RU194134U1

RU194134U1 - Струйный насос

Info

Publication number: RU194134U1
Application number: RU2019128701U
Authority: RU
Inventors: Александр Аркадьевич Жарковский; Игорь Олегович Борщев; Дмитрий Геннадьевич Свобода; Евгений Александрович Иванов; Арсентий Сергеевич Клюев
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Полезная модель относится к области струйной техники, в частности к струйным насосам и может быть использована в системах аварийного и планового расхолаживания первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки для подачи в систему борной воды и охлаждения бассейна выдержки. Струйный насос, состоящий из рабочего сопла, приёмной камеры, цилиндрической камеры смешения и диффузора спроектирован таким образом, чтобы отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к диаметру рабочего сопла составляло от 2,5 до 2,7, отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к длине цилиндрической камеры смешения составляло от 0,15 до 0,12, отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к длине конфузорного участка на входе в цилиндрическую камеру смешения составляло от 0,37 до 0,25, отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к длине диффузора составляло от 0,063 до 0,060, отношение минимального диаметра цилиндрической камеры смешения к расстоянию от выходного сечения рабочего сопла до входного сечения в конфузорный участок на входе в цилиндрическую камеру смешения составляло от 3 до 3,2, угол раскрытия диффузора составлял 5°, угол сужения рабочего сопла составлял 14°. Технический результат — повышение кавитационных качеств и увеличение располагаемого расхода струйного насоса при сохранении технологичной формы элементов конструкции. При рабочем давлении 6,78 МПа, рабочем расходе 280 м/ч и противодавлении 1,44 МПа данный струйный насос может обеспечить расход на выходе, равный 615 м/ч. 1 ил., 1 табл.

Description

Полезная модель относится к области струйной техники, в частности, к струйным насосам и может быть использована в системах аварийного и планового расхолаживания первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки для подачи в систему раствора борной воды и охлаждения бассейна выдержки.

Струйные насосы широко распространены во многих областях техники и используются для перекачивания жидкостных сред, в том числе для подачи раствора борной воды в систему аварийного охлаждения активной зоны реактора атомной электростанции. Принципиальными особенностями струйных насосов являются увеличение давления инжектируемой среды без непосредственной затраты механической энергии при исключительной простоте конструкции, а также увеличение расхода при снижении противодавления на выходе из струйного насоса.

Известны струйные насосы, содержащие рабочее сопло, приёмную камеру, цилиндрическую камеру смешения и диффузор. В данных струйных насосах для определения размеров конструктивных элементов использованы зависимости этих размеров от перепада давления между рабочей средой, инжектируемой средой и смешанной средой. Однако, в процессе смешения сред в данном случае имеются большие потери энергии (см. Соколов Е. Н. и др. "Струйные аппараты", М, Энергия, 1970, с.209).

Также известен струйный насос, в котором благодаря выбранным соотношениям площадей минимального сечения цилиндрической камеры смешения и минимального сечения рабочего сопла, отношения расстояния от выходного сечения цилиндрической камеры смешения до выходного сечения рабочего сопла к диаметру минимального сечения цилиндрической камеры смешения потери энергии при смешении сред сведены к минимуму (патент РФ №2103561, F04F 5/02).

Однако, данный струйный насос имеет ограниченный диапазон применения, в частности, он не может использоваться в гидролиниях аварийных систем атомных электростанций.

Известны струйные насосы, предназначенные для систем теплоснабжения и регулирования температуры горячей воды в системах водяного отопления, содержащие корпус с цилиндрической камерой смешения, приёмную камеру, диффузор, рабочее сопло, в котором установлен регулятор расхода рабочей среды в виде дроссельной иглы (патент РФ №2452877, F04F 5/02 и патент РФ №2406883, F04F 5/02).

Наличие регулятора в виде дроссельной иглы усложняет конструкцию струйного насоса, и может привести к тому, что частицы растворенные в рабочей среде осаждаются на элементах регулирующего узла, не защищенных от воздействия рабочей среды, что приводит к дополнительным потерям энергии, а также к ухудшению надёжности струйного насоса, из чего следует ограниченность применения подобных конструкций в аварийных системах атомных электростанций.

Из известных конструкций наиболее близкой к предложенному струйному насосу является струйный насос, описанный в патенте РФ № 55440, F04F 5/02, который был выбран в качестве прототипа. Данный струйный насос содержит корпус с установленным в нём рабочим соплом, цилиндрическую камеру смешения, диффузор, приёмную камеру, в которой установлена крестовина, сцентрированная периферийными участками лопаток по внутренней поверхности корпуса струйного насоса, а наружная поверхность выходного участка рабочего сопла и ответная внутренняя часть поверхности корпуса струйного насоса выполнены нелинейными, выпукло-вогнутыми. Недостатком известного струйного насоса является невысокая производительность. Рекомендуемое в данном струйном насосе отношение расстояния от выходного сечения рабочего сопла до входного сечения диффузора к диаметру минимального сечения цилиндрической камеры смешения, которое определяет длину цилиндрической камеры смешения, при высоких значениях давления на входе в струйный насос не является оптимальным, поскольку при таком отношении длины цилиндрической камеры смешения недостаточно для выравнивания поля скоростей смешанного потока на выходе из цилиндрической камеры смешения до его поступления в диффузор. Неустановившийся профиль скорости в свою очередь увеличивает потери в процессе преобразования кинетической энергии в потенциальную. Кроме того, наличие дополнительных лопаток и вогнуто-выпуклых поверхностей деталей насоса усложняет конструкцию струйного насоса и технологию его изготовления.

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является обеспечение бескавитационной работы струйного насоса, в результате которой обеспечивается необходимый расход смешанной среды (более 615 м3/ч), подаваемой в систему аварийного охлаждения активной зоны реактора атомной электростанции, при работе этой системы в режимах планового и аварийного расхолаживания (при снижении противодавления на выходе из струйного насоса до 1,44 МПа и ниже) в диапазоне температур перекачиваемой среды от 20°С до 90°С.

Решение указанной технической проблемы достигается тем, что струйный насос, состоящий из рабочего сопла, приёмной камеры, цилиндрической камеры смешения и диффузора, проектируется таким образом, чтобы отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к диаметру рабочего сопла находилось в диапазоне от 2,5 до 2,7, отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к длине цилиндрической камеры смешения было в диапазоне от 0,15 до 0,12, отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к длине конфузорного участка на входе в камеру смешения было в диапазоне от 0,37 до 0,25, отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к длине диффузора было в диапазоне от 0,063 до 0,060, угол раскрытия диффузора составлял 5° и угол сужения рабочего сопла был равен 14°. Кроме того, поскольку расположение рабочего сопла относительно входа в камеру смешения значительно влияет на процесс перемешивания рабочей и инжектируемой жидкости, оптимальное значение отношения диаметра минимального сечения цилиндрической камеры смешения к расстоянию от выходного сечения рабочего сопла до входного сечения в конфузорный участок цилиндрической камеры смешения, исходя из которого можно определить положение рабочего сопла относительно цилиндрической камеры смешения, должно быть в диапазоне от 3 до 3,2.

Указанные соотношения геометрических параметров позволяют повысить кавитационные качества и увеличить располагаемый расход струйного насоса придерживаясь технологичных форм элементов конструкции. При рабочем давлении Pр на входе в рабочее сопло, равном 6,78 МПа, расходе рабочей среды Qр, равном 280 м3/ч и противодавлении на выходе из струйного насоса Pc, равном 1,44 МПа, данный струйный насос может обеспечить расход смешанной среды Qc на выходе более чем 615 м3/ч (см. таблицу 1).

Таблица 1. Результаты расчёта

Работа на холодной воде (Tводы = 20 °C)
Pc, МПа	1,58	1,48	1,46	1,44
Qc, м3/ч	536,3	604,1	616,3	631,5
Работа на горячей воде (Tводы = 90 °C)
Pc, МПа	1,58	1,48	1,46	1,44
Qc, м3/ч	536,3	604,1	616,3	624,3

Указанный технический результат достигается путем определения оптимального отношения диаметра цилиндрической камеры смешения d3 к диаметру рабочего сопла d1 , значение которого находится в диапазоне от 2,5 до 2,7, и определения основных геометрических размеров струйного насоса в зависимости от этого отношения: длина цилиндрической камеры смешения из отношения d3/lкс, значение которого находится в диапазоне от 0,15 до 0,12, длина конфузорного участка на входе в цилиндрическую камеру смешения из отношения d3/lк, значение которого находится в диапазоне от 0,37 до 0,25, длина диффузора из отношения d3/lд, значение которого находится в диапазоне от 0,063 до 0,060, расстояние от выходного сечения рабочего сопла до входа в конфузорный участок на входе в цилиндрическую камеру смешения из отношения d3/lск, значение которого находится в диапазоне от 3 до 3,2, а также определением оптимального угла раскрытия диффузора β_д, составляющего 5°, и угла сужения рабочего сопла β_с, равного 14°.

На прилагаемом к описанию чертеже представлена проточная часть струйного насоса, состоящая из рабочего сопла 1, приёмной камеры 2, цилиндрической камеры смешения 4 и диффузора 4.

Работа струйного насоса осуществляется следующим образом: потоки рабочей и инжектируемой сред через рабочее сопло 1 и приёмную камеру 2 соответственно поступают в камеру смешения 3, где происходит выравнивание скоростей, сопровождающееся повышением давления. Из камеры смешения поток поступает в диффузор 4, где происходит дальнейший рост давления. Давление смешанного потока на выходе из диффузора выше давления инжектируемого потока, поступающего в приёмную камеру.

Данный насос обеспечивает надёжную работу систем расхолаживания и охлаждения при работе в плановых и аварийных режимах – при давлении на входе более 6,78 МПа и до 1,44 МПа на выходе.

Claims

Струйный насос, состоящий из рабочего сопла, приёмной камеры, цилиндрической камеры смешения и диффузора, отличающийся тем, что отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к диаметру рабочего сопла составляет от 2,5 до 2,7, отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к длине цилиндрической камеры смешения составляет от 0,15 до 0,12, отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к длине конфузорного участка на входе в цилиндрическую камеру смешения составляет от 0,37 до 0,25, отношение диаметра цилиндрической камеры смешения к длине диффузора составляет от 0,063 до 0,060, отношение минимального диаметра цилиндрической камеры смешения к расстоянию от выходного сечения рабочего сопла до входного сечения в конфузорный участок на входе в цилиндрическую камеру смешения составляет от 3 до 3,2, угол раскрытия диффузора составляет 5°, угол сужения рабочего сопла составляет 14°.