Струминний змішувач-насос із регульованим рециклом (сзнрр)

Реферат: Струминний насос-змішувач із регульованим рециклом складається з підвідної труби робочого потоку з соплом, приймальної камери пасивного потоку, перфорованих конфузорного перехідника, робочої ділянки та дифузора, що має форму труби зі ступінчастим розширенням, яка приєднана до кільцевої камери так, що між кінцем робочої ділянки і кромкою сходинки труби утворена щілина, до кінцевої частини робочої ділянки концентрично приєднаний циліндричний повзун із можливістю зворотно-поступального руху вздовж зовнішньої поверхні робочої ділянки та фіксації в заданому положенні, по центру дифузора встановлено регулюючу голку з можливістю зворотно-поступального руху вздовж осі насоса та фіксації в заданому положенні, причому кільцева камера розділена на дві частини: кільцеву камеру відсмоктування і кільцеву камеру подачі, з'єднані між собою допоміжним інжектором так, що всмоктуючий патрубок інжектора приєднано до кільцевої камери відсмоктування, патрубок подачі інжектора - до кільцевої камери подачі, а сопло допоміжного інжектора третім патрубком приєднано до підвідної труби робочого потоку. UA 98893 U (54) СТРУМИННИЙ ЗМІШУВАЧ-НАСОС ІЗ РЕГУЛЬОВАНИМ РЕЦИКЛОМ (СЗНРР) UA 98893 U UA 98893 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пристроїв для транспортування та змішування потоків рідин і може бути використана для подачі змішаних потоків (на значну висоту чи відстань) в теплоенергетиці, хімічній технології і інших галузях. Відомий струминний змішувач-насос, який складається з підвідної труби робочого потоку з соплом, циліндричної робочої ділянки з розширеним входом і з'єднаного з нею перфорованого дифузора довільної форми, причому над розміщенням перфорацій установлено кільцеву камеру, в яку для зменшення витрат енергії на вихороутворення в дифузорі і підвищення в ньому тиску допоміжним ежектором, з'єднаним із підвідною трубою робочого потоку, через перфорації в дифузорі відсмоктується частина змішаного після робочої ділянки потоку [Янг Т.Т. и др. Исследование высокоэффективных укороченных эжекторов для увеличения ТЯГИ.//ТОИР. - 1985. - Т.107, № 1. - С.123-131; фіг. 4, 5]. Недоліком відомого змішувача-насоса є втрата частини енергії робочого і відсмоктуваного через перфорації потоку, що пасивно (без використання в роботі насоса) витікає після допоміжного ежектора в навколишній простір. Відомий інший струминний змішувач-насос з рециклом (СЗНР), що складається з підвідної труби робочого потоку з соплом, приймальної камери пасивного потоку, конфузорного перехідника, робочої ділянки та перфорованого дифузора з кільцевою камерою над перфораціями, який відрізняється тим, що кільцева камера продовжена до її приєднання з конфузорним перехідником, а перфорації виконані в перехіднику і на початку робочої ділянки [Патент України № 60790, МПК F04F 5/54, 2011]. Недоліком цього СЗНР є відсутність можливості регулювання величини рециркуляції, а також недостатній перепад тиску між перфораціями в дифузорі й на початку робочої ділянки, в результаті чого автоматично відсмоктується не більше 8 % змішаного потоку, тоді як встановлено, що найбільший тиск на виході із СЗНР і відповідно його ефективність (ККД) досягнуті при відсмоктування в дифузорі та рециркуляції на вхід робочої ділянки через кільцеву щілину за ходом потоків не менше 20 % відсмоктаного потоку [Кулак А.П. и др. Струйные насосы с рециклом //Прикладна гідромеханіка. - 2013. - № 2. - С. 37-45, фіг. 2, 3]. Найближчим (прототипом) до запропонованого технічного рішення є струминний змішувачнасос з регульованим рециклом (СЗНРР), що складається з підвідної труби робочого потоку з соплом, приймальної камери пасивного потоку, конфузорного перехідника, перфорованої робочої ділянки та дифузора, приєднаного кільцевою камерою до конфузорного перехідника, причому дифузор має форму труби зі ступінчастим розширенням, а між кінцем робочої ділянки і ступінчастим розширенням дифузора утворена щілина для відсмоктування частини потоку в кільцеву камеру і далі на початок робочої ділянки через перфорації і кільцеву щілину; крім того до кінцевої частини робочої ділянки концентрично встановлено циліндричний повзун із можливістю зворотно-поступального руху вздовж зовнішньої поверхні робочої ділянки та фіксації в заданому положенні, крім того по осі дифузора встановлено регулюючу голку з можливістю зворотно-поступального руху вздовж осі насоса та її фіксації в заданому положенні [Патент України № 75118, МПК F04F 5/00, 2012]. Недоліками прототипу є недостатня кількість відсмоктуваного потоку, що обмежує досягнення максимальної ефективності насосу. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення конструкції струминного змішувача-насоса з регульованим рециклом (СЗНРР) шляхом зміни геометрії конструктивних елементів, нового взаємного їх розташування та встановлення додаткових елементів, що призведе до збільшення тиску на виході та підвищення швидкості пасивного потоку на вході і тим самим збільшує ефективність роботи СЗНРР. Поставлена задача вирішується тим, що в струминному змішувачі-насосі із регульованим рециклом, що складається з підвідної труби робочого потоку з соплом, приймальної камери пасивного потоку, перфорованих конфузорного перехідника, робочої ділянки та дифузора, що має форму труби зі ступінчастим розширенням, яка приєднана до кільцевої камери так, що між кінцем робочої ділянки і кромкою сходинки труби утворена щілина, до кінцевої частини робочої ділянки концентрично приєднаний циліндричний повзун із можливістю зворотно-поступального руху вздовж зовнішньої поверхні робочої ділянки та фіксації в заданому положенні, по центру дифузора встановлено регулюючу голку з можливістю зворотно-поступального руху вздовж осі насоса та фіксації в заданому положенні, кільцева камера розділена на дві частини: кільцеву камеру відсмоктування і кільцеву камеру подачі, з'єднані між собою допоміжним інжектором так, що відсмоктуючий патрубок інжектора приєднано до кільцевої камери відсмоктування, патрубок подачі інжектора - до кільцевої камери подачі, а сопло допоміжного інжектора третім патрубком приєднано до підвідної труби робочого потоку. 1 UA 98893 U 5 10 15 20 25 30 В запропонованому СЗНРР через широку щілину між кінцем робочої ділянки і кромкою сходинки труби (дифузора) частина змішаного потоку допоміжним інжектором відсмоктується в кільцеву камеру і далі цим інжектором направляється до перфорацій, розташованих в конфузорному перехіднику і на початку робочої ділянки. При змішуванні швидкісного (активного) потоку із основного сопла і підсмоктаного (пасивного) потоку із приймальної камери в робочій ділянці, в результаті вирівнювання епюри швидкості змішаного потоку, статичний тиск в кінці робочої ділянки суттєво збільшується. Вказаний рух відсмоктаної рідини спричинений значним перепадом тиску між кінцем робочої ділянки та конфузорним перехідником. Повернення частини змішаного потоку на початок змішування є рециркуляцією, яка покращує процес перемішування. Для можливості розширення діапазону регулювання величини рециркуляції встановлено допоміжний інжектор. Суттєвими відмінностями корисної моделі, що заявляється, порівняно з прототипом є: встановлення допоміжного інжектора; розділення кільцевої камери на дві частини: кільцеву камеру відсмоктування і кільцеву камеру подачі; приєднання до обох частин розділеної кільцевої камери відсмоктувального та подавального патрубків допоміжного інжектора відповідно. Технічним результатом корисної моделі, що заявляється, є удосконалення конструкції шляхом використання допоміжного інжектора, що збільшує та оптимізує перемішування потоків через регулювання рециркуляції в ширшому діапазоні, а також значне збільшення тиску та ефективності СЗНРР. На фіг. 1 представлена схема запропонованої конструкції СЗНРР, який складається з підвідної труби 1 робочого потоку Gp із соплом 2 в її кінці, приймальної камери 3, конфузорного перехідника 4, приєднаної до нього робочої ділянки 5, дифузора 6, приєднаної до нього кільцевої камери відсмоктування 7, кільцевої камери подачі 8, перфорацій 9, сходинки дифузора 10, щілини 11, ширина якої z та кут α регулюються повзуном 12, та голки 13, а також допоміжного інжектора 14, що патрубком 15 з регулятором відсмоктуваного потоку ΔGз приєднаний до кільцевої камери відсмоктування 7, патрубком 16 змішаного потоку ΔGзд допоміжного інжектора 14 - до кільцевої камери подачі 8, а патрубком 17 з регулятором - до підвідної труби 1 робочого потоку Gp. На фіг. 2 при куті нахилу щілини 11 α =15° зображені графіки залежності приростів подачі  Gp  Gp  Gз Gп  Gp  та коефіцієнту корисної дії (ККД)  q  q / q0  q     / о від , q0    Gp  Gp Gp   відносної кількості відсмоктаної рідини j (рециркуляції) через щілину 11 для коефіцієнтів 35 40 45 50 55 загромадження перерізу робочої ділянки f  (d / dc )2  16  3,0 . , Принцип дії СЗНРР полягає в наступному. Робочий потік Gp із великою швидкістю витікає з сопла 2 і, в результаті в'язкісної взаємодії, підсмоктує з приймальної камери 3 пасивний потік Gп, який прискорюється вздовж конфузорного перехідника 4 та перемішується з робочим потоком Gp по всій довжині робочої ділянки 5. У результаті цього перемішування, концентрація суміші і поле швидкостей змішуваних потоків удовж робочої ділянки 5 вирівнюється, а статичний тиск у змішаному потоці Gз підвищується. Під дією цього перепаду тиску в кінці й на початку робочої ділянки 5 частина змішаного потоку Gз перетікає через щілину 11 в кільцеву камеру відсмоктування 7 і далі відсмоктується патрубком 15 із регулятором в допоміжний інжектор 14, що працює за рахунок подачі частини робочого потоку GP через патрубок 17 із регулятором, змішаний потік Gзд з допоміжного інжектора 14 подається через нагнітальний патрубок 16 змішаного потоку Gзд та кільцеву камеру подачі 8 на початок робочої ділянки 5 для змішування з пасивним потоком Gп. Основне (грубе) регулювання кількості відсмоктаної рідини здійснюється зміною кількості потоків Gр тa Gз допоміжного інжектора 14, а тонке регулювання зміною ширини щілини 11 переміщенням повзуна 12 та регулювальної голки 13. Таким чином створюється регульована рециркуляція. Графіки на фіг. 2 показують, що і ККД (  ) і подача q суттєво залежать від величини рециркуляції j. Застосування допоміжного інжектора збільшує оптимальну рециркуляцію до j0,20, наприклад, для f = 2,0 ефективність СЗНРР з допоміжним інжектором збільшується на 30-40 % порівняно зі струминним насосом без допоміжного інжектора. Підвищення рециркуляції призводить до подальшого росту ефективності. Ефективність також збільшується зі зменшенням коефіцієнта захаращення f . 2 UA 98893 U 5 10 Перевагою запропонованої конструкції СЗНРР з відсмоктуванням частини змішаного потоку через щілину допоміжним інжектором над прототипом, є саме можливість суттєвого розширення діапазону збільшення кількості та тиску відсмоктаної рідини (рециркуляції), а також відсутність вихороутворення після сходинки, що зменшує втрати енергії потоку (підвищується тиск та КПД) на виході з дифузора СЗНРР. Використання СЗНРР дозволить одержати економічний ефект за рахунок можливості в широкому діапазоні збільшувати кількість подачі пасивного потоку, порівняно зі струминним насосом без допоміжного інжектора, а також за рахунок зростання КПД при одночасному зменшенні площі вихідного перерізу робочої ділянки й підвищенні кількості відсмоктуваної рідини (рециркуляції) через щілину. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 Струминний насос-змішувач із регульованим рециклом, що складається з підвідної труби робочого потоку з соплом, приймальної камери пасивного потоку, перфорованих конфузорного перехідника, робочої ділянки та дифузора, що має форму труби зі ступінчастим розширенням, яка приєднана до кільцевої камери так, що між кінцем робочої ділянки і кромкою сходинки труби утворена щілина, до кінцевої частини робочої ділянки концентрично приєднаний циліндричний повзун із можливістю зворотно-поступального руху вздовж зовнішньої поверхні робочої ділянки та фіксації в заданому положенні, по центру дифузора встановлено регулюючу голку з можливістю зворотно-поступального руху вздовж осі насоса та фіксації в заданому положенні, який відрізняється тим, що кільцева камера розділена на дві частини: кільцеву камеру відсмоктування і кільцеву камеру подачі, з'єднані між собою допоміжним інжектором так, що всмоктуючий патрубок інжектора приєднано до кільцевої камери відсмоктування, патрубок подачі інжектора - до кільцевої камери подачі, а сопло допоміжного інжектора третім патрубком приєднано до підвідної труби робочого потоку. 3 UA 98893 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4