ГАЗОВЫЙ ЭЖЕКТОР
GAS EJECTOR

Изобретение относится к газовым эжекторам и может быть использовано в газовой промышленности, в которой применяются приборы струйной техники.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является газовый эжектор, содержащий корпус с патрубками подачи потоков активного и пассивного газов и установленные в нем сменные сопло подачи потока активного газа и камеру смешения потоков газов, связанную с диффузором (см. патент РФ №2151920, кл. F04F 5/14, 27.06.2000).
Недостатками известного устройства являются низкая надежность и низкая эффективность его функционирования при повышенных давлениях в потоках газов.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности и эффективности его функционирования при повышенных давлениях в потоках газов.
Данный технический результат достигается за счет того, что газовый эжектор содержит корпус с патрубками подачи потоков активного и пассивного газов и с установленным в нем сменным соплом подачи потока активного газа, сменную камеру смешения потоков газов и сообщенный с ней диффузор. Патрубок подачи потока активного газа, сопло подачи потока активного газа, камера смешения потоков газов и диффузор установлены по оси эжектора, при этом сопло подачи потока активного газа сцентрировано по отношению к камере смешения потоков газов с помощью втулки, имеющей боковые прорези, через которые патрубок подачи потока пассивного газа сообщается с камерой смешения потоков газов, образующей своей наружной боковой поверхностью с внутренней поверхностью диффузора по длине их сопряжения зазор и упирающейся торцевой поверхностью в уступ на внутренней поверхности диффузора, обеспечивающий герметизацию его стыка с камерой смешения потоков газов. Кроме того, между торцом патрубка подачи потока активного газа и кольцевым выступом, выполненным на наружной боковой поверхности сопла подачи потока активного газа, установлена, по меньшей мере, одна тарельчатая металлическая пружина.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид газового эжектора, на фиг. 2 - вид места соединения сопла потока активного газа и камеры смешения потоков газов с помощью втулки с боковыми прорезями (вид А на фиг. 1). На фиг. 3 показан общий вид места герметичного соединения камеры смешения с диффузором через деформируемую прокладку (вид Б на фиг. 1).
Газовый эжектор содержит корпус 1, патрубок 2 подачи потока активного газа, патрубок 3 подачи потока пассивного газа, сопло 4 подачи потока активного газа, камеру 5 смешения потоков газов, диффузор 6 (может быть конической формы), втулку 7 с боковыми прорезями 8, по меньшей мере, одну тарельчатую металлическую пружину 9, фланцы 10 для соединения между собой секций, из которых может быть выполнен диффузор 6 (например, из двух секций, соединенных между собой фланцами 10), фланец 11 диффузора 6 для закрепления на корпусе 1 и деформируемую прокладку 12. На фигуре 1 также приняты следующие обозначения:
d - диаметр проточной части камеры 5 смешения и диффузора 6 в месте их сопряжения;
кс
d - внутренний диаметр цилиндрической части камеры 5 смешения;
α - угол расширения конуса диффузора 6.
Между активным соплом 4 и камерой 5 смешения закреплена враспор втулка 7 с прорезями 8 (см. фиг. 2). Торцевые части втулки 7 охватывают цилиндрические ответные проточки сопла 4 и камеры 5, что обеспечивает высокую соосность и точность сборки проточной части эжектора. На крайних участках камеры смешения 5 выполнены центрирующие пояски (на фигурах не показаны) с возможностью обеспечения максимальной соосности камеры 5 относительно корпуса 1 и диффузора 6 соответственно. Камера 5 смешения установлена с радиальным зазором и за одно целое с диффузором 6, который прикреплен к корпусу 1 при помощи фланца 11. Сопрягающиеся между собой торцевые части камеры 5 смешения и диффузора 6 выполнены конусными с возможностью образования уплотнения типа конус по конусу (см. фиг. 3). После сборки место уплотнения шлифуется, что обеспечивает формирование идеально гладкого канала для прохода газа.
Сопло 4 подачи потока активного газа, камера 5 смешения потоков газов и втулка 7 могут быть выполнены сменными. При этом втулка 7 является тем элементом, который центрирует относительно друг друга сопло 4 подачи потока активного газа и камеру 5 смешения потоков газов. Корпус 1 представляет собой цилиндрическую деталь, в которой выполнена полость. В полости корпуса 1 размещено сменное сопло 4 подачи потока активного газа, направленное узкой частью в полость камеры 5 смешения потоков газов. Камера 5 смешения потоков газов частично расположена в полости корпуса 1. Широкая часть сопла 4 подачи потока активного газа направлена в сторону полости прикрепленного к корпусу 1 патрубка 2 подачи потока активного газа. На противоположной относительно места расположения патрубка 2 стороне корпуса 1 прикреплена камера 5 смешения потоков газов. Полость диффузора 6 сообщается с полостью камеры 5 смешения потоков газов. Диффузор 6 может иметь коническую форму.
Полость корпуса 1 выполнена сообщающейся с полостью патрубка 3 подачи потока пассивного газа, который закреплен на корпусе 1 таким образом, что направления подачи потоков пассивного и активного газов в соответствующих патрубках 2 и 3 перпендикулярны друг другу. В полости корпуса 1 размещена втулка 7 с боковыми прорезями 8. Одним своим основанием втулка 7 опирается на торец уступа, выполненного на наружной боковой поверхности камеры 5 смешения потоков газов в виде цилиндрической расточки, диаметр которой меньше наружного диаметра камеры 5. Другим основанием втулка 7 опирается на торец опорного выступа, выполненного в виде кольца, охватывающего наружную поверхность сопла 4 подачи потока активного газа и образующего с ним одно целое.
На торец выступа опирается один торец, по меньшей мере, одной тарельчатой металлической пружины 9, которая надета на сопло 4 подачи потока активного газа в его широкой части, выполненной в виде цилиндрической расточки. Другим своим торцом данная пружина опирается в поверхность кромки полости корпуса 1, находящейся вблизи места крепления к корпусу 1 патрубка 2 подачи потока активного газа.
Для повышения эффективности работы газового эжектора проточная часть (полость) камеры 5 смешения потоков газов может быть выполнена конической формы, при этом для обеспечения оптимального газопотока часть камеры 5 смешения потоков газов выполняется расширяющейся в направлении перемещения потока газа в диффузоре 6. Профилирование полости камеры 5 смешения потоков газов (в случае выполнения ее сменной) позволяет изменять (в частном случае оптимизировать) ход процесса эжектирования газа.
Из соображений технологичности изготовления и снижения габаритов газового эжектора в транспортном положении конический диффузор 6 может быть выполнен из нескольких секций, например двух, соединенных между собой фланцами 10. Диффузор 6 закрепляется на корпусе 1 с помощью фланца 11.
Для упрощения технологии изготовления и обеспечения возможности повторного использования камеры смешения 5 в месте ее сопряжения с диффузором 6 дополнительно может быть установлена деформируемая (тонкая металлическая) прокладка 12 (см. фиг. 3). Прокладка 12 может быть выполнена с возможностью пластической деформации при поджатии к диффузору 6 и образования герметичного сопряжения между диффузором 6 и камерой 5 за счет ее беззазорного размещения в деформированном состоянии между сопрягаемыми торцевыми коническими поверхностями диффузора 6 и камеры 5 (см. фиг. 3). При этом следует отметить, что прокладка 12 используется и для оптимизации конструкции уплотнения. В рабочем состоянии она имеет коническую форму и толщину 1-1,5 мм.
Таким образом, в рабочем состоянии патрубок 2 подачи потока активного газа, сопло 4 подачи потока активного газа, камера 5 смешения потоков газов и диффузор 6 установлены по оси эжектора. Сопло 4 подачи потока активного газа сцентрировано по отношению к камере 5 смешения потоков газов с помощью втулки 7. Камера 5 смешения потоков газов сообщается через боковые прорези 8 во втулке 7 с патрубком 3 подачи потока пассивного газа.
Камера 5 смешения потоков газов своей боковой наружной поверхностью образует с внутренней поверхностью диффузора 6 зазор, причем своей торцевой поверхностью упирается в уступ на внутренней поверхности диффузора 6.
Важным моментом при оптимальном функционировании эжектора является обеспечение соосности сопла 4 и камеры 5 смешения. Наличие стороны меньшего расстояния между соплом 4 и стенкой камеры 5 смешения вследствие увеличения градиента скоростей в зазоре между периферией центральной струи и стенкой происходит увеличение потерь на трение на стенке камеры 5. Со стороны большего расстояния между соплом 4 и стенкой камеры 5 возникают паразитные обратные токи, уменьшающие коэффициент эжекции и давление смешанного потока. Поэтому необходимо предусматривать конструктивные мероприятия для обеспечения соосности сопла 4 и камеры 5 смешения, а также диффузора 6.
Работа газового эжектора происходит следующим образом.
Поток пассивного газа поступает через патрубок 3 подачи потока пассивного газа и втулку 7 с боковыми прорезями 8 в пространство, образованное соплом 4 и профилированной частью камеры 5 смешения потоков газов, где эжектируется потоком активного газа. Поток активного газа поступает из сопла 4, в которое газ поступает через патрубок 2 подачи потока активного газа. При этом поток активного газа смешивается с потоком пассивного газа в камере 5 смешения потоков газов. Давление этой газовой смеси выравнивается и становится по величине больше, чем величина давления в потоке пассивного газа. Далее смешанный поток активного и пассивного газов из камеры 5 смешения потоков газов поступает в диффузор 6 (который может быть конической формы), где происходит повышение статического давления в смешанном потоке газов.
Для обеспечения возможности работы газового эжектора в широком диапазоне изменения расходов и давлений газов он может быть снабжен комплектом сменных сопел 4, сменных втулок 7 и сменных камер 5 смешения потоков газов различного типоразмера.
Следует отметить, что в данной конструкции газового эжектора отсутствуют сварные соединения. Это существенно повышает его надежность при работе с газами высоких давлений. Благодаря приведенному на фиг. 1 и 2 расположению узлов газового эжектора увеличивается ресурс его работы и снижается уровень шума во время его функционирования.
Для снижения газодинамического сопротивления эжектора выходная проточная часть камеры 5 смешения выполнена с углом α расширения конического диффузора 6.
Для минимизации конструктивного зазора между камерой 5 смешения и диффузором 6 их сопряжение выполнено по диаметру
где
d - диаметр проточной части камеры 5 смешения и диффузора 6 в месте их сопряжения;
кс
d - внутренний диаметр цилиндрической части камеры 5 смешения.
Для снижения газодинамического сопротивления эжектора на сопрягающейся с диффузором 6 торцевой конической части камеры 5 смешения может быть выполнен тонкий кольцевой буртик (на фигурах не показан) с возможностью пластической деформации последнего при поджатии к диффузору 6 и образования герметичного сопряжения между диффузором 6 и камерой 5 смешения. Сопрягаемая с камерой 5 смешения торцевая часть диффузора 6 выполнена с углом друг α расширения конуса его торцевой части, который равен величине из промежутка значений 20°-30°. Также следует отметить, что обеспечение максимальной герметизации места соединения камеры 5 смешения с диффузором 6 осуществляется с помощью деформируемой прокладки (фиг. 3).
Размещение патрубка 2 потока активного газа по оси эжектора, а также сцентрированные втулкой 7 сопло 4 и камера 5 смешения потоков газов позволяют в конечном итоге снизить потери газа и повысить КПД газового эжектора. Обеспечение зазора между диффузором 6 и камерой 5 смешения потоков газов, а также герметизация торцевой выходной поверхности тела диффузора 6 позволяют исключить утечки газа при его работе и смене находящихся в проточном канале эжектора деталей во время его ремонта. Это, в свою очередь, снижает стоимость эжектора при его длительной эксплуатации.
Для регулирования работы газового эжектора в узком диапазоне изменения расходов и давлений в его конструкции предусмотрена возможность изменения геометрии проточной части.
Таким образом, данное устройство обладает возможностью перенастройки режимов своего функционирования в широком диапазоне рабочих условий путем замены всех основных элементов (сопла 4, камеры 5 смешения потоков газа, втулки 7 с боковыми прорезями), составляющих газодинамический тракт. Центрирование функциональных узлов проточной части с возможностью оптимальной настройки, малое газодинамическое сопротивление всех участков проточной части газового эжектора обеспечивают его высокий КПД. Применение втулки 7 позволяет обеспечить соосность узлов эжектора за счет их центрирования в процессе монтажа и ремонта.
Использование деформируемой прокладки 12 в месте уплотнения диффузора 6 с камерой 5 смешения потоков газа обеспечивает возможность повторного использования последней, так как ее сопрягаемая с диффузором 6 торцевая часть не подвергается деформации (деформируется тонкослойная прокладка 12).
Следует отметить, что в предлагаемой конструкции эжектора отсутствуют сварные соединения. Это существенно повышает надежность эжектора при работе с газами высоких давлений. Благодаря плотному (безлюфтовому) креплению деталей проточной части эжектора увеличивается ресурс его работы и снижается шум.
Использование данного изобретения позволяет создать компактный, простой по конструкции, надежный и удобный в монтаже и эксплуатации газовый эжектор с высокоточной соосностью функциональных элементов. При этом он способен работать при повышенных давлениях активной и пассивной сред, обладает возможностью легкой перенастройки для широкого диапазона рабочих условий путем замены всех функциональных элементов, определяющих газодинамический тракт. Также предлагаемый эжектор позволяет регулировать положения всех функциональных элементов относительно друг друга и корпуса.
Высокоточное центрирование функциональных деталей проточной части эжектора с возможностью оптимальной настройки, малое газодинамическое сопротивление всех участков его проточной части обеспечивают высокий КПД эжектора. Применение втулки 7 позволяет обеспечить высокоточную соосность деталей проточной части эжектора за счет их самоцентрирования в процессе монтажа, что значительно упрощает и удешевляет технологию изготовления эжектора в целом.
Использование данного изобретения повышает надежность и эффективность функционирования газового эжектора при повышенных давлениях в потоках газов, а также позволяет увеличить ресурс его эксплуатации.