RU2588903C1

RU2588903C1 - Reversing working chamber of ejector "funnel"

Info

Publication number: RU2588903C1
Application number: RU2015110015/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Федорович Маковецкий
Original assignee: Анатолий Федорович Маковецкий
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-07-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to class of jet pumps. Toroidal vessel 1 has two shaped branch pipes 4 and 7 coaxial to it to create axial clearance between them. Active fluid medium enters vessel 1 with help of two independent supply devices, part of one of them are feed unions 3 equally spaced in circle, each of feed unions has shaped active nozzle 2. Second supply device has feed unions 5 equally spaced in circle, each feed union has shaped active nozzle 6.

EFFECT: improved energy characteristics of jet pumps.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к классу струйных насосов, его целью является улучшение энергетических характеристик указанных устройств, подробно описанных в источнике Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты, Энергоатомиздат, 1989, с. 266-274.The invention relates to the class of jet pumps, its purpose is to improve the energy characteristics of these devices, described in detail in the source Sokolov E.Ya., Singer N.M. Inkjet Apparatus, Energoatomizdat, 1989, p. 266-274.

Известен относящийся к струйной технике ВИХРЕВОЙ ЭЖЕКТОР (авторское свидетельство SU №1333866 А1, класс F04F 5/42 от 03.01.86), содержащий камеру завихрения с центральным пассивным и кольцевым активным соплами, камеру смешения и диффузор. В активном сопле расположены закручивающие элементы. С целью повышения коэффициента эжекции на наружной поверхности пассивного сопла выполнена винтовая нарезка, выполняющая функции закручивающих элементов.Known related to inkjet technology VORTEX EJECTOR (copyright certificate SU No. 1333866 A1, class F04F 5/42 from 01/03/86), containing a swirl chamber with central passive and annular active nozzles, a mixing chamber and a diffuser. In the active nozzle are twisting elements. In order to increase the ejection coefficient on the outer surface of the passive nozzle, screw cutting was performed, which performs the functions of twisting elements.

Известен предназначенный к использованию в химической, нефтехимической и других отраслях ВИХРЕВОЙ СТРУЙНЫЙ АППАРАТ (патент RU №2076250 С1, класс 6 F04F 5/42 от 29.04.94), состоящий из нескольких разъемных и/или неразъемных цилиндрических секций, содержащих приемную камеру, кольцевое профилированное активное сопло и тангенциальный вводной штуцер. Активные сопла могут быть снабжены направляющими или проточками, или профилированными лопатками, например лопатками типа паровых и газовых лопаток.Known intended for use in the chemical, petrochemical and other industries VORTEX JET EQUIPMENT (patent RU No. 2076250 C1, class 6 F04F 5/42 from 04.29.94), consisting of several detachable and / or one-piece cylindrical sections containing a receiving chamber, annular shaped active nozzle and tangential inlet fitting. Active nozzles may be provided with guides or grooves, or profiled blades, for example blades such as steam and gas blades.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Предлагаемое изобретение относится к наиболее важному рабочему органу струйного насоса, создающему поток активной текучей среды, от параметров которого (величина и направление вектора скорости, температура активной среды и др.) зависит эффективность воздействия на пассивную текучую среду. Предлагается воздействовать на величину и направление вектора скорости потока активной текучей среды с помощью рабочей камеры, состоящей из тороидального сосуда, имеющего два соосных ему профилированных патрубка, выполненных с возможностью создания осевого зазора между ними.The present invention relates to the most important working body of a jet pump, creating a flow of active fluid, the effectiveness of exposure to a passive fluid depends on the parameters of which (the magnitude and direction of the velocity vector, temperature of the active medium, etc.). It is proposed to influence the magnitude and direction of the active fluid flow velocity vector using a working chamber consisting of a toroidal vessel having two profiled nozzles aligned with it and configured to create an axial clearance between them.

Наружная поверхность патрубка, предназначенного для подвода к рабочей камере потока пассивной текучей среды, имеет цилиндрическую проточку, обеспечивающую соосность патрубка с тороидальным сосудом, а также участок плавного сопряжения с внутренней поверхностью тороидального сосуда. Внутренняя поверхность указанного патрубка представляет собой конфузор в виде боковой поверхности усеченного прямого кругового конуса, меньшее основание которого расположено ближе к плоскости симметрии тороидальной поверхности. Плоскость симметрии тороидальной поверхности перпендикулярна оси сосуда.The outer surface of the pipe, designed to supply a passive fluid flow to the working chamber, has a cylindrical groove, ensuring the pipe is aligned with the toroidal vessel, as well as a smooth interface with the inner surface of the toroidal vessel. The inner surface of the specified pipe is a confuser in the form of a lateral surface of a truncated straight circular cone, the smaller base of which is located closer to the plane of symmetry of the toroidal surface. The symmetry plane of the toroidal surface is perpendicular to the axis of the vessel.

Наружная поверхность патрубка, предназначенного для отвода от рабочей камеры суммарного потока пассивной и активной текучих сред, имеет цилиндрическую проточку, обеспечивающую соосность патрубка с тороидальным сосудом, а также участок плавного сопряжения с внутренней поверхностью тороидального сосуда. Внутренняя поверхность указанного патрубка представляет собой диффузор в виде боковой поверхности усеченного прямого кругового конуса, меньшее основание которого расположено ближе к плоскости симметрии тороидальной поверхности.The outer surface of the pipe, designed to divert the total flow of passive and active fluids from the working chamber, has a cylindrical groove that ensures the pipe is aligned with the toroidal vessel, as well as a smooth interface with the inner surface of the toroidal vessel. The inner surface of the specified pipe is a diffuser in the form of a lateral surface of a truncated straight circular cone, the smaller base of which is located closer to the plane of symmetry of the toroidal surface.

Тороидальный сосуд предназначен для формирования потока активной текучей среды, поступающей в него при помощи двух независимых устройств подачи, которые не включаются одновременно, поскольку подают в тороидальный сосуд встречные потоки активной текучей среды. Каждое из двух независимых устройств подачи имеет в своем составе штуцеры подвода активной текучей среды, расположенные равномерно по окружности. Каждый штуцер подвода снабжен профилированным активным соплом, создающим струю активной текучей среды.The toroidal vessel is designed to form a flow of active fluid entering it using two independent supply devices that are not turned on at the same time, since countercurrent flows of active fluid are fed into the toroidal vessel. Each of the two independent supply devices incorporates active fluid supply fittings that are evenly spaced around the circumference. Each supply nozzle is equipped with a profiled active nozzle, creating a jet of active fluid.

Ось профилированного активного сопла располагается в меридианной плоскости так, что вектор скорости струи активной текучей среды направлен по касательной к внутреннему контуру сечения тороидального сосуда меридианной плоскостью. В этом случае в осевом зазоре между патрубками тороидального сосуда создается осесимметричный двумерный поток активной среды, вектор скорости которого имеет осевую и радиальную составляющие.The axis of the profiled active nozzle is located in the meridian plane so that the velocity vector of the jet of active fluid is directed tangentially to the inner contour of the cross section of the toroidal vessel by the meridian plane. In this case, in the axial clearance between the nozzles of the toroidal vessel, an axisymmetric two-dimensional flow of the active medium is created, the velocity vector of which has axial and radial components.

Для получения трехмерного потока в осевом зазоре между патрубками тороидального сосуда профилированное активное сопло необходимо расположить в наклонной плоскости, образующей с меридианной плоскостью сосуда острый двугранный угол, ребром которого является линия пересечения плоскости симметрии тороидальной поверхности с меридианной плоскостью сосуда. При этом вектор скорости струи активной текучей среды следует направить по касательной к внутреннему контуру сечения тороидального сосуда указанной наклонной плоскостью.To obtain a three-dimensional flow in the axial clearance between the nozzles of the toroidal vessel, the shaped active nozzle must be located in an inclined plane that forms an acute dihedral angle with the meridian plane of the vessel, the edge of which is the line of intersection of the plane of symmetry of the toroidal surface with the meridian plane of the vessel. In this case, the jet velocity vector of the active fluid should be directed tangentially to the inner contour of the cross section of the toroidal vessel by the indicated inclined plane.

Суммарное приращение кинетической энергии потока пассивной текучей среды можно увеличить путем использования многоступенчатой реверсивной рабочей камеры, тороидальные сосуды которой собраны в единую конструкцию при помощи профилированных соосных патрубков, предназначенных для подвода и отвода текучей среды на каждой ступени воздействия активной текучей среды на пассивный поток. Соосность тороидальных сосудов обеспечивается соответствующими цилиндрическими проточками на наружных поверхностях патрубков, безотрывность обтекания обеспечивается наличием участков плавного сопряжения наружных поверхностей патрубков с внутренними поверхностями соответствующих тороидальных сосудов. Рабочий режим каждого из устройств подачи активной текучей среды в любой из тороидальных сосудов может быть подобран отдельно для каждой ступени в зависимости от потребности.The total increment of the kinetic energy of the passive fluid flow can be increased by using a multi-stage reversible working chamber, the toroidal vessels of which are assembled in a single structure using profiled coaxial nozzles designed for supplying and discharging fluid at each stage of the action of the active fluid on the passive flow. The coaxiality of the toroidal vessels is ensured by the corresponding cylindrical grooves on the outer surfaces of the nozzles; The operating mode of each of the active fluid supply devices to any of the toroidal vessels can be selected separately for each stage, depending on the need.

КОНСТРУКЦИЯ РЕВЕРСИВНОЙ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ ЭЖЕКТОРА «ВОРОНКА»DESIGN OF THE REVERSE WORKING CAMERA OF THE “EASTER” EJECTOR

Конструкция рабочей камеры схематически изображена на чертеже фиг. 1. Тороидальный сосуд собран из симметричных частей 1, имеет два соосных ему профилированных патрубка 4 и 7, выполненных с возможностью создания осевого зазора между торцевыми сечениями указанных патрубков.The design of the working chamber is shown schematically in the drawing of FIG. 1. The toroidal vessel is assembled from symmetrical parts 1, has two profiled nozzles 4 and 7 coaxial to it, configured to create an axial clearance between the end sections of these nozzles.

Патрубок 7 предназначен для подвода к рабочей камере потока пассивной текучей среды. Его наружная поверхность имеет цилиндрическую проточку, обеспечивающую соосность патрубка с тороидальным сосудом, а также участок плавного сопряжения с внутренней поверхностью тороидального сосуда. Внутренняя поверхность указанного патрубка представляет собой конфузор в виде боковой поверхности усеченного прямого кругового конуса, меньшее основание которого расположено ближе к плоскости симметрии тороидальной поверхности. Плоскость симметрии тороидальной поверхности перпендикулярна оси сосуда.The pipe 7 is designed to supply a passive fluid flow to the working chamber. Its outer surface has a cylindrical groove, ensuring the alignment of the pipe with the toroidal vessel, as well as a smooth interface with the inner surface of the toroidal vessel. The inner surface of the specified pipe is a confuser in the form of a lateral surface of a truncated straight circular cone, the smaller base of which is located closer to the plane of symmetry of the toroidal surface. The symmetry plane of the toroidal surface is perpendicular to the axis of the vessel.

Патрубок 4 предназначен для отвода от рабочей камеры суммарного потока пассивной и активной текучих сред. Его наружная поверхность имеет цилиндрическую проточку, обеспечивающую соосность патрубка с тороидальным сосудом, а также участок плавного сопряжения с внутренней поверхностью тороидального сосуда. Внутренняя поверхность указанного патрубка представляет собой диффузор в виде боковой поверхности усеченного прямого кругового конуса, меньшее основание которого расположено ближе к плоскости симметрии тороидальной поверхности.The pipe 4 is designed to divert the total flow of passive and active fluids from the working chamber. Its outer surface has a cylindrical groove, ensuring the alignment of the pipe with the toroidal vessel, as well as a smooth interface with the inner surface of the toroidal vessel. The inner surface of the specified pipe is a diffuser in the form of a lateral surface of a truncated straight circular cone, the smaller base of which is located closer to the plane of symmetry of the toroidal surface.

Активная текучая среда поступает в сосуд 1 с помощью двух независимых устройств подачи, в состав одного из них входят расположенные равномерно по окружности штуцеры подачи 3, каждый штуцер снабжен профилированным активным соплом 2. В состав второго устройства подачи входят расположенные равномерно по окружности штуцеры подачи 5, каждый штуцер снабжен профилированным активным соплом 6.The active fluid enters the vessel 1 using two independent supply devices, one of them includes feed nozzles 3 arranged uniformly around the circumference, each nozzle is equipped with a profiled active nozzle 2. The second supply device includes feed nozzles 5 uniformly arranged around the circumference, each fitting is equipped with a profiled active nozzle 6.

В установившемся режиме работы реверсивной камеры включено только одно из устройств подачи активной текучей среды, второе устройство подачи активной текучей среды выключено. То есть, для перемещения текучей среды от наружного сечения конфузорной поверхности патрубка 7 к осевому зазору между патрубками 7 и 4, а затем к наружному сечению диффузорной поверхности патрубка 4 следует подать в тороидальный сосуд 1 активную текучую среду с помощью штуцера 3 и сопла 2. При этом активная текучая среда с помощью штуцера 5 и сопла 6 в тороидальный сосуд 1 не подается. А для перемещения текучей среды от наружного сечения конфузорной поверхности патрубка 4 к осевому зазору между патрубками 4 и 7, а затем к наружному сечению диффузорной поверхности патрубка 7 (реверс), следует подать в тороидальный сосуд 1 активную текучую среду с помощью штуцера 5 и сопла 6. При этом активная текучая среда с помощью штуцера 3 и сопла 2 в тороидальный сосуд 1 не подается.In the steady state mode of operation of the reversing chamber, only one of the active fluid supply devices is turned on, the second active fluid supply device is turned off. That is, to move the fluid from the outer section of the confuser surface of the nozzle 7 to the axial clearance between the nozzles 7 and 4, and then to the outer section of the diffuser surface of the nozzle 4, the active fluid must be supplied to the toroidal vessel 1 using the nozzle 3 and nozzle 2. When this active fluid using the nozzle 5 and the nozzle 6 in the toroidal vessel 1 is not supplied. And to move the fluid from the outer section of the confuser surface of the nozzle 4 to the axial clearance between the nozzles 4 and 7, and then to the outer section of the diffuser surface of the nozzle 7 (reverse), the active fluid should be fed into the toroidal vessel 1 using the nozzle 5 and nozzle 6 In this case, the active fluid using the nozzle 3 and the nozzle 2 in the toroidal vessel 1 is not supplied.

Осевая симметрия равномерно расположенных штуцеров 3 с активными соплами 2 (как и штуцеров 5 с активными соплами 6), а также тороидальная внутренняя поверхность создают условия для возникновения внутри сосуда 1 осесимметричного вихревого потока активной текучей среды. Периферийная часть этого потока попадает в осевой зазор между патрубками 7 и 4, воздействуя на пассивную текучую среду.The axial symmetry of evenly spaced nozzles 3 with active nozzles 2 (as well as nozzles 5 with active nozzles 6), as well as a toroidal inner surface create conditions for the appearance of an axisymmetric vortex flow of active fluid inside the vessel 1. The peripheral part of this flow falls into the axial clearance between the nozzles 7 and 4, acting on a passive fluid.

Для создания в осевом зазоре между патрубками 7 и 4 осесимметричного двумерного потока активной среды, вектор скорости которого имеет осевую и радиальную составляющие, ось активного сопла 2 располагается в меридианной плоскости камеры по касательной к внутреннему контуру сечения тороидального сосуда 1 этой плоскостью. Ось активного сопла 6 также располагается в меридианной плоскости камеры по касательной к внутреннему контуру сечения тороидального сосуда 1 этой плоскостью. Оси активных сопел 2 и 6 располагаются в разных меридианных плоскостях рабочей камеры.To create an axisymmetric two-dimensional flow of an active medium in the axial gap between nozzles 7 and 4, the velocity vector of which has axial and radial components, the axis of the active nozzle 2 is located in the meridian plane of the chamber tangential to the inner contour of the cross section of the toroidal vessel 1 by this plane. The axis of the active nozzle 6 is also located in the meridian plane of the chamber tangentially to the inner contour of the cross section of the toroidal vessel 1 by this plane. The axis of the active nozzles 2 and 6 are located in different meridian planes of the working chamber.

Рассматриваемая конструкция рабочей камеры дает также возможность получить в осевом зазоре между патрубками 7 и 4 трехмерный поток активной среды, вектор скорости которого имеет составляющую, перпендикулярную к меридианной плоскости рабочей камеры, то есть тангенциальную составляющую. С этой целью ось активного сопла 2 (либо сопла 6) следует расположить в плоскости, образующей с меридианной плоскостью сосуда 1 острый двугранный угол, ребром которого является линия пересечения плоскости симметрии тороидальной поверхности с меридианной плоскостью сосуда. Как и в случае создания двумерного потока активной среды в осевом зазоре между патрубками 7 и 4, струя активной текучей среды поступает из сопла 2 (либо сопла 6) по касательной к внутреннему контуру сечения тороидального сосуда 1 указанной наклонной плоскостью.The considered design of the working chamber also makes it possible to obtain in the axial clearance between the nozzles 7 and 4 a three-dimensional flow of the active medium, the velocity vector of which has a component perpendicular to the meridian plane of the working chamber, that is, a tangential component. For this purpose, the axis of the active nozzle 2 (or nozzle 6) should be located in the plane forming an acute dihedral angle with the meridian plane of the vessel 1, the edge of which is the line of intersection of the plane of symmetry of the toroidal surface with the meridian plane of the vessel. As in the case of creating a two-dimensional flow of the active medium in the axial clearance between the nozzles 7 and 4, the jet of active fluid enters from the nozzle 2 (or nozzle 6) tangentially to the inner contour of the cross section of the toroidal vessel 1 by the indicated inclined plane.

Таким образом, в осевом зазоре между патрубками 7 и 4 в установившемся режиме возникает либо двумерный осесимметричный, либо закрученный пространственный поток активной текучей среды, который передает часть своей кинетической энергии пассивному потоку в процессе смешения в осевом зазоре и во время движения в патрубке 4.Thus, in the axial clearance between nozzles 7 and 4 in steady state, either a two-dimensional axisymmetric or swirling spatial flow of active fluid occurs, which transfers part of its kinetic energy to the passive flow during mixing in the axial clearance and during movement in the nozzle 4.

Суммарное приращение кинетической энергии потока пассивной текучей среды можно увеличить путем использования многоступенчатой реверсивной рабочей камеры, представленной на чертеже фиг.2. Тороидальные сосуды, состоящие из узлов 1, 8, 9, собраны в единую конструкцию при помощи профилированных соосных патрубков 4, 7, 10. Соосность тороидальных сосудов обеспечивается соответствующими цилиндрическими проточками на наружных поверхностях патрубков, безотрывность обтекания обеспечивается наличием участков плавного сопряжения наружных поверхностей патрубков с внутренними поверхностями соответствующих тороидальных сосудов. Углы между осью вращения камеры и образующими конических поверхностей для каждой ступени камеры выбираются так, чтобы обеспечить минимальные потери энергии на реверсивных режимах работы, т.е. в проточной части многоступенчатой рабочей камеры создается оптимальная ступенчатая воронка. Рабочий режим каждого из устройств подачи активной текучей среды в любой из тороидальных сосудов может быть подобран отдельно для каждой ступени в зависимости от потребности.The total increment of the kinetic energy of the passive fluid flow can be increased by using the multi-stage reversible working chamber shown in the drawing of figure 2. Toroidal vessels, consisting of nodes 1, 8, 9, are assembled in a single design using profiled coaxial nozzles 4, 7, 10. Coaxiality of the toroidal vessels is ensured by the corresponding cylindrical grooves on the outer surfaces of the nozzles, flow continuity is ensured by the presence of smooth coupling sections of the outer surfaces of the nozzles with the inner surfaces of the corresponding toroidal vessels. The angles between the axis of rotation of the chamber and the generatrices of the conical surfaces for each stage of the chamber are selected so as to ensure minimal energy loss in reverse modes of operation, i.e. In the flow part of the multi-stage working chamber, an optimal step-type funnel is created. The operating mode of each of the active fluid supply devices to any of the toroidal vessels can be selected separately for each stage, depending on the need.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯINDUSTRIAL APPLICABILITY OF THE INVENTION

Как видно из приведенного выше текста описания изобретения и чертежей, основные детали камеры (1, 4, 7, 8, 9, 10) являются телами вращения, легко могут быть получены путем механической обработки на металлорежущих станках либо при помощи других технологий (литье, штамповка, 3D-печать и т.д.). Кроме того, современные технологии предоставляют широкий спектр возможностей обработки отверстий с целью такого размещения осей сопел 2 и 6, которое требуется для получения нужного направления вектора скорости активного потока. Одной из возможных областей применения многоступенчатой реверсивной рабочей камеры является создание водометных движителей для маломерных судов.As can be seen from the above text of the description of the invention and the drawings, the main parts of the chamber (1, 4, 7, 8, 9, 10) are bodies of revolution, can easily be obtained by machining on metal cutting machines or using other technologies (casting, stamping , 3D printing, etc.). In addition, modern technologies provide a wide range of hole machining capabilities with the aim of arranging the axes of nozzles 2 and 6, which is required to obtain the desired direction of the active flow velocity vector. One of the possible applications of a multi-stage reversible working chamber is the creation of water-jet propulsors for small boats.

Claims

1. The reversible working chamber of the ejector, the flow part of which includes a toroidal vessel designed to form a flow of active fluid, designed to supply a passive fluid flow, a profiled pipe coaxial to the vessel, the outer surface of which has a smooth interface with the inner surface of the toroidal vessel and a cylindrical a groove ensuring alignment of the nozzle with the toroidal vessel, the inner surface of the nozzle is a truncated lateral surface a straight circular cone, the smaller base of which is located closer to the plane of symmetry of the toroidal surface, designed to divert the total flow of passive and active fluids to the profiled pipe coaxial to the vessel, the external surface of which has a smooth interface with the inner surface of the toroidal vessel and a cylindrical groove ensuring the pipe is aligned with a toroidal vessel, the inner surface of the nozzle is the lateral surface of a truncated straight circular onus, the smaller base of which is located closer to the plane of symmetry of the toroidal surface, configured to form an axial clearance between the nozzles assembled with the toroidal vessel, designed to act on the passive fluid by the flow of active fluid, the reverse movement of which is carried out by alternately turning on one of two independent feed devices containing active fluid inlet nozzles evenly spaced around the circumference, each of which has pro th e nozzle through which the active fluid enters the interior of the toroidal vessel to form a jet directed tangentially to the inner contour of the cross section of the toroidal vessel meridian plane.

2. The reversible working chamber of the ejector according to claim 1, characterized in that the jet of active fluid coming from an independent feed device into the inner volume of the toroidal vessel is directed tangentially to the inner contour of the cross section of the toroidal vessel by a plane forming an acute dihedral angle with the meridian plane of the vessel whose edge is the line of intersection of the plane of symmetry of the toroidal surface with the meridian plane of the vessel.

3. The reversible working chamber of the ejector according to claim 1, made with the possibility of assembling a multi-stage design, which allows to increase the total increment of the kinetic energy of the passive fluid flow by using an optimal step-type funnel in the flow part of the working chamber.

4. The reversible working chamber of the ejector according to claim 2, made with the possibility of assembling a multi-stage design, which allows to increase the total increment of the kinetic energy of the passive fluid flow by using an optimal step funnel in the flow part of the working chamber.