Способ пламенно-струйного эжектирования

Изобретение относится к энерготехнологическому оборудованию различных отраслей производства и может быть использовано для откачки газов, преимущественно агрессивных и запыленных. Для откачки (удаления) газов широко известны вентиляторы и дымососы. Однако для откачки газов, содержащих агрессивные примеси и твердые частицы, вентиляторы приходится изготавливать из дорогостоящих материалов, например из титана, и защищать от налипания твердых частиц, которые зачастую являются причиной вибраций, приводящих к разрушению подшипниковых узлов вентиляторов.

Известны способы эжектирования, применяемые в струйных аппаратах (Е.Я.Соколов, Н.М.Зингер, Струйные аппараты. Энергия, М., 1970 г.) /1/, в которых эжектирование осуществляют за счет компрессорного воздуха, перегретого или насыщенного пара, воды высокого давления. Для реализации известных способов кроме эжектора необходимо иметь компрессор высокого давления или паровой котел с системой очистки воды при использовании пара в качестве рабочей среды.

Известен способ пламенно-струйного эжектирования, включающий создание эжектирующего потока путем сжигания газового или жидкого топлива. SU 900089 А, 23.01.1982.

Недостатком известного способа является слабый эжектирующий эффект при сжигании топлива низкого давления.

Задача изобретения заключается в повышении эжектирующего эффекта.

Поставленная задача решается тем, что в способе пламенно-струйного эжектирования, включающем создание эжектирующего потока, эжектирующий поток создают путем сжигания газового или жидкого топлива высокого давления.

А также задача решается тем, что топливо высокого давления сжигают в горелочном устройстве, встроенном в сверхзвуковое реактивное рабочее

 

 

сопло эжектора.

Выполнение рабочего сопла сверхзвуковым позволит поднять кпд устройства и глубину разрежения в линии инжектируемой среды. Камера смещения, диффузор и сверхзвуковое реактивное рабочее сопло могут быть выполнены водоохлаждаемыми, что увеличит срок их службы. При наличии в инжектируемой среде твердых пылевидных частиц, приводящих к износу металлических стенок эжектора, быстроизнашиваемые узлы могут быть изготовлены из огнеупорной керамики.

Таким образом, для создания эжектирующего потока используется потенциальная энергия уже имеющегося сжатого природного газа и энергия от сжигания этого топлива, причем получаемая непосредственно, а не опосредованно, как при эжекции посредством нагнетателей или пара, характерных для известных способов и устройств, при том, что на большинстве предприятий имеется газ высокого давления (0,6 МПа). Преимущество заявленного изобретения заключается и в том, что для его реализации требуется простое и отлаженное по конструкции устройство - горелка для сжигания топлива. Продукты сжигания газового или жидкого топлива в горелочном устройстве, помещенном в рабочее сопло эжектора, проходя через это сопло, превращаются в эжектирующий поток довольно простым способом, не требующим больших затрат на изготовление оборудования и его эксплуатацию. При определенных условиях возможно найти способ использования тепла продуктов сжигания топлива, выходящих из диффузора эжектора и повысить эффективность использования топлива. Необходимость в механических устройствах для побуждения эффекта эжекции отпадает.

Новый технический результат, достигаемый изобретением, заключается в значительном упрощении всей системы эжектирования за счет использования исходной энергии высокого давления природного газа и соответственно замены такого оборудования, как вентиляторы и дымососы, компрессоры, паровые котлы специальной конструкции, за счет исключения системы

 

подготовки воды для парового котла, а также за счет исключения использования электроэнергии.

Заявленный способ реализован в устройстве пламенно-струйного эжектирования, показанном на чертеже, следующим образом.(Рис. 5.1)

(Рис. 5.1.устройство пламенно-струйного эжектирования)

Устройство содержит горелочное устройство 1, встроенное в рабочее сопло 2, камеру смешения 3, диффузор 4. В горелочное устройство 1 подают газ с расходом G _r и воздух для горения с расходом G_B под давлением при включенном запальнике (на чертеже не показан). После начала горения на рабочем сопле 2 устанавливается рабочий режим эжектирующего потока, состоящего из продуктов горения с расходом G_p. Потоки рабочей G_p и эжектируемой сред G_н поступают в камеру смешения 3, где происходит выравнивание их скоростей, сопровождающееся повышением давления. Из камеры смешения поток смеси G_c поступает в диффузор 4, где происходит дальнейший рост давления. Применение пламенно-струйного эжектирования позволяет значительно упростить систему эжектирования. Для повышения экономической эффективности использования топлива непосредственно для эжектирования перед выбрасыванием отработанной смеси в атмосферу рекомендуется установить теплообменник для использования тепла высокотемпературной смеси (500-700°С) как вторичного тепла. Дополнительным экологическим эффектом использования высокотемпературных продуктов горения может служить эффект температурной нейтрализации вредных примесей, содержащихся в

 

инжектируемой среде. Согласно изобретению возможно сжигать не только

газовое, но жидкие и другие виды топлива, что расширяет рамки использования технического решения.

Формула разработки:

1. Способ пламенно-струйного эжектирования, включающий создание эжектирующего потока, отличающийся тем, что эжектирующий поток создают путем сжигания газового или жидкого топлива высокого давления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо высокого давления сжигают в горелочном устройстве, встроенном в сверхзвуковое реактивное рабочее сопло эжектора.

2)Распылитель

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к парожидкостным струйным аппаратам, используемым в системах отопления и подачи горячей воды.

Известен парожидкостный струйный аппарат, содержащий корпус с патрубком подвода жидкой среды, активное сопло и камеру смешения (патент RU 2155280, кл. F04F 5/14, опубл. 27.08.2000). Недостатками известного устройства являются невысокая эффективность нагрева жидкости и обильное отложение солей на стенках устройства при его работе.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении КПД аппарата и снижении количества отложений. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что парожидкостный струйный аппарат (далее АФТ)(Рис.5.2), содержащий корпус с патрубком подвода жидкой среды, активное сопло и камеру смешения, имеет корпус, который выполнен из цилиндрической трубы с фланцами на концах, внутри корпуса размещено сопло в виде отдельной детали, имеющее входной цилиндрический участок с внешним диаметром, меньшим внутреннего диаметра трубы корпуса, следующий за ним сужающийся конусной участок и следующий за конусным выходной цилиндрический участок, переходящий в конфузор, при этом

 

камера смешения расположена с зазором относительно корпуса и также выполнена в виде отдельной детали, имеющей входной участок в виде

диффузора, центральный цилиндрический участок и выходной участок в виде конфузора, причем угол между внутренней поверхностью конфузора сопла и осью трубы корпуса равен углу между этой осью и внутренней поверхностью диффузора камеры смешения, длина выходной цилиндрической части сопла составляет 0,25-0,35 длины конфузора сопла, а их суммарная длина обеспечивает уменьшение проходного сечения жидкостной среды между входом камеры смешения и выходом сопла в 2-3 раза, а суммарная длина диффузора и цилиндрического участка камеры смешения меньше расстояния от соответствующего фланца корпуса до патрубка.

(Рис.5.2. АФТ в сборе.)

Парожидкостный струйный аппарат (АФТ) содержит корпус 1, активное сопло 2 и камеру смешения 3. Корпус аппарата имеет патрубок 4 подвода жидкой среды. И корпус, и патрубок выполнены из цилиндрической трубы и на концах имеют фланцы 5. Сопло 2 в виде отдельной детали размещено внутри корпуса 1. Оно имеет несколько участков: входной цилиндрический участок 6, следующий за ним сужающийся конусной участок 7, выходной цилиндрический участок 8 и конфузор 9. Длина выходной цилиндрической части 8 составляет 0,25-0,35 длины конфузора 9, что позволяет стабилизировать поток пара перед распылением. Внешний диаметр сопла на входном цилиндрическом участке 6 меньше внутреннего диаметра трубы

корпуса 1, поэтому сопло входит в корпус с зазором. С другой стороны основной трубы в корпусе 1 с зазором размещена камера смешения 3, которая также выполнена в виде отдельной детали. Сопло 2 и камера смешения 3

фиксируются в корпусе с помощью колец-центраторов 10, прижатых к фланцам 5 трубы. Их выполнение в виде отдельных деталей и размещение в корпусе с соответствующим зазором позволяет легко разбирать и собирать устройство. Отверстия фланцев 5 плотно охватывают соответствующую деталь 2-3. Камера смешения 3 также имеет несколько участков, расположенных по ходу движения среды в следующем порядке: диффузор 11, центральный цилиндрический участок 12 и выходной участок в виде конфузора 13. Суммарная длина диффузора 11 и цилиндрического участка 12 камеры смешения должна быть меньше расстояния от соответствующего фланца 5 корпуса до патрубка 4, в этом случае вызванные потоком вырывающейся из конфузора среды колебания будут эффективно гаситься на корпусе, не вызывая расшатывания камеры.

Угол между внутренней поверхностью конфузора сопла и осью трубы корпуса равен углу между этой осью и внутренней поверхностью диффузора камеры смешения , что позволяет обеспечить максимальную ламинарность потока жидкости до конца сопла 2 и снизить количество образующихся отложений. Суммарная длина выходного цилиндрического 8 и конфузорного 9 участков сопла 2 обеспечивает уменьшение проходного сечения жидкостной среды между входом камеры смешения 3 и выходом сопла 2 в 2-3 раза, что обеспечивает напор жидкости, необходимый для эффективного перемешивания и интенсивного теплообмена между паром и жидкостью. Увеличение скорости обмена энергии приводит к увеличению КПД устройства.

АФТ работает следующим образом.

Эжектирующая газообразная среда в виде пара подводится в активное сопло 2 через патрубок (не показан), присоединенный к соответствующему фланцу 5

 

 

корпуса. Истекая из сопла 2, сверхзвуковой поток пара увлекает в камеру

смешения 3 жидкую среду, которая поступает в струйный аппарат через патрубок 4. В ходе смешения пара и жидкости в диффузорном участке 11 камеры 3 формируется режим течения с интенсивным процессом смешения

сред, сопровождаемым процессом передачи энергии от эжектирующей среды к эжектируемой среде. На этом этапе формируется сверхзвуковой парожидкостной поток, который в цилиндрической зоне 12 наименьшего проходного сечения камеры смешения 3 преобразуется в дозвуковой жидкостной поток с необходимой величиной давления. Далее в результате дальнейшего торможения в конфузоре 13 кинетическая энергия потока частично преобразуется в давление, после чего жидкостная среда под полученным в струйном аппарате напором подается потребителю.

Предлагаемый аппарат АФТ позволяет нагревать воду до 160°С при максимально создаваемом давлении 2МПа. Устройство устойчиво работает при следующих входных характеристиках: давление пара - 0,01-1,3 МПа, давление воды - 0,01-1 МПа, температура воды - 0-90°С. В зависимости от режима работы устройство потребляет пар в количестве 1-15% от массы воды.

Формула изобретения

Парожидкостный струйный аппарат, содержащий корпус с патрубком подвода жидкой среды, активное сопло и камеру смешения, отличающийся тем, что корпус аппарата выполнен из цилиндрической трубы с фланцами на концах, внутри корпуса размещено сопло в виде отдельной детали, имеющее входной цилиндрический участок с внешним диаметром, меньшим внутреннего диаметра трубы корпуса, следующий за ним сужающийся конусной участок и следующий за конусным выходной цилиндрический участок, переходящий в конфузор, при этом камера смешения расположена с зазором относительно корпуса и также выполнена в виде отдельной детали, имеющей входной участок в виде диффузора, центральный цилиндрический участок и выходной участок в виде конфузора, причем угол между внутренней поверхностью конфузора сопла и осью трубы корпуса равен углу между этой осью и

 

внутренней поверхностью диффузора камеры смешения, длина выходной цилиндрической части сопла составляет 0,25-0,35 длины конфузора сопла, а

их суммарная длина обеспечивает уменьшение проходного сечения

жидкостной среды между входом камеры смешения и выходом сопла в 2-3 раза, а суммарная длина диффузора и цилиндрического участка камеры смешения меньше расстояния от соответствующего фланца корпуса до патрубка

Список используемой литературы

Нормативные ссылки

1. ГОСТ 12.1.004-91 - Пожарная безопасность. Общие требования.