Dvojstupňový integrovaný supersonický ejektor a konfigurácia prúdového a objemového stroja

Číslo patentu: U 7523

Dátum: 01.08.2016

Autori: Knížat Branislav, Olšiak Róbert

Je ešte 2 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Technické riešenie sa týka konštrukcie dvojstupňového integrovaného supersonického ejektora a jeho použitia V konfigurácii prúdového a objemového stroja. Technické riešenie patrí do oblasti stroj árstva a hydraulických strojov.Ejektor je prúdový stroj, V ktorom dochádza k zmiešavaniu dvoch prúdov rôznych tlakov (všeobecne s rozdielnymi celkovými energiami), čím vznikne zmiešaný prúd s výslednou hodnotou tlaku (energie). Ejektor sa skladá z prívodného potrubia pre hnacie a hnané médium, vstupnej dýzy hnaného a hnacieho média,zmiešavacej komory a difúzora. Primárny (hnací, aktívny) prúd, ktorý pred vstupom má vyšší tlak, vchádza do ejektora cez prívodné potrubie a ďalej prechádza dýzou. V tejto časti primárny prúd zväčší svoju kinetickú energiu (úmernú supersonickej rýchlosti), a tým dochádza k strhávaniu molekúl hnaného média s nižším tlakom. V zmiešavacej komore dochádza k vzájonmému premiešaniu oboch prúdov na homogénny prúd a tiež dochádza k vyrovnaniu hybnosti oboch prúdov. Preto dlžka zmiešavacej komory musí byť optimálna(pri veľmi dlhej zmiešavacej komore sú vysoké straty a pri krátkej dochádza k nedokonalému premiešaniu médií) a na jej konci musí dosahovať zmiešaný homogénny prúd subsonickú rýchlosť. Difúzor, ktorý tvorí poslednú časť prúdového zariadenia, má za úlohu transformáciu výstupnej kinetickej energie na energiu potenciálnu, ktorá sa indikuje zvýšením výstupného tlaku. V prúdových zariadeniach teda dochádza najprv k premene potenciálnej a tepelnej energie hnacieho prúdu na kinetickú energiu. Táto energia sa čiastočne odovzdá nasávanému prúdu. Prechodom cez zmiešavaciu komoru dochádza k vyrovnaniu rýchlosti zmiešaného prúdu a V difúzore dochádza k spätnej premene kinetickej energie zmiešaného prúdu na potenciálnu energiu.Za parameter, ktorý vyjadruje technické parametre prúdového stroja, je určený kompresný pomer. Kompresný pomer jedného stupňa prúdového stroja (vyjadrený indexom i) je definovaný ako pomer statického tlaku prúdu plynu na výstupe z difúzora k statickému tlaku prúdu odsávaného plynu na sacom hrdle ejektora podľa vzťahuíľt. Hr Je zrejmé, že z hľadiska použitia V technických systémoch je žiaduce, aby prúdový stroj mal maximálny kompresný pomer ni. Reálne dosiahnuteľný kompresný pomer je fyzikálne obmedzený energiou hnacieho prúdu plynu a tiež precíznosťou technickej realizácie prúdového stroj a. Pokiaľ je kompresný pomer TC jednostupňového prúdového stroja nepostačujúci na danú technickú aplikáciu, zaradí sa viac jednostupňových prúdových strojov do série (za sebou). Sú známe riešenia pre maximálny počet stupňov n 5. Celkový kompresný pomer systému sa zvýši na hodnotu, ktorú je možné vypočítať ako súčin kompresných pomerov jednotlivých stupňovSériové zapojenie jednostupňových ejektorov, opísané V texte, je V technickej praxi používané na zvýšenie kompresného pomeru V závislosti na požiadavkách technológie, do ktorej je stroj inštalovaný. Výhodou opísaného riešenia je, že systém je možné zostaviť z prúdových strojov štandardne vyrábaných (unifikovaných). Uvedené zapojenie má ale dve zásadné nevýhody- systém má viac spojení prietokových (hydraulických) častí tým sa zvyšuje riziko straty tesnosti celého systému a zvyšujú sa prevádzkové náklady na prevádzku, hlavne pri vákuových systémoch- spáj aním jednotlivých samostatných stupňov sa zväčšujú zástavbové rozmery technického zariadenia.Využitie prúdových zariadení je veľmi všestranné. Ich aplikácie sa uprednostňujú predovšetkým tam, kde je dostatok hnacieho média (prehriata para, stlačený vzduch), používaného aj na iné účely. Sú tiež vhodné na odsávanie plynov a pár V prostredí, ktoré je citlivé na možnosť výbuchu odsávaných médií a na vytváranie vákua V spojení s kvapalinokružnou vývevou.Vývevy sú technické zariadenia slúžiace na vytvorenie vákua v technologických zariadeniach. Pod pojmom vákuum sa V technickej praxi rozumie stav zriedeného plynu, ktorého absolútny tlak je nižší ako atmosférický. Vývevy je možné rozdeliť podľa rôznych kritérií (princípu práce, konštrukcie, atdĺ). Najvýznamnejšie je však delenie vývev podľa toho, aké čisté vákuum možno s danou vývevou dosiahnuť, t. j. aký minimálny absolútny sací tlak sú schopné dosiahnuť V odsávanom recipiente. Tým je možné vývevu zaradiť do príslušnej triedy vákua. Kvapalinokružná výveva (KKV) je stroj pracujúci na objemovom princípe. Z princípu práce kvapalinokmžnej Vývevy je zrejmé, že pracovná kvapalina V tvare kvapalinového prstenca plní funkciu piesta. Vo väčšine prípadov sa ako pracovná kvapalina používa voda a výveva pracujúca s vo 1 Ddou ako pracovnou kvapalinou sa nazýva vodokružná. Vodokružnú vývevu ako hydraulický stroj charakterizujú dva parametre sací tlak ps a množstvo nasatej zmesi pri danom sacom tlaku QB. Sací tlak ps je absolútny tlak meraný V blízkosti sacieho hrdla vodokružnej vývevy. Pre rozsah hrubého vákua sa tento tlak udáva v kPa. Výkonnosť vodokružnej vývevy QE je prietok nasávaného plynu (zmesi plynov) V blízkosti sacieho hrdla vodokružnej vývevy pri danom sacom tlaku. Udáva sa podľa veľkosti vodokružnej vývevy V m 3/s, resp. m 3/h. Kvôli exaktnému stanoveniu pracovného rozsahu vodokružnej vývevy sa pre konkrétny stroj udáva výkonnostná charakteristika definovaná ako QE f(ps). V kvalitatívnom priebehu tejto funkcie priesečnica krivky f(p 5) s osou sacieho tlaku zodpovedá minirnálnemu dosiahnuteľnému saciemu tlaku. Tento tlak je však možné vývevou dosiahnuť len za cenu trvalého poškodzovania vývevy, pretože pre danú vývevu je, pri tlakoch nižších, ako je tlak V bode K, nebezpečenstvo vzniku kavitácie. Samozrejme je žiaduce, aby bod K bol na charakteristike čím viac vľavo, t. j. aby kavitačný tlak vodokružnej vývevy bol minimálny. Možností ako to dosiahnuť, je Viacero, ale najracionálnejšou sa javí použitie predradeného ejektora. V zapojení supersonického ejektora pracujúceho ako prúdová výveva nasávaný plyn (zmes, para) prechádza prvým stupňom (prvým ejektorom), potom druhým stupňom (druhým ejektorom) a vstupuje do vývevy. Vákuový systém vytvorí celkový podtlak, ktorý je možné vyjadriť celkovým kompresným pomeromkde p A je hodnota atmosférického tlaku, TĽKKV je kompresný pomer kvapalinokružnej vývevy a je 15 kompresný pomer jednotlivého stupňa ejektora. Na dosiahnutie projektovanej hodnoty sacieho tlaku V odsávanom recipiente je určujúci absolútny tlak dosiahnutý na Vstupnom hrdle ejektora. Na projektovanie ejektora sú limitujúce hodnoty na výstupe z difúzora ejektora, ktoré vo všeobecnosti zodpovedajú bodu K výkonnostnej charakteristike vodokružnej vývevy. Parametre hnacieho média slúžia na navrhovanie primárnej dýzy predradeného ejektora. Na správne projektovanie predradeného ejektora je nutné poznať nasledovné východiskové údaje požadovaný minimálny sací tlak v recipiente pz, požadované odsávané množstvo plynu (zmesi) pri danom sacom tlaku, minimálny sací tlak (kavitačný tlak) pslmln a prislúchajúcu hodnotu nasávaného množstva Q 3 (bod K na výkonnostnej charakteristike) vodokružnej vývevy. Je zrejmé, že zatiaľ čo p a Q sú parametre požadované pre návrh zariadenia, hodnoty parametrov psymin a Q 3 je nutné pre konkrétnu vývevu stanoviť bud experimentálne (čo je metóda najčastejšie používaná), alebo teoretickým výpočtom na základe geometrických rozmerov stroja, prevádzkových údajov a parametrov pracovnej kvapaliny. Zapojenie predradeného jednostupňového ejektora na sacie hrdlo vývevy umožní rozšírenie prevádzkového rozsahu kvapalinokružnej vývevy približne o jeden rád. Pokiaľ je predradenie jedného ejektora vzhľadom na dosiahnutie minimálneho sacieho tlaku (kavitačný tlak) pmin nedostatočné, môžu sa ejektory zapáj ať do série (za sebou) pred sacie hrdlo vývevy. V súčasnosti je štandardne používané riešenie, keď sa do série zapoja dva unifikované ejektory. Dosiahnuteľné parametre pre Vybrané konfigurácie strojov sú uvedené V tabuľke 1..lednostupnová Vodokružná výveva s jednostup- 8.102 Hrubé Vákuum novym predradenym ejektoromJednostvupnova vodokruzna .vyveva s .dVOIIII jed- 6.101 Jenmé Vákuum nostupnovymi predradenymi ejektormiSériové zapojenie dvoch jednostupňových ejektorov, ktoré sa použijú ako predradený stupeň ku kvapalinokružnej výveve, opísané V texte, je V technickej praxi používané na zníženie koncového sacieho kvapalinokružnej vývevy. Výhodou opísaného riešenia je, že systém je možné zostaviť z ejektorov štandardne Vyrábaných (unifikovaných). Uvedené zapojenie má ale dve zásadné nevýhody. Prvou nevýhodou je fakt, že systém má viac spojení prietokových (hydraulických) častí. Tým sa zvyšuje riziko straty tesnosti celého systému(dochádza k prisávaniu vzduchu z okolitej atmosféry). Tento fyzikálny jav sa v systéme prejaví na hodnote dosiahnutého vákua, ktoré je možné určiť meraním absolútneho tlaku vo vákuovom recipiente. Preto je nutné vytvoriť 5 tesnených spojov na úrovni hrubého až jemného vákua, čo zvyšuje nároky na prevádzku systému. Druhou nevýhodou je fakt, že spájaním jednotlivých samostatných stupňov sa zväčšujú zástavbové rozmery technického zariadenia (podľa koncepcie vo vertikálnom alebo horizontálnom smere).S cieľom zníženia spojení prietokových (hydraulických) častí V konštrukcii ejektora a aj jeho aplikácie v spojení s kvapalinokružnou vývevou, zníženia straty tesnosti celého systému, zníženia prevádzkových nákladov na prevádzku, hlavne pri Vákuových systémoch a zmenšenia zastavaného objemu, naskytla sa možnosť riešiť tento problém technickými prostriedkami, ktoré sú schopné zabezpečiť tieto požiadavky.Výsledkom tohto úsilia je opisovaná konštrukcia dvojstupňového integrovaného supersonického ejektora a jeho použitia v konf 1 gurácii prúdového a objemového stroja podľa úžitkového vzoru.Uvedené nedostatky sú V podstatnej miere odstránené konštrukciou dvojstupňového integrovaného supersonického ejektora podľa tohto technického riešenia. Podstata konštrukcie dvojstupňového integrovaného supersonického ejektora spočíva v tom, že technické riešenie je koncipované tak, že obidva stupne supersonického ejektora sú uložené do jedného samonosného telesa, ktoré obsahuje sací vstup prvého stupňa a výtlačný výstup druhého stupňa, pričom ďalej obsahuje hnací vstup prvého stupňa a hnací vstup druhého stupňa. Prvý stupeň je konštruovaný ako klasický jednostupňový ejektor s Lavalovou dýzou. Za difúzorom prvého stupňa a v jeho osi je v samonosnom telese centricky pomocou dutých rebier uložené puzdro s Lavalovou dýzou dmhého stupňa. Rebrovanie vymedzuje správnu polohu puzdra pre Lavalovu dýzu druhého stupňa a zároveň pomocou jeho dutých rebier je dopravované hnacie médium teda vzduch až pred Lavalovu dýzu. Puzdro vytvára plochu Lavalovej dýzy a prívodné potrubie hnacieho média druhého stupňa. Tesnenie je realizované prostredníctvom O krúžkov. Polohu tesniacich krúžkov fixuje matica, ktorá je z vonkajšej strany obtekaná prúdom plynu, preto musí byť jej tvar aerodynamický na zníženie strát v telese. Zmiešavacia komora slúži na zmiešanie hnacieho a hnaného prúdu na homogénne médium a na jej konci dochádza k vyrovnaniu hybnosti oboch médií. V predkladanom konštrukčnom návrhu je použitá rovno plochá Zmiešavacia komora, tzn. že medzi začiatkom a koncom komory vzniká určitá tlaková diferencia. Na konci Zmiešavacej komory je rýchlosť prúdenia už podzvuková. Ďalej homogénny prúd prechádza do difúzora, ktorého úlohou je zvýšiť absolútny tlak a znížiť výstupnú rýchlosť prúdu. Difúzor je navrhnutý tak, že uhol rozšírenia kužeľovej časti je 10 °. V detailnom opise dýza hnaného média, zmiešavacia komora, difúzor a výtlačný výstup druhého stupňa sú usporiadané vo výstupnej prírube samonosného telesa. Puzdro s Lavalovou dýzou, duté rebrá a hnací vstup druhého stupňa sú usporiadané v centrálnej prírube samonosného telesa. Lavalová dýza druhého stupňa je k hnaciemu vstupu druhého stupňa prepojená cez duté rebrá a prstencovú rozvádzaciu komoru. Lavalová dýza, sací vstup a hnací vstup prvého stupňa sú usporiadané vo vstupnej prírube samonosného telesa.Ak výtlačný výstup druhého stupňa je vstupom pre kvapalinokružnú vývevu, potom je možné vytvoriť takú konfiguráciu prúdového a objemového stroja, ktorej podstata spočíva v tom, že na sací vstup kvapalinokružnej vývevy je predradený dvojsmpňový integrovaný supersonický ejektor skonštruovaný podľa uvedeného opisu. Riešenie je prípustné v dvoch variantoch. Prvý variant je založený na vertikálnej inštalácii dvojstupňového integrovaného supersonického ejektora. Druhý variant je založený na horizontálnej inštalácii dvojstupňového integrovaného supersonického ejektora. Pri prvom variante je výstupná príruba ejektora pripojená priamo na prírubu sacej strany kvapalinokružnej vývevy. Tým sa počet komponentov vákuového systému zníži na dva a počet tesniacich plôch sa zredukuje na dve. Celá inštalácia je orientovaná vertikálne, takže je možná zásadná redukcia zástavbových rozmerov v horizontálnom smere. Pri druhom variante je výstupná príruba ejektora pripojená na prírubu sacej strany kvapalinokružnej vývevy cez prepojovací kus tvaru kolena. Tým sa počet komponentov vákuového systému zníži na tri a počet tesniacich plôch sa zredukuje na tri. Celá inštalácia je orientovaná horizontálne, takže je možná zásadná redukcia zástavbových rozmerov vo vertikálnom smere.Výhody konštrukcie dvojstupňového integrovaného supersonického ejektora a jeho použitia v konfigurácii prúdového a objemového stroja podľa úžitkového vzoru sú zjavné z účinkov, ktorými sa prejavujú navonok. Vo všeobecnosti možno konštatovať, že inovácia predkladaného konštrukčného riešenia spočíva v tom,že sa dva stupne prúdových strojov integrujú do jedného telesa. Týmto konštrukčným riešením sa redukuje počet spojov, ktoré je nutné tesniť, a znižujú sa tiež požiadavky na veľkosť zástavbového priestoru celého zariadenia.Inovácia predkladaného konštrukčného riešenia spočívajúca v tom, že sa dva stupne predradených supersonických ejektorov integrujú do jedného zariadenia, ktoré sa inštaluje na sanie kvaplinokružnej vývevy. Výstup z ejektora je priamo pripevnený na prírubu sacej strany kvapalinokružnej vývevy, čím sa redukuje počet spojov, ktoré je nutné tesniť, a znižujú na požiadavky na veľkosť zástavbového priestoru celého zariadenia. Technické zariadenie, ktoré vznikne ako spojenie prúdového stroja (dvojstupňový supersonický integrovaný ejektor) a objemového stroja (kvapalinoknižná výveva) je možné použiť v technológiách, kde je potrebné vytvoriť vákuum v rozmedzí hrubé vákuum až horná hranica jemného vákua (v zmysle normy DIN 28 400). Kvapalinolcružné vývevy sa dajú s výhodou použiť v tých prípadoch, keď je potrebné odsávať zmes plynu a kondenzovateľných pár. Pri odsávaní časť nasávanej zmesi vo forme kondenzovateľných pár skondenzuje v kvapalinokružnej výveve, pričom odvod kondenzátu nespôsobuje žiadne problémy (odvedie sa s pracovnou kvapalinou, pokiaľ kondenzát nie je nevyhovujúca kvapalina).Prehľad obrázkov na výkresochKonštrukcia dvojstupňového integrovaného supersonického ejektora a jeho použitia v konfigurácii prúdového a objemového stroja podľa úžitkového vzoru bude bližšie ozrejmená na výkresoch, kde na obrázku 1je V bočnom detailnom reze názorne zobrazený prvý stupeň dvojstupňového integrovaného supersonického ej ektora. Na obrázku 2 je V bočnom detailnom reze názorne zobrazený druhý stupeň dvojstupňového integrovaného supersonického ejektora. Na obrázku 3 je V bočnom detailnom reze názorne zobrazená celá zostava dvoj stupňového integrovaného supersonického ejektora. Na obrázku 4 je znázornená konfigurácia prúdového a objemového stroja, kde dvojstupňový integrovaný supersonický ejektor je ku kvapalinokružnej výveve pripojený vertikálne. Na obrázku 5 je znázornená konfigurácia prúdového a objemového stroja, kde dvojstupňový integrovaný supersonický ejektor je ku kvapalinokružnej výveve pripojený horizontálne.Rozumie sa, že jednotlivé uskutočnenia podľa úžitkového Vzoru sú predstavované na ilustráciu, a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci znalí stavu techniky nájdu alebo budú schopní zistit s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia. Aj takéto ekvivalenty budú patriť do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu. Pre odbornikov znalých stavu techniky nemôže robiť problém optimálneho navrhnutia konštrukcie a výberu jeho prvkov, preto tieto znaky neboli detailne riešené.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaná konštrukcia dvojstupňového integrovaného supersonického ejektora, ako je znázornené na obrázku l až 3. Dvojstupňový integrovaný supersonický ejektor pozostáva z prvého a druhého stupňa, ktoré sú uložené V samonosnom telese l, ktoré obsahuje sací vstup g prvého stupňa a výtlačný Výstup 3 druhého stupňa, pričom ďalej obsahuje hnací vstup í prvého stupňa a hnací vstup Q druhého stupňa. Prvý stupeň je konštruovaný ako klasický jednostupňový ejektor s dýzou hnaného média, Lavalovou dýzou hnacieho média, zmiešavacou komorou a difúzorom Q. Za diñízorom Q prvého stupňa a v jeho osi je v samonosnom telese l centricky pomocou dutých rebier Z uložené puzdro § s Lavalovou dýzou 2 druhého stupňa. Za Lavalovou dýzou 2 druhého stupňa nasleduje dýza m hnaného média, zmiešavacia komora n a difúzor Q druhého stupňa, ktoré spolu s výtlačným výstupom 3 druhého stupňa sú usporiadané vo výstupnej prírube samonosného telesa l. Ale puzdro § s Lavalovou dýzou 2, duté rebrá Z a hnací vstup j druhého stupňa sú usporiadané V centrálnej prírube samonosného telesa l, pričom Lavalova dýza 2 druhého stupňa je k hnaciemu vstupu j druhého stupňa prepojená cez duté rebrá Z a prstencovú rozvádzaciu komoru Q. Lavalova dýza M, sací vstup g a hnací vstup i prvého stupňa sú usporiadané vo vstupnej prírube samonosného telesa l.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaná konfigurácia prúdového a objemového stroja, ako je znázornené na obrázku 4. Ak pri dvojstupňovom integrovanom supersonickom ejektore Q je výtlačný výstup 3 druhého stupňa vstupom pre kvapalinokružnú vývevu E, potom vertikálnym pripojením kvapalinokružnej vývevy Ľ sa získava želaná konfigurácia prúdového a objemového stroja. Konkrétne, na sací vstup A kvapalinokružnej vývevy E je predradený dvojstupňový integrovaný supersonický ejektor Q. Počet komponentov Vákuového systému zníži na dva a počet tesniacich plôch sa zredukuje na dve (tesnené spoje T 1, T 2). Tesnený spoj Tl zodpovedá jemnému vákuu, tesnený spoj T 2 hrubému vákuu.V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaná konfigurácia prúdového a objemového stroja, ako je znázornené na obrázku 4. Ak pri dvojstupňovom integrovanom supersonickom ejektore Q je výtlačný výstup 3 druhého stupňa vstupom pre kvapalinokružnú vývevu E, potom horizontálnym pripojením kvapalinokružnej vývevy E sa získava Želaná konfigurácia prúdového a objemového stroja. Konkrétne, na sací Vstup A kvapalinokružnej vývevy 5 cez koleno je predradený dvojstupňový integrovaný supersonický ejektor Q. Počet komponentov Vákuového systému zníži na tri a počet tesniacich plôch sa zredukuje na tri (tesnené spoje Tl, T 2, T 3). Tesnený spoj Tl zodpovedá jemnému vákuu, tesnené spoje T 2 a T 3 hrubému vákuu.Priemyselná využiteľnosť Priemyselná využiteľnosť danej konštrukcie dvojstupňového integrovaného supersonického ejektora pod ľa technického riešenia nachádza využiteľnost vo všetkých aplikáciách, kde je používané sériové zapojenie minimálne dvoch konvenčných ejektorov. Konfigurácia prúdového a objemového stroja v možnostiach pou

MPK / Značky

MPK: F04F 5/12, B01F 5/04

Značky: prúdového, konfigurácia, ejektor, objemového, integrovaný, dvojstupňový, stroja, supersonický

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/10-u7523-dvojstupnovy-integrovany-supersonicky-ejektor-a-konfiguracia-prudoveho-a-objemoveho-stroja.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Dvojstupňový integrovaný supersonický ejektor a konfigurácia prúdového a objemového stroja</a>

Podobne patenty