Авторегулируемый газовый эжектор

(51) 04 5/30 (2011.01) 04 5/48 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Задачей данного изобретения является создание авторрегулируемого эжектора с широким диапазоном регулирования отношений площадей поперечных сечений рабочего и кольцевого сопел для поддержания его оптимальным в зависимости от изменения расходов и давлений газов и высоким коэффициентом диффузии(турбулентного смешения) газов. Это достигается за счет подвижности высоконапорного сопла и его автоматического перемещения относительно входного за счет изменения длины присоединенной к ней сильфонной камеры определенной упругости и жесткости в зависимости от давления в ней и от условий в камере смешения. Причем, эжектируемый газ подводится тангенциально по винтовой спирали,в результате чего ей придается вращательное движение, что увеличивает диффузию газов.(72) Мырзахметов Бейбит Абикенович Батхолдинова Айгерим Усенбековна Мырзахметов Ерлан Бейбитович Заурбеков Сейтжан Арысбекович Майконов Аслан Серикович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к области компрессоростроения и насосостроения и может быть использовано в различных областях техники. Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к устройствам для нагнетания жидкостей,газов или газожидкостных смесей и может быть использовано в различных областях техники. Известен газовый эжектор Г.Н. Абрамович. Прикладная газовая динамика, М. Наука, 1976 г. с. 484-560, который имеет рабочее высоконапорное сопло, входное кольцевое сопло, камеру смешения и диффузор. Рабочий процесс эжектора сводится к следующему. Высоконапорный (эжектирующий) газ вытекает из сопла в смесительную камеру. При стационарном режиме работы эжектора во входном сечении смесительной камеры устанавливается статическое давление, которое всегда ниже полного давления низконапорного (эжектируемого) газа. Под действием разности давлений низконапорный газ устремляется в камеру. Недостатками названного эжектора являются постоянство отношений площадей поперечных сечений рабочего сопла и камеры смешения, что не позволяет регулировать давление и расход транспортируемого газа в процессе работы при изменении параметров эжектирующего и эжектируемого газов. Причем,взаимное расположение, число и форма сопел не оказывают существенного влияния на конечные параметры смеси газов. Важным является лишь соотношение между величинами поперечных сечений потоков эжектируемого и эжектирующего газов на входе в камеру, т.е. отношение суммарных площадей сопел. Кроме того, смешение и подсасывание газа из кольцевой щели по периметру рабочего сопла происходит только за счет передачи ей энергии высоконапорного газа за счет их турбулентного смешения и диффузии в непрерывно утолщающемся по длине струи пограничном слое. На практике часто возникает необходимость регулирования рабочего процесса эжектора, чтобы удовлетворить различным требованиям условий работы (по расходу и давлению). Иногда требуется обеспечение постоянства суммарного расхода эжектирующего и эжектируемого газов (жидкостей) на выходе из эжектора при изменении давления и расхода эжектирующего газа (жидкости). Это может быть достигнуто подбором сочетаний площадей проходных сечений сопел. Для этого фирмы-изготовители вынуждены выпускать комплекты газовых эжекторов с набором рабочих сопел(насадок) различных диаметров и несколькими комплектами камер смешения(горловин) для каждой насадки. Известен также регулируемый эжектор Патент РФ 63472 от 27.05.2007 г. Авторы Квачантирадзе Г.М., Крачковский В.В., Погуляев С.А. и др Однако в данной конструкции регулирование режима его работы осуществляется принудительно с помощью ходового узла, состоящего из ходовой гайки с насаженным на нее маховиком, т.е. для регулирования режима необходимо осуществить принудительное вращение маховика. Задачей данного изобретения является создание авторегулируемого эжектора с широким диапазоном регулирования отношений площадей поперечных сечений рабочего сопла эжектирующего тела и кольцевого сопла эжектируемого тела для поддержания его оптимальным в зависимости от изменения расходов и давлений газов и высоким коэффициентом диффузии(турбулентного смешения) газов. Задача изобретения достигается автоматическим регулированием отношений площадей поперечных сечений рабочего сопла и камеры смешения путм перемещения среза высоконапорного сопла относительно камеры смешения автоматическим изменением длины сильфонной камеры в зависимости от давлений, воздействующих на нее и придания вихревого движения подсасываемому газу во входном кольцевом сопле для увеличения диффузии. Известно, что взаимное расположение, число и форма сопел в эжекторе не оказывают существенного влияния на конечные параметры смеси газов. Важным является лишь соотношение между величинами поперечных сечений потоков эжектируемого и эжектирующего газов на входе в камеру, т.е. отношение суммарных площадей сопел 1/2. Подача высоконапорного рабочего газа в сопло через сильфонную камеру со скользящим одним (к которому крепится высоконапорное сопло) и жестко закрепленным - другим (к которому присоединяется магистраль рабочего газа) фланцами, позволяет автоматически менять относительное положение среза сопла и конуса камеры смешения, тем самым,меняя сочетания площадей их проходных сечений и обеспечивая оптимальные условия работы. Величина удлинения сильфона является результирующей внешнего и внутреннего давлений,воздействующих на стенки сильфона. Перемещение сопла также будет зависеть и от условий в камере смешения, т.е. от перепада полных давлений в сопле рабочей жидкости и камере смешения и величины создаваемой реактивной силы тяги. Жесткость,упругость и величина относительного удлинения сильфонной камеры подбирается с учетом всех этих факторов и во время работы его на расчетном режиме срез сопла должен находиться в положении,соответствующем оптимальному соотношению . На фиг. изображена схема авторегулируемого эжектора, которая состоит из подвижного высоконапорного сопла эжектирующего (рабочего) газа 1, конусного входного кольцевого сопла эжектируемого газа 2, корпуса эжектора 3 с тангенциальным подводом газа (А-А), сильфонной камеры 4 с кожухом 5, камеры смешения 6 и диффузора 7. Конусность сопла эжектируемого газа выбирается исходя из величины свободного хода по оси высоконапорного сопла газа и ее диаметра для изменения площадей поперечных сечений сопел (1/2) в широком диапазоне. Эжектор работает следующим образом. При подаче эжектирующего газа в высоконапорное сопло 1 во входном сечении смесительной камеры 6 устанавливается статическое давление, которое всегда ниже полного 2 давления низконапорного (эжектируемого) газа. Под действием разности давлений низконапорный газ устремляется в камеру. Происходит смешение и подсасывание эжектируемого газа из кольцевой щели по периметру сопла 2 за счет передачи ей энергии высоконапорного газа посредством турбулентного смешения. Причем,подвод эжектируемого газа осуществляется тангенциально к корпусу и эжектируемый газ подходит к соплу 2,пройдя по винтовой спирали, в результате чего ей придается вращательное движение, что увеличивает диффузию. При изменении давления в сильфонной камере 4 за счет ее упругости изменяется и его длина и срез высоконапорного сопла 1 перемещается относительно входного кольцевого сопла 2,автоматически меняя, таким образом, соотношение их площадей 1/2. Если во время работы эжектора давление газа в сопле 1 снижается (при неизменных наружных условиях), то под действием упругости сильфонной камеры 4 оно перемещается вправо. При этом площадь сопла эжектируемого газа 2 повышается,что приводит к повышению коэффициента эжекции 2/1. Алгоритм регулирования при этом следующий где Рсопл. - давление эжектирующего газа в высоконапорном сопле- означает рост соответствующего параметра- означает снижение параметра- означает перемещение сопла вправо- означает перемещение сопла влево. И, наоборот, при повышении давления эжектирующего газа в сопле 1 (при неизменных наружных условиях),сильфонная камера разжимается,срез высоконапорного сопла перемещается влево, площадь сопла эжектируемого газа 2 уменьшается, что приведет к снижению коэффициента эжекции 2/1. Алгоритм регулирования при этом соплоРсопл.2. Таким образом, срез высоконапорного сопла автоматически перемещается по оси в зависимости от давления высоконапорного газа в подводящем канале за счет изменения продольного размера сильфона и условий в камере смешения. Эжектор позволяет увеличить расход эжектируемого тела с ростом давления в высоконапорном сопле и наоборот, снизить расход эжектируемого тела при понижении давления в высоконапорном сопле при постоянном оптимальном соотношении площадей сопел . Так, при больших значенияхэжектор будет являться высоконапорным, но не может работать с большими коэффициентами эжекции. При малых же значенияхон позволяет подсосать большое количество газа, но мало повышает его напор. Предлагаемая конструкция газового эжектора позволяет автоматически регулировать его рабочий процесс в зависимости от параметров рабочего газа,условий в камере смешения поддержанием оптимального соотношения площадей поперечных сечений сопел на входе в камеру смешения , а также увеличить коэффициент эжекции подкруткой эжектируемого газа. Данная конструкция и принцип автоматического регулирования режима работы может быть применена и в струйных скважинных насосах при постоянно изменяющихся динамических и гидростатических уровнях жидкости в скважине. Здесь в качестве исполнительного сигнала механизма регулирования режимом работы скважинного струйного насоса, по аналогии с сильфонными пусковыми клапанами газлифтных установок, будет служить динамическое давление на уровне его спуска в скважину. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Газовый эжектор,состоящий из высоконапорного (эжектирующего) сопла газа,конусного входного кольцевого сопла низконапорного (эжектируемого) газа, камеры смешения и диффузора, отличающийся тем, что сопло высоконапорного (рабочего) газа соединено с сильфонной камерой и выполнено по оси подвижным,а вход эжектируемого газа осуществляется тангенциально.