Устройство для смешивания жидких теплоносителей

, 12900 4 Г 5/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НО ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТ СССРОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(56) Авторское свидетельство СССР631685, кл, Г 04 Г 5/02, 1977.Ионин А. А. и др. ТеплоснабженСтройиздат, 1982, с. 212.Башта Т. М. и др. Гидравлика, глические машины и гидравлические прМ.: Машиностроение, 1970, с. 268.Мамедов И. С. Определение пропспособности сопла при истечении водтично меняющей агрегатное состоВодоснабжение и санитарная техника2, с. 34.Арзуманов Э. С. Кавитация вгидравлических сопротивлениях. Мгия, 1978, с. 32, фиг. 1-23.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯЖИДКИХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ(57) Изобретение относится к смесителям,может быть использовано в водяных системах отопления, в вентиляции, других теплоэнергетических системах и позволяет повысить надежность за счет улучшения антикавитационных качеств. Устройство содержит корпус (К) 1, сопло (С) 2, камеру 3смешения, лопастной насос 4 с трубопроводом (Т) 5, который преобразует потенциальную энергию давления жидкости в корпусево вращение насоса и обеспечивает циркуляцию теплоносителя в замкнутом контуре,содержащем патрубок подвода теплоносителя, полость К 1, патрубок отвода теплоносителя, теплопотребляющую систему. С 2 авводит поток нагретого теплоносителя в поток охлажденного, смесь теплоносителей фунагнетается в теплопотребляющую систему, ЪВУв которой становится охлажденным теплоносителем и поступает обратно в устройство..Охлажденный теплоноситель перекачиваетсянасосом 4 в К 1. Часть охлажденного теплоносителя в количестве, равном количеству 1 авенагретого, поступает через Т 5 на рабочее фколесо и приводит во вращение насос 4,6 ил12900 Изобретение относится к смесителям и может быть использовано в водяных системах отопления, в других теплоэнергетических системах, например, вентиляции (кондиционирование воздуха),Цель изобретения - повышение надежности за счет улучшения антикавитационных качеств. 152Потеря давления в теплопотребляющей системе равна сумме увеличения давления за счет эжекции и за счет работы насосаЛРтс = ЛРэ + ЛРн. (1) Эти перепады давлений изображены на фиг. 3. Расход смеси теплоносителей определяется соотношениемНа фиг, 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема распределения давлений и расходов теплоносителей; на фиг. 4 - схема распределения давлений на сопле и турбоприводе с учетом насоса и эжекции; на фиг. 5 - упрощенная схема распределения давлений; на фиг. 6 - упрощенная схема распределения давлений для прототипа,10 15 20 25 Зо 35 40 Устройство работает следующим образом.Нагретый теплоноситель поступает через сопло 2 в камеру 3 смешения, эжектирует охлажденный теплоноситель из корпуса 1 и смешивается с ним. Смесь теплоносителей нагнетается через патрубок 7 в теплопотребляющую систему, в которой становится охлажденным теплоносителем и поступает обратно в устройство через патрубок 9. Охлажденный теплоноситель перекачивается насосом 4 в корпус 1. Часть охлажденного теплоносителя в количестве, равном количеству нагретого, поступает через направляющий аппарат турбопривода 5 на рабочее колесо и приводит во вращение насос 4. 50 55 Устройство содержит корпус 1, сопло 2, камеру 3 смешения, лопастной насос 4 с турбоприводом 5 и патрубки: для подвода 6 нагретого теплоносителя, отвода смеси 7 теплоносителей, отвода охлажденного 8 теплоносителя, подвода 9 охлажденного теплоносителя. Насос 4 и турбопривод 5 в предпочтительном варианте радиально-осевые (диагональные), снабженные регулируемыми направляющими аппаратами на входе теплоносителя. Насос 4 с турбоприводом 5 установлен между патрубками 8 и 9. Сопло расположено соосно с камерой 5 смешения и патрубком 7.Назначение турбопривода 5 - преобразовывать потенциальную энергию давления жидкости в корпусе 1 во вращение насоса 4. Насос 4 обеспечивает циркуляцию теплоносителя в замкнутом контуре: патрубок 9, полость корпуса 1, патрубок 7, теплопотребляющая система (на фиг. 1 не показана), патрубок 9. Сопло 2 вводит поток нагретого теплоносителя в поток охлажденного. Кроме того, за счет обмена импульсами между потоками теплоносителей (эффект эжекции) образуется дополнительное давление для циркуляции теплоносителя по замкнутому контуру. бсм = б + Йг = 61(1+ ) ) (2) где б - расход нагретого теплоносителя;бг - расход охлажденного теплоносителя,1.1 = бг/6 - коэффициент смешения, (5) Чтобы за счет эжекции получить ЛРэ, требуется разность давлений на входе и выходе соплаЛР. = 1.4(1+0) гЛР. (4)Чтобы за счет работы насоса получить ЛР., необходима разность давлений на входе и выходе турбоприводаЛР. = (1+11) ЛР/(т 1"т 1) (5) где Чн, т 1 т - КПД насоса и турбопривода.Формула (5) получается из условия равенства подводимой и потребляемой мощностей на валу турбопривода6 ЛРтт 1 т = бсмЛРн/т 1 н (5 а)Разность давлений на входе и выходе устройстваЛРн = Р - Рг = ЛРс + ЛРт(6)Получение требуемой температуры смеси тс сводится к обеспечению требуемого коэффициента смешения11 = - (т - Тсм) / (тсм - тг), (7)где ть тг - температура нагретого и охлажденного теплоносителей.Явление кавитации возникает, когда давление в какой-либо точке жидкости падает ниже давления насыщающих паров при данной температуре Р., Под кавитационным запасом считают превышение фактического давления жидкости над Рнп, т. е. Р - Рнп,Улучшение антикавитационных качеств устройства заключается в том, что при расположении турбопривода в потоке охлажденного теплоносителя как турбопривод, так и сопло эжектора попадают в более выгодное сочетание температур и давления.Турбопривод и сопло представляют опасность с точки зрения кавитации, так как в них происходит значительное снижение давления теплоносителя при неизменной температуре (фиг. 4). Насос в данном случае такой опасности не представляет.В прототипе (фиг. 6) нагретый теплоноситель последовательно проходит через турбопривод и сопло. Г 1 ри этом можно считать, что давление после сопла снижается до Рг, 1290015где Р-,. определяется при температуре теплоносителя в турбоприводе тт (т.=т для прототипа и т=т 2 для предлагаемого устройства). 25С некоторым приближением можно считать, что в сопле кавитация наступает также при Р=РВ сопле теплоноситель движется с большой скоростью и при Рпузырьки газа не успевают вырасти до видимых размеров, пока находятся в сопле,Существует несколько вариантов представления коэффициента кавитации для местных гидравлических сопротивлений, к которым относится сопло. Для данного случая лучше всего подходит формулакон эпч пан 35ттп = (Р. - Рнп,п) / (Рс - Рп ), (9) где Р",. определяется при температуре теплоносителя в сопле тп (тп = т для прототипа и предлагаемого устройства) .Для устройства в целомАОп 40 п40 по =От +Оп 4 О(10) а улучшение антикавитационных качеств Лс определяется, как разность о" предлагаемого устройства и прототипа. Поставим прототип и предлагаемое устройство в оди наковые условия по температуре и давлению (Р Р 2 Р 31 т 1 н 2)После подставки формул (8) и (9) в (10) и подставки вместо Р и Р давлений в соответствии с фиг. 5 и 6, после преобразований получают50Сб Э Щ с 5)РЗ Р 2 Р 1 Рз Подставляя значение температур, получают 55зтак хак остальными изменениями давления (ЛРн, ЛРэ, ЛРтс) мОжнО пренебречь.Кавитация в турбоприводе возникает при Р = Р-. Турбопривод характеризуется коэффициентом кавитации О., который зависит от его конструкции, причем, чем меньше от, тем лучше антикавитационные качества турбопривода. С другой стороны, каждое устройство, содержащее турбопривод, можно охарактеризовать допустимым коэффидопциентом кавитации ат, причем, чем больше 1 о от, тем лучше антикавитационные качества устройства, так как в нем может быть приАОРМЕНЕН тУРбОПРИВОД, ИМЕЮЩИЙ От(ОтНапример, у осевых турбоприводов От,9; у радИаЛЬНО-ОСЕВЫХ О.:0,1. ЕСЛИ устройство характеризуется отд=0,5, то в нем нельзя применять осевые турбоприводы. При О. =1,0 можно применять любой тип турбопривода.Допустимый коэффициент кавитации определяется по формулегоАоп хоь ыач хоп( 2)Р - РзРнп(т 2) )/(Рз - Р 2). (13)Так как т)т 2, то числитель в (13) всегда больше нуля, т. е. при предлагаемом размещении турбопривода улучшаются антикавитационные качества,Пример. Допустим, что устройство подключено к источнику тепла с теплоносителем - водой:т =150 С (Рнп=5 ат);т 2= 70 С (Р-=О,З ат),Р=12,5 ат; Р 2=5,1 ат, причем Рз= =8,8 ат.Примем т. =95 С, тогда коэффициент смешения по формуле (7)95 - 70Разность давлений на сопле ЛРп=Р -- Рз=12,5- - 8,8=3,7 ат.Разность давлений на турбоприводеЛР. = Рз - Р 2=8,8 - 5,1=3,7 ат,Циркуляционное давление за счет эжекции по формуле (4)ЛРэ= ----- .,= ----- 2=0,26 ат.ЛРп 371,4 (1+11) 1,4 (1+2,2)Давление, развиваемое насосом, по формуле (5)ЛРт 11 н 1 т 3,7 0,6 0,61+11 1+2,2(Принято тн=тт=0,6).Потеря давления в теплопотребляющей системе определяется по формуле (1).ЛР- = 0,26+0,41 = 0,67 ат (6,7 м вод.ст) Получено достаточно большое значение ЛР. и.При этом по формуле (13) определяют: ЛО = --- - = 1,27) О.4 РР 5 - 038,8 - 5,1Таким образом, запас антикавитационных свойств остается большим, что позволяет использовать осевые и радиально- осевые турбоприводы.Формула изобретенияУстройство для смешивания жидких теплоносителей, содержащее корпус, камеру смешения, сопло, турбопривод, насос, патрубки подвода нагретого и охлажденного теплоносителей, отвода смеси теплоносителей, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности за счет улучшения антикавитационных качеств, устройство дополнительно содержит патрубок для отвода охлажденного теплоносителя, при этом турбопривод насоса расположен между патрубками для подвода и отвода охлажденного теплоносителя.Составитель И. ЛандсбергРедактор И. Касарда Техред И. Верес Корректор А. ЗимокосовЗаказ 7883/32 Тираж 595 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сз и 1 з