RU2150613C1

RU2150613C1 - Air-lift plant

Info

Publication number: RU2150613C1
Application number: RU98121185A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Викторов; Н.С. Кобелев
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1998-11-23
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: manufacture of pumps; air-lift plants for lifting liquids with solid inclusions; designing hydraulic transport facilities; water supply systems; water removal systems. SUBSTANCE: air-lift plant has vertical mixer with suction pipe line communicated with inclined rising pipe and inclined air line at angle no less than 100 deg relative to axis of mixer. Mixer is provided with nozzle fitted at its end; this nozzle has curvilinear helical grooves where compressed air is twisted under excessive pressure entrapping working medium through inlet branch pipe with inner curvilinear helical guides where working medium is twisted. Pipe line with risers and nozzles at the end is lowered in well from air separator. EFFECT: increased productivity due to more complete mixing of compressed air with working medium; reduced hydraulic resistance in mixer, suction pipe line and rising pipe. 2 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции эрлифтных установок для подъема жидкостей с твердыми включениями, и может быть использовано при проектировании систем гидротранспорта строительных материалов, водоснабжения, водоотведения городов, промышленных предприятий и сельскохозяйственных объектов. The invention relates to pump engineering, in particular to the design of airlift systems for lifting liquids with solid inclusions, and can be used in the design of hydrotransport systems for building materials, water supply, sanitation of cities, industrial enterprises and agricultural facilities.

Известна эрлифтная установка (см. Я.С.Суреньянц. Водяные скважины. - М.: МЖК, 1961, с. 124), содержащая насосно-компрессорную станцию, щит управления воздухом, ресивер, воздуховод, конденсаторный сборник, водоподъемную трубу, форсунку, воздушную трубу, сепаратор, водоприемный резервуар, сливную трубу. Known airlift installation (see Ya.S. Surenyants. Water wells. - M .: MZHK, 1961, p. 124), containing a pump-compressor station, an air control panel, a receiver, an air duct, a condenser collector, a water pipe, a nozzle, air pipe, separator, water intake tank, drain pipe.

Недостатком данной эрлифтной установки являются значительные энергозатраты из-за невозможности использования энергии поднимающейся эмульсии вследствие неполного смешения сжатого воздуха с водой. The disadvantage of this airlift installation is significant energy consumption due to the inability to use the energy of the rising emulsion due to incomplete mixing of compressed air with water.

Известна эрлифтная установка (см. а.с. N 781401, МКИ F 04 F 5/24, Бюл. N 43, 1980), содержащая вертикально установленный смеситель с всасывающим трубопроводом, сообщенный с наклонной подъемной трубой и наклонным воздуховодом под углом не менее 100^o к оси смесителя.Known airlift installation (see AS N 781401, MKI F 04 F 5/24, Bull. N 43, 1980), containing a vertically mounted mixer with a suction pipe, in communication with an inclined lifting pipe and an inclined duct at an angle of not less than 100 ^o to the axis of the mixer.

Недостатком данной эрлифтной установки являются значительные гидравлические сопротивления в установке из-за невозможности образования диспергированной водовоздушной эмульсии, приводящей к снижению ее производительности. The disadvantage of this airlift installation is significant hydraulic resistance in the installation due to the impossibility of the formation of a dispersed water-air emulsion, leading to a decrease in its productivity.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности эрлифтной установки за счет более полного смешивания сжатого воздуха с рабочей средой и снижения гидравлических сопротивлений в смесителе, во всасывающем трубопроводе, в подъемной трубе. The technical task of the invention is to increase the productivity of the air-lift installation due to a more complete mixing of compressed air with the working medium and lower hydraulic resistance in the mixer, in the suction pipe, in the lifting pipe.

Технический результат достигается тем, что в эрлифтной установке, содержащей вертикально установленный смеситель с всасывающим трубопроводом, сообщенным с наклонной подъемной трубой и наклонным воздуховодом под углом не менее 100^o к оси смесителя, на конце которого установлено сопло с криволинейными винтообразными канавками, в которых сжатый воздух закручивается под избыточным давлением, увлекая рабочую среду через входной патрубок с внутренними криволинейными винтообразными направляющими, в которых закручивается рабочая среда. При этом образуются эмульсия и гидросмесь, имеющая меньшую плотность, чем рабочая среда, и создают подъемную силу, величина которой возрастает за счет разности удельных плотностей эмульсии и рабочей среды, а также эффекта подсоса при совокупности работы смесителя, всасывающего трубопровода, входного патрубка и сопла, взаимодействие которых создает эффект водоструйного насоса и дефлектора. Подъемная сила возрастает также за счет увеличения температуры рабочей среды, отбирающей тепло от сжатого воздуха и образования адиабатического процесса, обеспечивающего эффект теплового насоса. Закручивание потоков в конусе и сопле обеспечивает максимальное смешение сжатого воздуха с рабочей средой и образование диспергированной во всем объеме смесителя эмульсии, при этом значительно снижаются гидравлические сопротивления в установке и повышается ее производительность.The technical result is achieved in that in an airlift installation containing a vertically mounted mixer with a suction pipe in communication with an inclined lifting pipe and an inclined duct at an angle of not less than 100 ^o to the axis of the mixer, at the end of which there is a nozzle with curved helical grooves in which compressed air twists under excess pressure, entraining the working medium through the inlet pipe with internal curved helical guides in which the working medium is twisted. In this case, an emulsion and a hydraulic mixture are formed, having a lower density than the working medium, and create a lifting force, the value of which increases due to the difference in the specific densities of the emulsion and the working medium, as well as the effect of suction during the combined operation of the mixer, suction pipe, inlet pipe and nozzle, the interaction of which creates the effect of a water-jet pump and deflector. The lifting force also increases due to an increase in the temperature of the working medium, which removes heat from compressed air and the formation of an adiabatic process that provides the effect of a heat pump. Twisting the flows in the cone and nozzle ensures maximum mixing of compressed air with the working medium and the formation of an emulsion dispersed throughout the mixer, while significantly reducing the hydraulic resistance in the installation and increasing its productivity.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемой эрлифтной установки, а на фиг. 2 - развертка внутренней поверхности входного патрубка с криволинейными винтообразными направляющими. In FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed airlift installation, and in FIG. 2 - scan of the inner surface of the inlet pipe with curved helical guides.

Эрлифтная установка содержит смеситель 1 с всасывающим трубопроводом 2, сообщенный с наклонной подъемной трубой 3 и наклонным воздуховодом 4, причем всасывающий трубопровод 2 и смеситель 1 установлены вертикально, а значение угла наклона между осью последнего и осью подъемной трусы 3 составляет величину не менее 100^o. На верхнем конце подъемной трубы 3 размещен воздухоотделитель 5, а на нижнем - входной патрубок 6, выполненный в виде суживающегося вверх усеченного конуса, на внутренней поверхности которого установлены криволинейные винтообразные направляющие 7, а на конце воздуховода 4 предусмотрено суживающееся сопло 8 с криволинейными винтообразными канавками 9. От воздухоотделителя 5 в рабочую среду 10, находящуюся в шахте 11, опущена спускная труба 12 отработанных вод с кольцевой трубой 13 со стояками 14 и насадками 15 на их конце.The airlift installation comprises a mixer 1 with a suction pipe 2 in communication with an inclined lifting pipe 3 and an inclined air duct 4, the suction pipe 2 and the mixer 1 being installed vertically, and the angle between the axis of the latter and the axis of the lifting pipe 3 is at least 100 ^° . At the upper end of the riser pipe 3 there is an air separator 5, and at the lower end there is an inlet pipe 6 made in the form of a tapering up truncated cone, on the inner surface of which curved screw guides 7 are installed, and at the end of the duct 4 a tapering nozzle 8 with curved helical grooves 9 is provided . From the air separator 5 into the working medium 10, located in the mine 11, the drain pipe 12 wastewater is omitted with an annular pipe 13 with risers 14 and nozzles 15 at their end.

Предлагаемая эрлифтная установка работает следующим образом. The proposed airlift installation operates as follows.

Сжатый воздух от компрессора через ресивер, щит управления по воздуховодам с конденсатоотводчиком (на фиг. не показаны) под избыточным давлением подают в смеситель 1, который служит для смешения сжатого воздуха с рабочей средой, в водоподъемную трубу 3 по всасывающему трубопроводу 2. В смеситель 1 подают сжатый воздух по воздуховоду 4 и образуется эмульсия. На верхнем конце воздуховода 4 размещен воздухоотделитель 5, который освобождает рабочую среду от сжатого воздуха, а на нижнем предусмотрен входной патрубок 6, выполненный в виде суживающегося вверх усеченного конуса, на внутренней поверхности которого установлены криволинейные винтообразные направляющие 7. Сжатый воздух при выходе из воздуховода 4 через сопло 8 с криволинейными винтообразными канавками 9 закручивается в них, увлекая рабочую среду 10 из шахты 11 во всасывающий трубопровод 2 через входной патрубок 6 с внутренними винтообразными направляющими 7, в которых закручивается рабочая среда 10. При этом образуется водовоздушная эмульсия и гидросмесь, увлекаемая вверх эмульсией за счет разности удельных плотностей эмульсии и рабочей среды 10, эффекта подсоса при совокупности действия смесителя 1, всасывающего трубопровода 2, входного патрубка 8 и сопла 9, взаимодействие которых создает эффект водоструйного насоса и дефлектора. Подъемная сила возрастает также за счет увеличения температуры рабочей среды 10 при контакте ее с теплым сжатым воздухом, образующим адиабатический процесс, обеспечивающим эффект теплового насоса. Закручивание потоков во входном патрубке 6 и сопле 9 создает наилучшие условия для смешивания сжатого воздуха с рабочей средой 10 и образования диспергированной во всем объеме смесителя 1 эмульсии и при этом значительно снижаются гидравлические сопротивления в установке, что приводит в свою очередь к повышению ее производительности. Compressed air from the compressor through the receiver, a control panel along the air ducts with a condensate drain (not shown in Fig.) Is supplied under pressure to the mixer 1, which serves to mix compressed air with the working medium, into the riser 3 through the suction pipe 2. Into the mixer 1 supply compressed air through the duct 4 and an emulsion is formed. At the upper end of the duct 4 there is an air separator 5, which frees the working medium from compressed air, and at the bottom there is an inlet pipe 6 made in the form of a tapering truncated cone, on the inner surface of which there are curved helical guides 7. Compressed air at the exit of the duct 4 through the nozzle 8 with curved helical grooves 9 is twisted into them, entraining the working medium 10 from the shaft 11 into the suction pipe 2 through the inlet pipe 6 with internal helical 7 guides, in which the working medium 10 is screwed. In this case, a water-air emulsion and a hydraulic mixture are formed, dragged upwards by the emulsion due to the difference in specific densities of the emulsion and the working medium 10, the effect of suction when the action of the mixer 1, the suction pipe 2, the inlet pipe 8 and the nozzle are combined 9, the interaction of which creates the effect of a water-jet pump and deflector. The lifting force also increases due to an increase in the temperature of the working medium 10 when it comes in contact with warm compressed air, forming an adiabatic process, providing the effect of a heat pump. The twisting of the flows in the inlet pipe 6 and the nozzle 9 creates the best conditions for mixing compressed air with the working medium 10 and the formation of an emulsion dispersed throughout the volume of the mixer 1, and at the same time the hydraulic resistance in the installation is significantly reduced, which in turn leads to an increase in its productivity.

Расположенный на верхнем конце подъемной трубы 3 воздухоотделитель 5 (сепаратор) отделяет воду, сливаемую обратно в шахту 11 по сливной трубе 12 через кольцо 13 со стояками 14, на конце которых установлены насадки 15. При применении напорного сепаратора воздух, отделяемый в воздухоотделителе 5 (сепараторе), повторно используется. Во внутренних криволинейных винтообразных направляющих 9 частицы твердой фазы, приобретая центробежно-вибрационную силу, расслаиваются и в зависимости от их массы классифицируются. Те частицы, которые имеют массу большую, чем подъемная сила для них, скатываются назад в шахту 11, но имея уже окатанную форму. Сброшенная с высоты отработанная вода по спускному трубопроводу 12, вытекая из кольцевой трубы 13, стояки 14 и через насадки 15, взрыхляет рабочую среду 10 и способствует созданию наилучших условий работы установки, перемещая рабочую среду 10 к входным отверстиям эрлифта. An air separator 5 (separator) located at the upper end of the riser 3 separates the water drained back to the shaft 11 through the drain pipe 12 through a ring 13 with risers 14 at the end of which nozzles 15 are installed. When using a pressure separator, the air separated in the air separator 5 (separator) ), reused. In the internal curved helical guides 9, the particles of the solid phase, acquiring a centrifugal-vibrational force, are stratified and classified depending on their mass. Those particles that have a mass greater than the lifting force for them roll back into the shaft 11, but having an already rounded shape. The wastewater discharged from a height through a drain pipe 12, flowing out of an annular pipe 13, risers 14 and through nozzles 15, loosens the working medium 10 and contributes to the creation of the best working conditions of the installation, moving the working medium 10 to the airlift inlets.

Закрутка потока в предусмотренных во внутренних криволинейных винтообразных направляющих способствует созданию эмульгированной среды и однородной гидросмеси и снижению гидравлического сопротивления в эрлифте, что повышает его производительность. The flow swirl in the spiral-shaped guides provided in the internal curved guides contributes to the creation of an emulsified medium and a homogeneous hydraulic mixture and a decrease in hydraulic resistance in the airlift, which increases its productivity.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в снижении гидравлических сопротивлений эрлифтной установки за счет обеспечения благоприятных гидроаэродинамических режимов работы путем применения спиралевидного движения смеси во внутренних криволинейных винтообразных направляющих. The originality of the proposed technical solution is to reduce the hydraulic resistance of the air-lift installation by providing favorable hydro-aerodynamic operating modes by applying the spiral motion of the mixture in the internal curved helical guides.

Claims

An airlift installation comprising a mixer with a suction pipe in communication with an inclined lifting pipe and an inclined air duct at an angle of at least 100 ^° to the axis of the mixer, characterized in that an inlet in the form of a truncated upwardly tapered cone with internal pipes is provided at the end of the suction pipe from the side of the hydraulic mixture curved helical guides, and a tapering nozzle with curved helical grooves is provided on the inlet of the duct, and from the air separator to the shaft a drain pipe with an annular pipe with risers and nozzles at their end is omitted.