Двоступеневий рідинно-газовий ежектор

Реферат: Двоступеневий рідинно-газовий ежектор складається з активного сопла, камери змішування, патрубка підводу пасивного середовища та зливного трубопроводу. Як активне сопло використовується відцентрово-струминна форсунка з кутом розкриття факела розпилення 40…60°, яка встановлена в насадок діаметром 3…6 діаметра сопла та довжиною 3…4 діаметра насадка, які розміщені в камері змішування діаметром 3…6 діаметра насадка. UA 118068 U (54) ДВОСТУПЕНЕВИЙ РІДИННО-ГАЗОВИЙ ЕЖЕКТОР UA 118068 U UA 118068 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до струминної техніки, а саме рідинно-газових ежекторів та може бути використана в цукровій, хімічній та інших галузях промисловості. Відомий рідинно-газовий ежектор який складається з робочого сопла, камери змішування, патрубка підводу пасивного середовища та зливного трубопроводу. Робоче сопло встановлене співвісно (по центру) з камерою змішування [Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. / Б.Ф. Лямаев. - Л.: Машиностроение. Ленинград, отдел., 1988. - с. 90]. Недоліком ежектора такої конструкції є низький коефіцієнт ежекції. В основу корисної моделі поставлена задача збільшення коефіцієнту ежекції за рахунок удосконалення конструкції ежектора. Поставлена задача вирішується тим, що рідинно-газовий ежектор, складається з активного сопла, камери змішування, патрубка підводу пасивного середовища та зливного трубопроводу. Згідно з корисною моделлю як активне сопло використовується відцентрово-струминна форсунка з кутом розкриття факела розпилення 40…60°, яка встановлена в насадок діаметром 3…6 діаметра сопла та довжиною 3…4 діаметра насадка, які розміщені в камері змішування діаметром 3…6 діаметра насадка. Причинно-наслідковий зв'язок ознак, що складають суть корисної моделі і технічний результат, що досягається, полягає в наступному. Як активне сопло ежектора пропонується використовувати відцентрово-струминну форсунку з кутом розкриття факела розпилювання 40…60°. Така форсунка характеризується дрібнодисперсним розпиленням рідини на краплі, що значно збільшує площу контакту з газовою фазою та є умовою ефективної передачі моменту кількості руху від рідини до газу. Факел розпилення рідини контактує з стінкою насадка, що гарантовано створює зону розрідження в патрубку підводу пасивного середовища (при витіканні рідини з сопла форсунки, коли струмінь не контактує з стінкою камери змішування-насадка, можливі режими, коли ежекція газу відсутня, так як відбувається його всмоктування через відкритий торець насадка, тобто виникають циркуляційні токи газової фази). Робоче сопло форсунки розміщене в короткому насадку діаметром 3…6 діаметра сопла та довжиною 3…4 діаметра насадки. Діапазон рекомендованих діаметрів насадка вибраний з тих міркувань, що при такому співвідношенні діаметрів, згідно з літературними даними та проведеними нами дослідженнями, спостерігається найбільший коефіцієнт ежекції. Довжина насадки, що рівна її 3…4 діаметрам, вибрана на основі відомих положень гідравліки щодо течії рідини через короткі насадки, при якій коефіцієнт витрати рідини є максимальний. Тобто при такій довжині насадка робота форсунки є найбільш енергоефективною. Розрідження, що створюється в насадку, має максимальне числове значення, а отже всмоктування пасивного потоку буде також максимальне. Це є першим ступенем ежектування газової фази. Після ежектування рідиною газової фази в короткому насадку, газорідинна емульсія має достатньо високу швидкість та тиск, що дозволяє при витоку її з насадка використати як робоче середовище для проведення другої стадії ежекції. Тобто в даному випадку сам насадок є робочим соплом, через яке витікає рідинно-газова емульсія та ежектує газову фазу. Діаметр камери змішування ежектора другого ступеня повинен бути оптимальним з точки зору досягнення максимального коефіцієнта ежекції. Цій умові відповідає діаметр камери змішування, що рівний 3…6 діаметрам насадка. Довжина основної камери змішування повинна відповідати критеріям ефективної роботи ежектора [рекомендації що до цього можна знайти в відомій літературі авторів Соколова Е.Я., Зінгера Н.М., Лямаєва Б.Ф. та ін.]. В камері змішування другого ступеня ежектора проходять процеси вирівнювання концентрацій, тисків, профілів швидкостей, продовжуються масообміні процеси, що розпочались під час первинної ежекції. Таким чином в запропонованому двоступеневому ежекторі відбувається ежекція газу спочатку в короткому насадку рідиною (перший ступінь ежекції), а потім рідинно-газовою емульсією при її виході з цього насадка в основну камеру змішування (другий ступінь ежекції). За рахунок цього загальний коефіцієнт ежекції газу буде вищим, ніж у відомих рідинно-газових ежекторах. Слід відмітити, що в випадку, коли ежекційний апарат виконує також функцію масообмінного обладнання (наприклад, в цукровому виробництві ежекційний апарат виконує роль сульфітатора: обробка рідини сульфітаційним газом, що приводить до зниження рН розчину, його знезараження), то створення значної поверхні контакту фаз є однією з основних умов ефективної роботи обладнання. При використанні як робочого сопла відцентрово-струминної форсунки така умова гарантовано виконується. Рідина на виході з сопла такої форсунки розпадається на краплі, що значно збільшує поверхню контакту фаз та інтенсифікує процеси 1 UA 118068 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 масопередачі, що мають місце при контакті рідкої та газової фаз уже в першому ступені ежектора. В насадку з високою інтенсивністю починаються масообміні процеси між компонентами рідини та газу, так як має місце висока турбулізація потоку, велика поверхня контакту фаз та швидке її оновлення, кінцеві ефекти. Вихід рідинно-газової емульсії з насадка в камеру змішування другого ступеня ежектора супроводжується повторним перерозподілом маси, оновленням поверхні контакту фаз та значною турбулізацією, що дозволяє продовжити масообміні процеси з високою інтенсивністю. Таким чином, двоступеневий рідинно-газовий ежектор крім більш високого коефіцієнта ежекції також дозволяє провести масообміні процеси з високою інтенсивністю. Сукупність запропонованих ознак дозволяє забезпечити в повному обсязі очікуваний технічний результат. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображений розріз рідинно-газового ежектора. Двоступеневий рідинно-газовий ежектор складається з робочого сопла 1 (відцентровоструминної форсунки з кутом розпилення 40…60°), яка знаходиться в короткому насадку 2. Робоче сопло 1 та насадок 2 розміщені в камері змішування другого ступеня ежектора 3. Рідина подається до форсунки по трубопроводу 4, а пасивне середовище патрубком 5 засмоктується в приймальну камеру 6 звідки через канали 7 і 8 ежектується рідиною відповідно в насадок 2 та камеру змішування другого ступеня 3. Ежектор працює наступним чином. Сопло форсунки 1 розміщене в короткому насадку 2 діаметром 3…6 діаметра сопла та довжино 3…4 діаметра насадка. Рідина під тиском (близько 0,1-0,4 МПа) надходить до сопла відцентрово-струминної форсунки 1 через яке диспергується та витікає (зі швидкістю біля 20 м/с), формуючи заповнений краплями рідини конічний факел розпилення, який контактує з стінкою насадка 2. За рахунок тертя між рідиною та газовою фазою частина газу по каналу 7 починає рухатись разом з рідиною (ежектується), чим створюється зона пониженого тиску в приймальній камері 6. Значна площа контакту крапель рідини з газом є умовою ефективної передачі моменту кількості руху від рідини до газу. В насадку розпочинаються процеси передачі енергії, маси, відбувається перемішування газової фази та рідкої фаз, вирівнювання профілів швидкостей та концентрацій. При вказаному діапазоні діаметрів насадка згідно з проведеними нами дослідженнями та літературними даними, спостерігається найбільший коефіцієнт ежекції. Довжина насадка, що дорівнює 3…5 діаметрам, відповідає максимальній витраті рідини, при якій розрідження, що створюється в насадку має максимальне числове значення, а отже всмоктування пасивного потоку буде також максимальне. Це є першою стадією ежектування газової фази. Оскільки насадок 2 є доволі коротким, то процеси обміну тільки починаються, а тиск потоку і його швидкість є доволі значними. В насадку 2 формується рідинно-газова емульсія, яка на виході має значну швидкість та є робочим (активним) потоком для додаткового ежектування пасивного середовища через канал 8 при витіканні в камеру змішування 3 другого ступеня ежектора. В камері змішування 3 відбуваються процеси передачі маси, енергії, вирівнювання концентрацій, тисків, швидкостей, продовжуються масообмінні процеси, що розпочались на першій стадії ежектора. Довжина камери змішування приймається відповідно до рекомендацій. Наприклад довжина камери змішування може бути рівною 6…10 її діаметра при наявності дифузора на виході (згідно з рекомендаціями Соколова Е.Я., Зінгера Н.М.). При використанні ежектора з подовженою камерою змішування її довжина збільшена до 30…35 діаметрів. Технічний результат від використання запропонованого рідинно-газового ежектора полягає в збільшенні коефіцієнта ежекції за рахунок подвійного ежектування газу спочатку рідиною і на другій стадії - рідинно-газовою емульсією. Така послідовність роботи рідинно-газового ежектора дозволить збільшити загальний коефіцієнт ежекції, покращити процеси обміну, знизити енерговитрати на проведення процесів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Двоступеневий рідинно-газовий ежектор, що складається з активного сопла, камери змішування, патрубка підводу пасивного середовища та зливного трубопроводу, який відрізняється тим, що як активне сопло використовується відцентрово-струминна форсунка з кутом розкриття факела розпилення 40…60°, яка встановлена в насадок діаметром 3…6 2 UA 118068 U діаметра сопла та довжиною 3…4 діаметра насадка, які розміщені в камері змішування діаметром 3…6 діаметра насадка. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3