RU2176037C1

RU2176037C1 - Air lift plant installation

Info

Publication number: RU2176037C1
Application number: RU2000106878A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Викторов; Н.С. Кобелев
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2001-11-20

Abstract

FIELD: pump engineering, air lift installation for lifting the fluids containing solid particles. SUBSTANCE: air lift installation contains mixer provided with suction pipe-line connected with inclined lifting pipe and inclined air duct at an angle not less than 100 deg to the mixer axis. The air duct is inside the lifting pipe and provided with injector on its end. The injector is provided with expanding nozzles which are tangentially arranged by layers form top to bottom of the injector. The internal surface of the nozzles are provided with spiral grooves. The mixer is made of hyperboloid of revolution of the first type and cycloidal guides. The bottom part of the mixer is overturned truncated cone provided with bristle made of grinder. The cone is connected to the suction pipe-line made of conical nozzles provided with internal curvilinear helix grooves. EFFECT: enhanced efficiency of the air lift installation via more total mixing of the compressed air with the working fluid and reducing pressure loss of the installation. 3 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению, в частности к конструкции эрлифтных установок для подъема жидкости с твердыми включениями, и может быть использовано при проектировании систем гидротранспорта строительных материалов, водоснабжения и 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 hydraulic systems for building materials, water supply and sanitation of cities, industrial enterprises and agricultural facilities.

Известна эрлифтная установка (см. Я.С.Суренянц. Водяные скважины. - М.: ЖКХ, 1961. С. 124), содержащая насосно-компрессорную станцию, ресивер, воздуховод, конденсаторный сборник, водоподъемную трубу, форсунку, воздушную трубу, сепаратор, водоприемный резервуар, сливную трубу. Known airlift installation (see Ya.S. Surenyants. Water wells. - M .: housing and communal services, 1961. S. 124), containing a pumping station, receiver, duct, condenser collector, water pipe, 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 5/25, Бюл. N 43, 1980), содержащая 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.with. N 781401, MKI F 04 F 5/25, Bull. N 43, 1980) containing the installed 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, что приводит 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, which leads to a decrease in its productivity.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности эрлифтной установки за счет более полного смешения сжатого воздуха с рабочей средой и снижения гидравлических сопротивлений в системе, во всасывающем трубопроводе, в подъемной трубе путем размещения внутри подъемной трубы воздуховода, на конце которого предусмотрена форсунка с ярусно по высоте тангенциально расположенными расширяющимися насадками со спиралевидными канавками на внутренней поверхности, а смеситель выполнен в виде гиперболоида вращения первого рода с циклоидальными направляющими, нижняя часть которого представляет собой опрокинутый усеченный конус со щетиной в виде терки, переходящий во всасывающий трубопровод, выполненный в виде суживающейся насадки с внутренними криволинейными спиралевидными канавками. The technical task of the invention is to increase the performance of the air-lift installation due to a more complete mixture of compressed air with the working medium and lower hydraulic resistance in the system, in the suction pipe, in the riser by placing an air duct inside the riser, at the end of which there is a nozzle with a tangential height in tiers located expanding nozzles with spiral grooves on the inner surface, and the mixer is made in the form of a rotational hyperboloid of the first kind with cycloidal guides, the lower part of which is an overturned truncated cone with a bristle in the form of a grater, passing into the suction pipe, made in the form of a tapering nozzle with internal curved spiral grooves.

Технический результат достигается тем, что эрлифтная установка, содержащая смеситель с всасывающим трубопроводом, сообщенный с наклонной подъемной трубой и наклонным воздуховодом под углом не менее 100^o к оси смесителя, имеет внутри подъемной трубы воздуховод, на конце которого предусмотрена форсунка с ярусно по высоте тангенциально расположенными расширяющимися насадками со спиралевидными канавками на внутренней поверхности, а смеситель выполнен в виде гиперболоида вращения первого рода циклоидальными направляющими, нижняя часть которого представляет собой опрокинутый усеченный конус со щетиной в виде терки, переходящий во всасывающий трубопровод, выполненный в виде суживающейся насадки с внутренними криволинейными спиралевидными канавками.The technical result is achieved in that the 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 not less than 100 ^° to the axis of the mixer has an air duct inside the lifting pipe at the end of which there is an nozzle with a tangentially arranged tier in height expanding nozzles with spiral grooves on the inner surface, and the mixer is made in the form of a hyperboloid of rotation of the first kind by cycloidal guides, the lower part to torogo represents an overturned truncated cone with bristles as graters, rolling into the suction pipe constructed as a tapered nozzle with internal curved helical grooves.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемой эрлифтной установки, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, а на фиг. 3 - развертка внутренней поверхности всасывающего трубопровода с внутренними криволинейными спиралевидными канавками. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed airlift installation, in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1, and in FIG. 3 - scan of the inner surface of the suction pipe with internal curved spiral grooves.

Эрлифтная установка содержит смеситель 1 с всасывающим трубопроводом 2, сообщенный с наклонной подъемной трубой 3 и наклонным воздуховодом 4 внутри нее, причем всасывающий трубопровод 2 и смеситель 1 установлены вертикально, а величина угла наклона между осью последнего и осью подъемной трубы 3 составляет не менее 100^o. На верхнем конце подъемной трубы 3 размещен воздухоотделитель 5, а на нижнем конце наклонного воздуховода 4 - форсунка 6 с ярусно по высоте тангенциально расположенными расширяющимися насадками 7 со спиралевидными канавками 8 на внутренней поверхности. Смеситель 1 выполнен в виде гиперболоида 9 вращения первого рода с циклоидальными направляющими 10, нижняя часть которого представляет собой опрокинутый усеченный конус 11 со штырями 12 в виде терки, переходящий во всасывающий трубопровод 2, выполненный в виде суживающейся насадки с внутренними криволинейными спиралевидными канавками 13.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 inside it, the suction pipe 2 and the mixer 1 being installed vertically, and the angle of inclination 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 of the inclined air duct 4, there is a nozzle 6 with tangentially arranged vertically expanding nozzles 7 with spiral grooves 8 on the inner surface. The mixer 1 is made in the form of a hyperboloid 9 of rotation of the first kind with cycloidal guides 10, the lower part of which is an overturned truncated cone 11 with pins 12 in the form of a grater, passing into the suction pipe 2, made in the form of a tapering nozzle with internal curved spiral grooves 13.

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

Сжатый воздух от компрессора через ресивер, щит управления по воздуховодам с конденсаторным сборником (на фиг. не показаны) под избыточным давлением подают по воздуховоду 4 в смеситель 1 через форсунку 6 и ярусно по высоте тангенциально расположенные расширяющиеся насадки 7 со спиралевидными канавками 8 на их внутренней поверхности, в которых сжатый воздух закручивается и при тангенциальном выходе приобретает центробежные силы и интенсивно смешивается с рабочей средой, находящейся в подъемной трубе 3, заполненной по закону сообщающихся сосудов. Под действием избыточного давления сжатого воздуха рабочая среда начинает поступать по всасывающему трубопроводу 2 с внутренними спиралевидными канавками 13, в которых закручивается, дополнительно смешиваясь с сжатым воздухом, в подъемную трубу 3. Всасывающий трубопровод 2, выполненный в виде суживающейся насадки по высоте, имеет минимальные гидравлические сопротивления и потери напора. Снижение гидравлического сопротивления связано также с геометрическими параметрами всасывающего трубопровода 2, а именно ее формой и длиной его. Криволинейные спиралевидные канавки 13 создают волновое движение жидкой фазы, благоприятно действующие на дополнительное смешивание сжатого воздуха с рабочей средой с твердыми включениями в динамическом режиме и подсос рабочей среды из зумпфа. На стыке всасывающего трубопровода 2 и нижней части смесителя 1, выполненного в виде опрокинутого усеченного конуса 11 со штырями 12 в виде терки, способствующей столкновению различных фаз, вследствие чего возникает гидравлический прыжок, вызывающий измельчение пузырьков, их перемешивание до получения окончательной и полной диспергированной эмульсии, образование которой завершается в циклоидальных направляющих 10 гиперболоида 9 вращения первого рода. Кроме того, форма смесителя 1 в виде гиперболоида 9 вращения первого рода с циклоидальными направляющими 10 обеспечивает оптимальный гидравлический режим с наименьшими гидравлическими сопротивлениями и потерями напора. Образующаяся водовоздушная смесь с твердыми включениями увлекается вверх эмульсией за счет разности плотностей эмульсии и рабочей среды, эффекта подсоса при совокупности действия смесителя 1, форсунки 6, всасывающего трубопровода 2, взаимодействие которых создает эффект водоструйного насоса и дефлектора. Подъемная сила рабочей среды возникает также за счет роста ее температуры при контакте с теплым сжатым воздухом, образующим адиабатический процесс, обеспечивающий эффект теплового насоса. Снижение гидравлических сопротивлений и потерь напора за счет оригинальной формы взаимодействующих элементов эрлифтной установки создает оптимальный режим движения рабочей среды и значительно повышает ее производительность по сравнению с прототипом. Compressed air from the compressor through the receiver, a control panel along the ducts with a condenser collector (not shown in Fig.) Is fed under pressure through the duct 4 to the mixer 1 through the nozzle 6 and the tangentially located expanding nozzles 7 with spiral grooves 8 on their inner level surfaces in which compressed air swirls and acquires centrifugal forces at a tangential exit and is intensively mixed with the working medium located in the lifting pipe 3, filled according to the law with ships. Under the influence of excess pressure of compressed air, the working medium begins to flow through the suction pipe 2 with internal spiral grooves 13, in which it is twisted, additionally mixed with compressed air, into the lifting pipe 3. The suction pipe 2, made in the form of a tapering nozzle in height, has minimal hydraulic resistance and pressure loss. The decrease in hydraulic resistance is also associated with the geometric parameters of the suction pipe 2, namely its shape and its length. Curved spiral grooves 13 create a wave motion of the liquid phase, favorably acting on additional mixing of compressed air with a working medium with solid inclusions in dynamic mode and suction of the working medium from the sump. At the junction of the suction pipe 2 and the lower part of the mixer 1, made in the form of an overturned truncated cone 11 with pins 12 in the form of a grater, which facilitates the collision of various phases, as a result of which there is a hydraulic jump, causing the bubbles to grind, mixing them to obtain the final and complete dispersed emulsion, the formation of which is completed in the cycloidal guides 10 of the hyperboloid 9 of the rotation of the first kind. In addition, the shape of the mixer 1 in the form of a hyperboloid 9 of rotation of the first kind with cycloidal guides 10 provides an optimal hydraulic mode with the least hydraulic resistance and pressure loss. The resulting water-air mixture with solid inclusions is carried upward by the emulsion due to the difference in the density of the emulsion and the working medium, the effect of suction during the combination of the action of the mixer 1, nozzle 6, suction pipe 2, the interaction of which creates the effect of a water-jet pump and deflector. The lifting force of the working medium also arises due to an increase in its temperature upon contact with warm compressed air, forming an adiabatic process that provides the effect of a heat pump. The decrease in hydraulic resistance and pressure loss due to the original form of the interacting elements of the air-lift installation creates the optimal mode of movement of the working medium and significantly increases its productivity compared to the prototype.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в снижении гидравлических сопротивлений и потерь напора, а также в повышении производительности эрлифтной установки за счет использования совместной закрутки при движении вверх рабочей среды, водовоздушной смеси с твердыми включениями и эмульсии и за счет эффекта адиабатического сжатия воздуха, создающего подсос всей массы рабочей среды, являющейся многофазной. The originality of the proposed technical solution is to reduce hydraulic resistance and pressure losses, as well as to increase the productivity of the air-lift installation due to the use of joint swirling when moving up the working medium, air-water mixture with solid inclusions and emulsions and due to the effect of adiabatic air compression, which creates a suction of the whole mass multi-phase working environment.

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 air duct is placed inside the lifting pipe, at the end of which an nozzle is provided with a tier in height with tangentially arranged expanding nozzles with spiral grooves on the inner surface, and the mixer is made in the form of a hyperboloid of rotation of the first kind with cycloidal guides, the lower part of which is It wishes to set up an overturned truncated cone with bristles as graters, rolling into the suction pipe constructed as a tapered nozzle with internal curved helical grooves.