RU2255796C2

RU2255796C2 - Mixing device

Info

Publication number: RU2255796C2
Application number: RU2003125631/15A
Authority: RU
Inventors: Д.Я. Носырев (RU); Д.Я. Носырев; Е.А. Скачкова (RU); Е.А. Скачкова; ков А.Д. Росл (RU); А.Д. Росляков
Original assignee: Самарская государственная академия путей сообщения (СамГАПС)
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-07-10
Also published as: RU2003125631A

Abstract

FIELD: preparation of homogeneous mixtures and multi-component gas mixtures and homogeneous emulsions in power plants and apparatus of chemical technology.

SUBSTANCE: proposed device has pressure pipe lines and split housing with holes. Housing is polyhedral and is provided with cylindrical twisting chamber located in its axis. Each face of housing has at least two groups of alternating tangential holes where pie unions-jets are mounted. These pipe unions-jets are connected with pressure pipe lines. Discharge pipe line is made in form of outlet pipe union-nozzle mounted coaxially in end face of chamber. Pipe unions-jet have several holes each which are located in planes parallel to axis of twisting chamber. Holes in adjacent pipe unions-jet are shifted in height by half pitch. Number of faces of housing is proportional to number of components being mixed; proportionality factor is more than or equal to 2.

EFFECT: enhanced efficiency of obtaining homogenous mixture; simplified construction; reduced power requirements.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области получения однородных смесей различных сред, в частности может быть использовано для получения многокомпонентных смесей газов и однородных эмульсий в энергетических установках и аппаратах химической технологии.The invention relates to the field of producing homogeneous mixtures of various media, in particular, can be used to obtain multicomponent mixtures of gases and homogeneous emulsions in power plants and chemical technology apparatus.

Известен эжекторный смеситель газов, содержащий приемную камеру с соплом питания, сообщенную с камерой смешения и диффузором, имеющую радиальный канал подсоса с перекрывающим его входное сечение регулирующим элементом и регулятор давления газа перед соплом питания, причем канал подсоса выполнен в виде калиброванного отверстия, а перекрывающий его элемент выполнен в виде съемной заглушки, при этом в стенке приемной камеры выполнены дополнительные радиальные калиброванные отверстия, снабженные заглушками [Патент РФ № 2075339. Эжекторный смеситель газов /Жуков Б.П., Кожухов И.В. и др. - Опубл.20.03.97, БИ № 8].A known ejector gas mixer comprising a receiving chamber with a power nozzle in communication with a mixing chamber and a diffuser, having a radial suction channel with a regulating element overlapping its inlet section and a gas pressure regulator in front of the power nozzle, the suction channel being made in the form of a calibrated hole and overlapping it the element is made in the form of a removable plug, with additional calibrated radial holes provided with plugs in the wall of the receiving chamber [RF Patent No. 2075339. Ejector with gas mixer / Zhukov B.P., Kozhukhov I.V. and others - Publ. 20.03.97, BI No. 8].

Недостатком этого устройства является низкая эффективность перемешивания сред, сложная конструкция, а также значительные энергозатраты.The disadvantage of this device is the low efficiency of mixing media, complex design, as well as significant energy consumption.

Известно также перемешивающее устройство, содержащее напорный трубопровод и стаканообразный корпус с отверстиями, причем корпус установлен на конце напорного трубопровода с возможностью вращения и состоит из двух стаканообразных частей, обращенных открытыми сторонами друг к другу, образуя одну полость, а отверстия, выполненные на цилиндрических элементах корпуса тангенциально к их внутренним поверхностям, имеют различное направление [Патент РФ № 2143945. Перемешивающее устройство /Горшков Г.М., Горшков М.Г. - Опубл. 10.01.2000, БИПМ №1 (прототип].Also known is a mixing device comprising a pressure pipe and a glass-like body with holes, the body being mounted rotatably at the end of the pressure pipe and consists of two glass-like parts facing the open sides to each other, forming one cavity, and the holes made on the cylindrical elements of the body tangentially to their inner surfaces, have a different direction [RF Patent No. 2143945. Mixing device / Gorshkov GM, Gorshkov MG - Publ. 01/10/2000, BIPM No. 1 (prototype].

Недостатком этого устройства также является низкая эффективность перемешивания сред и достаточно сложная конструкция.The disadvantage of this device is also the low efficiency of mixing media and a rather complicated design.

Техническим результатом является получение однородной многокомпонентной смеси газов или эмульсий с одновременным упрощением конструкции и сокращением энергозатрат.The technical result is to obtain a homogeneous multicomponent mixture of gases or emulsions while simplifying the design and reducing energy consumption.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом перемешивающем устройстве, содержащем напорные трубопроводы и разъемный корпус с отверстиями, корпус выполнен многогранным, по оси корпуса выполнена цилиндрическая камера закручивания, образованная внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, торцом корпуса и крышкой, закрепленной на корпусе, при этом на каждой грани корпуса выполнены не менее двух групп чередующихся тангенциально расположенных к внутренней цилиндрической поверхности корпуса отверстий, в которых установлены штуцеры-жиклеры, соединенные с напорными трубопроводами для подачи смешиваемых компонентов, а отводящий трубопровод выполнен в виде выходного штуцера-сопла и установлен по оси в торце корпуса, причем в штуцерах-жиклерах выполнено по несколько отверстий малого диаметра, расположенных в плоскостях, параллельных оси цилиндрической камеры закручивания, а по высоте отверстия малого диаметра в соседних штуцерах-жиклерах (в штуцерах-жиклерах на соседних гранях), смещены на половину шага. Корпус перемешивающего устройства выполнен с количеством граней, пропорциональным количеству перемешиваемых компонентов, при этом коэффициент пропорциональности больше или равен двум, что упрощает конструкцию устройства.The technical result is achieved by the fact that in the proposed mixing device containing pressure pipelines and a detachable housing with holes, the housing is multifaceted, along the axis of the housing there is a cylindrical twisting chamber formed by the inner cylindrical surface of the housing, the end of the housing and the lid mounted on the housing, while each face of the housing is made of at least two groups of alternating holes tangentially located to the inner cylindrical surface of the housing, in which nozzles-nozzles connected to pressure pipelines for supplying the components to be mixed, and the outlet pipe is made in the form of an outlet nozzle-nozzle and mounted axially at the end of the housing, and several nozzles made of nozzles made of small diameters located in planes parallel to the axis cylindrical twisting chamber, and the height of the holes of small diameter in adjacent nozzles-nozzles (in nozzles-nozzles on adjacent faces) are shifted by half a step. The housing of the mixing device is made with the number of faces proportional to the number of mixed components, while the proportionality coefficient is greater than or equal to two, which simplifies the design of the device.

Выполнение перемешивающего устройства в виде многогранного корпуса с цилиндрической камерой закручивания, тангенциально расположенными отверстиями на каждой грани корпуса со штуцерами-жиклерами в каждом отверстии, позволяет достичь технического результата, заключающегося в получении однородной многокомпонентной смеси газов или эмульсий за счет гидродинамического перемешивания потоков в закрученной системе, под действием сдвиговых напряжений и объемных сил инерции, с сокращением энергозатрат.The implementation of the mixing device in the form of a multifaceted body with a cylindrical swirl chamber, tangentially located holes on each face of the body with nozzles-nozzles in each hole, allows to achieve a technical result, which consists in obtaining a homogeneous multicomponent mixture of gases or emulsions due to hydrodynamic mixing of flows in a swirling system, under the action of shear stresses and bulk forces of inertia, with a reduction in energy consumption.

На фиг.1 приведен общий вид перемешивающего устройства, на фиг.2 - разрез перемешивающего устройства по А-А на фиг.1, а на фиг.3 - разрез перемешивающего устройства по Б-Б на фиг.1.Figure 1 shows a General view of the mixing device, figure 2 is a section of a mixing device according to aa in figure 1, and figure 3 is a section of a mixing device according to bb in figure 1.

Перемешивающее устройство содержит корпус 1, крышку 2, выходной штуцер-сопло 3, штуцеры-жиклеры для подачи топлива 4 и штуцеры-жиклеры для подачи воды 5 с отверстиями (условно не показаны), подсоединенные к напорным трубопроводам (условно не показаны), уплотнительные кольца 6, 7, 8 элементы крепления крышки 9, тангенциально расположенные отверстия 10, 11 и отверстия малого диаметра 12.The mixing device comprises a housing 1, a cover 2, an outlet nozzle-nozzle 3, nozzles-nozzles for supplying fuel 4 and nozzles-nozzles for supplying water 5 with holes (not shown conventionally) connected to pressure pipelines (not shown conventionally), o-rings 6, 7, 8, fastening elements of the cover 9, tangentially located holes 10, 11 and holes of small diameter 12.

Корпус 1 выполнен многогранным с количеством граней, пропорциональным количеству перемешиваемых компонентов, при этом коэффициент пропорциональности больше или равен двум. По оси корпуса 1 выполнена цилиндрическая камера закручивания, образованная внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, торцом корпуса и крышкой 2. На каждой грани корпуса 1 выполнены не менее двух групп чередующихся тангенциально расположенных к внутренней цилиндрической поверхности корпуса отверстий 10, 11, в которые установлены штуцеры-жиклеры 4 и 5 соответственно. В штуцерах-жиклерах 4 и 5 выполнено по несколько отверстий малого диаметра, расположенных в плоскостях, параллельных оси цилиндрической камеры закручивания, а по высоте отверстия малого диаметра в соседних штуцерах-жиклерах 4 и 5 (в штуцерах-жиклерах 4 и 5 на соседних гранях корпуса 1) смещены на половину шага. В штуцерах-жиклерах 4 одно из отверстий малого диаметра 12 для подачи топлива расположено на оси, в штуцерах-жиклерах 5 отверстия для подачи воды в сечение не попали, а потому условно не показаны.The housing 1 is made multifaceted with the number of faces proportional to the number of mixed components, while the proportionality coefficient is greater than or equal to two. A cylindrical twisting chamber is formed along the axis of the housing 1, formed by the inner cylindrical surface of the housing, the end of the housing and the cover 2. On each face of the housing 1 there are made at least two groups of openings 10, 11 tangentially located to the inner cylindrical surface of the housing, into which nozzles are installed 4 and 5, respectively. In nozzles-nozzles 4 and 5, several small-diameter holes are made, located in planes parallel to the axis of the cylindrical twisting chamber, and the height of the small-diameter holes in adjacent nozzles-nozzles 4 and 5 (in nozzles-nozzles 4 and 5 on adjacent faces of the housing 1) offset by half a step. In nozzles-nozzles 4, one of the holes of small diameter 12 for supplying fuel is located on the axis; in nozzles-nozzles 5, holes for supplying water to the section did not fall, and therefore are not shown conditionally.

Перемешивающее устройство работает следующим образом. Различные среды, например, топливо через штуцеры-жиклеры 4 с отверстиями малого диаметра 12 и вода через штуцеры-жиклеры 5 с отверстиями малого диаметра (условно не показаны), установленные в тангенциально расположенных отверстиях 10, 11, через уплотнительные шайбы 6, 7 через отверстия малого диаметра поступают из напорных трубопроводов в цилиндрическую камеру закручивания, образованную внутренней поверхностью корпуса 1, торцом корпуса и крышкой 2, соединенной с корпусом элементами крепления 9. При этом в штуцерах 4 и 5 выполнено по несколько отверстий малого диаметра (жиклеров), расположенных в плоскостях, параллельных оси цилиндрической камеры закручивания, а по высоте отверстия малого диаметра в соседних штуцерах 4 и 5 смещены на половину шага. В результате на цилиндрической поверхности камеры закручивания струи топлива и воды чередуются по высоте взаимодействуют друг с другом, образуя единый закрученный поток. При движении струй топлива в тангенциально расположенных отверстиях 10, 11 за счет эффекта эжекции возникает циркуляционное движение потока вокруг струй, которое дополнительно перемешивает потоки компонентов. В камере закручивания поток дополнительно перемешивается и на выходе из камеры закручивания в штуцере-сопле 3, установленном в торцевой стенке корпуса 1 через шайбу 8 получается однородный предварительно перемешанный поток водотопливной эмульсии. При перемешивании более двух компонентов различных сред корпус выполняется с количеством граней, пропорциональным количеству перемешиваемых компонентов, при этом коэффициент пропорциональности больше или равен двум.The mixing device operates as follows. Various media, for example, fuel through nozzles-nozzles 4 with small diameter holes 12 and water through nozzles-nozzles 5 with small diameter holes (not shown conditionally) installed in tangentially located holes 10, 11, through sealing washers 6, 7 through holes small diameter come from pressure pipelines into a cylindrical twisting chamber formed by the inner surface of the housing 1, the end face of the housing and the cover 2 connected to the housing by fasteners 9. Moreover, in the fittings 4 and 5, several from ERSTU small diameter (nozzles) arranged in planes parallel to the axis of twist of the cylindrical chamber, and the height of small diameter holes in the adjacent fittings 4 and 5 are shifted by half a pitch. As a result, on a cylindrical surface of the swirling chamber, jets of fuel and water alternate in height and interact with each other, forming a single swirling stream. When the jets of fuel move in the tangentially arranged openings 10, 11 due to the ejection effect, a circulation movement of the flow around the jets occurs, which additionally mixes the component flows. In the swirl chamber, the flow is additionally mixed and at the outlet of the swirl chamber in the nozzle-nozzle 3 installed in the end wall of the housing 1 through the washer 8, a homogeneous pre-mixed stream of water-fuel emulsion is obtained. When mixing more than two components of different environments, the body is made with the number of faces proportional to the number of components being mixed, while the proportionality coefficient is greater than or equal to two.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить степень однородности многокомпонентных смесей газов и эмульсий, снизить габариты и энергозатраты, повысить на 3-8% экономичность энергетических установок.The proposed design allows to increase the degree of homogeneity of multicomponent mixtures of gases and emulsions, reduce the size and energy consumption, increase the efficiency of power plants by 3-8%.

Claims

1. A mixing device containing pressure pipelines and a detachable housing with openings, characterized in that the housing is multifaceted, along the axis of the housing there is a cylindrical twisting chamber formed by the inner cylindrical surface of the housing, the housing end and a side cover fixed to the housing, each at least two groups of alternating tangentially arranged holes are made on the face of the housing, in which nozzles-nozzles are connected, connected to pressure pipelines, and discharge pipes the wire is made in the form of an outlet nozzle-nozzle and is mounted axially in the end of the chamber; several nozzles are made in the nozzles-nozzles located in planes parallel to the axis of the cylindrical twisting chamber; the holes are displaced by half the height of the holes in the adjacent nozzles-nozzles.

2. The mixing device according to claim 1, characterized in that the housing is made with the number of faces proportional to the number of components to be mixed, while the proportionality coefficient is greater than or equal to two.