаров, содержащий корпус с эжекторным соплом, конфузор, выполненный в виде обтекаемого тела вращения и имеющий на наружной поверхности ребра жесткости, соединяющие его с конусообразным соплом корпуса, который закреплен в держателе, согласно полезной модели, внутренняя поверхность цилиндрической части эжекторного сопла снабжена направляющими лопатками, имеющими специальный профиль, исключающий появление вторичных вихрей в межлопастном канале и снижающий потери энергии.
1
Профиль направляющих лопаток, который задается радиусом кривизны R=R(α, z) и определяется из упрощенного уравнения Навье-Стокса по характеристикам входящего потока (плотности ρ и динамической вязкости μ, жидкости, а также входной скорости υ=υ(z), углов входа α и поворота α потока):
где
Кривизна, удовлетворяющая уравнению (1), содержит две произвольные функции А(α) и В(α).
Радиус кривизны входит в параметрические уравнения профиля
x1
y1
Ox
Oy
Oz
Здесь (z), (z) - координаты входной кромки;  - направлена перпендикулярно фронту решетки;  - направлена вдоль линии фронта решетки;  - направлена по высоте лопатки.
Уравнения (1) и (2) получены при следующих допущениях:
1. Каждая линия потока основного течения в межлопаточном канале расположена на плоскости, параллельной стенкам, представляет собой сдвинутую в направлении шага решетки линию пересечения этой плоскости с поверхностью лопаткой.
2. Скорость потока на входе в канал имеет направление, заданное углом входа; продольная составляющая завихренности и величина скорости определяются только расстоянием от стенки.
3. Линия передней кромки лопатки, ширина решетки и угла выхода основного потока заданы.
Полезная модель поясняется примером выполнения смесителя с сопровождающими чертежами, на которых изображены:
Фиг. 1 - общий вид устройства; Фиг. 2 - расположение лопаток параболической формы в камере смешения сопла.
Струйный смеситель для резервуаров (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1 с коническим соплом 2, конфузор 3 и цилиндрическую камеру смешения 4. На внутренней поверхности камеры смешения 4 выполнены направляющие лопатки 5 потока с профилем расчетной формы (фиг. 2). На наружной поверхности конфузора 3 выполнены ребра жесткости 6 для соединения с соплом 2 и гашения вибрации. Корпус 1 смесителя закреплен в держателе 7.
Работа смесителя осуществляется следующим образом.
Струйный смеситель для резервуаров закрепляют на фланцах к приемно-раздаточному патрубку резервуара (на чертежах не показано), поддерживается посредством регулируемого держателя 7 и устанавливают под углом от 0,5° до 40° к днищу в зависимости от объема и высоты резервуара. При включении насоса гидросистемы (на чертежах не показано) неоднородная по составу и/или плотности жидкость поступает из напорного трубопровода в корпус 1 смесителя. Благодаря конической форме сопла 2 поток жидкости ускоряется и поступает в конфузор 3, конфигурация которого придает потоку дополнительное ускорение. В камере смешения 4 поток жидкости, проходя через направляющие лопатки 5, приобретает и вращательное движение. Поток жидкости образует в резервуаре сложное движение жидкости, за счет которого часть жидкости через конфузор 3 дополнительно вовлекается в камеру смешения 4. Профиль лопаток 5, установленных на внутренней поверхности камеры смешения 4 задается выражениями
,
профиль среднего сечения определяется уравнением
.
Здесь  - ширина решетки в среднем сечении.
При
и профиль определяется уравнением
.
Здесь ,
.
Выполнение лопаток камеры смешения с описанным выше профилем позволяет исключить возникновение вторичных вихрей жидкости в межлопастном канале и следовательно уменьшить потери энергии.
Это позволяет охватывать весь объем резервуара и исключать «застойные зоны», образование которых влечет за собой потери жидкости, например нефти, и необходимость периодической чистки резервуара от отложений нефтешламов. Указанным образом достигается интенсивное перемешивание жидкости по всему объему и высоте резервуара. В процессе перемешивания ребра жесткости 6 конфузора 3 эффективно гасят вибрацию, которая приводит к преждевременному разрушению резервуара и негативно влияет на пожаровзрывобезопасность всего процесса.
Технический результат достигается только за счет части потенциальной энергии потока в напорном трубопроводе без дополнительных энергозатрат.