Построение характеристики эжектора

Характеристики эжектора представляют собой уравнения, которые описывают для струйного аппарата заданных геометрических размеров зависимость давлений (соотношение давлений), создаваемых ступенью эжектора, от коэффициента эжекции или производительности аппарата. Характеристика эжектора показывает, как работает аппарат в расчетном и нерасчетном режимах. Поскольку расчетный режим, являющийся режимом, на котором проектируется эжектор, может значительно отличаться от эксплуатационных режимов эжектора, то и его характеристика может определять параметры сред (давление), существенно отличающееся от номинальных значений.

Как правило, в процессе эксплуатации эжектора характеристика представляет собой зависимость давления всасывания ступеней от количества инжектируемого воздуха.

Рассмотрим методику построения характеристики на сухом (атмосферном) воздухе. Характеристика на паровоздушной смеси строится аналогично ей с учетом количества пара в инжектируемой смеси.

Исходными данными для построения характеристики эжектора являются давление (р_р, кПа), температура (/_р, °С) и расход (С_р, кг/ч) рабочего пара, диаметр критического сечения сопла (d_p, м), входной диаметр конфузора (d₂, м), диаметр цилиндрической части диффузора (d₃, м), температура инжектируемого воздуха (Г_см, °С).

Сначала рассчитываются по формуле (2.11) скорость звука в рабочем парс а_р и в инжектируемом воздухе а_н = а_н, где а_н — скорость звука в инжектируемом газе. Затем определяются через соответствующие диаметры площади критического сечения сопла F_K, выходного сечения сопла F_r входного сечения конфузора, цилиндрического участка камеры смешения (диффузора) F_y

Рассчитывается площадь сечения инжектируемого воздуха.

Определяется относительная массовая скорость в конфузорной части камеры смешения

где р определяется по формуле (2.16).

С помощью газодинамических функций определяется для приемной камеры:

• относительная скорость

где к_н — показатель адиабаты инжектируемого газа,

• относительное давление

Далее рассчитывается давление в приемной камере эжектора при нулевом количестве инжектируемого пара.

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

Организуется цикл по давлению в приемной камере эжектора при задании на следующем шаге большего значения давления (например, на 0,5 кПа), чем на предыдущем. Рассчитываются относительные давления П_рн = р_н/р_р, относительный массовый расход Определяется предельный коэффициент эжекции.

где П_н", П_р. — относительное критическое давление инжектируемого газа и рабочего пара, определяется по величине показателя адиабаты соответствующей среды (см. табл. 2.8); р определяется по формуле (2.16).

Определяется газовая постоянная смеси на выходе из диффузора.

где R_H— газовая постоянная инжектируемого газа, Дж/кг-К, R_H = R_ti.

По формуле (2.15) определяется показатель адиабаты смеси. Затем задаем и в цикле уточняем давление смеси на выходе из диффузора, р_р, кПа. Определяем парциальное давление смеси, кПа,.

Находим температуру паровоздушной смеси, удовлетворяющей уравнению теплового баланса на входе и выходе из камеры смешения,.

где, А — энтальпия рабочего пара, кДж/кг, А_р , 7_р); А_сп — энтальпия пара в смеси на выходе из диффузора, определяется по температуре смеси Г_см и парциальному давлению в сжатой смеси, кДж/кг; с_рв — теплоемкость воздуха, кДж/кг.

Рассчитывается скорость звука в сжатой смеси на выходе из диффузора, м/с,.

Определяется относительный массовый расход в сечении.

где П_с, — относительное критическое давление смеси,

Вычисляем газодинамические функции в сечении 3—3 (см. рис. 2.19 на с. 63):

• • относительную скорость Х_с3 =/(<j_cP k_c);
• • относительное давление П_с3 = <7_с3) —

Рассчитывается относительный расход эжектируемой смеси в сечении 2—2

Далее определяются газодинамические функции для эжектируемого потока Х_н2 = Л<7_н2, к_н); П_н2 = ЛХ_н2, к_н) и рабочего потока в сечении 2—2 (на входе в конфузор камеры смешения) </<sub>р2 = F_kJF_{ к_р2 =

= Л Рассчитывается давление сжатой смеси и сравнивается данное значение с принятым в начале итерационного цикла.

Расчеты повторяются для ряда значений давления инжектируемой смеси р_н, от давления в приемной камере эжектора при нулевых присосах воздуха до давления, соответствующего присосам воздуха выше максимального значения величины присосов для данного эжектора.

При расчете эжекторов уплотнений, обеспечивающих большой коэффициент эжекции и малую степень сжатия паровоздушной смеси, принципиально можно использовать вышеприведенные зависимости.

Однако для пароструйных аппаратов, в которых степень сжатия мала е = pJp_H < 1,2, инжектируемый и смешанный потоки проявляют свойство неупругих сред. Это позволяет существенно упростить расчет, эти аппараты, согласно классификации [1], называются пароструйными инжекторами.

Расчет эжектора уплотнений (пароструйного инжектора)

Алгоритм расчета эжектора уплотнений составлен на основе работы [1].

Исходные данные для расчета:

• • давление рабочего пара /?_р = 0,5 МПа;
• • температура рабочего пара / = 155 °C;
• • давление всасывания р_н = 90,2 кПа;
• • степень сжатия е_см =1,16 (принята с учетом небольшого превышения давления сжатия паровоздушной смеси на выходе из эжектора над барометрическим давлением);
• • расход воздуха С_в = 550, кг/ч;
• • температура отсасываемого воздуха ( = 30 °C.

Алгоритм расчета следующий.

1. Определяем объемную производительность эжектора, м³/с,.

2. Рассчитываем относительное давление отсасываемой смеси.

3. Вычисляем относительную скорость, соответствующую П_рн,.

где к — показатель адиабаты рабочего пара.

4. Определяем относительную массовую скорость как функцию от А,

5. Давление смеси на выходе из эжектора должно быть выше барометрического давления, кПа,.

6. Перепад давления смеси в эжекторе, кПа,.

7. Относительное критическое давление рабочего пара составляет.

8. Основной геометрический параметр эжектора — отношение площади цилиндрической части диффузора к критическому сечению сопла.

где ф, ф₂— эмпирические коэффициенты, ф, = 0,95; ф₂ = 0,975.

9. Расчет достижимого коэффициента эжекции проводится в итерационном цикле. Итерация реализуется по удельному объему сжатой смеси на выходе из эжектора. В первом приближении задаемся v_c = v_H, где v_h — удельный объем воздуха на входе в эжекторе, v_H = (р_н, Г_п) = 0,965.

Коэффициент эжекции находим из решения квадратного уравнения

где ф₃, ф₄ — эмпирические коэффициенты, ф₃ = 0,9; ф₄ = 0,925; Vp — удельный объемрабочего тела, v_p = (р_р, Г_р); п — вспомогательная величина,

На последнем шаге итерационного цикла (…) получаем

Определяем газовую постоянную смеси, Дж/(кг-К),.

где R, R_B — газовая постоянная водяного пара, воздуха, R = 461 Дж/(кг-К), Л = 287 Дж/Оо-К).

Парциальное давление пара в смеси, кПа,.

Температура смеси, °С, определяется как.

где с_в, с_р — удельная изобарная теплоемкость воздуха и рабочего пара, кДж/(кг-К); йр, й",/г_н— энтальпия рабочего пара, пара в состоянии насыщения в смеси с воздухом при давлении р_пс и воды в состоянии насыщения при давлении р_пс.

Находим удельный объем смеси и сравниваем с принятым. Погрешность определения v_c не должна превышать 1%.

Погрешность определения v_c превышает 1%, поэтому v_c приравниваем новому значению v_cl и повторяем цикла расчетов, пока погрешность не будет превышать 1%. Для данного примера расчета v_cl = 1,286 и V. = 1,281.

10. Рассчитываем расход рабочего пара, кг/ч,.

11. Определяем скорость звука в рабочем паре по формуле, м/с,

Геометрические характеристики пароструйного аппарата таковы.

12. Рассчитываем диаметр, м, и площадь критического сечения сопла, м²,

13. Диаметр цилиндрической части камеры смешения, м, определяется как

14. Диаметр выходного сечения сопла составляет.

15. Длина конической, расширяющейся части сопла, м,.

Здесь угол раскрытия сопла составляет 6°.

16. Диаметр входного сечения конфузора, м,.

17. Длина конической части камеры смешения, м,.

Угол конической части камеры смешения составляет 6°.

18. Длина цилиндрической части камеры смешения, м,.

19. Расстояние от выходного сечения сопла до входного сечения конической части камеры смешения [21], м,

20. Выходное сечение диффузора определяем при условии, что скорость смеси на выходе из диффузора не превышает w_c = 40 м/с,.

21. Диаметр выходного сечения диффузора, м,.

22. Длина диффузора, м,.