Инжекторы

ИнжекторИНЖЕКТОРЫ, струйные насосы, применяемые для нагнетания (инжекторы), подъема (элеваторы), отсасывания (эксгаустеры) и вообще перемещения жидких и газообразных тел.

Рабочим телом в струйном насосе м.б. жидкое, паро- или газообразное тело. Рабочий процесс струйного насоса может протекать без изменения или, наоборот, с изменением физического состояния рабочего тела, например, с конденсацией рабочего пара, приходящего в соприкосновение с холодной перемещаемой жидкостью. В последнем случае располагаемым для совершения нужной работы количеством энергии будет не только живая сила струи, но и та работа, которую производит внешнее давление при сокращении объема конденсирующегося рабочего пара. Поэтому-то паровыми инжекторами, предназначенными для питания водой паровых котлов, можно создавать в напорной водяной линии давление большее, чем давление рабочего пара. Другими словами, беря пар из котла, можно этим паром нагнетать воду в этот же котел, преодолевая добавочные сопротивления в питательном трубопроводе. Механический КПД струйного насоса вообще очень низок; поэтому такие насосы применимы или там, где есть в избытке паровая энергия, или же там, где удобство применения отодвигает на задний план их неэкономичность.

Струйные насосы благодаря надежности их действия незаменимы в качестве резервных установок, всегда готовых к действию (например, на судах для откачки воды из трюмов). Там же, где одновременно с механической работой нужно или можно с пользой для дела нагреть перемещаемое вещество путем прямого смешивания его с рабочим телом, струйный насос приобретает все преимущества, так как в этом случае его низкий механический КПД не играет никакой роли, в виду полного использования всей остаточной энергии рабочего тела.

Паровой питательный инжектор в простейшем его виде изображен на фиг. 1. Через штуцер а к инжектору из котла подводится пар, который, пройдя через сопло Ь, поступает с большой скоростью в смесительный насадок с. Благодаря засасывающему действию струй пара, а также конденсации пара, в смесительном насадке создается разрежение, заставляющее воду из коробки инжектора устремляться в насадок. Из смесительного насадка струя смеси воды и конденсата с большой скоростью входит в расширяющееся сопло или диффузор d, который служит для преобразования энергии скорости (кинетической энергии) в энергию давления (потенциальную энергию). Давлением струи, выходящей из диффузора, приподнимается питательный обратный клапан, и вода получает доступ в котел. Между смесительной насадкой и диффузором оставляется щель, через которую при пуске инжектора будут иметь выход избыточные пар и вода; для удаления их предназначена труба е с имеющимся на ней обратным клапаном. При пуске инжектора требуется меньше пара, чем при работе последнего полным ходом, поэтому сопло b снабжают регулирующим приспособлением.

Паровой инжектор

Универсальный паровой инжектор. Особенной надежностью отличается универсальный паровой инжектор завода братьев Кертинг в Ганновере , (Германия), изображенный на фиг. 2. Все операции по приведению этого инжектора в действие производятся движением одной рукоятки. Начиная перемещать рукоятку из крайнего ее положения, соответствующего нерабочему состоянию инжектора, приоткрываем сперва малый паровой клапан V и т. о. включаем левый, вспомогательный инжектор, которым производится всасывание воды из приемного резервуара. Всосанная вода выбрасывается обратно в приемный резервуар через канал М и открытый кран Е. Двигая рукоятку далее, закрываем канал М. Тогда вода устремляется по обводному внутреннему каналу ко второму паровому инжектору, входит в насадку F1 с некоторым давлением и вытекает из инжектора через канал М1 и кран Е. В то же время начинает приоткрываться большой паровой клапан V1 чем вводится в действие второй, правый инжектор. Полное открытие вентиля V1 будет связано с полным закрытием краном канала М1, через который всосанная вода выливалась в приемный резервуар. После этого для воды останется один только выход в напорную трубу через обратный клапан G.

Саморегулирующийся инжектор фирмы Шеффер и Буденберг в Магдебурге (Германия) изображен на фиг. 3. Особенностью этого инжектора является клапан С на смесительной насадке. Клапан этот висит на шарнире и присасывается к смесительной насадке только при наличии разрежения в последней. Если вследствие попадания воздуха во всасывающую трубу прекращается подсасывание воды инжектором, то клапан С отпадает от смесительной насадке и открывает боковое отверстие для выхода пара и воздуха через обратную трубу. Если подсасывание воды возобновляется, то клапан С опять присасывается к смесительной насадке, а инжектор автоматически начинает работать нормально. Таким образом, нарушение всасывания не влечет за собой необходимости выключать» и снова включать инжектор.

Саморегулирующийся инжектор

В качестве питательных приборов паровые инжекторы применяются в паровозах, локомобилях и мелких стационарных котельных установках. В крупных котельных установках питательная вода обычно подогревается за счет тепла отходящих газов, а потому применение инжектора становится нецелесообразным.

Паровыми инжекторами довольно широко пользуются для нагнетания воздуха в топочные поддувала при сжигании антрацита. Расход пара на инжектор нередко достигает при этом 6—8% от общей паропроизводительности котлов. Такое применение паровых инжекторов оправдывается только в тех случаях, когда антрацит, вследствие легкоплавкости золы, на сухом дутье сжигать невозможно.

В паровозах паровым инжектором, или т. н. конусом, создается сильная тяга в трубе. Неэкономичность парового инжектора в этом случае не играет роли, т. к. мятый пар из машины паровоза другого назначения не имеет.

Пароструйные аппараты в последнее время с успехом применяются в качестве воздушных насосов в конденсационных установках при паровых турбинах. Рабочим паром в этом случае служит или мятый пар от вспомогательной турбины, с давлением около 1 atm, или даже свежий пар. Тепло пара, прошедшего инжектор, используется для нагревания конденсата, идущего на питание котлов. На фиг. 4 дана диаграмма рабочего процесса пароструйного инжектора.

Диаграмма рабочего процесса пароструйного инжектора

На фиг. 5 представлен двойной пароструйный воздушный насос системы Гофера. Пар, поступая через трубку b, протекает последовательно через два сопла, из которых первое имеет круглое, а второе - кольцеобразное сечение. В первом сопле пар расширяется до давления р1, под которым притекает воздух. После того как в первом диффузоре давление переходит в р21; выходящий из кольцевого сопла пар засасывает воздух, поступающий из патрубка а, и нагнетает его во второй диффузор, в котором достигается конечное давление р3. Коробка из листового металла, вставленная в камеру всасывания, имеет задачей изолировать всасываемый воздух от горячих стенок корпуса инжектора. Между коробкой и стенками инжектора во время работы инжектора образуется разреженное пространство, которое также оказывает изолирующее действие.

Двойной пароструйный воздушный насос системы Гофера

Водоструйные инжекторы применяются в качестве воздушных насосов в конденсаторных установках при паровых турбинах. Смесь пара и воздуха всасывается водяной струей, выходящей из насадки со скоростью 20—30 м/сек. Так как вследствие конденсации пара, а также преобразования в тепло энергии вихревых движений в струе, возникающих при прохождении воды через центробежный насос и диффузор, температура рабочей воды повышается, то при необходимости пользоваться ограниченным количеством циркулирующей воды следует принимать меры к ее охлаждению. Даже при небольшом повышении температуры рабочей воды существенно падает производительность инжектора и ухудшается разрежение в конденсаторе.

Если через инжектор пропустить всю воду, протекающую через конденсатор, то вода к инжектору может быть подведена с небольшой скоростью - около 25 м/сек; особого насоса при этом не требуется, и вода прокачивается через инжектор циркуляционным насосом. При малых количествах рабочей воды требуются большие скорости (порядка 60 м/сек), для создания которых требуются особые насосы. На фиг. 6 изображен водоструйный воздушный насос Пауля Мейера, выполненный заводом Аугсбург-Нюрнбергского общества (Германия).

Водоструйный воздушный насос Пауля Мейера

Отработавшая в инжекторе вода выбрасывается в канал, подводящий к конденсатору свежую воду, и, так. обр., особого расхода воды на инжектор не требуется. Если конденсационная установка работает с обратным охлаждением, то напора, требующегося для подачи воды на градирню (обычно около 6 м) и создаваемого циркуляционным насосом, бывает достаточно для действия инжектора. Отработавшая в инжекторе вода направляется в этом случае в трубу, отводящую воду из конденсатора. Отсосанный инжектором воздух выделяется из воды уже на градирне. Другое практическое применение (очищение колодцев) водоструйных инжекторов показано на фиг. 7.

Очищение колодца водоструйным инжектором

Газоструйные инжекторы. Простейший пример представляет широко распространенная в лабораторной практике газовая горелка Бунзена. Газоструйные инжекторы находят также применение при устройстве дымососов т. н. непрямого действия (фиг. 8); здесь работа производится воздухом от вентилятора V, но предусмотрена запасная паровая тяга S.

Газоструйные инжекторы

Основные уравнения рабочего процесса струйного инжектора, работающего без изменения физического состояния рабочего тела, даются ниже по Пфотенгауеру. В приводимых формулах приняты обозначения, указанные на фиг. 9 и в следующей таблице:

Газоструйные инжекторы

Газоструйные инжекторы

причем р, р0 - абсолютные давления в кг/м2 или мм вод. ст.; v - удельный объем в м3/кг; γ -  вес 1 м3 в кг; I - длина в м, λ0 - коэффициент трения о стены в диффузоре; Q - секундный расход вещества по весу в кг; V - секундный расход вещества по объему в м3; β - коэффициент потерь.

1) Относительный вес перемещаемого вещества

injektor f1

относительный объем перемещаемого вещества

injektor f2

2) Относительное разрежение всасывания

injektor f3

3) Удельный расход силы на 1 кг перемещаемого веса, на 1 мм вод. ст. (или 1 кг/м2) разрежения всасывания и на 1 м3 удельного объема рабочего вещества

injektor f4

4) КПД инжектора, предназначенного для сообщения ускорения перемещаемому телу,

injektor f5

КПД инжектора, предназначенного для подъема или нагнетания перемещаемого тела,

injektor f6

Коэффициент потерь

injektor f7

Коэффициент β увеличивается под влиянием процессов превращения работы в тепло, имеющих всегда место в выкидной трубе. Явление это парализуется тем, что этой трубе придают форму расширяющегося конуса. С увеличением быстро растет затрата работы, которая при прочих равных условиях будет тем меньше, чем больше удельный вес рабочей массы.

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 9 - 1929 г.