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if hompe Il
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. La présente inventiona des pompes à jet perfec- tionnées. pour objet.
Un pompe à jet ordinaire oomprend un corps avec troia régions distinctes, à savoir une section d'entrée couver gente ou section de succion, une gorge ou chambre de mélange à aire en section transversale sensiblement uniforme sur toute sa longueur, un diffuseur dont l'aire en section trans- versale augmente dans le sens de l'écoulement. Un ajutage est placé dans la section d'entrée pour transformer un couran à haute pression de fluide entraîneur en jet à basse pression et à grande vitesse de fluide entraîneur, qui s'écoule coaxia- loment à travers la section d'entrée et dans la chambre de mélange.
Le jet à grande vitesse entraîne le fluide qui entoure l'ajutage au voisinage de la section d'entrée par un mécanisme de transfert de quantité de mouvement de telle façon que du fluide entraîné soit aspire dane l'entrée de la pompe par le jet. La vitesse du fluide aspiré entraîna augmente par suite de la diminution de l'aire transversal*, d'écoulement lorsque le fluide aspiré poursuit son mouvement travers l'entrée convergente.
Il en résulta une réduction da la pression de ce courant et, par conséquent, une réduc- tion à faible valeur de la pression du courant d'entraînement @ction convergente d'entrée qui entoure l'ajutage envoie le fluide entraîné ou écoulement dû à l'aspiration dans la chambre de mélange. A l'intérieur de la chambre de mélange, le jet à grands vitesse de fluide entraîneur s'élargit pro- gressivement à mesure qu'a lieu un processus d'entrainement et de mélange avec le fluide entraîné ou le courant aspiré.
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le mélange transfère de la quantité de mouvement du courant ' d'entraînement du jet au courant aspire entraîné, en sorte ; que la pression dans le courant combiné s'élève.
En théorie, la chambre de mélange s'arrête âpres que la vitesse longitu-, dinale dans * une section transversale donnée de la chambre de mélange, considérée perpendiculairement à l'axe longitu- dinal, devient à peu près constante, sauf tout près de la paroi' de la chambre de mélange (c'est-à-dire dans la couche limite). Lorsque ceci se produit, on dit qu'on a obtenu un profil de vitesse sensiblement plat. Pour aider à faire comprendre le processus, on peut supposer que le profil plat se produit lorsque le jet se dilate-pour venir toucher lé les parois de la chambre de mélange . Cette terminologie sera utilisée dans la disoution qui va suivre.
De la chas!- ' bre de mélange à aire en section transversale relativement petite, les fluides entraîneur. et entraîné qui en sortent pénètrent dans le diffuseur, dont la section transversale va en croissant dans le sens de l'écoulement, augmentant encore la pression de décharge de la pompe lorsque la vitesse des fluides qui se sont confondus l'un dans l'autre est réduite pour extraire la quantité optimale d'énergie du courante ,
Comme on peut le voir d'après la description qui précède, le principe de fonctionnement d'une pompe à jet est la transformation de quantité de mouvement (ou encor d'énergie cinétique) en pression.
Le fluide de commande qui sort de l'ajutage a une faible pression mais il a une grande vitesse et une grande quantité de mouvement. Par un processu d'échange de quantité de mouvement, le fluide entraîné qui provient de la section d'aspiration est entraîné et le jet
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combiné pénètre dans la section de mélange,là où le profil des vitesses, c'est-à-dire une courbe qui montre la valeur de la vitesse du fluide en fonction de la distance du point considéré à l'axe longitudinal de la section de mélange, est transformé par le mélange de façon telle que la quantité de mouvement diminue et que le profil des vitesses devienne - sensiblement plat',
c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe longitudinal de la chambre de mélange. La diminution de quatité de mouvement se traduit par une augmentation de la pression du fluide. Pour un fonctionnement optimal, le profil des vitesses à. la sortie de la chambre de mélange doit être aussi plat que possible. En d'autres termes, la vitesse du fluide doit être la même dans toute l'aire en section transversale de la chambre de mélange et la couche limite doit Atre aussi mince que possible. La couche limite est la couche de fluide relativement mince qui se trouve près de la limite d'écoulement contre la surface; intérieure de la chambre de mélange, où la vitesse diminue rapidement à mesure que se réduit la distance à la paroi de la chambre de mélange.
Le profil des vitesses plat donne une quantité de mouvement minimale avec, pour conséquence, l'augmentation de la pression la plus forte de la manière décrite. Une couche limite mince (plutôt qu'une couche limite relativement épaisse) est nécessaire pour un rendement optimal du diffuseur qui fait suite à la chambre de mélange, Dans les diffuseurs qui divergent vers l'extérieur, la vitesse .
relativement élevée des courants combinés est réduite progres- aivement et transformée en une 'pression plue grande, en sorte que les courants combinés entraîneur.et entraîné s'écoulent
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hors du diffuseur à la pression voulue,
11 y a un rapport sptimal de la longueur de la chambre de mélange à son diamètre pour obtenir un @ @ @ maximal de la pompe.
Si la chambre de mélange ou gorge est trop longue, les pertes par frottement augmentent à cause de la viteste relativement élevée du fluide dans la chambre de mélange dont l'aire en section transversale est relu.-.-- verese faille en comparaison de l'aire en section transver- sale creissante du diffuseur. Au surplus, l'épaisseur de la couche limite aug@ ce qui conduit à un fonctionnement médiocre du difluseur, Si la gorge ou chambre de mélange est trop courte, il n'y a pas un mélange convenable des fluides entraineur et entraîné et, par conséquent,
le profil des vitesses du fluide en mouvement qui pénètre dans le diffuseur a mauvaise allure et il en résulte un fonction- nement médiocre du diffuseur, Ce dernier état de chose conduit à des diminution relativement grandes du rendement en comparaison de ce qui se passait dans.le premier cas.
Ainsi, pour une pompe donnée, il y a un rapport optimal de la longueur de la chambre de mélange a son diaméti en vue d'un rendement maximal à des débits prévus. Le ren- dement d'une pompe à jet, tel que ce mot est utilisé ici, doit s'entendre comme le pourcentage de l'énergie perdue par le fluide entraîneur, qui est gagné par le fluide entraîné.
Le rendement exprimé en pourcentage de la somme de l'énergie des courants d'entrée qui reste dans le courant de sortie est toujours supérieur au rendement que l'on vient de définie
Le rendement d'une pompe à jet donné varie d'une valeur rela tivement faible pour de faibles rapports d'écoulement (par rapport d'écoulement on entend un rapport du débit du fluide
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entrainé à celui du fluide entraineur, à un maximum net et ensuite diminue lorsque le débit augmeste, Le rendement maximum (Emax) est le rendement consicéré ici.
Pour le rendement optimal, pour utiliser la terminologie de la dilatation du jet que l'on a employa précédemment, le jet provenant de l'ajutage doit d'later jusqu'au diamètre de la chambre de mélange, juste lorsque le jet atteint l'extrémité la plun éloignée de la chamb de mélange c'est-à-dire à l'entrée du diffuseur. si 1= touche la paroi de la chambre de mélange en amont .,en- trée du diffuseur, lea pertes par frottement augmenten à cause de l'écoulement à grande vitesse le long de la paroi de la chamere de mélange. Si le jet provenant de l'ajutage pénètre dans le diffuseur Bans toucher la parti do la chambre de mélange, il én résulte un médiocre fonctionnement du diffuseur (une récupération do pression plus faible).
Le fonotionnement et le rendement de la pompe à jet dépendent des profile de vitesses à l'entrée de la chambre de mélange ot à la sortie de celle-ci, c'est-à-dire dans la région de la pompe à jet dans laquelle la quantité de mouvement est transférée du fluide entraîneur au fluide entraîné.
Lorsqu'un diffu3eur (un canal ayant une aire en section transversale croissante offerte à l'écoulement à mesure qu'augmente la distance vers l'aval) est attaché à l'extrémité aval de la chambre de mélange pour améliorer la transformation d'énergie cinétique (o'està-dire du produit de la masse et du carré de la vitesse) en pression, le rendement de la pompe est même, plus sensible aux profiles de vitesse . ;
Si l'ajutage,à partir duquel le jet de fluide entraîneur sort dans la ohambre de mélange, est dans une
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@@ @ que sa ligne centrale et celle de la chambre de mélangene coincident pas, c'est-à-dire présente une position excentra, ou si l'ajutage est situé trop près de l'emprés de 1. chambre \le mélange, en sorte que pour sertains débita un profil des vitesses préféré à la sortie de la chambre de mélange n'est pas obtenu, le fonctionnement et le rendement de la pompe à jet souffrent d'une diminution marquée en comparaison du fonctionnement de la pompe à jet lorsque l'ajutage et la chambre de mélange sont dans leur meilleure disposition géométrique relative.
En pratique, le placement exact de l'ajutage d'une pompe à jet et le maintien de l'ajutage dans la position optimale sont obtenus rarement sans dépense extraordinaire dans un.'emploi industriel qui demande un grand nombre de pompes à jet. Par conséquent, de petites déviations de la position de l'ajutage,par rapport à la position qu'on veut lui voir prendre sur la ligne centrale ou par rapport à l'écartement prévu à partir de l'entrée de la chambre de mélange, existent presque toujours et peut conduire à une diminution anormale du rendement de la pompe.
L'invention prévoit une pompe à jet avec un rap- port de la longueur au diamètre minimal pour la chambre de mélange, pour empêcher la diminution marquée du bon fonc- tionnement et du rendement, à savoir une chute d'environ
33 % à environ 28 % du rendement aveo une faible diminution seulement du bon fonctionnement et du rendement, soit, par exemple d'un pour cent.
En d'autres termes, la pompe est conçue pour se trouver à environ 1 % en deçà du rendement optimal mais la tolérance est beauooup plus grande en ce qui concerne les variations de positions de l'ajutage par
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rapport à l'entrée de la chambre de mélange, en sorte que la perte effective de rendement n'est à peu près que du cinquième de ce qu'elle serait ai la pompe était conçue , pour un rendement optimale et s.'il se produisait alors un défaut d'alignement ou un changement du débit.
Le principe de l'invention est qu'une augmentation du rapport de la lonqueur au diamètre de la ohambre de mélange est légèrement au- 'elà de celle qui donne lieu à un fonctionnement et à un ren.. ment optimaux pour des débita donnés, conduit à la forma tion d'un profil des vitesses très proche de celui que l'on préfère, au prix seulement d'une petite augmentation des pertes par frottement tout en empêchant la formation du profil des vitesses indésirable dans certaines conditions, conduirait à des pertes de rendement et de bon fonction-, nement quatre ou oinq fois supérieures.
L'invention est particulièrement intéressante pour des 'systèmes qui utilisent un certain nombre de pompes à jet dans lesquelles on fait varier les débits et dans les- quelles il n'est pas économiquement possible d'obtenir un alignement précis des lignes centrales de l'ajutage et de la ohambre de mélange. Un exemple particulier mais non exclusif qui se présente dans l'emploi d'un certain nombre ae pompes à jet, pour faire circuler en continu un agent refroidissant dans un réacteur nucléaire à eau bouillante.
L'invention est applicable à d'autres tluidse qu'à l'eau; par exemple au gaz, des métaux liquéfiés et des combinaisons de fluides t les qu'un écoulement entraîneur de gaz:et un écoulement entraîné de liquide et d'autres combinaisons ae gaz et de liquide comprenant des courants qui portent des particules solides peuvent être pompés avec plus d'efficacité suivant
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l'invention.
En bref, la pompe à jet suivant l'invention, compren en corps creux allongé à une extrémité et une ouvertur de décharge à l'autre. Un ajutage proche de l'entrée du corps est agence pour envoyer un jet de fluide dans l'ouverture d'entrée du corps. Une partie du corps oreux de la pompe comprand une chambre de mélange allongée qui s'ouvre à. une extraite vers l'entrée du corps. L'ajutage et la chambre de mélange sont construits et agencés pour envoyer un jet de fluide dans la chambre de mélange, en sorte que le jet se dilate lorsqu'il passe à travers la chambre et vient toucher l'intérieur de la chambre de mélange sensiblement sur toute la périphérie de la chambre à l'aval de la sortie de la chambre de mélange.
De préférence, le jet touche l'intérieur de la chambre même lorsque l'axe de l'ajutage est excentré d'une valeur allant jusqu'à 16 % par rapport à l'axe longitudinal de la chambre de mélange. Le pourcen- ' tage d'excentricité se cacule suivant l'invention en', divisant la distance comprise entre l'axe longitudinal de l'ajutage et l'axe longitudinal de la ohambre de mélange par le rayon de l'orifice d'entrée de la ohambre de mélange, et en mul- tipliant par 100 le résultat.
Dans la forme de réalisation préférée, l'ajutage et la chambre de mélange sont construits et agence pour donner rapport d' un rendement maximal de la pompe pour un rapport d' écoulement supérieur à 1 environ, et un rapport minimum de la longueur au dia- mètre de la chambre de mélange se situe entre environ 6 et environ 8.
De préférence, le rapport de la longueur de la chambre de mélange à son diamètre diminue lorsque le rapport
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d'écoulement prévu pour la pompe augmenta. Par exemple le rapport de la longueur au diamètre de la chambre de mélange est d'environ 8 pour un rapport d'écoulement de la pompe compris entre environ 1 et environ 1+1/2 L,
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rapport de la longueur au dîarbtr4 en d'environ 1> ?ô... un rapport d'écoulement compris entre environ 1' '-t environ 3 4 2* 1 Le rapport minimal de la longueur au di aaètrr zen chambre de mélange est d'environ 6 pour des pompes *.' , ayant des rapports d'écoulement supérieurs à envir '2 1 En bref, le rapport de la longueur au c.L ê ....tre.
minimal, utilisé sur des pompes à jet suivant l'invention, est .plus grand que celui pour lequel se produit le rendement maximal si l'ajutage et la chamnre de mélange ne sont pas excentrés et si l'appareil fonctionne pour un rapport d'écoulement donné pour obtenir le rendement maximal.,
Ces aspects de l'invention et d'autres se compren- dront plus complètement à la lecture de la description détaillée suivante et en considérant lea dessins dans lesquels ! - Figure 1 est une vue en élévation schématique d'une pompe à jet suivant l'invention, montée dans un réac- teur nucléaire à eau bouillante, - Figure 2 est un dessin schématique de la pompe à jet montrée à la Fig.
1, aveo la distribution des pressions des fluides entraîneur et entraîné reportée au-dessus du dessin de la pompe, et une mise en tableau des éléments de la'pompe suivant l'invention pour deux rapports d'écoulement différente - Figure 3 est un report typique montrant comment le rendementt de la pompe à jet varie avec le rapport d'éooule- ment; et - Figure 4 eat un report de données qui montre
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comment le ra@ minimal de la longueurau diamètre de la chambre de mélange doit diminuer lorsque augmente- le rapport d'écoulement des pompes à jet construites suivant la présente invention.
En se reportant à la figure 1, on y voit une enceint sous pression cylindrique dressée 10 fermée à son extrémité intérieure par un fond en forme d'assiette 11. L'extrémité supérieure de l'enoeinte sous pression est fermée par un dôme supérieur 12. Un tuyau d'évent 13 dans le fond du dessus est normalement fermé par une valve 14. Un noyau de réacteur habituel 15 est disposé dans une enveloppe de noyau 16 monté ooaxialement dans un récipient sous pression, en' sorte qu'un espace collecteur annulaire 18 soit formé entre l'enveloppe et l'enceinte sous pression.
Une pompe à jet dressée 20 (on utilise normalement plus qu'une pompe à jet, mais pour la brièveté on.n'en décrira qu'une) est montée dans l'espace de collecteur, l'extrémité de décharge de la pompe étant reliée à une jupe 22 constituant un support vertical fixé au fond'du noyau à enveloppe pour former une chambre d'eau d'alimentation 24.
Du fluide entratneur est fourni par une pompe à circulation continue 25 par une oonduite 26 reliée à un ajutage 27 à l'extrémité supérieure ou extrémité -d'entrée de la pompe,, Un oourant d'eau à grande vitesse est envoyé par l'ajutage dans l'entrée de la pompe pour aspirer du fluide entraîné à partir d'un bassin d'eau qui se trouve dans l'espace oolleoteur et pour entraîner cette eau dans la chambre 24 d'eau d'alimentation. L'eau est maintenue dans l'enceinte sous pression à un niveau 28 (indiqué par la ligne en ,;pointillé) au-dessus de l'extrémité d'entrée de la pompe à jet.
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De l'eau est forcée à passer à travers le noyau au réacteur où elle extrait de la chaleur de celui-ci et elle est projetée sous-forme de vapeur dans une ohambre de détente de vapeur dans :,la chambre de détente de vapeur 30 qui surmonte le ooeur ou noyau du réacteur)* Un mélange de vapeur et d'eau passe par des séparateurs de vapeur ,31 et dec panneaux sécheurs de vapeur 32,qui sont classiques tous deu u avant de quitter l'enceinte sous pression par la conduite de vapeur 34 qui va commander une turbine 35. Un condenseur 36 condense la vapeur qui quitte la turbine et la vapeur condensée est renvoyée par la pompe 37 au bassin d'eau dans l'enoeinte sous pression.
La turbinepeut être utilisée pour entraîner un générateur 38 ou pour tout autre but nécessaire, j
En se reportant à la Fig. 2, le corps de pompe 20 comprend une section d'aspiration d'entrée tronoonique 40 'reliée par sa plus petite extrémité à l'extrémité amont d'une chambre de mélange allongée ou corps cylindrique 42. L'extré- mité la plus large de la section d'entrée s'ouvre vers l'aju- tage qui se présente sur le même alignement que l'axe longi- tudinal de la chambre de mélange.
L'extrémité opposée ou extrémité aval de la cham- bre de mélange est reliée à la plus petite extrémité d'un diffuseur tronconique 44 qui se décharge à son extrémité inférieure dans la ohambre collectrice d'eau 24 montrée à la Fig. 1.
La distribution de la pression dans l'ajutage et dans le corps de la pompe,pour le fluide entraîneur et pour le fluide entraîné, est montrée approximativement par les courbes 46 et 48 respectivement, tracées au-dessus de la .
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pompe montrée à la figure 2.
Le fluide entraîneur pénètre dans l'ajutage à pression relativement élevée et il est )rc1 ."augmsntr sa vitesse sensiblement lorsqu'il .."ta ." ';)".-.rî:":.j8 Ceci .:'a.i t que la pression du fluide ont. ur a ': de l'ajutage tombe sensiblement en dessous Go' 1.0 du .fi -*de entra1né. en sorte que du fluide entraîne ait ap1'ê :ann l'entrue de la pompe et mélange $.'J. rlulde bt .roEu :ars la ohanbre de mélange. et; à>1> t. de l'ajutage diverge proi;resoi- Ms,.:iaxt \1"- auivant ..cren;iors il touche la paroi intérieur 3,w 1s. ae 4a .&.- sensiblement sur toute .La périphérie de 1"- ,..\at1Ôre 1é>j<rozoeni avant l'extrémité aval de .La chambre oeo wé,1.;r at Pwxsmsa avant que le jet atteigne l'entrée *u diffuseur vloi n'est pas la longueur optimale de Aâ chamb-e de mélange pour obtenir un fonctionnement optimal- <ii la pompe et un rendement maximal.
Un rendement .am4?.iorf :IQU' l't.:.\. t être O'o1;;\'AU en raooouroissant la longueur de la chambre de mélange jusqu'ou point où le jet provenant de l'ajutage vientd'abord en contact aveo la paroi de la chambre de mélange Cependant, ceci ferait diminuer, de façon marqu'a le rendement de la pompe pour de logera dé- faute déalignement de l'ajutage par rapport à l'axe de l'en- trée de la chambre de mélange.
Par suite, la ohambre de mélange est faite légèrement plus grande aux: dépens d'une petite diminution du rendement optimal maximum (soit de 1 %) pour éviter que cette perte ne soit plusieurs fois supérieure en rendement (soit 4 à 5 %) ce qui se produirait lorsque l'ajutage est à peu près invariablement en défaut d'aligne- ment par rapport à sa position optimale dans une application industrielle normale.
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Lorsque les fluides entraînes t t ztratnd S8 déla...1 cent dans la chambre de mélange 1 de 1& " té da ::1o<1.veT.1ent ! est transférée du fluida îmt1'utn{ .,lt' ".... ,à<; ?.de entraîne Qt il y a une augmentation p''),;rü'} \.1/$ de p.'essioa* :c,'t'Sfj.', lez courants de fluides pénètrent ;.j,ns le diffuseur, 1J.}' ..t coapletenent mélangea et 4 .'.:.iaaxaa st is grei.f.ite:li' Ç0' !.e3t' en sorte qu'il y ait une augmentation efficace ..n.vn.' de la pression dans le diffuseur. A l'extraite da'a' ri du diffuseur, la pression est inférieure à la pressir l'entrée du fluide d'entraînement et sensiblement 5' 1!U' la pression étatique du fluide entrainé.
La représentation par tableau des dimennions, qui se trouve seus la comme de la figure 2, montre des valeurs préférées suivant l'invention pour les ra@orts d'écoulement de 2+1/2 et' de 1, et 4en cas d'excentrement (EX).
Figure 3 montre de façon générale accent, le ren- -dément (E) d'une pompe à jet typique augemente à partir d'un 'rapport d'écoulement relativement faible (rapport du fluide entraîné au fluide entraîneur )et montre somment ce rendement augmente jusqu'à une valeur maximale lorsque le rapport d'écoulement augmente puis diminue lorsque le rapport d'écou- lement continue à augmenter, Le rendement,dont il est ques- tien dans l'invention, est le rendement maximal (Emax) d'une pompe à jet pour son rapport d'écoulement optimal.
Le tableau I donné ci-dessous montre comment le rendement maximal d'une pompe à jet change lorsqu'on fait varier la chambre de mélange .en longueur*
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TABLEAU I Changement de rendement dû à la variation de la longueur de la chambre de mélange
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<tb> Longeur <SEP> de <SEP> Rapport <SEP> au <SEP> diamètre <SEP> Changement <SEP> de
<tb>
<tb> la <SEP> chambre <SEP> de <SEP> la <SEP> chambre <SEP> de <SEP> mélange <SEP> Emax <SEP> ( <SEP> en <SEP> %)
<tb>
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<tb> de <SEP> mélange <SEP> (L/D) <SEP> max
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<tb>
<tb> (en <SEP> pouces) <SEP> (L/D)
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<tb> 23,0 <SEP> 7,4 <SEP> Base
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<tb> 20,5 <SEP> 6,6 <SEP> +0, <SEP> 3 <SEP>
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<tb> 18,0 <SEP> 5,8 <SEP> +1,2 <SEP> ,
.
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<tb> 15,5 <SEP> 5,0 <SEP> +1,6
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<tb> 13,0 <SEP> 4,2 <SEP> -2,4
<tb>
Les résultats du tableau I montrent que si '.La chambre de mélange est trop courte (soit diminuée de 15,5 pouces à 13 pouces), la rendement de la pompe à jet diminue de 4 pointe de pourcentage, Cependant, en augmentant la longueur de la chambre de mélange pour passer de 15,5 pouces à 23 pouces, on obtient une perte de rendement qui n'est que de 1,6 point de pourcentage. ' la présente invention empêche ne grandes pertes de rendement telles que la diminution de 4 points de pourcen- , tage.
Une telle diminution brusque et grande au rendement peut être provoquée par des facteurs autres que la longueur trop faible de la chambre de mélange, mais le rendement tom@e pour la même raison fondamentale, c'est-à-dire un profil des vitesses non favorable à la sortie de la chambre de mélange.
Deux autres causes d'une grande chute du rendement sont un changement du débit du fluide entraîneur et un changement de la concentricité véritable de l'ajutage et de la chambre de mélange, conduisant 4 un certain excentrement. Les grandes
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pertes,qui peuvent se présenter dans ces conditions, sont empêchées suivant l'invention en augmentant la longueur de la chambre de mélange en consentant seulement les perte$ j relativement faibles qui sont dues à l'augmentation de la ' 'longueur de la chambre de mélange comme le montre la tableau I.
Le tableau II donné ci-dessous montre l'effet im- portant sur le rendement du placement excentrique des lignes centrales de l'ajutage et de la chambre de mélange.
TABLEAU II
Effet de la chambre de mélange plus longue sur les pertes de rendement dues , l'excentrement
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<tb> Rapport <SEP> Excentrement <SEP> Rapport <SEP> de <SEP> la <SEP> longueur <SEP> Changement <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> d'écoule- <SEP> en <SEP> % <SEP> au <SEP> diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> Emax <SEP> en <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> ment <SEP> ohambre <SEP> de <SEP> mélange <SEP> max
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<tb> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> L/D
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<tb> 2,5 <SEP> 16 <SEP> 5,0 <SEP> -4,7
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<tb> 5,8 <SEP> -3,4
<tb>
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<tb> 7,4 <SEP> +0,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1,0 <SEP> 16 <SEP> 8,2 <SEP> -0,6
<tb>
L'excentrement du tableau II est la distance comprise entre lea lignes centrales longitudinales de l'ajutage et de la chambre de mélange,
divisée par une moitié du diamètre de la chambre de mélange ou du diamètre de la gorge ( Dt montré à la Fige 2). Le changement de rendement du tableau II repré- sente la différence.antre le rendement de la pompe avec un espace.-ment excentré et le rendement avec la concentricité.
Un excentrement de 16 % oonduit à une perte de rendement de 3,4 à 4,7 points de pourcentage en comparaison du rendement que l'on obtient avec la concentricité pour un rapport d'éoou- lement prévu d'environ 2,5, c'est-à-dire ce qui correspond au
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rapport d'écoulement pour le rendement maximal. Lorsque la longueur de la chambre de mélange est augmentée, en aorte que le rapportde ,sa longueur à son diamètre ( ) augmente de 7;"ç ia perte de rendement est éliminée et dans ce cas, le rencement montre effectivement une légère augmentation qui peut être due à une erreur statistique.
Pour un rapport d'écoulement prévu d'environ 1. il y a peu d' effet pour un excentrèrent de 16 %, lorsque le rapport de la longueur au diamètre de la chancre de mélange est de 8,2. Le rendement diminue légèrement (0,6 point de pourcentage) par suite du fait que la chambre de mélange est légèrement plus longue que sa valeur optimale.
Cependant, en prévoyant une chancre de mélange avec-un rapport de la longueur au diamètre plua grand que celui qui donne lieu au rendement optimal lorsque l'ajuta- ge et la chambre de mélange ont des axes longitudinaux parfais tement concentriques, le jet provenant .de l'ajutage s'étale encore et vient en contaot avec l'intérieur de la chambre de mélange sensiplement sur tout le poutour de la chambre, même lorsque l'ajutage est excentré de 16 % par rapport à l'axe longitudinal de la chambre de mélange.
Le tableau III indiqué ci-dessous montre le grand . effet du changement du débit avec des chambres de mélange plus courtes,
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TABLEAU III Effet au débit sur le rendement de la pompeàjet ( Rapport d'écoulement - 1)
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<tb> Débit <SEP> (pouroen- <SEP> apport <SEP> de <SEP> la <SEP> longueur <SEP> Changement <SEP> le
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> tage <SEP> prévu) <SEP> au <SEP> diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> cham- <SEP> rendement <SEP> à
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> brode <SEP> mélange
<tb>
<tb>
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<tb> (L)
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<tb> D
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<tb> 119 <SEP> 5,8 <SEP> Base
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<tb> 85-99 <SEP> 5,8 <SEP> -4,0
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<tb> 54 <SEP> 5,8 <SEP> -5,5
<tb>
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<tb>
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<tb>
<tb>
<tb> 114 <SEP> 7,
4 <SEP> Bose
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 97 <SEP> 7,4 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 60 <SEP> 7,4 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 114 <SEP> 8,2 <SEP> Base
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb> 97 <SEP> 8, <SEP> 2 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 60 <SEP> 8,2 <SEP> 0
<tb>
Pour un rapport de la longueur au diamètre de la chambre de mélange de 5,8, le rendement de la pompe diminue' d'environ 5 points de pourcentage et demi lorsqu'on fait variez le débit d'écoulement d'environ 119 % à environ'54 % de la valeur prévue optimale. L'augmentation du rapport de la longueur de la chambre de mélange à son diamètre,a 7,6 ou 8,2, rend le rendement de la pompe virtuellement insensible aux changements de débits dans ce même domaine de valeurs.
Ainsi, les données montrent qu'en augmentant le rapport de la longueur au diamètre ( ) de la chambre ae mélange, les pertes de rendement relativement grandes sont empochées au prix de pertes plus petites. Cette invention permet à des pompes à jet de fonctionner pour des valeurs très étendues de variation du débit et de la pression sans qu'inter- viennent de grands changements de rendement. Au surplus, il
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faut moins de précision d'alignement de l'ajutage par rapport à la chambre de mélange pendant l'installation et pendant le fonctionnement.
Un autre avantage 'de l'emploi de chambres de mélange longues suivant l'invention,est que l'on peut pro- céder aux essais à de basses températures, par exemple de 70 à 100 F, ce qui donne essentiellement le même rendement que celui obtenu lorsque la pompe fonctionne à des temoératures plus élevées (soit.400 à 700 F) et à'des pressions plus élevées (soit de l'ordre de 600 à 3.000 livres /pouce carré et davan- tage). Ceci est important parceque le degré de dilatation du jet est moindre à des températures élevées par suite de la diminution du coefficient de transfert des quantités de mouve- ment lorsque la température augmente..
Figure 4 est un graphique montrant comment le rap- port minimal de la longueur au diamètre ( L/D)de la chambre de mélange varie avec le débit d'après l'invention. Le rap- port longueur à diamètre ( L/D)minimal pour des pompes à jet avec des rapports d'écoulement prévus pour être d'environ
1, est d'environ 8,25. Le rapport minimal de la longueur au diamètre ( L/D)de la chambre de mélange est à peu près de 7 pour des pompes à jet pour lesquelles on a prévu des rapports d'écoulement d'environ 2,5. Le rapport de la longueur au diamètre ( L/D) minimal de la chambre de mélange est d'environ
6 pour des pompes à jet dont les rapports d'écoulement sont supérieurs à environ 3,5.
Des pompes à jet suivant l'invention seront conçues d'après la courbe montrée à la Fig. 4 ou en se tenant légèrement au-dessus de la courbe mais non en dessous.
Le schéma de la Fig. 4 montre que la relation de la valeur minimale de L/D avec le rapport d'écoulement dans le domaine situé en dessous de la valeur de 3,5 peut s'exprimer
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par 3.'équation suivante !
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MIN. Ir a IF.
R. 5 * #
Pour des rapporta supérieurs à environ 3,5, la relation s'exprime comme suit : MIN. - 6
Des pompes à jet construites suivant l'invention ayant des rapports d'écoulement et des chambres de mélange dont µ n'est pas inférieur aux valeurs données par les équations précédentes, auront un rendement maximal très proche de la valeur optimale que l'on peut obtenir si les chambres de mélange étaient conçues pour se terminer à leurs extrémités de sortie exactement là où le jet provenant de l'ajutage touche la paroi de la chambre de mélange.
Au surplus, la légère diminution du rendement maximum due à la légère augmen- tation du rapport longueur à diamètre minimal de la chambre de mélange, fait que la pompe est pratiquement insensible à des pertes de rendement dues à un placement non parfait de l'ajutage par rapport à la chambre de mélange, ce qui se pro- duit presque toujours dans des installation pratiques.
EMI20.2
R % V ? N D I C A 7 1 0 N S
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if hompe He
<Desc / Clms Page number 2>
. The present invention provides improved jet pumps. for purpose.
An ordinary jet pump includes a body with three distinct regions, namely a gente gente inlet section or suction section, a throat or mixing chamber with a substantially uniform cross-sectional area along its entire length, a diffuser whose cross-sectional area increases in the direction of flow. A nozzle is placed in the inlet section to transform a high pressure stream of driving fluid into a low pressure, high velocity jet of driving fluid, which flows coaxially through the inlet section and into the chamber. mixing chamber.
The high velocity jet drives the fluid surrounding the nozzle to the vicinity of the inlet section by a momentum transfer mechanism such that entrained fluid is drawn into the pump inlet by the jet. The velocity of the entrained aspirated fluid increases as a result of the decrease in the transverse flow area * as the aspirated fluid continues to move through the converging inlet.
This resulted in a reduction in the pressure of this stream and, consequently, a low pressure reduction in the pressure of the drive stream. The inlet converging action which surrounds the nozzle sends the entrained fluid or flow due to it. suction into the mixing chamber. Within the mixing chamber, the high velocity jet of entraining fluid gradually widens as a process of entrainment and mixing takes place with the entrained fluid or the aspirated stream.
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the mixture transfers momentum from the jet driving stream to the entrained suction stream, so; as the pressure in the combined stream rises.
In theory, the mixing chamber comes to a stop after the longitudinal velocity in a given cross section of the mixing chamber, viewed perpendicular to the longitudinal axis, becomes roughly constant, except near the wall of the mixing chamber (i.e. in the boundary layer). When this occurs, it is said that a substantially flat speed profile has been obtained. To help understand the process, it can be assumed that the flat profile occurs when the jet expands to touch the walls of the mixing chamber. This terminology will be used in the discussion which follows.
From the relatively small cross-sectional area mixing eye, the entraining fluids. and entrained which come out of it enter the diffuser, the cross section of which increases in the direction of flow, further increasing the discharge pressure of the pump when the velocity of the fluids which have merged into each other is reduced to extract the optimum amount of energy from the current,
As can be seen from the above description, the operating principle of a jet pump is the transformation of momentum (or still kinetic energy) into pressure.
The control fluid coming out of the nozzle has a low pressure but it has a high speed and a large amount of movement. Through a momentum exchange process, the entrained fluid that comes from the suction section is entrained and the jet
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combined enters the mixing section, where the velocity profile, i.e. a curve that shows the value of the fluid velocity as a function of the distance from the point considered to the longitudinal axis of the section of mixture, is transformed by the mixture in such a way that the momentum decreases and the velocity profile becomes - substantially flat ',
that is to say perpendicular to the longitudinal axis of the mixing chamber. The decrease in the amount of movement results in an increase in the pressure of the fluid. For optimal operation, the profile speeds to. the outlet of the mixing chamber should be as flat as possible. In other words, the velocity of the fluid should be the same throughout the cross-sectional area of the mixing chamber and the boundary layer should be as thin as possible. The boundary layer is the relatively thin layer of fluid that lies near the flow boundary against the surface; interior of the mixing chamber, where the speed decreases rapidly as the distance to the wall of the mixing chamber decreases.
The flat velocity profile results in minimal momentum resulting in the greatest pressure increase as described. A thin boundary layer (rather than a relatively thick boundary layer) is required for optimum performance of the diffuser which follows the mixing chamber, In diffusers which diverge outward, the speed.
relatively high of the combined currents is gradually reduced and transformed into a larger pressure, so that the combined entraining and entrained currents flow.
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out of the diffuser at the desired pressure,
There is a sptimal ratio of the length of the mixing chamber to its diameter to obtain a maximum @ @ @ of the pump.
If the mixing chamber or throat is too long, the friction losses increase due to the relatively high velocity of the fluid in the mixing chamber, the cross-sectional area of which is read again.-.-- verese fault in comparison with the creeping cross-sectional area of the diffuser. In addition, the thickness of the boundary layer increases which leads to poor operation of the diffuser. If the throat or mixing chamber is too short, there is not a suitable mixing of the driving and entrained fluids and, therefore, therefore,
the profile of the velocities of the moving fluid entering the diffuser looks poor and the result is poor operation of the diffuser. This latter state of affairs leads to relatively large decreases in efficiency compared to what went into. the first case.
Thus, for a given pump, there is an optimum ratio of the length of the mixing chamber to its diameter for maximum efficiency at expected flow rates. The efficiency of a jet pump, as that word is used herein, should be understood as the percentage of the energy lost by the driving fluid, which is gained by the entrained fluid.
The efficiency expressed as a percentage of the sum of the energy of the input currents which remains in the output current is always greater than the efficiency which has just been defined.
The efficiency of a given jet pump varies by a relatively low value for low flow ratios (by flow ratio is meant a ratio of the flow rate of the fluid
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entrained to that of the driving fluid, to a net maximum and then decreases when the flow rate increases. The maximum efficiency (Emax) is the efficiency considered here.
For optimum performance, to use the jet expansion terminology previously employed, the jet from the nozzle should flow to the diameter of the mixing chamber just when the jet reaches the the plun end remote from the mixing chamber, that is to say at the inlet of the diffuser. if 1 = touches the wall of the upstream mixing chamber, the inlet of the diffuser, the frictional losses increase due to the high velocity flow along the wall of the mixing chamber. If the jet from the nozzle enters the diffuser without touching the part of the mixing chamber, poor operation of the diffuser (lower pressure recovery) results.
The operation and efficiency of the jet pump depend on the speed profiles at the inlet of the mixing chamber and at the outlet thereof, that is to say in the region of the jet pump in which the momentum is transferred from the entraining fluid to the entrained fluid.
When a diffuser (a channel having an increasing cross-sectional area offered to the flow as the downstream distance increases) is attached to the downstream end of the mixing chamber to improve energy transformation kinetics (that is to say of the product of the mass and the square of the speed) in pressure, the efficiency of the pump is even more sensitive to the speed profiles. ;
If the nozzle, from which the jet of entraining fluid exits into the mixing chamber, is in a
<Desc / Clms Page number 7>
@@ @ that its central line and that of the mixing chamber do not coincide, that is to say present an eccentric position, or if the nozzle is located too close to the borrow of the 1. chamber \ the mixture, so that for some flow a preferred velocity profile at the outlet of the mixing chamber is not obtained, the operation and efficiency of the jet pump suffers from a marked decrease compared to the operation of the jet pump when the nozzle and the mixing chamber are in their best relative geometric arrangement.
In practice, the exact placement of the nozzle of a jet pump and maintaining the nozzle in the optimum position is seldom achieved without extraordinary expense in industrial use which requires a large number of jet pumps. Consequently, small deviations of the position of the nozzle, with respect to the position that we want it to take on the central line or with respect to the spacing provided from the inlet of the mixing chamber, almost always exist and can lead to an abnormal decrease in pump performance.
The invention provides a jet pump with a length to minimum diameter ratio for the mixing chamber to prevent the marked decrease in good operation and efficiency, i.e. a drop of about
33% to about 28% of efficiency with only a small decrease in efficiency and efficiency, ie one percent for example.
In other words, the pump is designed to be about 1% below optimum efficiency, but the tolerance is much greater for variations in nozzle positions by.
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compared to the inlet of the mixing chamber, so that the effective loss of efficiency is only about one-fifth of what it would be if the pump was designed, for optimum efficiency and if so. then produced a misalignment or a change in flow.
The principle of the invention is that an increase in the ratio of length to diameter of the mixing chamber is slightly above that which gives rise to optimum operation and efficiency for given flow rates. results in the formation of a velocity profile very close to that which is preferred, at the cost of only a small increase in friction losses while preventing the formation of the undesirable velocity profile under certain conditions, would lead to loss of efficiency and good operation four or five times greater.
The invention is particularly useful for systems which employ a number of jet pumps in which the flow rates are varied and in which it is not economically possible to obtain an accurate alignment of the center lines of the jet. nozzle and the mixing chamber. A particular but not exclusive example which occurs in the use of a certain number of jet pumps, for continuously circulating a cooling agent in a boiling water nuclear reactor.
The invention is applicable to other fluids than to water; for example to gas, liquefied metals and fluid combinations such as entraining flow of gas: and entrained flow of liquid and other gas and liquid combinations including streams which carry solid particles can be pumped with more efficiency following
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invention.
In short, the jet pump according to the invention comprises a hollow body elongated at one end and a discharge opening at the other. A nozzle near the inlet of the body is arranged to send a jet of fluid into the inlet opening of the body. A portion of the pump body has an elongated mixing chamber which opens to. an extracted towards the entrance of the body. The nozzle and the mixing chamber are constructed and arranged to send a jet of fluid into the mixing chamber so that the jet expands as it passes through the chamber and contacts the interior of the mixing chamber. substantially over the entire periphery of the chamber downstream of the outlet of the mixing chamber.
Preferably, the jet touches the interior of the chamber even when the axis of the nozzle is eccentric by a value ranging up to 16% relative to the longitudinal axis of the mixing chamber. According to the invention, the percentage of eccentricity is calculated by dividing the distance between the longitudinal axis of the nozzle and the longitudinal axis of the mixing chamber by the radius of the inlet orifice. of the mixing chamber, and multiplying by 100 the result.
In the preferred embodiment, the nozzle and mixing chamber are constructed and arranged to give maximum pump efficiency ratio for a flow ratio greater than about 1, and a minimum ratio of length to diameter. - meter of the mixing chamber is between about 6 and about 8.
Preferably, the ratio of the length of the mixing chamber to its diameter decreases as the ratio
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The expected flow rate for the pump increased. For example the ratio of the length to the diameter of the mixing chamber is about 8 for a pump flow ratio of between about 1 and about 1 + 1/2 L,
EMI10.1
ratio of length to dîarbtr4 in about 1>? ô ... a flow ratio of between about 1 '' -t about 3 4 2 * 1 The minimum ratio of length to diameter in the mixing chamber is about 6 for push-ups *. ' , having flow ratios greater than about 2 1 In short, the ratio of length to c.
minimum, used on jet pumps according to the invention, is greater than that for which the maximum efficiency occurs if the nozzle and the mixing chamber are not eccentric and if the apparatus operates for a ratio of flow given to obtain maximum efficiency.,
These and other aspects of the invention will be more fully understood upon reading the following detailed description and considering the drawings in which! - Figure 1 is a schematic elevational view of a jet pump according to the invention mounted in a boiling water nuclear reactor, - Figure 2 is a schematic drawing of the jet pump shown in FIG.
1, with the distribution of the pressures of the driving and driven fluids shown above the drawing of the pump, and a table of the elements of the pump according to the invention for two different flow ratios - Figure 3 is a report typical showing how the efficiency of the jet pump varies with the flow ratio; and - Figure 4 is a data report which shows
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how the minimum length to diameter ratio of the mixing chamber should decrease as the flow ratio of jet pumps constructed in accordance with the present invention increases.
Referring to Figure 1, there is seen an upright cylindrical pressure vessel 10 closed at its inner end by a plate-shaped bottom 11. The upper end of the pressure vessel is closed by an upper dome 12. A vent pipe 13 in the bottom of the top is normally closed by a valve 14. A typical reactor core 15 is disposed in a core shell 16 mounted ooaxially in a pressure vessel, so that a collector space. annular 18 is formed between the casing and the pressure vessel.
An upright jet pump 20 (normally more than a jet pump is used, but for brevity only one will be described) is mounted in the manifold space with the discharge end of the pump being connected to a skirt 22 constituting a vertical support fixed to the bottom of the envelope core to form a feed water chamber 24.
Driving fluid is supplied by a continuous circulation pump 25 through a line 26 connected to a nozzle 27 at the upper end or inlet end of the pump. A high speed stream of water is sent through the pump. nozzle in the inlet of the pump for sucking entrained fluid from a water basin which is located in the oolleotor space and for entraining this water in the chamber 24 of feed water. The water is kept in the enclosure under pressure at a level 28 (indicated by the line in,; dotted) above the inlet end of the jet pump.
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Water is forced to pass through the core to the reactor where it extracts heat from it and is projected as steam into a steam expansion chamber in the steam expansion chamber 30 which surmounts the core or core of the reactor) * A mixture of steam and water passes through steam separators 31 and steam dryer panels 32, which are all conventional before leaving the pressure vessel via the steam line 34 which will control a turbine 35. A condenser 36 condenses the steam leaving the turbine and the condensed steam is returned by the pump 37 to the water basin in the pressurized chamber.
The turbine can be used to drive a generator 38 or for any other necessary purpose, j
Referring to FIG. 2, the pump body 20 comprises a truncated inlet suction section 40 'connected at its smaller end to the upstream end of an elongated mixing chamber or cylindrical body 42. The wider end of the inlet section opens to the fitting which is in the same alignment as the longitudinal axis of the mixing chamber.
The opposite end or downstream end of the mixing chamber is connected to the smaller end of a frustoconical diffuser 44 which discharges at its lower end into the water collecting chamber 24 shown in FIG. 1.
The pressure distribution in the nozzle and in the pump body, for the driving fluid and for the entrained fluid, is shown approximately by curves 46 and 48, respectively, drawn above the.
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pump shown in figure 2.
The entraining fluid enters the nozzle at relatively high pressure and is) rc1. "Increases its velocity noticeably as it .." ta. "';)" .-. Rî: ":. j8 This.:' Ai t that the pressure of the fluid have. ur at ': of the nozzle falls appreciably below Go' 1.0 of the .fi - * of driven. so that the fluid driven has ap1'ê: ann the inlet of the pump and mixture $. 'J. rlulde bt .roEu: ars the mixing ohanbre. and; at> 1> t. of the nozzle diverges proi; resoi- Ms,.: iaxt \ 1 "- auivant ..cren; iors it touches the inner wall 3, w 1s. ae 4a. & .- substantially all over .The periphery of 1 "-, .. \ at1Ôre 1é> j <rozoeni before the downstream end of .La chamber oeo wé, 1.; r at Pwxsmsa before the jet reaches l The inlet * u diffuser is not the optimum length of the mixing chamber for optimum pump operation and maximum efficiency.
A yield .am4? .Iorf: IQU 'l't.:. \. t be O'o1 ;; \ 'AU by reducing the length of the mixing chamber to the point where the jet from the nozzle first comes into contact with the wall of the mixing chamber. However, this would decrease, so that the efficiency of the pump will not accommodate the misalignment of the nozzle with respect to the axis of the inlet of the mixing chamber.
As a result, the mixing chamber is made slightly larger at the expense of a small reduction in the maximum optimum yield (i.e. 1%) to prevent this loss from being several times greater in yield (i.e. 4 to 5%) this which would occur when the nozzle is almost invariably out of alignment from its optimum position in normal industrial application.
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When the entrained fluids tt ztratnd S8 dela ... 1 cent in the mixing chamber 1 of 1 & "té da :: 1o <1.veT.1ent! Is transferred from the fluidida îmt1'utn {., Lt '" ... ., to <; ? .de entails Qt there is an increase p '') ,; rü '} \ .1 / $ of p.'essioa *: c,' t'Sfj. ', the streams of fluids enter; .j, ns the diffuser, 1J.} '..t coapletenent mixed and 4.'.:. iaaxaa st is grei.f.ite: li 'Ç0'! .e3t 'so that there is an effective increase ..n. vn. ' pressure in the diffuser. At the extract da'a 'ri of the diffuser, the pressure is less than the pressir entry of the driving fluid and substantially 5' 1! U 'the state pressure of the entrained fluid.
The table representation of the dimensions, which is found only as in FIG. 2, shows preferred values according to the invention for the flow ratios of 2 + 1/2 and 'of 1, and 4 in the case of eccentricity (EX).
Figure 3 shows in general, the efficiency (E) of a typical jet pump increased from a relatively low flow ratio (ratio of entrained fluid to entraining fluid) and shows this efficiency. increases to a maximum value when the flow ratio increases then decreases when the flow ratio continues to increase, The efficiency, which is maintained in the invention, is the maximum efficiency (Emax) d 'a jet pump for its optimum flow ratio.
Table I given below shows how the maximum efficiency of a jet pump changes when the mixing chamber is varied in length *
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TABLE I Change in efficiency due to the variation in the length of the mixing chamber
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<tb> Length <SEP> of <SEP> Ratio <SEP> to <SEP> diameter <SEP> Change <SEP> of
<tb>
<tb> the <SEP> chamber <SEP> of <SEP> the <SEP> chamber <SEP> of <SEP> mixture <SEP> Emax <SEP> (<SEP> in <SEP>%)
<tb>
<tb>
<tb> of <SEP> mixture <SEP> (L / D) <SEP> max
<tb>
<tb>
<tb> (in <SEP> inches) <SEP> (L / D)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 23.0 <SEP> 7.4 <SEP> Base
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20.5 <SEP> 6.6 <SEP> +0, <SEP> 3 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 18.0 <SEP> 5.8 <SEP> +1.2 <SEP>,
.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 15.5 <SEP> 5.0 <SEP> +1.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13.0 <SEP> 4.2 <SEP> -2.4
<tb>
The results in Table I show that if the mixing chamber is too short (i.e. decreased from 15.5 inches to 13 inches) the efficiency of the jet pump decreases by 4 percentage points, however, as the length increases. of the mixing chamber to go from 15.5 inches to 23 inches, the yield loss is only 1.6 percentage points. The present invention prevents large yield losses such as the 4 percentage point decrease.
Such a sharp and large decrease in efficiency may be caused by factors other than too short the length of the mixing chamber, but the efficiency falls for the same fundamental reason, i.e. a non-velocity profile. favorable to the exit of the mixing chamber.
Two other causes of a large drop in efficiency are a change in the flow rate of the driving fluid and a change in the true concentricity of the nozzle and the mixing chamber, resulting in some offset. The tall
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losses, which may occur under these conditions, are prevented according to the invention by increasing the length of the mixing chamber while allowing only the relatively small losses which are due to the increase in the length of the mixing chamber. mixture as shown in Table I.
Table II given below shows the significant effect on efficiency of the eccentric placement of the centerlines of the nozzle and the mixing chamber.
TABLE II
Effect of longer mixing chamber on yield losses due, offset
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<tb> Report <SEP> Eccentricity <SEP> Report <SEP> of <SEP> the <SEP> length <SEP> Change <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb> of flow- <SEP> in <SEP>% <SEP> at <SEP> diameter <SEP> of <SEP> the <SEP> Emax <SEP> in <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb> ment <SEP> chamber <SEP> of <SEP> mixture <SEP> max
<tb>
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<tb> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> L / D
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<tb> 2.5 <SEP> 16 <SEP> 5.0 <SEP> -4.7
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<tb>
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<tb> 5.8 <SEP> -3.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7.4 <SEP> +0.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1.0 <SEP> 16 <SEP> 8.2 <SEP> -0.6
<tb>
The eccentricity of Table II is the distance between the longitudinal central lines of the nozzle and of the mixing chamber,
divided by half of the mixing chamber diameter or throat diameter (Dt shown in Fig 2). The change in efficiency of Table II represents the difference between the efficiency of the pump with an eccentric gap and the efficiency with the concentricity.
An eccentricity of 16% leads to an efficiency loss of 3.4 to 4.7 percentage points compared to the efficiency obtained with concentricity for an expected flow ratio of about 2.5, that is to say what corresponds to the
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flow ratio for maximum efficiency. As the length of the mixing chamber is increased, so that the ratio of its length to its diameter () increases by 7; "the loss in yield is eliminated and in this case, the arrangement effectively shows a slight increase which may be due to a statistical error.
For an expected flow ratio of about 1. there is little effect for a 16% eccentric, when the length to diameter ratio of the mixing canker is 8.2. The yield decreases slightly (0.6 percentage point) due to the fact that the mixing chamber is slightly longer than its optimum value.
However, by providing a mixing chancre with a length to diameter ratio greater than that which gives optimum efficiency when the nozzle and the mixing chamber have perfectly concentric longitudinal axes, the jet coming from. of the nozzle spreads further and comes into contact with the interior of the mixing chamber sensiplically over the entire poutour of the chamber, even when the nozzle is off-center by 16% with respect to the longitudinal axis of the chamber mixture.
Table III shown below shows the big one. effect of changing the flow rate with shorter mixing chambers,
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TABLE III Effect of Flow on Jet Pump Efficiency (Flow Ratio - 1)
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<tb> Flow <SEP> (pouroen- <SEP> input <SEP> of <SEP> the <SEP> length <SEP> Change <SEP> on
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> expected <SEP> stage) <SEP> at <SEP> diameter <SEP> of <SEP> the <SEP> chamber- <SEP> yield <SEP> at
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> embroider <SEP> mix
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<tb>
<tb> (L)
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<tb>
<tb> D
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<tb>
<tb>
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<tb>
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<tb>
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<tb>
<tb>
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<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
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<tb> 54 <SEP> 5.8 <SEP> -5.5
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> 114 <SEP> 7,
4 <SEP> Bose
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<tb>
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<tb>
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<tb> 97 <SEP> 7.4 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
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<tb> 60 <SEP> 7.4 <SEP> 0
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<tb>
<tb>
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<tb>
<tb> 114 <SEP> 8,2 <SEP> Base
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<tb>
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<tb> 97 <SEP> 8, <SEP> 2 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 60 <SEP> 8,2 <SEP> 0
<tb>
For a length-to-diameter ratio of the mixing chamber of 5.8, the pump efficiency decreases by about 5.5 percentage points when the flow rate is varied from about 119% to approximately '54% of the optimal predicted value. Increasing the ratio of the length of the mixing chamber to its diameter, a 7.6 or 8.2, makes the pump efficiency virtually insensitive to changes in flow rates in this same range of values.
Thus, the data show that by increasing the length to diameter ratio () of the mixing chamber, relatively large yield losses are pocketed at the cost of smaller losses. This invention enables jet pumps to operate for very wide ranges of flow and pressure variation without large changes in efficiency. In addition, he
<Desc / Clms Page number 19>
Less alignment accuracy of the nozzle relative to the mixing chamber is required during installation and during operation.
Another advantage of using long mixing chambers according to the invention is that the tests can be carried out at low temperatures, for example 70 to 100 F, which gives essentially the same efficiency as. that obtained when the pump is operated at higher temperatures (ie 400 to 700 F) and at higher pressures (ie in the order of 600 to 3,000 psi and more). This is important because the degree of jet expansion is less at elevated temperatures as a result of the decrease in the transfer coefficient of movement quantities as the temperature increases.
Figure 4 is a graph showing how the minimum ratio of length to diameter (L / D) of the mixing chamber varies with the flow rate according to the invention. The minimum length to diameter (L / D) ratio for jet pumps with flow ratios expected to be approximately
1, is about 8.25. The minimum length to diameter (L / D) ratio of the mixing chamber is about 7 for jet pumps for which flow ratios of about 2.5 are provided. The minimum length to diameter (L / D) ratio of the mixing chamber is approximately
6 for jet pumps with flow ratios greater than about 3.5.
Jet pumps according to the invention will be designed according to the curve shown in FIG. 4 or standing slightly above the curve but not below.
The diagram of FIG. 4 shows that the relation of the minimum value of L / D with the flow ratio in the area below the value of 3.5 can be expressed
<Desc / Clms Page number 20>
by the following equation!
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MIN. Ir has IF.
R. 5 * #
For ratios greater than about 3.5, the relationship is expressed as follows: MIN. - 6
Jet pumps constructed according to the invention having flow ratios and mixing chambers of which µ is not less than the values given by the preceding equations, will have a maximum efficiency very close to the optimum value that can be obtained. Observe whether the mixing chambers were designed to terminate at their outlet ends exactly where the jet from the nozzle touches the wall of the mixing chamber.
In addition, the slight decrease in maximum efficiency due to the slight increase in the length to minimum diameter ratio of the mixing chamber means that the pump is practically insensitive to efficiency losses due to imperfect placement of the nozzle. relative to the mixing chamber, which almost always occurs in practical installations.
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R% V? N D I C A 7 1 0 N S
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