Камера смешения

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ааацийьеюи О 9) 01) зЮВ 01 Р 50 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 ф ЫгД 10 , сЯА ТЕЛ ЬСТВ К А 8 ТОРСКОМУ(54) (57) 1. КАМЕРА СМЕШЕНИЯ жащая цилиндрический корпус тор и сопла, размещенные по корпуса в несколько поясов сательной к поверхности усл цилиндра, о т л и ч а ю щ тем, что, с целью повьппения тивности смесеобразования, условного цилиндра составля 0,41 диаметра Корпуса, при ла каждого пояса расположен плоскости и попарно направл речу друг другу. ены нав(71) Казанский филиал Московскогоордена Ленина энергетического института(56) 1. Патент Японии В 51-46306,кл, В 01 Р 5/00, 1976.2. Авторское свидетельство СССРВ 636016, кл. В 01 Р 5/18, 1976.3. Патент ФРГ В 2850271,кл. В 01 Р 3/08, 1981 (прототип),содерколлекдлин.е и по ка" овного а я с я эффекдиаметр ет 0,39- этом сопы в одной2. Камера по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что сопла каждого последующего пояса расположены с 1105219 угловым смешением относительно спел предыдущего пояса,20Изобретение относится к устройствам для смешения турбулентных потоковжидкостей или газов и может бытьиспользовано в различных отрасляхнародного хозяйства. 5В различных непрерывных технологических процессах для получения смеси из двух и более компонентов преимущественно используются устройства,реализующие струйный способ смешения, 10в частности, использующие принциппоперечного ввода струй одного комйонента в сносящий поток другого,Известно устройство для смешения двух сред, состоящее из цилин- . 15дрического корпуса, на боковой поверхности которого расположеныотверстия, оси которых совпадают срадиусом вектора поперечного сечения корпуса, коллектора11.Недостатками данного устройстваявляются невысокая эффективностьсмесеобразования ври изменении режимов работы устройств, что характерно для непрерывных технологических процессов, нестабильность характеристик по качеству смесеобразования при небольших конструктивныхи технологических процессах, большие габариты устройства (удлинения 30устройства), необходимые для практического завершения процессов смесеобразования. Данное устройство невозможно использовать для целогоряда технологических процессов,например для получения плазмы в магнитных гидродинамических (МГД) генераторах, когда увеличение габаритов определяет возрастание тепловыхпотерь, что ведет к снижению температуры и электропроводности плазмы.Известно устройство, состоящееиз корпуса с торцовым входным патруб.ком, н котором установлен диск сокном, с закрепленным в нем завихри.телем, коллектора с радиальными соп,лами, имеющими возможность осевого .перемещения. Наличие завихрителя 1позволяет несколько интенсифицировать процесс смесеобразонания по длине устройства для счет повышения коэффициента турбулентного массообмена, а возможность осевого перемещения .радиальных сопел - расширить диапазон изменения относительного расхода, в котором возможна реализация оптимального перераспределения смешинаемых сред и максимальное значение конвективной составляющей массообмена2 1.Недостатком известного устройства является увеличение коэффициента теплоотдачи смеси к стенке засчет закрутки потока, что ведет к возрастанию тепловых потерь в камере смешения. Область, н пределах которой реализуется оптимальное перераспределение смешинаемых сред, .не значительна,так как при г 1 , О,ЗЭ перемещение реальных сопел не позволяет реализовать эффектинный конвектинный массообмен. Здесь Ь - глубина проникновения поперечных струй; Э - диаметр цилиндрического корпуса, Кроме того, перемещение сопел определяет усложнение конструкции устройства и снижение его надежности. При значительных тепловых потоках, например применительно к МГД генераторам, возрастают также тепловые потери за счет необходимости экранирования сопел.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является смеситель, камера смешения которого представляет собой цилиндрический корпус, снабженный коллектором и соплами, размещенными по длине корпуса в несколько поясов и по касательной к поверхности условного цилиндра. Оси сопел ориентированы под острым углом к продольной оси корпуса 3 1. Однако данный смеситель также не. обеспечивает оптимальное распределение смешиваемых потоков и вследствие этого не обладает достаточной эффективностью смесеобразованияЦелью изобретения является дальнейшее повышение эффективности смесеобраэования. 5Указанная цель достигается тем, что в камере смешения, содержащей цилиндрический корпус, коллектор и сопла, расположенные на боковой поверхности корпуса в несколько поясов 10 и по касательной к поверхности условного цилиндра, диаметр условного цилиндра равен 0,39-0,41 диаметра корпуса, при этом сопла каждого пояса расположены в одной плоскости и по парно направлены навстречу друг другу.Кроме того, сопла каждого последующего пояса расположены с угловым смещением относительно сопел преды дущего пояса.Предлагаемое расположение сопел обеспечивает перераспределение смешиваемых сред при изменении режима работы камеры смешения. Глубина про никновения струй в радиальном направлении остается неизменной при измене. нии нагрузки и равной оптимальному значению за счет встречного соударения струй, Отклонение диаметра услов 30 ного. цилиндра 6(0,39-0,41) от диаметра корпуса 2 ведет к неопти- . мальному перераспределению смешиваемых сред. Так при д С 0,39 Ьк происходит переобогащейие поперечным компонентом периферии канала, а при б0,41 Э- переобогащение приосевой зоны корпуса. Следовательно, в обоих случаях нарушается равномерность распределения массы по перечного компонента по потоку, т.е. снижается эффективность смесеобразования. При этом указанное качество характерно при любом значении расходов смешиваемых сред. 45На фиг, 1 изображена камера смешения, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 и 5 данные результатов испытаний по закономерностям изменения интегральных характеристик поля й Т и 6 при изменении диаметра условного цилиндра.Камера смешения состоит иэ цилиндрического корпуса 1, с которым жестко соединен коллектор для подачи поперечного компонента 2 сооб) щающегося с полостью камеры через систему сопел 3, расположенных на боковой поверхности корпуса 1 в несколько поясов. С коллектором 3 жест ко соединена высоконапорная магистраль 4.Диаметр корпуса Р = 51 мм, диаметр отверстий сопел д = 1-12 мм. В качестве сносящего потока ис" пользуют поток воздуха с температурой 1 = 300 С, в качестве попереч" ного потока " холодный воздух с температурой Т = 15"С. Иассовые расходы взаимодействующих компонентов изменяются в диапазоне30-35 г/с, С - до 100 г/с;гБ =6 фбУстройство работает следующим образом.Низконапорный компонент в виде сносящего потока поступает по цилиндрическому корпусу 1. Высоконапор. ный компонент иэ магистрали 4 через коллектор равномерно распределяется по соплам 3 и через них истекает в цилиндрический корпус 1, где происходит взаимодействие потока и струй. Под влиянием потока струи отклоняются от своего первоначалрного положения, однако струи, истекающие из сопел, оси которых расположены на одной прямой, встречаются (пересекаются), что определяет поддержание их глубины проникновения при изменении нагрузки устройст" ва равной оптимальному значению.Поле температур исследовалось в зоне смешения с помощью термозондов, укрепленных в трехходовом коор" динатнике. В качестве датчиков использовались хромель-капелевые термопары с диаметром королька 0,3 мм.Т-ТНа графиках Т: - , аТ =Т-Т=Т- Т , где индексами ч и чю обозначены ось камеры смешения и периферия камеры смешения соответственно, 6 - параметр качества смешения.Приведенные графики (фиг. 5 и 6) показывают, что при увеличении 3 монотонно возрастает стабильность харак теристик массообмена в области экстре. мальных значений степени смешения.1 3Здесь 3)- - 1 , где 3 - диа"Пметр условногд цилиндра. Однако при 3 ) 0,41 во всей области изме 1105219нения "режимных параметров ( С или % - глубина проникновения струй) качество смесеобразования всегда меньше 1, а в центральной части камеры реализуется избыток массы сносящего потока. Увеличение оопределяет возрастание зтогл качества. Однако диапазон изменения параметров, в пределах которого реализуются стабильные характеристики массообмена, незначителен,Испытания показали, что при таком расположении сопел, как показано на фиг. 1-3, и диаметре условного цилиндра 0,40 диаметра корпусаконструктивные и технологические отклонения практически не определяют 5 изменение характеристик смесеобразования.Таким образом, предлагаемое изобретение является эффективным средством повьшения интенсивности характе О ристик смесеобразования преимущественно для технологических процессов, характеризующихся переменными режимамиработы.1105219 Зака з 5413/5 Ти ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, Ж аж 576 енного комитет тений и открыт5, Раушская на ПодписноССР д, 4 ал ППП "Патент", г. Ужгород ул. Проеко 4 Составитель Т. Круглова Редактор Т. Митейко Техред О.Неце Корректор Е. Сирохма