RU2161273C1

RU2161273C1 - Jet-type pump

Info

Publication number: RU2161273C1
Application number: RU99109857A
Authority: RU
Inventors: И.В. Бредихин; Д.А. Грига; И.В. Еременко
Original assignee: Волгоградский государственный технический университет
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: jet facilities. SUBSTANCE: working flow nozzle is made in form of shaped channel whose configuration constitutes nozzles arranged symmetrically relative to axis and gradually diverging and deepening grooves in form of lobe or shaped equilateral trapezium at nozzle outlet cut. Ratio of height of profile and pitch at nozzle cut does not exceed unity. Profile elements configure over arc of circumference with radius not exceeding half of pitch. EFFECT: increased efficiency of jet-type pump. 5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к струйным насосам, компрессорам и эжекторам. The invention relates to the field of engineering, in particular to jet pumps, compressors and ejectors.

В струйном насосе, называемом динамическим насосом трения, энергия от одного потока к другому передается силами, действующими на поверхности рабочей струи. In a jet pump, called a dynamic friction pump, energy is transferred from one stream to another by forces acting on the surface of the working jet.

Физические процессы смешения рабочего и пассивного потоков в струйном насосе на начальном участке подобны процессам распространения затопленной турбулентной струи в неограниченном объеме. На границах затопленной струи образуется обширная зона смешения - турбулентный пограничный слой. Вследствие вовлечения частиц жидкости в пограничный слой, растекание струи в камере смешения будет происходить не в толще неподвижной жидкости, а в спутном подсасываемом потоке. Сложение вихревого и поступательного движения жидкостей создает, согласно теореме Кутта-Жуковского, подъемную силу, поперечную по отношению к направлению поступательного движения. При этом происходит перемешивание рабочего и пассивного потоков. The physical processes of mixing the working and passive flows in the jet pump in the initial section are similar to the processes of propagation of a flooded turbulent jet in an unlimited volume. At the boundaries of the flooded stream, an extensive mixing zone is formed - a turbulent boundary layer. Due to the involvement of fluid particles in the boundary layer, the spreading of the jet in the mixing chamber will occur not in the thickness of the stationary fluid, but in a tangled suction stream. The addition of the vortex and translational motion of fluids creates, according to the Kutta-Zhukovsky theorem, a lifting force transverse to the direction of translational motion. In this case, mixing of the working and passive flows occurs.

Известна конструкция водоструйного насоса с кольцевой удлиненной камерой смешения, диффузором, патрубком пассивного потока и несколькими соплами рабочего потока, расположенными по окружности на равном расстоянии друг от друга (АС. СССР 684162, кл. F 04 F 5/02, опубл. 1979, БИ N 33). При такой конструкции обеспечивается большая поверхность соприкосновения рабочего и пассивного потоков, но отдельные сопла небольшого размера имеют склонность к засорению, что в совокупности с высокой технологической сложностью позиционирования большого количества сопел небольшого диаметра может приводить к неравномерности распределения рабочего потока по сечению камеры смешения, излишней местной турбулентности потока, появлению вибраций, шумов и снижению КПД струйного насоса. A known design of a water-jet pump with an annular elongated mixing chamber, a diffuser, a passive flow pipe and several nozzles of the working stream located around the circle at an equal distance from each other (AC. USSR 684162, class F 04 F 5/02, publ. 1979, BI N 33). With this design, a large contact surface between the working and passive flows is provided, but individual small nozzles tend to clog, which, combined with the high technological complexity of positioning a large number of small diameter nozzles, can lead to uneven distribution of the working stream over the cross section of the mixing chamber, and excessive local turbulence flow, the appearance of vibrations, noise and lower efficiency of the jet pump.

Существует также конструкция водоструйного насоса, состоящего из входного колена с поворотной лопаткой, используемого для формирования рабочего потока от входной трубы до сопла; пятиструйного сопла рабочего потока с диаметром струй на выходе 27,69 мм; пяти обтекаемых юстировочных стоек для центровки сопла и входного устройства, камеры смешения, патрубка пассивного потока и диффузора (Труды американского общества инженеров-механиков. Теоретические основы инженерных расчетов 1979, т. 101, N 1, с. 214-221). Такая комбинация элементов позволяет создать струйный насос, который хорошо работает в реакторных условиях. Однако при такой конструкции увеличиваются потери на всасывание, а высокая турбулентность рабочего потока увеличивает коэффициент неравномерности эпюры скоростей в камере смешения, что в конечном итоге снижает КПД струйного насоса. There is also a design of a water-jet pump, consisting of an inlet elbow with a rotary vane, used to form a working flow from the inlet pipe to the nozzle; five-jet nozzle of a working stream with a diameter of jets at the exit of 27.69 mm; five streamlined alignment stands for aligning the nozzle and the inlet, mixing chamber, passive flow pipe and diffuser (Proceedings of the American Society of Mechanical Engineers. Theoretical Foundations of Engineering Calculations 1979, v. 101, No. 1, pp. 214-221). This combination of elements allows you to create a jet pump that works well in reactor conditions. However, with this design, suction losses increase, and the high turbulence of the working flow increases the coefficient of uneven velocity diagrams in the mixing chamber, which ultimately reduces the efficiency of the jet pump.

Наиболее близким по техническому результату к заявленному техническому решению является струйный насос, содержащий восьмисекционное сопло рабочего потока, камеру смешения, патрубок пассивного потока и диффузор (Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. М: "Наука", 1969, с. 514-515). Использование секционированного сопла рабочего потока позволяет существенно сократить потребную длину камеры смешения, что уменьшает габариты и массу струйного насоса, однако эмпирический метод выбора количества секций и их конфигурации не позволяет получить высокие значения КПД струйного насоса, в особенности при использовании его для перекачивания однофазных и разнофазных сред. The closest technical result to the claimed technical solution is a jet pump containing an eight-section nozzle of the working stream, a mixing chamber, a passive flow pipe and a diffuser (Abramovich G. N. Applied gas dynamics. M: Nauka, 1969, pp. 514-515 ) The use of a sectioned nozzle of the working flow allows one to significantly reduce the required length of the mixing chamber, which reduces the dimensions and mass of the jet pump, however, the empirical method of selecting the number of sections and their configuration does not allow to obtain high values of the efficiency of the jet pump, especially when used for pumping single-phase and different-phase media .

Задачей данного изобретения является создание конструкции струйного насоса для перекачивания однофазных и разнофазных сред с одним соплом рабочего потока, позволяющим повысить КПД, как у многосопловых струйных насосов. The objective of the invention is the creation of a jet pump design for pumping single-phase and different-phase media with a single nozzle of the working stream, which allows to increase the efficiency, as in multi-nozzle jet pumps.

Технический результат - повышение КПД струйного насоса за счет многократного увеличения площади спутного подсасываемого потока, при неизменной площади выходного поперечного сечения сопла рабочего потока, путем увеличения зоны смешения - турбулентного пограничного слоя, а также при этом сохранение простоты конструкции, как у струйных насосов с одним соплом рабочего потока, за счет применения сопла рабочего потока, имеющего профилированную проточную часть. The technical result is an increase in the efficiency of a jet pump due to a multiple increase in the area of a tangled suction stream, with a constant output cross-sectional area of the nozzle of the working stream, by increasing the mixing zone - a turbulent boundary layer, and at the same time maintaining the simplicity of design, as in jet pumps with one nozzle the working stream, due to the use of the nozzle of the working stream having a profiled flow part.

Указанный технический результат достигается тем, что в струйном насосе, содержащем сопло рабочего потока, патрубок пассивного потока, камеру смешения и диффузор, сопло рабочего потока выполнено в виде профилированного канала, конфигурация которого представляет собой симметрично расположенные относительно оси сопла постепенно расширяющиеся и углубляющиеся канавки, которые на выходном срезе сопла имеют форму лепестка или фигурной равнобокой трапеции с соотношением высоты профиля и шага на срезе сопла не более единицы, а сопряжение элементов профиля выполнено по дуге окружности, радиус которой не более половины шага. The specified technical result is achieved in that in a jet pump containing a nozzle of the working stream, a passive pipe, a mixing chamber and a diffuser, the nozzle of the working stream is made in the form of a profiled channel, the configuration of which is gradually expanding and deepening symmetrically located relative to the axis of the nozzle, which at the exit section of the nozzle, they have the shape of a petal or a curly isosceles trapezoid with the ratio of the profile height and the step at the section of the nozzle not more than unity, and Profile members are made along an arc of a circle whose radius is not more than half a step.

Выполнение сопла рабочего потока в виде профилированного канала, конфигурация которого представляет собой симметрично расположенные относительно оси сопла постепенно расширяющиеся и углубляющиеся канавки, которые на выходном срезе сопла имеют форму лепестка или фигурной равнобокой трапеции, позволяет увеличить зону смешения - турбулентный пограничный слой. За счет этого многократно увеличивается площадь спутного подсасываемого потока при неизменной площади выходного поперечного сечения сопла рабочего потока. Соотношение высоты профиля и шага на срезе сопла не более единицы выбрано для того, чтобы уменьшить сопротивление в сопле рабочего потока. Соотношение высоты профиля и шага на срезе сопла рабочего потока более единицы приводит к загромождению ядра и дросселированию рабочего потока. The execution of the nozzle of the working stream in the form of a profiled channel, the configuration of which is gradually expanding and deepening grooves symmetrically located relative to the axis of the nozzle, which at the nozzle exit section has the shape of a petal or a figured equal-sided trapezoid, allows you to increase the mixing zone - a turbulent boundary layer. Due to this, the area of the entangled suction stream increases many times with a constant output cross-sectional area of the nozzle of the working stream. The ratio of the profile height and the step at the nozzle exit not more than unity is selected in order to reduce the resistance in the nozzle of the working flow. The ratio of the profile height and the step at the nozzle exit of the working stream of more than unity leads to clutter of the core and throttling of the working stream.

Сопряжение элементов профиля, выполненное по дуге окружности, радиус которой не более половины шага, выбрано для уменьшения сопротивлений в местах сопряжения, а также устранения "вторичной завихренности" (Л. Прандтль. Гидроаэромеханика. М: "Иностранная литература", 1949, с 181-186). Если же сопряжение выполнено по прямым, то увеличивается сопротивление в угловой зоне сопряжения. Если радиус дуги окружности, по которому выбирается сопряжение элементов профиля, более половины шага, то существенно уменьшается зона смешения - турбулентный пограничный слой. The conjugation of the profile elements, performed along an arc of a circle whose radius is not more than half a step, is chosen to reduce the resistance at the interface, as well as eliminate the "secondary vorticity" (L. Prandtl. Hydroaeromechanics. M: "Foreign Literature", 1949, p. 181- 186). If the pairing is performed in straight lines, then the resistance in the corner zone of the pairing increases. If the radius of the arc of the circle along which the pairing of the profile elements is selected is more than half a step, then the mixing zone — the turbulent boundary layer — is significantly reduced.

Таким образом, увеличение зоны смешения - турбулентного пограничного слоя рабочего и пассивного потоков при неизменной площади выходного сечения сопла рабочего потока позволит увеличить КПД струйного насоса. Thus, an increase in the mixing zone — the turbulent boundary layer of the working and passive flows with a constant output area of the nozzle of the working stream will increase the efficiency of the jet pump.

Проведенный заявителем анализ техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the technique carried out by the applicant, including the search by patent and scientific and technical sources of information and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, and the definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed to identify the set of essential in relation to the seen zay The author of the technical result of the distinguishing features in the claimed object set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого изобретения, результаты которого показывают, что заявляемое изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. To verify the conformity of the claimed invention to the requirements of the inventive step, the applicant searched for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art, as the prior art defined by the applicant, the effect of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of s technical result.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step" under applicable law.

На фиг. 1 представлена конструкция струйного насоса; на фиг. 2, 3 и 4 - конструкция сопла рабочего потока; на фиг. 5 изображен процесс перемешивания рабочего и пассивного потоков в приемной камере. In FIG. 1 shows the design of a jet pump; in FIG. 2, 3 and 4 - design of the nozzle of the working stream; in FIG. 5 shows the process of mixing the working and passive flows in the receiving chamber.

Напорный трубопровод 1 (фиг. 1) соединен со струйным насосом, содержащим сопло 2 рабочего потока. Сопло 2 рабочего потока соединено с приемной камерой 3. Сопло 2 рабочего потока выполнено в виде профилированного канала, конфигурация которого представляет собой симметрично расположенные относительно оси сопла 2, постепенно расширяющиеся и углубляющиеся канавки 4 (фиг. 2), которые на выходном срезе сопла 2 имеют форму лепестка 5 (фиг. 3) или фигурной равнобокой трапеции 6 (фиг. 4) с соотношением высоты профиля h (фиг. 3, 4) и шага b на срезе сопла 2 не более единицы, а сопряжение элементов профиля выполнено по дуге окружности, радиус r которой не более половины шага b. The pressure pipe 1 (Fig. 1) is connected to a jet pump containing a nozzle 2 of the working stream. The nozzle 2 of the working stream is connected to the receiving chamber 3. The nozzle 2 of the working stream is made in the form of a profiled channel, the configuration of which is symmetrically located relative to the axis of the nozzle 2, gradually expanding and deepening grooves 4 (Fig. 2), which have an outlet cut of the nozzle 2 the shape of the petal 5 (Fig. 3) or the figured isosceles trapezoid 6 (Fig. 4) with the ratio of the profile height h (Figs. 3, 4) and step b at the nozzle exit 2 not more than one, and the conjugation of the profile elements is made along an arc of a circle, whose radius r is not more than half step b.

Кромку сопла 2 рабочего потока рекомендуется выполнять как можно тоньше, для того чтобы исключить наличие застойных зон (фиг. 5) в месте, где выходной срез сопла контактирует с пассивным потоком. Поэтому наружный профиль сопла 2 имеет коническую форму с продольными постепенно углубляющимися и расширяющимися в направлении движения рабочего потока канавками 7 (фиг. 2, 3, 4), такими, чтобы на срезе сопла 2 они симметрично повторяли профилированную проточную часть сопла 2 рабочего потока. The edge of the nozzle 2 of the working stream is recommended to be made as thin as possible, in order to exclude the presence of stagnant zones (Fig. 5) in the place where the output section of the nozzle is in contact with the passive stream. Therefore, the outer profile of the nozzle 2 has a conical shape with longitudinal grooves 7 gradually gradually deepening and expanding in the direction of movement of the working flow (Fig. 2, 3, 4), such that they symmetrically repeat the profiled flow part of the nozzle 2 of the working flow at the nozzle exit 2.

В приемную камеру 3 (фиг. 1) пассивный поток 8 подводится посредством патрубка 9 пассивного потока. Приемная камера 3 соединена с входным участком камеры смешения 10 и далее непосредственно с камерой смешения 11. Камера смешения 11 соединена с диффузором 12, а диффузор 12 - с нагнетательным трубопроводом 13. In the receiving chamber 3 (Fig. 1) the passive stream 8 is supplied through the pipe 9 of the passive stream. The receiving chamber 3 is connected to the inlet section of the mixing chamber 10 and then directly to the mixing chamber 11. The mixing chamber 11 is connected to the diffuser 12, and the diffuser 12 is connected to the discharge pipe 13.

Устройство работает следующим образом. По напорному трубопроводу 1 через сопло 2 рабочего потока, выполненное в виде профилированного канала, под давлением выше атмосферного подводится рабочий поток в виде струи 14 (фиг. 1). Эта струя 14, двигаясь в приемной камере 3 с большой скоростью, сначала увлекает имеющийся в приемной камере 3 воздух и создает в ней разрежение. Приемная камера 3 соединена с пассивным потоком 8 посредством патрубка 9 пассивного потока. Вследствие образования в приемной камере 3 разрежения, соединенный с ней пассивный поток 8, под влиянием атмосферного давления, засасывается в приемную камеру 3. The device operates as follows. Through the pressure pipe 1 through the nozzle 2 of the working stream, made in the form of a profiled channel, a working stream in the form of a jet 14 is supplied under pressure above atmospheric pressure (Fig. 1). This jet 14, moving in the receiving chamber 3 with high speed, first carries away the air available in the receiving chamber 3 and creates a vacuum in it. The receiving chamber 3 is connected to the passive stream 8 through the pipe 9 of the passive stream. Due to the formation of rarefaction in the receiving chamber 3, the passive stream 8 connected to it, under the influence of atmospheric pressure, is sucked into the receiving chamber 3.

Сопло 2 рабочего потока выполнено в виде профилированного канала, конфигурация которого представляет собой симметрично расположенные относительно оси сопла 2 постепенно расширяющиеся и углубляющиеся канавки 4 (фиг. 2), которые на выходном срезе сопла 2 имеют форму лепестка 5 (фиг. 3) или фигурной равнобокой трапеции 6 (фиг. 4) с соотношением высоты профиля h (фиг. 3, 4) и шага b на срезе сопла 2 не более единицы, а сопряжение элементов профиля выполнено по дуге окружности, радиус r которой не более половины шага b. За счет этих канавок 4 (фиг. 2) многократно увеличивается зона смешения - турбулентный пограничный слой, при неизменной площади выходного поперечного сечения сопла рабочего потока. The nozzle 2 of the working stream is made in the form of a profiled channel, the configuration of which is gradually expanding and deepening grooves 4 (Fig. 2) symmetrically located relative to the axis of the nozzle 2, which at the exit section of the nozzle 2 have the shape of a lobe 5 (Fig. 3) or figured equilateral trapezoid 6 (Fig. 4) with the ratio of the profile height h (Fig. 3, 4) and step b at the nozzle exit 2 not more than one, and the profile elements were mated along an arc of a circle whose radius r was not more than half of step b. Due to these grooves 4 (Fig. 2), the mixing zone — the turbulent boundary layer — is multiplied, with the output cross section of the nozzle of the working stream remaining constant.

Перемешивание струи 14 (фиг. 1) рабочего потока с пассивным потоком 8 начинается в приемной камере 3, продолжается во входном участке камеры смешения 11, где смешанный поток обладает наибольшей кинетической энергией. Из камеры смешения 11 смешанный поток поступает в диффузор 12, где происходит преобразование кинетической энергии смешанного потока в потенциальную. В конце диффузора 12, что соответствует началу нагнетательного трубопровода 13, полное давление смешанного потока должно быть достаточным для преодоления геодезической высоты подъема, всех сопротивлений, связанных с его движением по нагнетательному трубопроводу 13 и создания скоростного напора при истечении в атмосферу. Mixing of the jet 14 (Fig. 1) of the working stream with the passive stream 8 begins in the receiving chamber 3, continues in the inlet section of the mixing chamber 11, where the mixed stream has the highest kinetic energy. From the mixing chamber 11, the mixed stream enters the diffuser 12, where the kinetic energy of the mixed stream is converted to potential. At the end of the diffuser 12, which corresponds to the beginning of the discharge pipe 13, the total pressure of the mixed flow should be sufficient to overcome the geodetic lift height, all the resistances associated with its movement along the discharge pipe 13 and create a high-pressure head when it flows into the atmosphere.

Таким образом, предлагаемый струйный насос для перекачивания однофазных и разнофазных сред имеет КПД такого же порядка, как и многосопловые струйные насосы, сохраняет простоту конструкции, как у струйных насосов с одним соплом, что позволяет обеспечить высокую степень соосности сопла и камеры смешения струйного насоса. Предлагаемая конструкция также позволяет обеспечить снижение нерационально высоких уровней турбулизации рабочего и пассивного потоков, сократить потребную длину камеры смешения, что уменьшает габариты и массу струйного насоса, обеспечить благоприятные условия перемешивания рабочего и пассивного потоков. Thus, the proposed jet pump for pumping single-phase and different-phase media has an efficiency of the same order as multi-nozzle jet pumps, it maintains the simplicity of design, as with jet pumps with a single nozzle, which allows for a high degree of alignment between the nozzle and the mixing chamber of the jet pump. The proposed design also allows to reduce irrationally high levels of turbulization of the working and passive flows, to reduce the required length of the mixing chamber, which reduces the size and weight of the jet pump, to provide favorable conditions for mixing the working and passive flows.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
предлагаемый струйный насос предназначен для использования на различные нужды в цехах ТЭС, как вспомогательное оборудование на предприятиях и в агропромышленном комплексе, как агрегат транспортных средств;
для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
способ, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:
the proposed jet pump is intended for use for various needs in TPP workshops, as auxiliary equipment in enterprises and in the agricultural sector, as a vehicle assembly;
for the claimed invention, in the form described in the independent clause of the claims below, the possibility of its implementation using the means and methods described above or known prior to the priority date is confirmed;
the method embodying the claimed invention in its implementation is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability" under applicable law.

Claims

A jet pump containing a nozzle of the working stream, a nozzle of the passive stream, a mixing chamber and a diffuser, characterized in that the nozzle of the working stream is made in the form of a profiled channel, the configuration of which is gradually expanding and deepening symmetrically located relative to the axis of the nozzle, which are on the exit section of the nozzle have the shape of a petal or curly isosceles trapezoid with the ratio of the height of the profile and the step at the nozzle exit not more than one, and the conjugation of the profile elements is performed along an arc o of circles whose radius is not more than half a step.