Инжектор представляет собой систему воздуховодов и сопло используется для направления потока текучей среды высокого давления таким образом , что нижняя текучая среда под давлением вовлеченная в струе и осуществляется через канал в области более высокого давления. Это гидродинамический насос без движущихся частей, за исключением клапана для регулирования потока на входе. Паровой инжектор представляет собой типичный применение принципа , используемого для доставки холодной воды в котел с его собственным давлением, используя свой собственный живой или отработанный пар, замена какого - либо механического насоса . Когда он впервые был разработан, его действие было интригующим, потому что оно казалось парадоксальным, почти как вечное движение , но позже это было объяснено с помощью термодинамики .[1] Другие типы инжекторов могут использовать другие находящиеся под давлением рабочие жидкости, такие как воздух.
В зависимости от области применения инжектор может также иметь вид эдукторно-струйного насоса , эдуктора воды или аспиратора . Эжектор работает на тех же принципах , чтобы создать соединение вакуумной подачи для тормозных систем и т.д.
История [ править ]
Инжектор был изобретен Анри Гиффардом в 1858 году, для использования на паровозах , [2] и запатентовал в Великобритании от Sharp, Стюарт и компаний в Глазго . [ необходима цитата ]
После некоторого первоначального скептицизма, вызванного незнакомым и внешне парадоксальным [ по мнению кого? ] режим работы, [3] : 5 инжектор получил широкое распространение на паровозах как альтернатива механическим насосам. [3] : 5,7
Операция [ править ]
Инжектор состоит из корпуса, заполненного вторичной жидкостью, в который впрыскивается рабочая жидкость. Движущая жидкость заставляет вторичную жидкость двигаться. Форсунки существуют во многих вариантах и могут иметь несколько ступеней, каждая из которых повторяет один и тот же основной принцип работы, чтобы увеличить их общий эффект.
Он использует эффект Вентури в виде сходящегося-расширяющегося сопла на паровую струю для преобразования давления энергии пары к скорости энергии, снижая ее давление до ниже, чем в атмосфере, которая позволяет ему увлекать текучую среду (например. Воду). После прохождения через сходящийся «объединяющий конус» смешанная жидкость полностью конденсируется, высвобождая скрытую теплоту испарения пара, которая придает дополнительную скорость воде. Затем конденсатная смесь попадает в расширяющийся «конус подачи», который замедляет струю, преобразовывая кинетическую энергию обратно в энергию статического давления, превышающую давление в бойлере, обеспечивая ее подачу через обратный клапан. [4] [5]
Большая часть тепловой энергии конденсированного пара возвращается в котел, повышая тепловой КПД процесса. Таким образом, инжекторы в целом энергоэффективны более чем на 98%; они также просты по сравнению с множеством движущихся частей питательного насоса.
Движущая текучая среда может быть жидкостью, паром или любым другим газом. Унесенная всасываемая текучая среда может быть газом, жидкостью, суспензией или запыленным газовым потоком. [6] [7]
Основные параметры дизайна [ править ]
Скорость подачи жидкости и диапазон рабочего давления являются ключевыми параметрами инжектора, а давление вакуума и скорость откачки - ключевыми параметрами для эжектора.
Степень сжатия и степень уноса также могут быть определены:
Степень сжатия форсунки определяется как отношение давления на выходе форсунки к входному давлению всасываемой жидкости .
Коэффициент уноса форсунки определяется как количество (в кг / ч) всасываемой жидкости, которое может быть захвачено и сжато заданным количеством (в кг / ч) рабочей жидкости.
Подъемные свойства [ править ]
Другие ключевые свойства инжектора включают требования к давлению жидкости на входе, т.е. является ли он подъемным или неподъемным.
В неподъемном инжекторе необходимо положительное давление жидкости на входе, например, холодная вода подается под действием силы тяжести.
Минимальный диаметр отверстия парового конуса поддерживается больше минимального диаметра соединительного конуса. [8] Неподъемный инжектор Nathan 4000, используемый на Southern Pacific 4294, мог подавать 12 000 галлонов США (45 000 л) в час при давлении 250 фунтов на квадратный дюйм (17 бар). [9]
Подъемный инжектор может работать с отрицательным давлением жидкости на входе, т.е. жидкость находится ниже уровня инжектора. От неподъемного типа он отличается в основном относительными размерами форсунок. [10]
Переполнение [ править ]
Перелив необходим для выхода избыточного пара или воды, особенно во время запуска. Если форсунка не может изначально преодолеть давление в бойлере, перелив позволяет форсунке продолжать втягивать воду и пар.
Обратный клапан [ править ]
Между выходом форсунки и котлом есть как минимум один обратный клапан (в локомотивах называемый «щелкающий клапан» из-за характерного шума [5] ), чтобы предотвратить обратный поток, и обычно клапан для предотвращения всасывания воздуха. в при переполнении.
Инжектор отработанного пара [ править ]
Эффективность была дополнительно повышена за счет разработки многоступенчатого инжектора, который приводится в действие не острым паром из котла, а выхлопным паром из цилиндров, что позволяет использовать остаточную энергию выхлопного пара, которая в противном случае была бы потрачена впустую. Однако выхлопная форсунка также не может работать на неподвижном локомотиве; более поздние выхлопные форсунки могли использовать подачу свежего пара, если выхлопного пара не было.
Проблемы [ править ]
Форсунки могут создавать проблемы при определенных условиях работы, например, когда вибрация заставляет комбинированную струю пара и воды «сбивать». Первоначально форсунка должна была быть перезапущена путем осторожного манипулирования регуляторами пара и воды, и отвлечение внимания, вызванное неисправной форсункой, во многом повлияло на аварию с рельсом Айс-Гилл в 1913 году . Более поздние форсунки были разработаны для автоматического перезапуска при обнаружении разрушения в вакууме струи пара, например, с подпружиненным конусом подачи.
Другая распространенная проблема возникает, когда поступающая вода слишком теплая и менее эффективна для конденсации пара в смесительном конусе. Это также может произойти, если металлический корпус инжектора слишком горячий, например, из-за длительного использования.
Вакуумные эжекторы [ править ]
Дополнительное применение инжекторной технологии - в вакуумных эжекторах в непрерывных тормозных системах поездов , которые стали обязательными в Великобритании в соответствии с Законом о регулировании железных дорог 1889 года.. Вакуумный эжектор использует давление пара для вытяжки воздуха из вакуумной трубы и резервуаров непрерывного тормоза поезда. Для паровозов с готовым источником пара эжекторная технология была признана идеальной благодаря ее жесткой простоте и отсутствию движущихся частей. Паровоз обычно имеет два эжектора: большой эжектор для отпускания тормозов в неподвижном состоянии и маленький эжектор для поддержания вакуума во избежание утечек. Выхлоп из эжекторов неизменно направляется в дымовую коробку, тем самым помогая воздуходувке тушить огонь. Небольшой эжектор иногда заменяют поршневым насосом, приводимым в действие от крейцкопфа, поскольку он более экономичен в отношении пара и необходим только для работы во время движения поезда.
В современных поездах вакуумные тормоза заменены воздушными тормозами, которые позволяют использовать тормозные цилиндры меньшего размера и / или более высокое тормозное усилие из-за большей разницы с атмосферным давлением.
Предыдущее применение принципа [ править ]
Эмпирическое применение этого принципа широко использовалось на паровозах до его формального развития в качестве инжектора в виде расположения дымовой трубы.и дымоход в коптильне локомотива. На рисунке справа показано поперечное сечение дымовой коробки, повернутой на 90 градусов; можно увидеть, что присутствуют те же компоненты, хотя и по-разному названы, как на общей схеме инжектора в верхней части статьи. Отработанный пар из цилиндров направляется через сопло на конце дымовой трубы для снижения давления внутри дымовой камеры за счет улавливания дымовых газов из котла, которые затем выбрасываются через дымоход. Эффект заключается в увеличении тяги в огне до степени, пропорциональной скорости потребления пара, так что чем больше используется пара, тем больше тепла вырабатывается от огня, а производство пара также увеличивается. Эффект впервые заметил Ричард Тревитик.и впоследствии разработан опытным путем первыми инженерами-локомотивами; Ракета Стефенсона использовала это, и это во многом является причиной его заметно улучшенных характеристик по сравнению с современными машинами.
Современное использование [ править ]
Использование инжекторов (или эжекторов) в различных промышленных приложениях стало довольно распространенным из-за их относительной простоты и адаптируемости. Например:
- Для закачки химреагентов в барабаны котлов малых, стационарных котлов низкого давления. В больших современных котлах высокого давления использование инжекторов для дозирования химикатов невозможно из-за их ограниченного давления на выходе.
- На тепловых электростанциях они используются для удаления зольного остатка котла , удаления летучей золы из бункеров электрофильтров, используемых для удаления этой золы из топочного газа котла , и для создания разрежения в выхлопе паровой турбины. конденсаторы .
- Струйные насосы использовались в ядерных реакторах с кипящей водой для циркуляции охлаждающей жидкости. [11]
- Для создания вакуума в системах пароструйного охлаждения .
- Для восстановления работоспособности в системах кондиционирования и охлаждения.
- Для процессов повышения нефтеотдачи в нефтегазовой отрасли.
- Для работы с зерном или другими гранулированными или порошкообразными материалами.
- В строительной отрасли они используются для перекачивания мутной воды и шламов .
- Эжекторы используются на судах для откачки остаточного водяного балласта или грузовой нефти, которые нельзя удалить с помощью центробежных насосов из-за потери напора всасывания и которые могут повредить центробежный насос при работе всухую, что может быть вызвано дифферентом или креном судна.
- На борту судов эдукторы используются для откачки трюмных вод, поскольку использование центробежного насоса нецелесообразно, поскольку всасывающая головка может часто теряться.
- Некоторые самолеты (в основном более ранние конструкции) используют эжектор, прикрепленный к фюзеляжу, для создания вакуума для гироскопических приборов, таких как указатель ориентации (искусственный горизонт).
- Эдукторы используются в топливных системах самолетов в качестве перекачивающих насосов; Поток жидкости от механического насоса, установленного на двигателе, может подаваться в эдуктор, установленный на топливном баке, для перекачки топлива из этого бака.
- Аспираторы представляют собой вакуумные насосы, основанные на том же принципе работы, и используются в лабораториях для создания частичного вакуума и в медицинских целях для отсасывания слизи или биологических жидкостей.
- Гидравлические эдукторы - это водяные насосы, используемые для выемки ила и добычи золота, они используются, потому что они могут достаточно хорошо справляться с высокоабразивными смесями.
- Создать вакуумную систему в установке вакуумной ректификации (НПЗ).
- В вакуумных автоклавах для создания вакуума используется эжектор, который обычно питается от подачи холодной воды в машину.
- Легкие струйные насосы можно сделать из папье-маше.
Скважинные насосы [ править ]
Струйные насосы обычно используются для забора воды из колодцев . Главный насос, часто центробежный , приводится в действие и устанавливается на уровне земли. Его выпуск разделен, при этом большая часть потока покидает систему, а часть потока возвращается в струйный насос, установленный под землей в скважине. Эта рециркулирующая часть перекачиваемой жидкости используется для привода струи. В струйном насосе высокоэнергетический и маломассовый возвратный поток вытесняет больше жидкости из скважины, превращаясь в низкоэнергетический поток большой массы, который затем подается по трубопроводу на вход основного насоса.
Насосы для неглубоких скважин - это насосы , в которых струйный узел прикреплен непосредственно к основному насосу и ограничен глубиной примерно 5-8 м для предотвращения кавитации .
Насосы для глубоких скважин - это такие насосы , в которых струя находится на дне скважины. Максимальная глубина для глубинных насосов определяется внутренним диаметром и скоростью струи. Основным преимуществом струйных насосов для установки в глубоких скважинах является возможность размещать все механические части (например, электрический / бензиновый двигатель, вращающиеся рабочие колеса) на поверхности земли для облегчения технического обслуживания. Появление электрических погружных насосов частично заменило потребность в скважинных насосах струйного типа, за исключением скважин с забивным наконечником или водозаборов на поверхности.
Многоступенчатые паровакуумные эжекторы [ править ]
На практике при давлении всасывания ниже 100 мбар используется более одного эжектора, обычно с конденсаторами между ступенями эжектора. Конденсация рабочего пара значительно повышает эффективность эжекторной установки; Используются как барометрические, так и кожухотрубные поверхностные конденсаторы .
При работе двухступенчатая система состоит из первичного эжектора высокого вакуума (HV) и вторичного эжектора низкого вакуума (LV). Первоначально эжектор низкого давления используется для снижения вакуума от начального до промежуточного. Как только это давление будет достигнуто, эжектор высокого напряжения работает вместе с эжектором низкого напряжения, чтобы окончательно довести вакуум до необходимого давления.
Действующая трехступенчатая система состоит из первичного ускорителя, вторичного эжектора высокого вакуума (HV) и эжектора третичного вакуума (LV). Что касается двухступенчатой системы, сначала эжектор низкого давления используется для снижения вакуума с начального до промежуточного. Как только это давление будет достигнуто, эжектор высокого напряжения работает вместе с эжектором низкого напряжения для создания вакуума до более низкого промежуточного давления. Наконец, бустер приводится в действие (вместе с эжекторами высокого и низкого напряжения), чтобы довести вакуум до необходимого давления.
Строительные материалы [ править ]
Инжекторы или эжекторы изготавливаются из углеродистой стали , нержавеющей стали , латуни , титана , ПТФЭ , углерода и других материалов.
См. Также [ править ]
- Аспиратор (насос)
- Сопло Де Лаваля
- Диффузионный насос
- Джованни Баттиста Вентури
- Густав де Лаваль
- Сопло
- Поверхностный конденсатор
- Эффект Вентури
Ссылки [ править ]
- ^ Щегол & Semmens (2000). Как на самом деле работают паровозы . Издательство Оксфордского университета. С. 94–98. ISBN 978-0-19-860782-3.
- ^ Стрикланд Л. Kneass (1894 г.). Практика и теория инжектора . John Wiley & Sons (перепечатано Kessinger Publications, 2007 г.). ISBN 978-0-548-47587-4.
- ^ a b Стрикленд Лэндис Кнесс (1910). Практика и теория инжектора . John Wiley & Sons (перепечатано Wentworth Press, 2019). ISBN 978-0469047891.
- ^ «ПАРОВОЙ ИНЖЕКТОР». Г-Н ФТБАРВЕЛЛ, ИНСТИТУТ МЕХАНИКИ GWR. СВИНДОН ИНЖЕНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО. СДЕЛКИ 1929-30 гг. ОБЫЧНАЯ ВСТРЕЧА. - 21 ЯНВАРЯ 1930 г.
- ^ a b Goldfinch & Semmens (2000). Как на самом деле работают паровозы . Издательство Оксфордского университета. С. 92–97. ISBN 978-0-19-860782-3.
- Перейти ↑ Perry, RH and Green, DW (Editors) (2007). Справочник инженеров-химиков Перри (8-е изд.). Макгроу Хилл. ISBN 978-0-07-142294-9.CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: extra text: authors list (link)
- ^ Power, Роберт Б. (1993). Пароструйные эжекторы для обрабатывающей промышленности (Первое изд.). Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-050618-3.
- ^ Паллен, William Wade Fitzherbert (1900). Инжекторы: их теория, конструкция и работа (второе изд.). Лондон: Техникал Паблишинг Компани Лимитед. п. 51.
- ^ Андерсон, Дэвид Н .; О'Дей, Рассел М. Х. (17 июля 2013 г.). Примечания Cab-Forward Фирменный локомотив Southern Pacific Railroad (Редакция 1-е изд.). Сакраменто, Калифорния: Джеральд Руд. п. 66.
- ^ Модель инжектора, Тед Кроуфорд, Tee Publishing
- ^ "Паровой струйный насос" . General Electric . Проверено 17 марта 2011 года .
Патент США 4847043 ... рециркуляция теплоносителя в ядерном реакторе.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Дж. Б. Снелл (1973). Машиностроение: железные дороги . Книги со стрелками. ISBN 978-0-09-908170-8.
- JT Hodgson; CS Lake (1954). Управление локомотивом (Десятое изд.). Tothill Press.
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме инжекторных насосов . |
- Использование эдуктора для подъема воды
