SU1708436A1

SU1708436A1 - Cavitation generator

Info

Publication number: SU1708436A1
Application number: SU894758064A
Authority: SU
Inventors: Николай Алексеевич Синайский
Original assignee: Sinajskij Nikolaj A
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1992-01-30

Abstract

Изобретение относитс к генераторам кавитации и может быть использовано дл диспергировани газа (пара) в жидкости. Цель изобретени - повышение эффективности за счет интенсификации кавитации. Кавитатор содержит диффузор^ патрубки подвода жидкости и пара, завихритель. со- пло-конфузор, эжектор, сообщающийс с диффузором и патрубком подвода пара. При работе кавитатора пар равномерно смешиваетс с жидкостью и через сопло-конфузор выходит из кавитатора. 2 ил.The invention relates to cavitation generators and can be used to disperse a gas (vapor) in a liquid. The purpose of the invention is to increase efficiency due to the intensification of cavitation. The cavitator contains a diffuser ^ pipes for supplying liquid and steam, a swirler. a sol-confuser, an ejector that communicates with a diffuser and a steam supply pipe. When the cavitator is in operation, the steam is evenly mixed with the liquid and through the nozzle-confuser it leaves the cavitator. 2 Il.

Description

Изобретение относитс к устройствам, предназначенным дл генерации кавитации , и может быть использовано при распыливании суспензированного пылеугольного топлива и жидких топлив (нефтешламов. мазутов , керосинов, бензинов и т.д.) в производстве пара, при распыливании присадок в МГД установках, энерготехнологическом и химическом производстве, в технологическом производстве типа очистки и диспергировани , при защите растений и при орошении в сельском хоз йстве.The invention relates to devices intended for the generation of cavitation, and can be used in the spraying of pulverized pulverized coal and liquid fuels (oil sludge, fuel oil, kerosene, gasoline, etc.) in the production of steam, in the spraying of additives in MHD installations, energy technology and chemical production, in technological production, such as cleaning and dispersing, in plant protection and irrigation in agriculture.

Изобретение решает задачу создани устройства с локальной интенсификацией возбуждени кавитации в окрестности выходного отверсти устройства и выбросом кавитирующей жидкости без повреждени выходного отверсти .The invention solves the problem of creating a device with a local intensification of the excitation of cavitation in the vicinity of the outlet of the device and the release of cavitating fluid without damaging the outlet.

Известен кавитатор дл холодной обработки металлов, состо щий из крыльчатки с клиновидной формой сечени лопастей и острой передней кромкой. При обтекании жидкостью лопастей крыльчатки образуютс парогазовые кавитационные каверны, отрывающиес от тыльной стороны лопастей. Кавитационные пузыри с запасом энергии до 100 Ккал/кг при услови х, близких к нормальным, движутс через жидкость до обрабатываемой поверхности с микрошероховатост ми . Микрошероховатости иницируют схлопывание пузырьков пара и они. отдава свою энергию, превышающую энергию св зей в жидкости и в кристаллической решетке, эродируют с одной стороны поверхность разрыва сплошности в жидкости , а с другой стороны эродируют молекулы оксидов с поверхностного сло и атомы из кристаллической решетки металла, унос их с потоком жидкости.A cavitator for the cold treatment of metals is known, consisting of an impeller with a wedge-shaped section of the blades and a sharp leading edge. As fluid blades flow around the impeller blades, vapor-vapor cavitation cavities are formed, detaching from the back of the blades. Cavitation bubbles with energy reserves up to 100 Kcal / kg under conditions close to normal move through the liquid to the treated surface with microroughness. Micro-roughness initiate the collapse of vapor bubbles and they. giving up their energy, exceeding the energy of bonds in the liquid and in the crystal lattice, erodes on the one hand the surface of discontinuity in the liquid, and on the other hand erodes the oxide molecules from the surface layer and the atoms from the crystal lattice of the metal, carrying them away with the fluid flow.

Недостатками этого устройства вл ютс замкнутость объема, из-за чего обрабатываемую поверхность приходитс размещать внутри кавитатора: необходимость затраты знергии на вращение крыльчатки с потер ми на трение; разрушающее воздействие кавитации не только на обрабатываемую поверхность , но и на поверхность крыльчатки; отсутствие локализации места возникновени кавитационных каверн (непредсказуемость места их возникновени и направлени движени в жидкости до места охлопывани пузырьков и отдачи энергии на разрыв сил Ван-дер-Ваальса и кристаллических св зей в металле).The disadvantages of this device are the closed volume of the volume, due to which the treated surface has to be placed inside the cavitator: the need for energy costs for the rotation of the impeller with friction losses; the destructive effect of cavitation not only on the surface to be treated, but also on the surface of the impeller; the lack of localization of the place of origin of cavitation cavities (the unpredictability of the place of their origin and the direction of movement in the liquid to the place of collapse of the bubbles and the return of energy to the rupture of the van der Waals forces and crystalline bonds in the metal).

Наиболее близким техническим решением (прототипом) вл етс кавитатор, содержащий диффузор, завихритель и суживающее сопло. В ультразвуковой гидродинамической ф зрсунке ультразвуковые волны по вл ютс при движении жидкости через тангенциально расположенные каналы завихрител . Ультразвуком за сплошной частью завихрител возбуждают кавитацию , котора способствует диспергированию жидкости.The closest technical solution (prototype) is a cavitator containing a diffuser, swirl and a tapering nozzle. In the ultrasonic hydrodynamic field, ultrasonic waves appear as the fluid moves through tangentially positioned swirler channels. Ultrasound behind the solid part of the swirl excites cavitation, which contributes to the dispersion of the liquid.

Недостатками устройства вл ютс низка интенсивность ультразвуковых колебаний при малой скорости течени в зкой жидкости через канал, который должен иметь большой диаметр, что вызвано необходимостью снижени гидравлического сопротивлени ультразвуковой гидродинамической форсунки в три раза по сравнению с центробежными форсунками высокого давлени ; непредсказуемость места возникновени ультразвука и кавитации , несмотр на предусмотренные внезапные расширени . При сопротивлени х форсуночных устройств ЗПМа в случае возникновени ультразвука в тангенциальных каналах и на выходе из них кавитацию подавл ют микронеровности поверхности суживающего сопла в пределах 5 мм от среза канала завихрител . Микрошороховатости служат инициаторами схлопывани кавитационных пузырьков, в результате чего ультразвук при сопротивлении кавитатора до 1 МПа можно регистрировать, а возможность развити облака кавитации снижаетс , вплоть до струйного истечени жидкости без разрыва сплошности, что превращает ультразвуковую гидродинамическую форсунку в центробежную форсунку низкого давлени с плохим качеством распыла .The drawbacks of the device are low intensity of ultrasonic vibrations at a low flow rate of a viscous fluid through the channel, which should have a large diameter, which is caused by the need to reduce the hydraulic resistance of the ultrasonic hydrodynamic nozzle by three times compared to high-pressure centrifugal nozzles; the unpredictability of the location of the occurrence of ultrasound and cavitation, despite the sudden expansion envisaged. With the resistance of the ZPM nozzle devices in the case of ultrasound in the tangential channels and at the exit from them, cavitation suppresses the microroughness of the surface of the tapering nozzle within 5 mm from the cut of the swirl channel. The microroughness initiates the collapse of cavitation bubbles, as a result of which ultrasound with a cavitator resistance of up to 1 MPa can be recorded, and the possibility of developing a cloud of cavitation decreases, down to jet outflow of a liquid without breaking the continuity, which turns the ultrasonic hydrodynamic nozzle into a centrifugal low pressure brain. .

Цель изобретени - повышение эффективности кавитатора.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the cavitator.

Поставленна цель достигаетс тем, что кавитатор, содержащий диффузор, патрубок подвода жидкости и патрубок подвода пара (газа),, сообщающиес с диффузором, завихритель, установленный на выходе диффузора и сопло-конфузор, снабжен эжектором, сообщающимс с диффузором в точке его боковой поверхности на рассто нии не менее наибольшего диаметра диффузора и с патрубком подвода пара.The goal is achieved by the fact that a cavitator containing a diffuser, a liquid supply nozzle and a steam (gas) supply nozzle, communicating with the diffuser, a swirler installed at the outlet of the diffuser and a confusor nozzle is equipped with an ejector that communicates with the diffuser at the point of its side surface a distance of at least the largest diameter of the diffuser and with the steam supply pipe.

На фиг. 1 изображен кавитатор, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.FIG. 1 shows a cavitator, a general view; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one.

Кавитатор состоит из диффузора 1, присоединенного суженным концом к патрубку 2 подвода жидкости. К патрубку 3 пара или газа присоединен блок ввода газа или пара, состо щий из икхектора 4, паровой емкости 5 и эжектора 6, расположенного на рассто нии L Оз от завихрител 7. Проходное сечение инжектора 4 и эжектора 6 по пару или газу выполн ют по отношению Gr (10 - 10 )Сж, а каналы завихрител 7The cavitator consists of a diffuser 1, attached by a narrowed end to the pipe 2 of the fluid supply. A gas or steam inlet unit, consisting of an ikkhektor 4, a steam tank 5 and an ejector 6 located at a distance of L oz from the swirler 7, is connected to the nozzle 3 of steam or gas. The inlet section of the injector 4 and ejector 6 are steam or gas relative Gr (10 - 10) C, and the channels of the swirler 7

5 выполн ют под пространственным углом 20 - 60° к оси кавитатора. Корпус 8 кавитатора служит одновременно суживающим соплом, уплотнителем завихрител 7 и резьбовым соединением корпуса 8 с диффузо0 ром 1.5 is performed at a spatial angle of 20-60 ° to the axis of the cavitator. Case 8 of the cavitator serves at the same time as a tapering nozzle, a swirl ring 7 and a threaded connection of the case 8 with a diffuser 1.

Достижение поставленной цели основано на свойстве жидкости уменьшать, кавитационную прочность при повышении газосодержани . При движении жидкости сAchieving this goal is based on the property of the liquid to reduce the cavitation strength with increasing gas content. When moving fluid with

5 растворенным в ней газом или паром по сход щейс спирали эффект центробежного разделени приводит к перемещению части газа к оси потока. Газосодержание в центре потока возрастает и при падении5, a gas or vapor dissolved in it along a converging spiral, the effect of centrifugal separation leads to the displacement of a part of the gas to the flow axis. Gas content in the center of the stream increases with falling

0 статической составл ющей давлени до давлени насыщенных паров паро(газо )жидкостной смеси частицы газа или пара иницируют кавитацию и интенсифицируют ее.With a static component pressure up to the saturated vapor pressure of a vapor (gas) liquid mixture, particles of a gas or vapor initiate cavitation and intensify it.

5 Необходимость установки блока из емкости и эжектора дл введени в жидкость газа или пара в количестве Gr (10 - 10)Gж на рассто нии не менее диаметра завихрител заключаетс в том.5 The need to install the unit from the tank and the ejector for introducing gas or vapor in the liquid (10-10) Gg at a distance of not less than the diameter of the swirl consists in that.

0 что во-первых, он исключает попадание мазута в пар, во вторых газ или пар на рассто нии L Оз равномерно перемешиваетс с жидкостью и при таких малых концентраци х , не вл сь энергоносителем, практиче5 ОКИ не способствует интенсификации кавитации при прохождении паро(газо)жидкостной смеси через отверсти завихрител . После отжати газа или пара к центру в сход щейс спирали он способствует болееFirst, it eliminates the ingress of fuel oil into steam, secondly the gas or steam at a distance L oz evenly mixes with the liquid and, at such low concentrations, is not an energy carrier, practically 5 OKI does not contribute to the intensification of cavitation during the passage of vapor (gas) a) liquid mixture through the swirl holes. After pressing a gas or vapor to the center in a converging spiral, it contributes more

0 раннему возбуждению кавитации (при большем статическом давлении) и локализует кавитационное облако, служащее истоком кавитирующей струи, в приосевом пространстве, не дава ему прилипнуть к0 early excitation of cavitation (with a higher static pressure) and localizes the cavitation cloud, which is the source of the cavitating jet, in the axial space, preventing it from sticking to

5 стенкам в окрестности выходного отверсти .5 walls in the vicinity of the outlet.

Размер отверсти эжектора задан паротопливным отношением 10 - 10 м.д., но этот признак устройства может быть дан и по отношению диаметра парового отверсти в эжекторе б или в шайбе, которую устанавливают на рассто нии L Оз в патрубке подвода пара к диаметру завихрител . Проходное сечение отверсти эжектора (шайбы) выполн ют в пределах отношени диаметра парового отверсти к диаметру завихрител кавитатора 0,03- 0,04.The ejector hole size is given by a steam-fuel ratio of 10–10 ppm, but this feature of the device can also be given relative to the diameter of the steam hole in the ejector b or in the washer, which is set at a distance L Oz in the steam supply pipe to the diameter of the swirl. The opening section of the ejector opening (washer) is performed within the ratio of the diameter of the steam opening to the diameter of the swirl of the cavitator 0.03-0.04.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Пар или газ под давлением, большим давлени жидкости на величину сопротивлени блока эжектора, поступает в жидкость через систему задвижек, обратных клапанов, редуктора и расходомера. При этом эжектор работает как инжектор и защищен от попадани мазута в паропровод при пусковом броске давлени насосов. Повышение давлени в трубопроводе 2 приводит к увеличению скорости в узком сечении эжектора. Выходное отверстие блока ввода газа или пара начинает работать при этом в режиме эжектора. Через него отсасывают пар из компенсирующей паровой емкости 5 с соответствующим увеличением количества эжектируемого в емкость пара или газа, что позвол ет выполнить требовани директивных материалов по эксплуатации теплотехнического оборудовани энергосистем при отсутствии обратного клапана на стороне паропровода.Steam or gas under pressure, greater than the pressure of the liquid by the magnitude of the resistance of the ejector unit, enters the liquid through a system of valves, check valves, gearbox and flow meter. In this case, the ejector works as an injector and is protected from fuel oil penetration into the steam pipe during the starting pressure surge of the pumps. An increase in pressure in line 2 leads to an increase in velocity in a narrow section of the ejector. The outlet of the gas or steam inlet unit starts to operate while in the ejector mode. Through it, steam is pumped out of the compensating steam tank 5 with a corresponding increase in the amount of steam or gas ejected into the tank, which allows to fulfill the requirements of directive materials on the operation of thermal equipment of power systems in the absence of a check valve on the side of the steam line.

Введенный в трубопровод пар на рассто нии , большем диаметра завихрител 7, равномерно перемешивают с жидкостью и подают в суживающее сопло 8 через завихритель 7. В суживающем сопле сепарируют пар и жидкость, отжима пар или газ к центру кавитатора в окрестности выходного отверсти 9. Ускор поток жидкости в суживающем сопле 8 до величины, при которой статическа составл юща давлени достигает в центре потока давлени насыщени паров газо(паро)жидкостной смеси, иницируют частицами газа или пара возбуждение кавитации и увеличивают объем кавитационного облака в окрестности выходного отверсти 9 до величины, близкой к его диаметру. Кавитирующую жидкость пропускают через выходное отверстие 9, стенки которого защищены пленкой от присоединени кавитации.Steam introduced into the pipeline at a distance greater than the diameter of the swirler 7 is evenly mixed with the liquid and fed into the converging nozzle 8 through the swirler 7. In the converging nozzle, steam and liquid are separated, pressing the vapor or gas to the center of the cavitator in the vicinity of the outlet 9. Speed-up flow liquids in a convergent nozzle 8 to the extent that the static component of the pressure reaches the center of the flow of the vapor pressure of the gas (vapor) liquid mixture, is initiated by particles of a gas or vapor to excite cavitation and increase the volume cavitation cloud in the vicinity of outlet 9 to a value close to its diameter. The cavitating fluid is passed through the outlet 9, the walls of which are protected by film from the attachment of cavitation.

При росте газо(паро)содержани в кавитаторе от до 10 м.д. использование предлагаемого кавитатора по сравнению с прототипом позвол ет достичь положительного технико-экономического эффекта, превышающего достигнутый испарением мазута в поле спонтанной кавитации.With the growth of gas (vapor) content in the cavitator from up to 10 ppm the use of the proposed cavitator in comparison with the prototype allows to achieve a positive technical and economic effect, exceeding that achieved by the evaporation of fuel oil in the field of spontaneous cavitation.

Пример выполнени устройства на электростанции.An example of a device at a power plant.

На конденсационной ГРЭС работают котлы ТГМ-94 производительностью 500 т пара/ч в номинале и фактической среднегодовой производительностью 436,8 т/ч до перевода KOT/IOB на кавитационно-кумул тивную технологию распыливани мазута.The TGM-94 boilers with a capacity of 500 tons of steam / h in the nominal and the actual average annual capacity of 436.8 tons / h operate at the condensing state district power plant before the transfer of KOT / IOB to cavitation cumulative technology of fuel oil spraying.

К работающему кавитатору по предлагаемому решению осуществлен пр мой инжекционный ввод пара холодного промперегрева непосредственно в мазут на рассто нии, значительно превышающем 10 Дз (перед стволом, между паропроводом и мазутопроводом, через шайбу с отверстием 1,5 мм).According to the proposed solution, to the working cavitator, direct injection of the cold reheat steam directly into the fuel oil was carried out at a distance significantly exceeding 10 Dz (in front of the barrel, between the steam line and the fuel oil line, through a washer with a hole of 1.5 mm).

Параметры пара Рп.п. (26-17) ати, tn.n. 380-360°С. Поэтому забросов мазута в пар (аварийные и плановые остановы) за врем опробовани устройства не наблюдалось .Parameters of steam (26-17) ati, tn.n. 380-360 ° C. Therefore, the injection of fuel oil into steam (emergency and planned shutdowns) during the testing period of the device was not observed.

Центростремительное перемещение пара в окрестности выходного отверсти к оси потока, двигающегос с ускорением, при котором достигаетс давление паров насыщени паро(газо)жидкостной смеси,, приводит к тому, что частицы вод ного пара при паротопливном отношении перед завихрителем 0,01-0,007 0,001 м,д. достигают перед выходным отверстием концентрации 1,5%. Вследствие этого они стают зародышами газовой кавитации, котора началась при давлении большем, чем давление насыщенных паров мазута, и стимулировала собственно паровую кавитацию мазута. Резкое возрастание числа зародышей с размерами больше критического, при котором начинаетс преимущественный рост кавитационных пузырьков, составл ет сущность процесса возбуждени кавитации.The centripetal movement of steam in the vicinity of the outlet orifice to the flow axis with acceleration, at which the vapor pressure of the vapor (gas) liquid mixture is reached, causes water vapor particles with a vapor-fuel ratio in front of the swirler 0.01-0.007 0.001 m , e. reach a concentration in front of the outlet 1.5%. As a result, they become germs of gas cavitation, which began at a pressure greater than the pressure of saturated vapors of fuel oil, and stimulated the actual steam cavitation of fuel oil. The sharp increase in the number of embryos with sizes larger than the critical one, at which the predominant growth of cavitation bubbles begins, is the essence of the process of initiation of cavitation.

Использование изобретени повышают КПД котлоагрегата с одновременным снижением оксидов азота в продуктах сгорани мазута, при этом не ухудшаетс экологическа обстановка.The use of the invention increases the efficiency of the boiler unit with a simultaneous decrease in nitrogen oxides in the combustion products of fuel oil, while the ecological situation does not deteriorate.

Claims

Invention Formula

A cavitator containing a diffuser, a liquid supply nozzle and a vapor (gas) supply nozzle communicating with the diffuser, a swirler installed at the diffuser outlet, and a confusor nozzle placed behind the swirler, with the aim of to increase efficiency, it is provided with an ejector which communicates with the diffuser at the point of the lateral surface at a distance of not less than the largest diameter of the diffuser and with the steam supply pipe.

1 g

eight