RU193887U1

RU193887U1 - LIQUID AERATION DEVICE

Info

Publication number: RU193887U1
Application number: RU2019115181U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Алексеевич Ермаков; Дмитрий Алексеевич Загвоздин; Юрий Владимирович Луць; Елена Евгеньевна Шишкина
Original assignee: Публичное акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Иркут" (ПАО "Корпорация "Иркут")
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2019-11-19

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к аэрации жидкости и может быть использована при промывке топливной системы летательных аппаратов азотированным топливом и флотации различных материалов. Задачей данного технического решения является улучшение регулирования процесса аэрации и уменьшение поперечных габаритов устройства. Технический результат заключается в достижении возможности регулирования параметров закрученных потоков и, соответственно, процесса аэрации без изменения конструкции устройства, а также существенном упрощении установки устройства в систему напорных трубопроводов. Для получения указанного технического результата предлагается устройство для аэрации жидкости, содержащее корпус с входными патрубками для подвода к нему под избыточным давлением жидкости и газа и патрубком для отвода газожидкостной смеси, расположенную в корпусе камеру в виде тела вращения для смешивания жидкости и газа со средствами для закручивания потока, в котором средства для закручивания потока выполнены концентрическими относительно цилиндрической камеры и имеют струеформирующие каналы, образованные из пакетов однотипных тонких пластин с окнами, повернутыми друг относительно друга относительно оси камеры, при этом соседние средства для закручивания потока имеют противоположное направление закрутки.The proposed utility model relates to liquid aeration and can be used when flushing the aircraft fuel system with nitrated fuel and flotation of various materials. The objective of this technical solution is to improve the regulation of the aeration process and reduce the transverse dimensions of the device. The technical result consists in achieving the ability to control the parameters of swirling flows and, accordingly, the aeration process without changing the design of the device, as well as significantly simplifying the installation of the device in a pressure pipe system. To obtain the specified technical result, a device for aeration of a liquid is proposed, comprising a housing with inlet nozzles for supplying liquid and gas to it under excess pressure and a nozzle for discharging a gas-liquid mixture, a chamber located in the housing in the form of a body of revolution for mixing liquid and gas with twisting means a stream in which the means for swirling the stream are made concentric with respect to the cylindrical chamber and have stream forming channels formed from packets of the same type thin plates with windows rotated relative to each other relative to the axis of the chamber, while adjacent means for swirling the flow have the opposite direction of swirling.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к аэрации жидкости и может быть использована при промывке топливной системы летательных аппаратов азотированным топливом и флотации различных материалов.The proposed utility model relates to liquid aeration and can be used when flushing the aircraft fuel system with nitrated fuel and flotation of various materials.

Известно устройство для аэрации жидкости, содержащее корпус с входными патрубками для подвода к нему под избыточным давлением жидкости и газа и патрубком для отвода газожидкостной смеси, расположенную в корпусе камеру для смешивания жидкости и газа (патент РФ №2178728, опубл. 27.01.2002 г.).A device for aeration of a liquid is known, comprising a housing with inlet nozzles for supplying liquid and gas to it under excess pressure and a nozzle for discharging a gas-liquid mixture, a chamber for mixing liquid and gas located in the housing (RF patent No. 2178728, publ. January 27, 2002). )

В данном устройстве газ в жидкость подается через пористые тела, а наличие в конструкции устройства пористых тел, в частности, из керамики, не позволяет использовать устройство при промывке топливной системы летательного аппарата из-за возможности попадания в систему фрагментов пористых тел. Кроме этого, наличие мелких пор в пористых телах не гарантирует мелких пузырьков газа, так как размер отрывающихся пузырьков в основном зависит от параметров потока, в котором находятся пузырьки.In this device, gas is supplied to the liquid through porous bodies, and the presence of porous bodies in the device structure, in particular, from ceramics, does not allow the device to be used when flushing the fuel system of an aircraft because of the possibility of entering fragments of porous bodies into the system. In addition, the presence of small pores in porous bodies does not guarantee small gas bubbles, since the size of the detached bubbles mainly depends on the parameters of the flow in which the bubbles are located.

Известно также устройство для аэрации жидкости, содержащее корпус с входными патрубками для подвода к нему жидкости и газа и патрубком для отвода газожидкостной смеси, расположенную в корпусе камеру в виде тела вращения для смешивания жидкости и газа и средство для закручивания потока (патент РФ №2189365, опубл. 10.06.2002 г.).It is also known a device for aeration of a liquid, comprising a housing with inlet nozzles for supplying liquid and gas to it and a nozzle for discharging a gas-liquid mixture, a chamber located in the housing in the form of a body of revolution for mixing liquid and gas and means for swirling the flow (RF patent No. 2189365, published on June 10, 2002).

В этом устройстве отсутствуют пористые тела, что исключает попадание посторонних частиц в газожидкостный поток и позволяет промывать системы с повышенными требованиями к чистоте. В тоже время данная конструкция не позволяет создать поток с мелкими пузырьками, так как «срезаемые» закрученным потоком жидкости пузырьки газа, подаваемого через отверстия в камеру (трубу), из-за своей малой плотности перемещаются в центр закрученного потока и сливаются в более крупные пузыри.This device does not contain porous bodies, which eliminates the ingress of foreign particles into the gas-liquid flow and allows flushing systems with high requirements for cleanliness. At the same time, this design does not allow creating a stream with small bubbles, since the gas bubbles supplied through the openings into the chamber (pipe) “cut off” by a swirling liquid flow move to the center of the swirling flow and merge into larger bubbles .

Известно устройство для аэрации жидкости, содержащее корпус с входными патрубками для подвода к нему под избыточным давлением жидкости и газа и патрубком для отвода газожидкостной смеси, расположенную в корпусе камеру в виде тела вращения для смешивания жидкости и газа со средствами для закручивания потока (патент РФ №1534967 опубл. 15.09.1994 г.). Данное устройство имеет несколько средств для закручивания потока, которые могут создавать и противоположное направление закрутки потоков, что не только препятствует объединению пузырьков, но и способствует дополнительному измельчению. Данное техническое решение наиболее близко к предлагаемому и принято за прототип.A device for aeration of a liquid is known, comprising a housing with inlet nozzles for supplying liquid and gas to it under excess pressure and a nozzle for removing a gas-liquid mixture, a chamber located in the housing in the form of a body of revolution for mixing liquid and gas with means for swirling the flow (RF patent No. 1534967 publ. September 15, 1994). This device has several means for swirling the flow, which can create the opposite direction of swirling flows, which not only prevents the union of the bubbles, but also contributes to additional grinding. This technical solution is the closest to the proposed and taken as a prototype.

К недостаткам устройства следует отнести большие поперечные габариты и, соответственно, сложность встраивания такой конструкции в напорный трубопровод, а также ограниченные возможности регулирования процесса аэрации, в частности, при применении в системе нерегулируемых насосов. Указанные недостатки ограничивают возможность применения данного устройства.The disadvantages of the device include the large transverse dimensions and, accordingly, the difficulty of integrating such a design into the pressure pipe, as well as the limited ability to control the aeration process, in particular, when using unregulated pumps in the system. These disadvantages limit the possibility of using this device.

Задачей данного технического решения является улучшение регулирования процесса аэрации и уменьшение поперечных габаритов устройства.The objective of this technical solution is to improve the regulation of the aeration process and reduce the transverse dimensions of the device.

Технический результат заключается в достижении возможности регулирования параметров закрученных потоков и, соответственно, процесса аэрации, а также существенном упрощении установки устройства в систему напорных трубопроводов.The technical result consists in achieving the ability to control the parameters of swirling flows and, accordingly, the aeration process, as well as significantly simplifying the installation of the device in a system of pressure pipelines.

Для получения указанного технического результата предлагается устройство для аэрации жидкости, содержащее корпус с входными патрубками для подвода к нему под избыточным давлением жидкости и газа и патрубком для отвода газожидкостной смеси, расположенную в корпусе камеру в виде тела вращения для смешивания жидкости и газа со средствами для закручивания потока, в котором средства для закручивания потока выполнены в виде пакета пластин, концентрических относительно камеры, и имеют струеформирующие каналы, образованные окнами пластин путем последовательного поворота соседних в пакете пластин относительно друг друга вокруг оси корпуса, при этом соседние средства для закручивания потока имеют противоположное направление закрутки.To obtain the technical result, a device for aeration of a liquid is proposed, comprising a housing with inlet nozzles for supplying liquid and gas to it under excess pressure and a nozzle for discharging a gas-liquid mixture, a chamber located in the housing in the form of a body of revolution for mixing liquid and gas with means for twisting a stream in which the means for swirling the flow are made in the form of a package of plates concentric with respect to the chamber and have stream-forming channels formed by the windows of the plates thereby sequentially rotating adjacent plates in the stack relative to each other about the axis of the housing, while adjacent means for swirling the flow have the opposite swirling direction.

Отличительные признаки заявленного технического решения: средства для закручивания потока выполнены в виде пакета пластин, концентрических относительно камеры, и имеют струеформирующие каналы, образованные окнами пластин путем последовательного поворота соседних в пакете пластин относительно друг друга вокруг оси корпуса, при этом соседние средства для закручивания потока имеют противоположное направление закрутки.Distinctive features of the claimed technical solution: the means for swirling the flow are made in the form of a package of plates concentric with respect to the chamber and have jet-forming channels formed by the windows of the plates by sequentially rotating the neighboring plates in the package of plates relative to each other around the axis of the housing, while the neighboring means for swirling the flow have opposite spin direction.

Указанные отличительные признаки в известных технических решениях не обнаружены.These distinctive features in the known technical solutions are not found.

Предложенное устройство позволяет путем изменения положения пластин регулировать основные параметры потоков в аэраторе, а именно минимальное сечение потока и соотношение тангенциальной и осевой составляющей скорости потока в устройстве без переделки устройства или его частей, а выполнение средств для закручивания потоков в виде пакета пластин, концентрических относительно камеры, существенно уменьшает поперечные габариты устройства и упрощает его монтаж в систему трубопроводов.The proposed device allows by changing the position of the plates to control the main flow parameters in the aerator, namely the minimum flow cross section and the ratio of the tangential and axial components of the flow velocity in the device without altering the device or its parts, and the implementation of the means for swirling flows in the form of a package of plates concentric with respect to the camera , significantly reduces the transverse dimensions of the device and simplifies its installation in the piping system.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:The proposed utility model is illustrated by drawings, which depict:

на фиг. 1 - общий вид устройства для аэрации жидкости в разрезе;in FIG. 1 is a sectional view of an apparatus for aeration of a liquid;

на фиг. 2 - сечение А-А общего вида устройства;in FIG. 2 - section aa the General view of the device;

Предлагаемое устройство содержит (фиг. 1) корпус 1 с внутренней поверхностью в виде тела вращения, внутренняя полость которого одновременно служит и камерой для смешивания жидкости и газа. Внутри корпуса 1 установлены пакеты пластин 2 и 3, стянутые между собой фигурными шайбами 4 и 5 с помощью центрального обтекателя 6 и болта 7. Непосредственно к корпусу 1 пакеты пластин крепятся с помощью втулки 8 и резьбовой втулки 9. В месте контакта втулки 8 и резьбовой втулки 9, по крайней мере, на одном из их торцов нанесен микрорельеф, например, с помощью накатки. Для подачи газа к месту контакта втулки 8 и резьбовой втулки 9 в корпусе 1 выполнена кольцевая проточка 10 и установлен выполняющий роль патрубка для подачи газа штуцер 11. Для монтажа устройства в напорный трубопровод предназначены входной патрубок 12 и патрубок 13 для отвода газожидкостной смеси. Входной патрубок 12 выполнен съемным и крепится к корпусу 1 с помощью накидной гайки 14, а патрубок 13 для отвода газожидкостной смеси выполнен совместно с корпусом 1. Возможная форма пластин 2 и 3 изображена на фиг. 2 - по форме это шайбы, по наружному краю которых выполнены трапецеидальные окна 15 и 16 на пластинах 2 и 3 соответственно. Струеформирующие каналы образованы путем последовательного поворота соседних в пакете пластин с окнами друг относительно друга вокруг оси корпуса, при этом ориентация струеформирующих каналов, образованных окнами 15 и 16 должна обеспечивать противоположное направление закрутки концентрических потоков жидкостей относительно оси устройства. Аналогично можно сделать больше двух средств для закручивания потоков, но и при большем количестве концентрических потоков соседние средства для закручивания потоков должны иметь противоположное направление закрутки. Целесообразно шаг, на который сдвигаются края окон соседних пластины друг относительно друга, плавно увеличивать от входа к выходу, например, согласно арифметической или геометрической прогрессии. Изменение параметров прогрессии позволяет изменять соотношение тангенциальной и осевой составляющей скорости потока и минимальное сечение потока в струеформирующем канале. Устройство работает следующим образом.The proposed device comprises (Fig. 1) a housing 1 with an inner surface in the form of a body of revolution, the inner cavity of which simultaneously serves as a chamber for mixing liquid and gas. Inside the housing 1, packages of plates 2 and 3 are installed, tightened together by curly washers 4 and 5 with the help of a central fairing 6 and a bolt 7. Directly to the housing 1, the packages of plates are mounted using a sleeve 8 and a threaded sleeve 9. At the contact point of the sleeve 8 and the threaded bushings 9, at least one of their ends has a microrelief, for example, by knurling. To supply gas to the contact point of the sleeve 8 and the threaded sleeve 9 in the housing 1, an annular groove 10 is made and a pipe 11 acting as a pipe for supplying gas is installed. An inlet pipe 12 and a pipe 13 for discharging the gas-liquid mixture are intended for mounting the device in the pressure pipe. The inlet pipe 12 is removable and attached to the housing 1 with a union nut 14, and the pipe 13 for exhausting the gas-liquid mixture is made together with the housing 1. A possible shape of the plates 2 and 3 is shown in FIG. 2 - in shape these are washers, along the outer edge of which trapezoidal windows 15 and 16 are made on plates 2 and 3, respectively. The streamforming channels are formed by sequentially rotating plates adjacent to the stack with windows relative to each other around the axis of the housing, while the orientation of the streamforming channels formed by the windows 15 and 16 should provide the opposite direction of the swirl of the concentric fluid flows relative to the axis of the device. Similarly, you can make more than two means for swirling flows, but with a larger number of concentric flows, adjacent means for swirling flows must have the opposite direction of swirling. It is advisable to step at which the edges of the windows of adjacent plates are shifted relative to each other, gradually increase from entrance to exit, for example, according to arithmetic or geometric progression. Changing the parameters of the progression allows you to change the ratio of the tangential and axial components of the flow velocity and the minimum flow cross section in the jet forming channel. The device operates as follows.

Подвергаемую аэрации жидкость через подводящую трубу (не показана) под давлением подают через входной патрубок 12 внутрь корпуса 1. Одновременно через штуцер 11, кольцевую проточку 10 и микрорельеф на стыке втулки 8 и резьбовой втулки 9 внутрь корпуса 1 подают газ, пузырьки которого «срезаются» потоком жидкости и движутся вместе с жидкостью вблизи стенок корпуса 1. При движении внутри корпуса 1 поток плавно ускоряется из-за сужения потока с помощью центрального обтекателя 6 и фигурной шайбы 4. Далее поток разделяется на два концентрических потока с помощью струеформирующих каналов, образованных окнами 15 и 16 в пакетах тонких однотипных пластин 2 и 3. Наружный концентрический поток дополнительно ускоряется и получает вращение относительно оси устройства при прохождении жидкостей по струеформирующим каналам, образованным пакетом пластин 3, а внутренний концентрический поток также дополнительно ускоряется и получает вращение относительно оси устройства при прохождении жидкостей по струеформирующим каналам, образованным пакетом пластин 2, при этом наружный и внутренний концентрический поток получают противоположное направление закрутки. Пузырьки газа, движущиеся вместе с жидкостью вблизи стенок корпуса 1, попадают в наружный концентрический поток и измельчаются при взаимодействии со ступенчатыми стенками каналов, а более крупные пузырьки вследствие закрутки потока газа мигрируют во внутреннюю часть наружного потока. После прохождения струеформирующих каналов происходит слияние наружного и внутреннего концентрического потока, а так как эти потоки закручены в разные стороны, то на их границе образуются вихри и зоны больших касательных напряжений где и завершается разрушение пузырьков до микронных размеров.The aerated liquid is supplied under pressure through an inlet pipe (not shown) through an inlet pipe 12 into the housing 1. At the same time, gas is supplied through the nozzle 11, the annular groove 10 and the microrelief at the junction of the sleeve 8 and the threaded sleeve 9 into the housing 1, the bubbles of which are “cut off” the fluid flow and move together with the fluid near the walls of the housing 1. When moving inside the housing 1, the flow smoothly accelerates due to the narrowing of the flow using the central fairing 6 and the washer 4. Next, the flow is divided into two concentric flow and using the jet-forming channels formed by the windows 15 and 16 in packets of thin plates of the same type 2 and 3. The external concentric stream is additionally accelerated and receives rotation about the axis of the device when liquids pass through the jet-forming channels formed by the package of plates 3, and the internal concentric stream is also additionally accelerated and receives rotation about the axis of the device when passing liquids along the jet-forming channels formed by the package of plates 2, while the outer and inner concentrator cal stream is produced in the opposite direction of twist. Gas bubbles moving together with the liquid near the walls of the housing 1 fall into the external concentric stream and are crushed when interacting with the stepped walls of the channels, and larger bubbles migrate into the inner part of the external stream due to swirling of the gas stream. After the passage of the jet forming channels, the external and internal concentric flows merge, and since these flows are twisted in different directions, vortices and zones of high tangential stresses are formed on their boundary, where the destruction of the bubbles to micron sizes is completed.

Предложенная конструкция устройства для аэрации жидкости имеет небольшие поперечные габариты и легко встраивается в систему напорных трубопроводов. Небольшие поперечные размеры достигаются за счет создания в данном устройстве концентрических потоков, что позволяет исключить из конструкции тангенциальные подводы трубопроводов, которые существенно (в несколько раз) могут увеличить поперечные размеры устройства. А выполнение струеформирующих каналов из пакетов однотипных пластин с окнами, которые повернуты друг относительно друга относительно оси камеры, значительно снижает трудоемкость изготовления струеформирующих каналов, делает конструкцию технологичной и позволяет без изменения конструкции изменять конфигурацию струеформирующих каналов и, соответственно, основные параметры устройства, а именно минимальное сечение потока и соотношение тангенциальной и осевой составляющей скорости потока в устройстве. Это позволяет перенастраивать аэратор на оптимальный режим работы при изменении параметров потока жидкости.The proposed design of a device for aeration of liquid has a small transverse dimensions and is easily integrated into the pressure pipe system. Small transverse dimensions are achieved by creating concentric flows in this device, which eliminates the tangential inlet of pipelines from the design, which can significantly (several times) increase the transverse dimensions of the device. And the implementation of the jet-forming channels from packages of the same type of plates with windows that are rotated relative to each other relative to the camera axis, significantly reduces the complexity of manufacturing jet-forming channels, makes the design technologically advanced and allows you to change the configuration of the jet-forming channels and, accordingly, the main parameters of the device, namely the minimum the flow cross section and the ratio of the tangential and axial components of the flow velocity in the device. This allows you to reconfigure the aerator to the optimal operating mode when changing the parameters of the fluid flow.

Claims

A device for aeration of a liquid, comprising a housing with inlet nozzles for supplying liquid and gas to it under excess pressure and a nozzle for discharging a gas-liquid mixture, a chamber located in the housing in the form of a body of revolution for mixing liquid and gas with means for swirling the flow, characterized in that the means for swirling the flow are made in the form of a package of plates concentric with respect to the chamber and have jet-forming channels formed by the windows of the plates by successively turning the neighboring plates in the package astin relative to each other around the axis of the housing, while adjacent means for swirling the flow have the opposite direction of swirling the flow.