Пароэжекторные насосы (пароструйные эжекторы)

Приложение

Рис. 1. Схема пароструйного вакуумного эжектора (рис. 13 по В.А. Успепнскому)

Рис. 2. Диаграмма i-s (рис. 10.17 по Справочнику)

Рис. 3. Процессы в эжекторе на i – е диаграмме (рис. 5.32 по Бродянскому В.М.)

Рис. 4. Диаграмма для определения коэффициента эжекции (рис. 10.18 по Справочнику)

Рис. 5. Характеристика пароэжекторного насоса (рис. 10.8 по Справочнику)

Рис. 6. Зависимость быстроты действия пароэжекторного насоса от впускного давления (рис. 9 по Справочнику)

Рис. 7. Зависимость впускного давления от относительной производительности (рис. 10.13 оп Справочнику)

Рис. 8. Схема насосной установки (рис. 39 по В.А. Успенскому)

Рис. 9. Схема шестиступенчатого насоса (рис. 10.6 по Справочнику)

Рис. 10. Диапазоны работы ступеней пароэжекторных вакуумных насосов в i – s –диаграмме (рис. 40 по В.А.Успенскому)

Область применения и принцип действия. Вакуумные пароэжекторные насосы служат для удаления больших потоков газов и парогазовых смесей из различных установок при остаточном давлении 10⁵¸1 Па. остаточное давление около 80 мм рт. ст. может быть создана одноступенчатым эжектором. Более глубокий вакуум (e = 10 степень сжатия в одной ступени) получают с помощью последовательно установленных один за другим пароструйных эжекторов (ступеней). Основные преимущества пароэжекторных насосов перед другими типами вакуумных насосов заключаются в следующем:

- большие объемные производительности (это обстоятельство ставит пароэжекторные насосы в совершенно исключительном положение при необходимости удаления значительного количества газа; уже при расходе 30 г/с и выпускном давлении ниже 1 мм рт.ст. практически нецелесообразно применять другие типы вакуумных насосов и в частности, механические);

- возможность использования оборотного пара, который в избытке имеется на большей части промышленных предприятий;

- простота изготовления, незначительный износ, возможность работы с запыленными и агрессивными средами;

- экономичность.

Указанные преимущества обеспечили широкое распространение пароэжекторных насосов в различных областях промышленности и, в первую очередь, в химии и металлургии. Более того, разработка пароэжекторных насосов способствовала интенсивному внедрению в промышленность некоторых производств и технологий. Пароэжекторные насосные установки входят в состав имитационных стендов для отработки агрегатов ЖРД, ЖРД МТ, исследования и отработки рабочих процессов ЖТС КА и КК в вакуумных условиях.

Пароструйный эжектор (рис.1) состоит из сопла 1 для разгона рабочего пара до сверхзвуковых скоростей, камеры разрежения (а) для подвода к эжектирующей струе откачиваемого газа, камеры смешения (б), где эжектируемый газ перемешивается со струей рабочего пара, и диффузор 2 для сжатия парогазовой смеси выпускного давления.

Рабочий пар в сопловом аппарате расширяется до расчетного давления всасывания. Формируется сверхзвуковая паровая струя. В камере смешения на границе эжектирующей струи происходит процесс захвата, приводящий к ускорению движения медленных молекул и замедлению быстрых. Это приводит к ускорению основной массы эжектируемого потока от входной скорости до скорости, превышающей скорость звука. В это же время из-за энергообмена внешняя часть струи рабочего пара, соприкасающаяся с эжектируемым потоком, замедляется, но остается сверхзвуковой. Границей раздела между камерой смешения и диффузором является скачок уплотнения, положение которого зависит от режима работы эжектора.

После скачка уплотнения (в скачке уплотнения) начинается сжатие смеси эжектируемого газа рабочего пара до выпускного давления. Этот процесс состоит в преобразовании кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления.

Пароэжекторный вакуумный насос характеризуется степенью сжатия, коэффициентом эжекции и коэффициентом полезного действия. Следует отметить, что степень сжатия в одной ступени насоса не рекомендуется принимать более 10, коэффициент эжекции, определяемый как расход рабочего пара на 1 кг эжектируемого газа, зависит от режима работы насоса и может колебаться от 10 до 1000.

Пароэжекторные вакуумные насосы характеризуются низким КПД:

, (1)

где h_а = h₁h₂h₃; h₁ – КПД сопла, h₂ – КПД камеры смешения, h₃ – КПД диффузора, n - коэффициент эжекции.

При h_а = 0,8 и n = 100; h ~ 0,036, т.е. менее 4%.

Низкий КПД и большой расход пара – неотъемлемые недостатки пароэжекторных насосов. Это плата за их преимущества.