Спосіб стиснення парорідинного середовища і пароструминна компресорна установка для його здійснення

1 Спосіб стиснення парорідинного середовища, що полягає у поданні активного середовища в активне сопло, створенні на виході активного сопла робочого струменя насиченої пари, ежектуванні робочим струменем насиченої пари в камеру змішування пасивної парорідинної суміші, відкачуваної з теплообмінника, і стисненні суміші середовищ на виході з камери змішування, який відрізняється тим, що як активне середовище, яке подають в активне сопло, використовують рециркуляційну насичену при тиску стиснення рідину, відокремлювану зі стисненого парорідинного середовища в сепараторі й відкачувану з конденсатовідвідника, у КІЛЬКОСТІ, ЩО забезпечує рівність масових витрат перекачуваного пасивного і подаваного споживачу середовищ, причому активне середовище подають зі швидкістю витікання, що перевищує швидкість звуку в створюваному робочому струмені насиченої пари 2 Пароструминна компресорна установка, що містить у замкнутому по рідині циркуляційному контурі пароструминний компресор, вихід якого з'єднаний із сепаратором, а активне сопло - з виходом насоса, приєднаного входом до сепаратора, яка відрізняється тим, що вона обладнана теплообмінником, установленим на трубопроводі підведення технологічної пари, що перекачується, і приєднаним входом до пароструминного компресора, конденсатовідвідником, розміщеним між послідовно з'єднаними сепаратором і насосом, і обмежувальними запірними клапанами, один із яких розміщений на трубопроводі відведення споживачу сухої насиченої пари, а інший - на трубопроводі відведення споживачу насиченої рідини, приєднаними ВІДПОВІДНО до виходів сепаратора і конденсатовідвідника, причому установка обладнана трубопроводом байпасування, що з'єднує вихід насоса з входом конденсатовідвідника 3 Пароструминна компресорна установка за п 2, яка відрізняється тим, що пристрої, які входять у замкнутий по рідині циркуляційний контур, обладнані теплоізолювальною (адіабатною) оболонкою ю Винахід належить до струминної техніки і може бути використаний при утилізації вторинної (технологічної) пари на теплотехнолопчних об'єктах підприємств хімічної, металургійної, харчової та інших галузей промисловості За прототип вибраний спосіб перекачування паровмісної рідини, що полягає у поданні активного пароподібного середовища в активне сопло, створенні на виході активного сопла потоку (робочого струменя) насиченої пари, ежектуванні робочим струменем пасивної парорідинної суміші, відкачуваної з теплообмінника, зі співвідношенням пари рідини і рідини в суміші ВІДПОВІДНО 5% і 95%, і стисканні суміші середовищ на виході з камери змішування струминного апарата (пароструминного компресора) (див Авторське свідоцтво СРСР №1822911, кл F04F5/24, 1993) Недолік зазначеного способу - низький рівень к к д через високі витрати енергії на його здійснення, обумовлені застосуванням як активне середовище, що подається, високоентальпійної пари і глибокою 95-відсотковою конденсацією технологічної пари, що перекачується, а також - нерівність масових витрат перекачуваного і подаваного споживачу середовищ За прототип вибрана насосна установка, що містить у замкнутому по рідині циркуляційному контурі рідинно-газовий ежектор (струминний ком 59207 пресор), вихід якого з'єднаний із сепаратором, а патрубок подання активного середовища - з нагнітальним патрубком насоса, приєднаного входом до сепаратора (див Авторське свідоцтво СРСР №777263, кл F04F5/08.1980) Недолік зазначеної установки - обмежені функціональні можливості, що пов'язано з відсутністю регулювання параметрів, витрат і фазового складу середовищ, які подають, а отже і вибору оптимальних режимів роботи установки В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу стиснення парорідинного середовища шляхом подання в активне сопло рециркуляційної насиченої при тиску стиснення рідини як активного середовища, що знижує енерговитрати на формування робочого струменя насиченої пари за вихідним перерізом активного сопла та підвищує к к д і, крім того, забезпечує рівність масових витрат перекачуваного і подаваного споживачу середовищ В основу винаходу поставлена задача удосконалення конструкції пароструминної компресорної установки за рахунок змін інтенсивності охолодження технологічної пари, що перекачується, у теплообміннику, величини тиску подання активного середовища і продуктивності насоса, які дозволяють здійснювати регулювання параметрів, витрат і фазового складу подаваних середовищ, що забезпечує можливість вибору оптимальних режимів роботи в широкому діапазоні зміни вхідних і вихідних параметрів, а, отже, розширює функціональні можливості установки Поставлена задача вирішується тим, що відомий спосіб стиснення парорідинного середовища, полягає у поданні активного середовища в активне сопло, створенні на виході активного сопла робочого струменя насиченої пари, ежектуванні робочим струменем насиченої пари в камеру змішування пасивної парорідинної суміші, відкачуваної з теплообмінника і стисканні суміші середовищ на виході з камери змішування, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, як активне середовище, яке подають в активне сопло, використовують рециркуляційну насичену при тиску стиснення рідину, відокремлювану зі стиснутого парорідинного середовища в сепараторі й відкачувану з конденсатовідвідника, у КІЛЬКОСТІ, що забезпечує рівність масових витрат перекачуваного пасивного і подаваного споживачу середовищ, причому активне середовище подають зі швидкістю витікання, яка перевищує швидкість звуку в створюваному робочому струмені насиченої пари Поставлена задача вирішується тим, що відома пароструминна компресорна установка, що містить у замкнутому по рідині циркуляційному контурі пароструминний компресор, вихід якого з'єднаний із сепаратором, а активне сопло - з виходом насоса, приєднаного входом до сепаратора, ВІДПОВІДНО до винаходу вона обладнана теплообмінником, установленим на трубопроводі підведення технологічної пари, що перекачується, і приєднаним входом до пароструминного компресора, конденсатовідвідником, розміщеним між послідовно з'єднаними сепаратором і насосом, і обмежувальними запірними клапанами, один із яких розміщений на трубопроводі відводу споживачу сухої насиченої пари, а інший - на трубопроводі відведення споживачу насиченої рідини, і приєднаними ВІДПОВІДНО до виходів сепаратора і конденсатовідвідника, причому установка обладнана трубопроводом байпасування, що з'єднує вихід насоса з входом конденсатовідвідника Крім того, пристрої, що входять у замкнутий по рідині циркуляційний контур, обладнані теплоізолювальною оболонкою У процесі витікання через активне сопло температура рідини, що дорівнює температурі насичення при тиску стиснення, практично не змінюється, а тиск падає до величини тиску середовища, що перекачується, яка завжди менше від тиску стиснення, і тому рідина виявляється метастабільно перегрітою, що приводить до її інтенсивного скипання і формування струменя насиченої пари з високим об'ємним паровмістом При швидкості витікання рідини з активного сопла, що перевищує швидкість звуку в струмені насиченої пари, забезпечується скипання рідини за вихідним перерізом активного сопла, що виключає його запирання (кавітаційний режим) і значне зростання дисипативних втрат, а також необхідний рівень ежектування пасивної парорідинної суміші для підтримки при мінімальній інтенсивності охолодження в теплообміннику рівності масових витрат перекачуваного і подаваного споживачу середовищ Витрати енергії на рециркуляцію насиченої рідини зі стиснутого середовища і подачу її в активне сопло через мізерно малу стисливість рідини менші від ВІДПОВІДНИХ витрат на виробництво високоентальпійної пари, використовуваної як активне середовище у відомому способі, що і визначає підвищення к к д запропонованим способом При заданому тиску стиснутого середовища, яке відводять споживачу, що підтримують обмежувальні запірні клапани, і тому незмінних параметрах рециркуляційної рідини необхідний режим роботи встановлюють шляхом змін інтенсивності охолодження (ступеня вологості) технологічної пари, що перекачується, у теплообміннику, величини тиску подачі і продуктивності насоса, за рахунок байпасування Відповідне цим змінам дозування відбору рециркуляційної і надлишкової (відводиться споживачу) частин насиченої рідини з конденсатовідвідника здійснюють, дотримуючи умови рівності масових витрат середовищ, що перекачуються та відводяться споживачу У такий спосіб підбирають оптимальний режим роботи пароструминної компресорної установки, що характеризується мінімальними витратами енергії на привод насоса при забезпеченні вимог споживача до складу і параметрів стиснутого середовища Наявність теплоізолювальної оболонки забезпечує сталість температури подаваної рідини в циркуляційному контурі Використання запропонованого способу стиснення парорідинного середовища та пароструминної компресорної установки для його здійснення з усіма суттєвими ознаками, утому числі й ВІДМІННИМИ, дозволить забезпечити підвищення к к д , рівність масових витрат перекачуваного і подаваного споживачу середовищ, а також розширення функціональних можливостей при виборі оптимальних режимів роботи 59207 Спосіб здійснюється таким чином Приклад Технологічною парою, що перекачується, є суха насичена водяна пара з тиском Рг=7 барів і температурою t2=165°C У теплообміннику технологічна пара за рахунок охолодження зволожується (частково конденсується) і підводиться до пароструминного компресора у вигляді пасивної парорідинної суміші (вологої насиченої пари) з таким масовим складом суха насичена пара 80%, насичена рідина - 20% Насос відкачує з конденсатовідвідника рециркуляційну частину насиченої рідини (води) у КІЛЬКОСТІ, що забезпечує рівність масових витрат перекачуваного і пасивного середовищ, яка відводиться споживачу, при тиску Р4=11 барів і ВІДПОВІДНІЙ температурі насичення І4=184°С, і, підвищуючи тиск до величини тиску подачі Рі=60барів, подає и як активне середовище в активне сопло пароструминного компресора У процесі витікання через активне сопло тиск рідини знижується до величини тиску середовища, що перекачується, Р2=7барів, а температура залишається практично постійною і дорівнює температурі насичення І4=184°С Метастабільний перегрів рідини на виході активного сопла Ati=trt2 складає 19°С, швидкість витікання сої рідини з активного сопла, обумовлена створюваним перепадом тиску ДРі=Рі-Р2=53барів, складає 107м/с За рахунок скипання й інтенсивного пароутворювання всередині об'єму високошвидкісного потоку рідини формується робочий струмінь насиченої пари з високим об'ємним паровмістом На вході в камеру змішування об'ємний паровміст насиченої пари в робочому струмені срі=91%, а рівноважна швидкість звуку - аі=78м/с Отже, швидкість витікання сої активного середовища перевищує швидкість звуку в створюваному робочому струмені насиченої пари Ежектувальна дія робочого струменя приводить до зниження тиску перекачуваної пасивної парорідинної суміші на вході в камеру змішування до величини Рз=6,7барів За рахунок різниці тисків ДР2=Р2-Рз-0,Збарів забезпечується відкачування пасивної парорідинної суміші з теплообмінника і підсмоктування и в камеру змішування Параметри потоків у камері змішування вирівнюються і на виході з камери тиск суміші середовищ (вологої насиченої пари) підвищується до величини Р4=11 барів, а температура - до І4=184°С Стиснута суміш середовищ з об'ємним паровмістом ср4=89% з пароструминного компресора надходить у сепаратор, з якого відокремлювана суха насичена пара відводиться в трубопровід споживача пари, а насичена рідина, що стікає в конденсатовідвідник, дозується і поділяється на два потоки рециркуляційна частина відкачується насосом для подання в активне сопло, а надлишкова насичена рідина відводиться в трубопровід споживача рідини Масовий склад стиснутого середовища, що відводиться споживачу, такий суха насичена пара 84%, насичена рідина -16% На кресленні (фіг) подана схема пароструминної компресорної установки для здійснення способу стиснення парорідинного середовища Установка містить у замкнутому по рідині циркуляційному контурі пароструминний компресор 1 з камерою змішування 2, вихід якого з'єднаний із сепаратором 3, а активне сопло 4 - з виходом насоса 5, що входом через конденсатовідвідник 6 з'єднаний із сепаратором 3 На трубопроводі 7 підведення технологічної пари, що перекачується, установлений теплообмінник 8 із засувкою 9, підключений виходом до пароструминного компресора 1 Трубопровід байпасування 10 з регулювальним клапаном 11 з'єднує вихід насоса 5 із входом конденсатовідвідника 6 Пусковий трубопровід 12 із засувкою 13 підключений до циркуляційного контура перед входом насоса 5 Вихід сепаратора З через обмежувальний запірний клапан 14 з'єднаний із трубопроводом 15 відведення споживачу сухої насиченої пари, а вихід конденсатовідвідника 6 через обмежувальний запірний клапан 16 - із трубопроводом 17 відведення споживачу насиченої рідини Пристрої, що входять до складу замкнутого по рідині циркуляційного контура (пароструминний компресор 1, сепаратор 3, конденсатовідвідник 6, насос 5 і сполучні трубопроводи), обладнані теплоїзолювальною (адіабатною) оболонкою 18 Пароструминна компресорна установка працює таким чином Для запуску установки використовується насичена при тиску, що дорівнює тиску подання споживачу, рідина, яка підводиться від стороннього джерела по трубопроводу 12 через відкриту засувку 13 При закритих засувці 9 і обмежувальних запірних клапанах 14 і 16 заповнюють циркуляційний контур насиченою рідиною Перекривають пусковий трубопровід 12 засувкою 13 і вмикають насос 5 Для підведення технологічної пари по трубопроводу 7 до пароструминного компресора 1 відкривають засувку 9 За допомогою обмежувальних запірних клапанів 14 і 16 установлюють необхідний тиск стисненого середовища, що відводиться споживачу Зміною інтенсивності охолодження (ступеня вологості) технологічної пари, що перекачується, у теплообміннику 8 і регулюванням тиску активного середовища, яке подають в активне сопло 4, і продуктивності насоса 5 клапаном 11, що встановлений на трубопроводі байпасування 10, підбирають необхідний режим роботи установки ВІДПОВІДНО ДО ЦЬОГО режиму фіксують дозування відбору з конденсатовідвідника 6, з'єднаного з виходом сепаратора З, рециркуляційної і відведеної споживачу частин насиченої рідини, дотримуючи умови рівності масових витрат перекачуваної технологічної пари, яка підводиться по трубопроводу 7, і стисненого на виході камери змішування 2 середовища, що відводиться споживачу по трубопроводах 15 і 17 59207 Комп'ютерна верстка Е Гапоненко Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна