1.4 Обзор теории и расчета эжектора

Несмотря на внешнюю простоту устройства пароструйного эжектора, происходящие в нем термо- и газодинамические процессы сложны и до сих пор полностью не выяснены.

В настоящее время существуют три направления в расчете пароструйных эжекторов.

Первое основано на раздельном рассмотрении процессов расширения, смешения и сжатия с детальной количественной оценкой потерь на каждом этапе рабочего процесса. Для описания происходящих процессов используются термодинамические, газодинамические и тепломассообменные зависимости. Детальное рассмотрение процессов в отдельных элементах проточной части эжектора (сопло, камера смешения, диффузор) является достоинством первого направления, но в то же время неизбежные допущения и упрощения физических представлений настолько снижают точность расчетов, что сложность и громоздкость этих методов становится неоправданной.

Отличительной чертой второго направления является отказ от детальной оценки процессов в отдельных частях проточного тракта эжектора, а рассматриваются процессы в сопле и между двух основных сечений пароэжектора: 1-1 – на выходе их сопла и 3-3 – на входе в диффузор. Второе направление базируется на определенном экспериментальном материале, что коренным образом отличает его от первого направления.

Учитывая сложность газодинамических процессов в сверхзвуковом эжекторе, авторы третьего направления отказываются от выводов громоздких расчетных уравнений. Это направление можно охарактеризовать как эмпирическое. Эмпирическая методика основана на результатах исследования большого количества пароструйных эжекторов. Экспериментально установлено, что расход пара в эжекторе зависит от трех величин: Р₀ – начальное давление рабочего пара; Р₁ – давление расширения струи в сопле и Р₄ – давление на выходе из диффузора, т.е. давление сжатия.

Для практических целей удобно выражать расход пара в зависимости от соотношений между этими величинами, а именно: степени расширения пара в сопле , степени сжатия парогазовой смеси в эжекторе , (Р₁ – впускное давление, Р₄ – выпускное давление) и коэффициента, равного отношению расхода рабочего пара к расходу эжектируемой смеси

(7)

Функциональная зависимость (7) графически представлена на диаграмме рис. 4.

1.5 Основные характеристики пароэжекторного вакуумного насоса

Основную характеристику пароэжекторных насосов изображают обычно графически (рис. 5) как зависимость впускного давления от производительности Q_н (или от внешней нагрузки). Характеристика имеет два участка: рабочий участок и участок перегрузки. Насос всегда рассчитывается для работы на рабочем участке характеристики. Точка перегиба характеристики, соответствующая максимальной производительности насоса на рабочем участке, является расчетной рабочей точкой.

Зависимость быстроты действия насоса от впускного давления имеет вид кривой с максимумом, соответствующей рабочей точке (рис. 6).

Предельное остаточное давление для пароэжекторных насосов является обычно второстепенной характеристикой, так как основное назначение насоса – работа в области максимальной производительности. Характеристика пароводяного эжекторного насоса слабо зависит от температуры откачиваемого газа (при повышении температуры газа на 100К производительность уменьшится примерно на 5%). Производительность пароводяного насоса значительно возрастает с увеличением молярной массы откачиваемого газа. Характеристика пароэжекторного насоса существенно зависит от давления рабочего пара, подаваемого в сопло эжектора: с увеличением давления рабочего пара производительность возрастает, а впускное давление уменьшается (рис. 7). Разрежение, создаваемое эжектором, существенно зависит от давления за эжектором. Так повышение давления за эжектором на 2% приводит к увеличению впускного давления в 1,6 раза. Важнейшие параметры, характеризующие работу пароводяных эжекторных насосов, - расход пара (кг/ч) и расход охлаждающей воды (м³/ч) в конденсаторах, отнесенные к 1 кг/ч откачиваемого воздуха. Эти характеристики, определяющие эффективность работы насосов, существенно зависят от впускного давления, возрастая с его уменьшением.