Спосіб стиснення середовищ у струминному апараті та пристрій для його здійснення

1. Способ сжатия сред в струйном аппарате, заключающийся в том, что подают в аппарат с дозвуковой скоростью активную и пассивную среды, смешивают среды в камере смешения с формированием двухфазной смеси, с разгоном смеси сначала до звуковой скорости, а потом в камере расширения до сверхзвуковой скорости, организуют скачок уплотнения для торможения смеси с соответствующим ростом статического давления после скачка уплотнения и преобразованием потока в однофазный, после чего подают потребителю, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что статическое давление после скачка уплотнения должно быть меньше полусуммы давления торможения после скачка уплотнения и статического давления перед скачком уплотнения. 2. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в зоне истечения в камере расширения статическое давление перед скачком уплотнения устанавливают меньшим давления окружающей среды, а статическое давление после скачка уплотнения устанавливают большим или равным давлению окружающей среды. 3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в камеру смешения подводят дополнительный поток и после чего смесь сред разгоняют до ее собственной скорости звука. 4. Способ по пп. 1 и 3, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что к смеси сред до достижения ею собственной скорости звука подводят тепло и/или массу. 5. Способ по пп. 1 и 3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что от сверхзвукового потока смеси сред отводят тепло и/или массу. 6. Устройство для осуществления способа, содержащее камеру смешения, коаксиально ей установленные сопла для подвода газообразной и жидкой сред, камеру расширения, размещенную на выходе камеры сме-1 шения и диффузор с горловиной, установленный на выходе камеры расширения, при этом горловина выполнена в виде цилиндрического патрубка, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что камера смешения выполнена конической, сужающейся по ходу потока смеси сред, камера расширения сообщена непосредственно с горловиной диффузора и снабжена выпускным патрубком с разгрузочным клапаном, причем диаметр горловины равен от 1 до 3 гидравлических диаметров выходного сечения камеры смешения. 7. Устройство по п.6, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено устройством подвода дополнительной среды в направлении движения потока смеси сред, расположенным до выходного сечения камеры смешения по ходу потока 8 Устройство п о п б , о т л и ч а ю щ е е с я тем, что горловина диффузора расположена соосно камере смешения 9. Устройство по п.6, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что выходное сечение камеры смешения выполнено в виде диафрагмы. 10. Устройство по п.6, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что разгрузочный клапан снабжен средством регулировки давления его открытия. С > ел с» о 15787 Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к струйным аппаратам для приготовления гомогенных смесей, транспортировки различных сред, перекачки сред или дегазации жидкостных 5 сред. Известен способ сжатия сред в струйном аппарате, заключающийся в том, что в аппарат подают с дозвуковой скоростью активную и пассивную среды, смешивают ере- 10 ды в камере смешения с формированием дозвуковой двухфазной смеси и тормозят поток смеси сред в диффузоре с соответствующим ростом статического давления (см. Патент Великобритании № 898171, кл, 71В, 15 1962). Из этого же патента известно устройство для реализации способа сжатия сред, содержащее камеру смешения, коаксиально ей установленные сопла для подвода газообразной и жидкостной сред, диффузор и 20 патрубки подвода активной и пассивной сред. Однако данный способ сжатия сред в струйном аппарате имеетсравнительно низкий КПД вследствие диссипэтивных потерь 25 в процессе обмена количеством движения между средами. Наиболее близким к описываемому является способ сжатия сред в струйном аппарате, заключающийся в том, что подают в 30 аппарат с дозвуковой скоростью активную и пассивную среды, смешивают среды, в камере смешения с формированием двухфазной смеси, с разгоном смеси сначала до звуковой скорости, а потом в камере расши- 35 рения -до сверхзвуковой скорости, организуют скачок уплотнения для торможения смеси с соответствующим ростом статического давления после скачка уплотнения и преобразованием потока в однофазный, по- 40 еле чего подают его потребителю (см.Патент США N? 3200764, кл. 417-185, 1965). В этом же патенте описано устройство для осуществления способа сжатия сред в струйном аппарате, содержащее камеру 45 смешения, коаксиально ей установленные сопла для подвода газообразной и жидкой сред, камеру расширения, размещенную на выходе камеры смешения и диффузор с горловиной установленный на выходе камеры 50 расширения, при этом горловина выполнена в виде цилиндрического патрубка. Однако в известном способе сжатия сред в камере расширения поддерживается атмосферное давление, что снижает эффек- 55 тивность работы струйного аппарата, затрудняет его надежную работу, а в ряде случаев делает аппарат неработоспособным. Кроме того, конструкция аппарата довольно сложная. Для увеличения эффективности торможения сверхзвукового двухфазного потока диффузор выполняют со сложным профилем и снабжают его центральным телом, установленным на демпфирую щей пружине, что значительно усложняет конструкцию. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности работы струйного аппарата, упрощение его конструкции и расширение диапазона использования способа сжатия сред в струйном аппарате. Указанная техническая задача решается тем, что в способе сжатия сред в струйном аппарате, заключающемся втом, что подают в аппарат с дозвуковой скоростью активную и пассивную среды, смешивают среды в камере смешения с формированием двухфазной смеси, с разгоном смеси сначала до звуковой скорости, а потом в камере расширения -до сверхзвуковой скорости, организуют скачок уплотнения для торможения смеси с соответствующим ростом статического давления после скачка уплотнения и преобразованием потока в однофазный, после чего подают его потребителю, при этом статическое давление после скачка уплотнения должно быть меньше полусуммы давления торможения после скачка и статического давления перед скачком. Кроме того, в зоне истечения в камере расширения статическое давление перед скачком уплотнения устанавливают меньшим давлением окружающей среды, а статическое давление после скачка уплотнения устанавливают большим или равным давлению окружающей среды, В камеру смешения может быть подведен дополнительный поток, после чего смесь сред разгоняют до ее собственной скорости звука. Кроме того, к смеси сред до достижения ею собственной скорости звука может быть подведено тепло и/или масса и от сверхзвукового потока смеси сред может быть отведено тепло и/или масса. В части устройства струйный аппарат для реализации способа сжатия сред содержит камеру смешения, коаксиально ей установленные сопла для подвода газообразной и жидкой сред, камеру расширения, размещенную на выходе камеры смешения и диффузор с горловиной, установленный на выходе камеры расширения, при этом горловина выполнена в виде цилиндрического патрубка, камера смешения выполнена конической, сужающейся по ходу потока смеси сред, камера расширения сообщена непосредственно с горловиной диффузора и снабжена выпускным патрубком с разгрузочным клапаном, причем диаметр горловины равен 5 15787 от 1 до 3 гидравлических диаметров выходного сечения камеры смешения Кроме того, устройство может быть снабжено устройством подвода дополнительной среды в направлении движения по- 5 тока смеси сред, расположенным до выходного сечения камеры смешения по ходу потока, горловина диффузора расположена соосно камере смешения, выходное сечение камеры смешения может быть вы- 10 полнено в виде диафрагмы, а разгрузочный клапан может быть снабжен средством регулировки давления его открытия. Как технический результат использования описанного способа сжатия сред и 15 струйного аппарата для реализации способа сжатия сред является возможность оптимизировать энергетические затраты, достигнуть стабильного воздействия на среды без нарушения режима работы, практически не- 20 зависимо от изменения давления окружающей среды и конечного давления. С помощью организованного в проточной части аппарата воздействия скачка уплотнения на среды можно получить гомогенные мел- 25 кодиспергированные смеси из нескольких компонентов с требуемыми концентрациями отдельных компонентов, а также получить мелкодиспергированные и гомогенные структуры с высокоразвитой ак- 30 тивирующей поверхностью и трудносмесимые структуры при автоматической дозировке с высокой точностью. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продоль- 35 ный разрез струйного аппарата для реализации способа сжатия сред; на фиг. 2 - вариант выполнения струйного аппарата с выходным сечением камеры смешения, выполненным в виде диафрагмы; на фиг. 3 - 4 0 схема изменения скорости потока и статического давления смеси в осевом направлении устройства по фиг.2 в начальной стадии с открытым разгрузочным клапаном; на фиг. 4 - схема изменения скорости потока и стати- 45 ческого давления смеси в осевом направлении устройства по фиг.2 в стабильном режиме с закрытым разгрузочным клапаном. Устройство для осуществления способа 50 сжатия сред содержит камеру 1 смешения, коаксиально ей установленные сопла 2, 3 для подвода газообразной и жидкой сред, камеру 4 расширения, размещенную на выходе камеры смешения и диффузор 5 с гор- 55 ловиной 6, установленный на выходе камеры расширения, при этом горловина 6 выполнена в виде цилиндрического патрубка. Камера 1 смешения выполнена конической, сужающейся по ходу потока смеси б сред, камера 4 расширения сообщена непосредственно с горловиной 6 диффузора 5 и снабжена выпускным патрубком 7 с разгрузочным клапаном 8, причем диаметр D горловины 6 равен от 1 до 3 гидравлических диаметров выходного сечения камеры 1 смешения. Устройство для осуществления способа сжатия сред снабжено устройством 9 подвода дополнительной среды в направлении движения потока смеси сред, расположенным до выходного сечения камеры 1 смешения по ходу потока Горловина 6 диффузора 5 расположена соосно камере 1 смешения. Выходное сечение камеры 1 смешения выполнено в виде диафрагмы. Разгрузочный клапан 8 снабжен средством 10 регулировки давления его открытия. Способ сжатия сред в струйном аппарате заключается в том, что подают в аппарат через сопла 2,3 с дозвуковой скоростью соответственно активную и пассивную среды, смешивают среды в камере 1 смешения с формированием двухфазной смеси, с разгоном смеси сначала до звуковой скорости, а потом в камере 4 расширения - до сверхзвуковой скорости, организуют скачок уплотнения для торможения смеси с соответствующим ростом статического давления после скачка уплотнения и преобразованием потока в однофазный, после чего подают его потребителю. При этом статическое давление после скачка уплотнения должно быть меньше полусуммы давления торможения (полное давление) после скачка уплотнения и статического давления перед скачком уплотнения. В зоне истечения в камере 4 расширения статическое давление перед скачком уплотнения устанавливают меньшим давления окружающей среды, а статическое давление после скачка уплотнения устанавливают большим или равным давлению окружающей среды. При этом под давлением окружающей среды понимается давление среды, окружающей поток в камере 4 расширения. В камеру 1 смешения может быть подведен через устройство 9 дополнительный поток, после чего смесь сред разгоняют до ее собственной скорости звука. К смеси сред до достижения ею собственной скорости звука можно подводить тепло и/или массу и от сверхзвукового потока смеси можно отводить тепло и/или массу. На фиг. 3 и 4 кривой W представлено изменение скорости потока и кривой Р представлено изменение статического давления потока в осевом направлении устройства по фиг.2. В качестве контрольных сечений вы 15787 браны: сечение 1 - впускное сечение активного сопла 2, сечение II - самое узкое сечение сопла 2, сечение III - входное кольцевое сечение подвода пассивной среды, сечение IV - выходное сечение пассивного сопла 3, 5 сечение V ~ сечение камеры 1 смешения в месте подвода дополнительного потока, сечение VI ~ самое узкое, выходное сечение камеры 1 смешения - сечение диафрагмы II, сечение VII - входное сечение горловины 6, 10 сечение VIII - выходное сечение горловины 6, сечение IX - выходное сечение диффузора 5. На фиг. 3 показано состояние во время пуска, когда открыта подача активной, пассивной и дополнительной сред, а под давле- 15 нием смеси сред в камере 4 расширения открывается разгрузочный клапан 8. В период пуска подают пассивную среду в камеру 1 смешения и через устройство 9 подвода обеспечивают поступление до- 20 полнительного потока. Из камеры 1 смешения смесь сред через самое узкое сечение камеры 1 смешения -диафрагму II поступает в камеру 4 расширения и далее в диффузор 5, после чего смесь сред истекает из 25 аппарата. Затем в сопло 2 подается активная среда или смесь сред. Активная среда, истекая из сопла 2, смешивается с пассивной и дополнительной средами в камере 1 смешения. Подача дополнительного потока 30 через устройство 9 приводит к повышению давления в камере 4 расширения, что в свою-очередь приводит к открытию разгрузочного клапана 8 и истечению через выпускной патрубок избытка смеси сред. 35 В ходе проведения пуска происходит понижение давления в камере 4 расшире 8 ния и в горловине 6 до сечения VIII, а после этого - небольшое повышение давления в диффузоре 5. Скорость потока в самом узком сечении VI в виде диафрагмы II увеличивается. одновременно давление в самом узком сечении VI понижается, а давление насыщения превышает парообразные или газообразные компоненты сред, что приводит к образованию двухфазной смеси (если перед этим не была образована двухфазная смесь за счет добавления жидкой среды в газообразной), скорость звука в которой намного ниже скорости звука в однофазной смеси сред. Скорость потока в камере 1 смешения увеличивается за счет сужения ее поперечного сечения о ходу потока таким образом, что в самом узком сечении VI диафрагмы II в конечном итоге достигается скорость звука для двухфазной смеси. Это значит, что в камере 4 расширения двухфазная смесь сред ускоряется больше собственной скорости звука при определенном соотношении объемов фаз. В результате в сечении VII, т.е. в начале горловины 6 образуется скачок давления, мощность которого тем больше, чем меньше статическое давление "р" в камере 4 расширения. Падение давления в камере 4 расширения имеет место за счет отвода смеси сред из нее через выпускной патрубок 7, потому что разгрузочный клапан 8 еще не закрыт, и за счет отвода смеси сред через горловину 6. В конечном итоге в камере 4 расширения достигается давление, при котором разгрузочный клапан 8 закрывается и устройство переходит в режим непрерывного стабильного смешения, как показано на фиг. 4. 15787 Фиг. г і л IV \ р Фиг.З 15787 Фі/г.4 Упорядник Замовлення 4201 Техред М.Моргентал Коректор Л.Пилипенко Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655,'ГСП, Київ-53, Львівська пл , 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м Ужгород, вул.ГагарІна, 101