RU225987U1

RU225987U1 - Статический газовый смеситель

Info

Publication number: RU225987U1
Application number: RU2024107705U
Authority: RU
Inventors: Сергей Константинович Осипов; Тимофей Петрович Карев; Анастасия Ивановна Губанова; Полина Витальевна Голосова; Мухаммад Мааз Шейх
Filing date: 2024-03-25
Publication date: 2024-05-15

Abstract

Полезная модель относится к области энергомашиностроения, может быть использована для смешения двух газовых сред и направлена на уменьшение гидравлических потерь при улучшении качества смешения компонентов. Известный статический газовый смеситель, содержащий смесительную камеру, окруженную кольцевым коллектором с двумя патрубками подвода подмешиваемого компонента, при этом к смесительной камере подключен смесительный трубопровод, снабжен дефлекторами, расположенными на входе в смесительную камеру и прикрепленными к стенке смесительной камеры с помощью перфорированных опор, при этом в кольцевом коллекторе выполнены отверстия, равномерно радиально расположенные по его поверхности для связи с объемом смесительной камеры, дефлекторы выполнены в виде двух соосных каналов, каждый из которых содержит участок в форме диффузора, расположенный в начале смесительной камеры, а также прямой участок, при этом длины диффузорного и прямого участков находятся в соотношении 3:1. Угол раскрытия диффузора рассчитывается как α - 7°, где α - угол расширения диаметра трубопровода до диаметра смесительной камеры. Перфорированные опоры выполнены в виде пластин с отверстиями по всей поверхности и установлены меньшей стороной в направлении потока. 8 ил.

Description

Полезная модель относится к области энергомашиностроения и может быть использована для смешения двух газовых сред. Также устройство может применяться в других отраслях промышленности, где необходимо осуществить процессы перемешивания, например в химической, нефтяной и металлургической промышленности.

Известны традиционные статически-трубчатые газовые смесители с разнообразной набивкой внутри трубы. Набивки представляют собой пластины с разными углами наклона и поворотами на 90°.

Главным недостатком такого вида смесителей является большое гидравлическое сопротивление, которое является источником дополнительных потерь энергии и скорости потока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является статический смеситель газов (авторское свидетельство SU 633574 A1, 25.11.1978, МПК B01F5/00), содержащий смесительную камеру, коллектор, выполненный кольцевым образом, размещенный вокруг камеры смешения и соединенный с ее объемом с помощью равномерно радиально расположенных сопел, и патрубок подвода подмешиваемого компонента. Внутри смесительной камеры установлены выравнивающие решетки, в начале камеры - конусообразная перфорированная решетка для разделения основного потока, а в конце - для обеспечения смешения компонентов и выравнивания их скоростей.

Основной недостаток данного технического решения заключается в высоком гидравлическом сопротивлении из-за использования перфорированных решеток, также данный смеситель не обеспечивает равномерного смешения, так как подмешиваемый компонент распространяется преимущественно в пристеночной зоне смесительного трубопровода.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение гидравлических потерь при улучшении качества смешения компонентов.

Технический результат заключается в снижении местного сопротивления и повышении равномерности распределения концентраций по поперечным сечениям трубопровода.

Это достигается тем, что известный статический газовый смеситель, содержащий смесительную камеру, окруженную кольцевым коллектором с двумя патрубками подвода подмешиваемого компонента, при этом к смесительной камере подключен смесительный трубопровод, снабжен дефлекторами, расположенными на входе в смесительную камеру, и прикрепленными к стенке смесительной камеры с помощью перфорированных опор, при этом в кольцевом коллекторе выполнены отверстия, равномерно радиально расположенные по его поверхности для связи с объемом смесительной камеры, дефлекторы выполнены в виде двух соосных каналов, каждый из которых содержит участок в форме диффузора, расположенный в начале смесительной камеры, а также прямой участок, при этом длины диффузорного и прямого участков находятся в соотношении 3:1. Угол раскрытия диффузора рассчитывается как α - 7°, где α - угол расширения диаметра трубопровода до диаметра смесительной камеры. Перфорированные опоры выполнены в виде пластин с отверстиями по всей поверхности и установлены меньшей стороной в направлении потока.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где

на фиг. 1 изображен продольный разрез статического газового смесителя;

на фиг. 2 представлено поперечное сечение статического газового смесителя в плоскости крепления дефлекторов;

на фиг. 3, 4 представлена эпюра распределения давлений в продольном сечении конструкции прототипа и предлагаемой полезной модели соответственно;

на фиг. 5, 6 представлены эпюры распределения концентраций компонентов в продольном сечении конструкции прототипа и в продольном сечении предлагаемой полезной модели соответственно для случая смешения CO₂ и O₂ (степень разбавления кислорода диоксидом углерода составляет 0,82);

на фиг. 7, 8 представлены эпюры распределения кислорода в поперечном сечении статического газового смесителя по длине смесительного трубопровода после смесительной камеры прототипа и предлагаемой полезной модели соответственно.

Статический газовый смеситель содержит смесительную камеру 1, окруженную кольцевым коллектором 2 с двумя патрубками подвода подмешиваемого компонента 3. В кольцевом коллекторе 2 выполнены отверстия 4, равномерно радиально расположенные по его поверхности для связи с объемом смесительной камеры 1.

К смесительной камере 1 подключен смесительный трубопровод 5.

На входе в смесительную камеру 1 расположены дефлекторы 6, прикрепленные к стенке смесительной камеры 1 с помощью перфорированных опор 7.

Дефлекторы 6 выполнены в виде двух соосных каналов, каждый из которых содержит участок в форме диффузора, расположенный в начале смесительной камеры 1, в ее расширяющейся части, которая образована переходом от диаметра основного трубопровода к диаметру смесительной камеры 1, а также прямой участок. При этом длины диффузорного и прямого участков находятся в соотношении 3:1. Угол раскрытия диффузора рассчитывается как α - 7°, где α - угол расширения диаметра трубопровода до диаметра смесительной камеры 1.

Перфорированные опоры 7 выполнены в виде металлических пластин небольшой ширины и малой толщины. Они имеют отверстия по всей поверхности (для создания наименьшего возмущения потока) и обращены к потоку наименьшей стороной (поток набегает по толщине пластины), для равномерного поддержания дефлекторов 6).

Статический газовый смеситель работает следующим образом.

Поток основного компонента поступает в смесительную камеру 1, проходя через дефлекторы 6, замедляясь и направляясь к периферии смесительной камеры 1. Подмешиваемый компонент поступает через патрубки подвода 3 в кольцевой коллектор 2, из которого попадает в смесительную камеру 1 сквозь радиально расположенные отверстия 4. Благодаря направлению основного компонента дефлекторами 6, подмешиваемый компонент не поджимается к стенке, а начинает смешиваться с потоком основного компонента уже сразу на выходе из отверстий 4. После смесительной камеры 1, смесь поступает в смесительный трубопровод 5, в котором на расстоянии 2-4 диаметра трубопровода происходит выравнивание скоростей и концентраций.

Анализ эпюр распределения давлений на фиг.3 и фиг.4 показывает, что наличие дефлекторов 6 в смесительной камере 1 предлагаемой полезной модели (а также за счет отсутствия перфорированной решетки по сравнению с прототипом) позволяет подавать компоненты под более низким давлением.

При рассмотрении эпюр распределения концентраций компонентов в конструкции прототипа видно, что поток подмешиваемого компонента поджимается к стенке трубопровода потоком основного компонента, и смешения не происходит (фиг.5). При установке дефлекторов 6, видно, что основной поток, направленный к периферии, начинает раньше смешиваться с подмешиваемым компонентом, поступающим из отверстий 4 в кольцевом коллекторе 2 (фиг.6).

На фиг. 7 и фиг. 8 заметно, что поле нулевой концентрации кислорода в конструкции прототипа сохраняется даже на расстоянии 14D основного трубопровода от выхода из смесительной камеры, что говорит о том, что основной компонент формирует ядро потока, не смешиваясь с кислородом, в то время как в предлагаемой полезной модели поле нулевой концентрации кислорода полностью исчезает уже на расстоянии 2-4D смесительного трубопровода от выхода из смесительной камеры, что говорит о том, что качество смешения улучшилось по сравнению с прототипом.

Экспериментально установлено, что отказ от перфорированной решетки (в сравнении с прототипом) привело к уменьшению гидравлических потерь в 33 раза.

Наличие двух патрубков подвода подмешиваемого компонента 3 обеспечивает его более равномерную подачу. Выполнение отверстий 4 в кольцевом коллекторе 2 (вместо сопел, соединяющих коллектор подмешиваемого компонента со смесительной камерой согласно устройству-прототипу), снизило потери энергии у подмешиваемого компонента.

Использование полезной модели позволяет уменьшить гидравлические потери потока в газовом смесителе за счет существенного снижения местного сопротивления и улучшить качество смешения компонентов за счет распределения концентраций по поперечным сечениям трубопровода вследствие снижения скорости основного потока, перенаправления его к отверстиям истечения подмешиваемого компонента, и осуществления процесса смешения в начале смесительной камеры.

Claims

1. Статический газовый смеситель, содержащий смесительную камеру, окруженную кольцевым коллектором с двумя патрубками подвода подмешиваемого компонента, при этом к смесительной камере подключен смесительный трубопровод, отличающийся тем, что он снабжен дефлекторами, расположенными на входе в смесительную камеру и прикрепленными к стенке смесительной камеры с помощью перфорированных опор, при этом в кольцевом коллекторе выполнены отверстия, равномерно радиально расположенные по его поверхности для связи с объемом смесительной камеры, дефлекторы выполнены в виде двух соосных каналов, каждый из которых содержит участок в форме диффузора, расположенный в начале смесительной камеры, а также прямой участок, при этом длины диффузорного и прямого участков находятся в соотношении 3:1.

2. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что угол раскрытия диффузора рассчитывается как α - 7°, где α - угол расширения диаметра трубопровода до диаметра смесительной камеры.

3. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что перфорированные опоры выполнены в виде пластин с отверстиями по всей поверхности и установлены меньшей стороной в направлении потока.