RU7155U1

RU7155U1 - STEAM PUMP HEATER

Info

Publication number: RU7155U1
Application number: RU97115166/20U
Authority: RU
Inventors: Д.В. Васильев
Original assignee: ООО "Группа ТСА - Технология"
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 1998-07-16

Abstract

Пароводяной насос-подогреватель, включающий корпус, патрубок подвода пассивной среды, установленную в корпусе с образованием кольцевой полости пароводяную камеру смешения с конфузором, диффузором и перепускными каналами, и активное сопло, установленное соосно с пароводяной камерой смешения с образованием с последней кольцевого жидкостного сопла, отличающийся тем, что выход пароводяной камеры смешения снабжен дополнительным сопловым насадком и соединен с размещенными в дополнительном корпусе приемной камерой, снабженной патрубком дополнительного подвода пассивной среды и установленной соосно дополнительному сопловому насадку водо-водяной камерой смешения с конфузором, участком постоянного сечения и диффузором, перепускные каналы снабжены запорными элементами, размещены на участке постоянного сечения пароводяной камеры смешения и соединяют ее с кольцевой полостью, сообщающейся с патрубком подвода пассивной среды.2. Насос-подогреватель по п.1, отличающийся тем, что перепускные каналы выполнены по спирали вдоль внешней образующей пароводяной камеры смешения.3. Насос-подогреватель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительный сопловый насадок выполнен с тангенциальными каналами, размещенными в его конусной части.Steam-water heater pump, comprising a housing, a passive medium supply pipe, installed in the housing to form an annular cavity, a steam-water mixing chamber with a confuser, a diffuser and bypass channels, and an active nozzle installed coaxially with the steam-water mixing chamber with the formation of a ring liquid nozzle from the last the fact that the output of the steam-water mixing chamber is equipped with an additional nozzle nozzle and is connected to a receiving chamber located in an additional housing equipped with a nozzle for additional supply of a passive medium and a water-water mixing chamber with a confuser, a constant section section and a diffuser installed coaxially with the additional nozzle nozzle, the bypass channels are equipped with shut-off elements, are located on a constant section of the steam-water mixing chamber and connect it to the annular cavity communicating with the passive supply pipe Wednesday. 2. The heater pump according to claim 1, characterized in that the bypass channels are made in a spiral along the outer generatrix of the steam-water mixing chamber. The heater pump according to claims 1 and 2, characterized in that the additional nozzle nozzles are made with tangential channels placed in its conical part.

Description

М. Кл. 6 F 04 F 5/24M. Cl. 6 F 04 F 5/24

Пароводяной насос-подогревательSteam Water Heater Pump

предлагаемая полезная модель относится к струйной технике, а именно, к пароводяным струйным насосам и может быть использована в системах отопления для подогрева сетевой воды и обеспечения безнасосной циркуляции теплоносителя в замкнутом контуре, а также в системах горячего водоснабжения и в различных технологических схемах.The proposed utility model relates to inkjet technology, namely, steam-water jet pumps and can be used in heating systems for heating network water and ensuring pump-free circulation of the coolant in a closed loop, as well as in hot water supply systems and in various technological schemes.

Известен струйный аппарат, содержащий корпус, соосно закрепленные в нем с образованием полостей гидравлически сообщенных с зонами повышенного давленияпотоковKnown inkjet apparatus containing a housing coaxially mounted in it with the formation of cavities hydraulically connected with areas of high pressure flow

керамические тонкостенные насадок и камеру смещения с конфузором и диффузором.( Патент РФ№ 2016264, 5 F 04F 5/14, 1994).ceramic thin-walled nozzles and a displacement chamber with a confuser and a diffuser (RF Patent No. 2016264, 5 F 04F 5/14, 1994).

Известен также вихревой струйный аппарат, содержащий камеру завихрения активной среды, выполненн тю в виде плоской камеры ускорения вихря с тангенциальным соплом, камеру завихрения пассивной среды с осевым пассивным соплом, снабженным тангенциальными каналами и размещенным в камере завихрения активной среды, камеру смешения и диффузор.(Патент РФ № 2000487, 5 F 04 F 5/42, 1993).Also known is a vortex jet apparatus containing an active medium swirl chamber made in the form of a flat vortex acceleration chamber with a tangential nozzle, a passive medium swirl chamber with an axial passive nozzle equipped with tangential channels and placed in the active medium swirl chamber, a mixing chamber and a diffuser. ( RF patent No. 2000487, 5 F 04 F 5/42, 1993).

Однако описанные выше технические решения имеют ряд общих недостатков, заключающихся в сильной зависимости теплового и гидравлического режимов. Так, если в процессе эксплуатации изменяется расход пара через активное сопло, то изменяется не только величина подогрева теплоносителя, но и величина давления нагретой воды на выходе устройства, что вызывает изменение расхода теплоносителя в системе теплоснабжения и затрудняют использование подобных устройств в разветвленных многоконтурных сетях.However, the technical solutions described above have a number of common drawbacks consisting in the strong dependence of thermal and hydraulic modes. So, if during operation the flow rate of steam through the active nozzle changes, not only the amount of heating of the coolant changes, but also the pressure of the heated water at the outlet of the device, which causes a change in the flow of coolant in the heat supply system and make it difficult to use such devices in branched multi-circuit networks.

Наиболее близким по технической сущности является струйный насос, содержащий корпус с патрубками для подвода активной паровой и пассивной жидкостной сред и патрубком сброса массы, активное сопло и установленную в корпусе с образованием кольцевой полости конфузорную камеру смешения с горловиной, диффузором и перепускными каналами , в зоне расположения которых в камере смешения выполнены камеры сброса массы с перепускными клапанами, а активное сопло установлено соосно с камерой смешения с образованием с последней кольцевого жидкостного сопла, отношение площади выходного сечения которого к площади минимального поперечного сечения камеры смешения меньше 3,25 , но больше или равно 0,1.(Патент РФ № 2028518,6F04F 5/24,1995).The closest in technical essence is a jet pump containing a housing with nozzles for supplying active steam and passive liquid media and a mass discharge nozzle, an active nozzle and a confuser mixing chamber with a neck, a diffuser and bypass channels installed in the housing with the formation of an annular cavity, in the location zone of which in the mixing chamber mass discharge chambers with bypass valves are made, and the active nozzle is installed coaxially with the mixing chamber with the formation of the last annular liquid o nozzle, the ratio of the area of the outlet cross section to the area of the minimum cross section of the mixing chamber is less than 3.25, but greater than or equal to 0.1. (RF Patent No. 2028518,6F04F 5 / 24,1995).

К недостаткам известного струйного насоса также можно отнести сложность его использования в многоконтурных разветвленных системах отопления без дополнительных систем регулирования расхода теплоносителя. Диапазон использования известного аппарата сушественно ограничен и невозможностью его использования в ситемах отопления с подогревом теплоносителя более чем, до 100°С, так как в этом случае во время работы аппарата в пароводяной камере смешения устанавливается давление больше атмосферного, что приводит к открытию перепускных каналов, соединяюших камеру смешения с патрубком сброса массы и сбросу теплоносителя в атмосферу.The disadvantages of the known jet pump can also be attributed to the complexity of its use in multi-circuit branched heating systems without additional systems for regulating the flow of coolant. The range of use of the known apparatus is strictly limited by the impossibility of its use in heating systems with heating the coolant to more than 100 ° C, since in this case, during operation of the apparatus, a pressure higher than atmospheric is set in the steam-water mixing chamber, which leads to the opening of bypass channels connecting mixing chamber with a pipe for mass discharge and discharge of coolant into the atmosphere.

Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемой полезной модели является создание устройства, обеспечивающего стабильную работу одноконтурных и многоконтурных систем отопления в режимах переменных тепловых нагрузок.The task to which the creation of the proposed utility model is directed is the creation of a device that ensures the stable operation of single-circuit and multi-circuit heating systems in variable heat load modes.

Технический результат при использовании предлагаемого пароводяного струйного насоса-подогревателя заключается в обеспечении постоянной циркуляции теплоносителя в системе отопления в условиях изменяющейся величины подогрева теплоносителя от максимального значения, соответствующегоThe technical result when using the proposed steam-water jet pump-heater is to ensure constant circulation of the coolant in the heating system in the conditions of a changing amount of heating of the coolant from the maximum value corresponding to

наибольшей тепловой нагрузке до минимального значения, соответствующего минимально необходимой тепловой нагрузке.the highest heat load to the minimum value corresponding to the minimum required heat load.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом пароводяном струйном насосе-подогревателе, включающем корпус, патрубок подвода пассивной среды, установленную в корпусе с образованием кольцевой полости пароводяную камеру смешения с конфузором , диффузором и перепускными каналами, и активное сопло, установленное соосно с пароводяной камерой смешения с образованием с последней кольцевого жидкостного сопла, согласно предложению, выход пароводяной камеры смещения снабжен дополнительным сопловым насадком и соединен с размещенными в дополнительном корпусе приемной камерой, снабженной патрубком дополнительного подвода пассивной среды и, установленной соосно дополнительному сопловому насадку водо-водяной камерой смешения с конфузором, участком постоянного сечения и диффузором, перепускные каналы снабжены запорными элементами, размещены на участке постоянного сечения пароводяной камеры смешения и соединяют ее с кольцевой полостью, сообщающейся с патрубком подвода пассивной среды. Причем перепускные каналы пароводяной камеры смешения могут быть выполнены по спирали вдоль внешней образующей последней, а дополнительный сопловый насадок может быть выполнен с тангенциальными каналами в его конусной части.This goal is achieved by the fact that in the proposed steam-water jet pump-heater, which includes a housing, a pipe for supplying a passive medium installed in the housing with the formation of an annular cavity, a steam-water mixing chamber with a confuser, a diffuser and bypass channels, and an active nozzle mounted coaxially with the steam-water mixing chamber with the formation of the last annular liquid nozzle, according to the proposal, the output of the steam-water displacement chamber is equipped with an additional nozzle nozzle and is connected to placed in the filling case with a receiving chamber equipped with a pipe for additional supply of a passive medium and installed coaxially with the additional nozzle nozzle with a water-water mixing chamber with a confuser, a constant section and a diffuser, the bypass channels are equipped with shut-off elements, are located on the constant section of the steam-water mixing chamber and connect it to an annular cavity communicating with a pipe for supplying a passive medium. Moreover, the bypass channels of the steam-water mixing chamber can be made in a spiral along the outer generatrix of the latter, and an additional nozzle nozzle can be made with tangential channels in its conical part.

Такое конструктивное выполнение пароводяного струйного насоса обеспечиваетвозможностькомпенсацииизмененияThis design of the steam-water jet pump provides the ability to compensate

(уменьшение/з величение) расхода инжектируемой жидкости путем соответствующего изменения (увеличение/уменьшение) расхода охлажденной жидкости, подаваемой через приемную камеру, установленную на выходе дополнительного соплового насадка в водо-водяную камеру смешения и подмешиваемой к основному потоку, что позволяет обеспечить постоянство расхода сетевой воды в режимах переменных тепловых нагрузок, особенно в области предельных значений. Выполнение тангенциальных каналов в(decrease / h value) of the flow rate of the injected liquid by correspondingly changing (increase / decrease) the flow rate of the chilled fluid supplied through the receiving chamber installed at the outlet of the additional nozzle nozzle into the water-water mixing chamber and mixed to the main stream, which ensures a constant flow rate water in regimes of variable thermal loads, especially in the region of limiting values. Perform tangential channels in

конусной части дополнительного соплового насадка, сопряженного с приемной камерой обеспечивает создание в ней объемного винтового вихря, что увеличивает эффективность регулировки расхода охлажденной жидкости .the conical part of the additional nozzle nozzle interfaced with the receiving chamber ensures the creation of a volumetric screw vortex in it, which increases the efficiency of adjusting the flow rate of the cooled liquid.

Предлагаемый пароводяной струйный насос-подогреватель обеспечивает также возможность регулировки температуры подогрева сетевой воды при ее постоянном расходе. При этом изменение давления пара перед активным паровым соплом приводит к изменению количества движения и температуры пароводяной смеси в пароводяной камере смешения, снабженной на участке постоянного сечения перепускными каналами с запорными элементами. Указанное изменение расхода пара приводит к изменению пространственного положения фронта волны уплотнения в пароводяной камере смешения. При увеличении расхода пара фронт волны смещается по ходу движения смеси к дополнительному сопловому насадку, а при уменьшении - в сторону активного парового сопла. В первом случае смещение фронта волны автоматически вызывает увеличение числа перепускных каналов попавших в вакуумную зону, что соответствует увеличению их суммарной площади проходного сечения, увеличению расхода жидкости инжектируемой в пароводяную камеру смешения, уменьшению давления смеси перед фронтом скачка уплотнения, снижению температуры смеси. Во втором случае смещение фронта волны вызывает уменьшение расхода инжектируемой жидкости, а перепускные каналы, попавшие в напорную зону за фронтом скачка уплотнения оказываются запертыми, что исключает перетекание смеси из пароводяной камеры в кольцевую полость, образованную наружной поверхностью пароводяной камеры смешения и корпусом пасоса, что предотвращает паразитные перетечки среды. При этом выполнение перепускных каналов по спирали вдоль внешней образующей пароводяной камеры смешения обеспечивает последовательное срабатывание запорных элементов, сглаживая изменение расхода инжектируемой жидкости.The proposed steam-water jet heater pump also provides the ability to adjust the heating temperature of the supply water at a constant flow rate. Moreover, the change in steam pressure in front of the active steam nozzle leads to a change in the momentum and temperature of the steam-water mixture in the steam-water mixing chamber, equipped at the constant section with bypass channels with shut-off elements. The specified change in steam flow leads to a change in the spatial position of the front of the seal wave in the steam-water mixing chamber. With increasing steam flow, the wave front shifts along the mixture toward the additional nozzle nozzle, and with a decrease, toward the active steam nozzle. In the first case, the displacement of the wave front automatically causes an increase in the number of bypass channels entering the vacuum zone, which corresponds to an increase in their total flow area, an increase in the flow rate of the liquid injected into the steam-water mixing chamber, a decrease in the pressure of the mixture in front of the front of the shock wave, and a decrease in the temperature of the mixture. In the second case, the displacement of the wave front causes a decrease in the flow rate of the injected liquid, and the bypass channels falling into the pressure zone behind the front of the shock wave are blocked, which excludes the flow of the mixture from the steam-water chamber into the annular cavity formed by the outer surface of the steam-water mixing chamber and the passos body, which prevents spurious fluid overflow. Moreover, the execution of the bypass channels in a spiral along the outer generatrix of the steam-water mixing chamber ensures the sequential operation of the shut-off elements, smoothing out the change in the flow rate of the injected liquid.

Пароводяной насос подогреватель представлен на фиг. 1 графических материалов.The steam pump heater is shown in FIG. 1 graphic materials.

Фиг. 2 - дополнительный сопловый насадок, сечение А-А. Предлагаемый насос содержит корпус 1 с патрубком 2 подвода пассивной среды (воды), соосно установленные в корпусе 1 с образованием кольцевой полости 3 активное (паровое) сопло 4 и пароводяную камеру смешения с конфузором 5 и участком 6 постоянного сечения, снабженную дополнительным сопловым насадком 7.Активное паровое сопло 4, установлено соосно с пароводяной камерой с образованием между ним и конфузором 5 пароводяной камеры смешения кольцевого жидкостного сопла 8. В конусной части дополнительного соплового насадка 7 могут быть выполнены тангенциальные каналы 9. На участке постоянного сечения 6 пароводяной камеры смешения размеш;ены перепускные каналы 10, соединяющие кольцевую полость 3 с камерой смешения. Каналы 10 выполнены таким образом, что часть из них смещена к началу участка 6 постоянного сечения, а часть смещена в сторону дополнительного соплового насадка 7, при этом перепускные каналы 10 могут быть расположены по спирали вдоль внешней образующей пароводяной камеры. Каналы 10 снабжены запорными элементами 11, препятствующими перетеканию среды из камеры смешивания обратно в кольцевую полость 3.FIG. 2 - additional nozzle nozzles, section AA. The proposed pump comprises a housing 1 with a pipe 2 for supplying a passive medium (water), coaxially mounted in the housing 1 with the formation of an annular cavity 3, an active (steam) nozzle 4 and a steam-water mixing chamber with a confuser 5 and a section 6 of constant cross section, equipped with an additional nozzle nozzle 7. The active steam nozzle 4 is installed coaxially with the steam-water chamber with the formation of an annular liquid nozzle 8. between it and the confuser 5 of the steam-water mixing chamber 8. A tang can be made in the conical part of the additional nozzle nozzle 7 potential channels 9. In the section of constant cross section 6 of the steam-water mixing chamber, the bypasses 10 are connected, connecting the annular cavity 3 with the mixing chamber. The channels 10 are made in such a way that some of them are biased toward the beginning of the constant section section 6, and some are biased towards the additional nozzle nozzle 7, while the bypass channels 10 can be arranged in a spiral along the outer generatrix of the steam-water chamber. The channels 10 are equipped with locking elements 11, preventing the flow of medium from the mixing chamber back into the annular cavity 3.

Выход дополнительного соплового насадка 7 совмещен с размещенными в дополнительном корпусе 12 приемной камерой 13 с патрубком 14 подвода пассивной среды и водо-водяной камерой смешения с конфузором 15, участком постоянного сечения 16 и диффузором 17 на выходе.The output of the additional nozzle nozzle 7 is combined with a receiving chamber 13 located in the additional housing 12 with a pipe 14 for supplying a passive medium and a water-water mixing chamber with a confuser 15, a constant section 16 and a diffuser 17 at the output.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Активная среда - пар поступает в активное сопло 4, в котором в процессе расширения достигает скорости близкой к скорости звука в этой среде, либо превосходящей ее. Пассивная среда- вода подводится к патрубку 2, попадает в кольцевую полость 3 и далее, через жидкостное кольцевое сопло 8 подается в пароводяную камеруThe proposed device operates as follows. Active medium - steam enters the active nozzle 4, in which, during the expansion process, it reaches a speed close to or faster than the speed of sound in this medium. Passive medium-water is supplied to the pipe 2, enters the annular cavity 3 and then through the liquid ring nozzle 8 is fed into the steam-water chamber

смешения, где в результате смешивания высокоскоростного нотока пара и потока воды формируется мелкодисперсная гомогенная структура двухфазного потока смеси, скорость которой резко уменьшается и течение смеси становится двухфазным сверхзвуковым. По мере завершения процессов массо-теплообмена и обмена количеством движения междуmixing, where as a result of mixing a high-speed hint of steam and a water stream, a finely dispersed homogeneous structure of a two-phase mixture flow is formed, the speed of which decreases sharply and the mixture flow becomes two-phase supersonic. As the processes of mass-heat exchange and exchange of momentum between

фазами в пароводяной камере смешения происходит выравнивание температур и скоростей движения фаз. В результате частичной конденсации пара статическое давление в потоке уменьшается до давления насыщения при температуре смеси, и в пароводяной камере смешения образуется вакуумная зона. В процессе движения равновесной двухфазной смеси на участке 6 постоянного сечения режим сверхзвукового течения смеси в результате кавитационного скачка уплотнения самопроизвольно переходит в режим дозвукового однофазного течения. На участке 6 постоянного сечения камеры смешения устанавливается фронт прямой волны уплотнения. Статическое давление в потоке существенно возрастает. Температура жидкости повышается.The phases in the steam-water mixing chamber equalize the temperatures and velocities of the phases. As a result of the partial condensation of the vapor, the static pressure in the stream decreases to the saturation pressure at the temperature of the mixture, and a vacuum zone is formed in the steam-water mixing chamber. During the motion of the equilibrium two-phase mixture in the constant-section section 6, the supersonic mixture flow regime as a result of a cavitation shock wave spontaneously switches to the subsonic single-phase flow regime. In section 6 of a constant section of the mixing chamber, the front of the direct wave of compaction is established. The static pressure in the flow increases significantly. The temperature of the liquid rises.

При этом перепускные каналы 10, расположенные в вакуумной зоне оказываются открытыми, а каналы 10, попавшие в напорную зону - запертыми. Далее нагретая жидкость под давлением подается в дополнительный сопловый насадок 7, при прохождении через который поток ускоряется, высокоскоростная струя, проходя конфузор 14 водоводяной камеры смешения попадает на участок 15 постоянного сечения последней, где за счет действия сил вязкого трения между активной струей и инжектируемой жидкостью происходит подмес к основному потоку нагретой жидкости дополнительного количества охлажденной жидкости. В результате расход жидкости увеличивается, а температура смеси понижается. При этом возможно достижение минимального подогрева сетевой воды всего на 8-6 С, что соответствует коэффициенту инжекции 80100 при сохранении стабильной работы струйного насосаподогревате.)1я.In this case, the bypass channels 10 located in the vacuum zone are open, and the channels 10 that fall into the pressure zone are locked. Next, the heated liquid under pressure is supplied to an additional nozzle nozzle 7, when passing through which the flow is accelerated, the high-speed jet passing through the confuser 14 of the water-water mixing chamber enters the section 15 of the constant section of the latter, where, due to the action of viscous friction between the active jet and the injected liquid, blended with the main stream of the heated fluid an additional amount of chilled fluid. As a result, the flow rate of the liquid increases, and the temperature of the mixture decreases. At the same time, it is possible to achieve a minimum heating of the mains water by only 8-6 C, which corresponds to an injection coefficient of 80,100 while maintaining the stable operation of the jet pump while heating.)

Claims

Steam-water heater pump, comprising a housing, a passive medium supply pipe, installed in the housing to form an annular cavity, a steam-water mixing chamber with a confuser, a diffuser and bypass channels, and an active nozzle installed coaxially with the steam-water mixing chamber with the formation of a ring liquid nozzle from the last the fact that the output of the steam-water mixing chamber is equipped with an additional nozzle nozzle and is connected to a receiving chamber located in an additional housing equipped with a nozzle for additional supply of a passive medium and a water-water mixing chamber with a confuser, a constant section section and a diffuser installed coaxially with the additional nozzle nozzle, the bypass channels are equipped with shut-off elements, are located on a constant section of the steam-water mixing chamber and connect it to the annular cavity communicating with the passive supply pipe Wednesday.

2. The heater pump according to claim 1, characterized in that the bypass channels are made in a spiral along the outer generatrix of the steam-water mixing chamber.

3. The heater pump according to claims 1 and 2, characterized in that the additional nozzle nozzles are made with tangential channels placed in its conical part.