Эксплуатационные характеристики пароструйных эжекторов

Для контроля работы эжектора необходимо знать его характеристику, т. е. зависимость давления всасывания от режимных параметров при нормальной работе.

На давление всасывания эжектора могут оказывать влияние следующие факторы: количество воздуха, проникающего в вакуумную систему турбоагрегата; температура отсасываемой из конденсатора паровоздушной смеси; температура и расход охлаждающей воды, поступающей в холодильники; параметры пара перед рабочими соплами. В условиях нормальной эксплуатации основными причинами, вызывающими изменение давления всасывания эжектора, являются изменения расхода отсасываемого воздуха и значения температуры паровоздушной смеси перед эжектором.

Параметры рабочего пара перед соплами эжектора поддерживаются постоянными, а температура и расход охлаждающей воды находятся обычно в пределах, при которых они не влияют на давление всасывания эжектора, работающего без перегрузки. Вследствие этого наиболее удобными для практических целей являются характеристики эжектора, представленные в форме зависимости давления всасывания р_п от расхода сухого воздуха С_в, содержащегося в отсасываемой паровоздушной смеси при различных значениях ее температуры (рис. 2.3).

Если эжектор состоит из двух и более ступеней, то величины р_и и G_K указываются перед его первой ступенью. Аналогичный описанному выше вид имеют и характеристики эжектора при отсасывании сухого воздуха (см. пунктирную линию на рис. 2.3).

Рис. 2.3. Характеристики пароструйного эжектора:

—паровоздушная смесь;——-сухой воздух Характеристики эжектора, отвечающие различным температурам отсасываемой паровоздушной смеси и нанесенные в зависимости от расхода сухого воздуха, содержащегося в этой смеси, представляют собой в пределах рабочих участков практически прямые параллельные линии.

Каждая характеристика эжектора (характеристика ступени I) пересекает ось ординат в точке, отвечающей давлению насыщенного водяного пара при температуре /_см, т. е. начальная точка характеристики однозначно определяется величиной /_см и не зависит от каких-либо других режимных или конструктивных факторов. Таким образом, для рабочих участков характеристик данного эжектора при отсасывании им паровоздушной смеси независимо от ее температуры может быть применена формула

где р₀ — давление насыщенного пара при температуре смеси t_m, к11а; а — угловой коэффициент, постоянный для рабочих участков всех характеристик данного эжектора, кПач/кг; G_B — расход сухого воздуха, содержащегося в отсасываемой смеси, кг/ч.

Характеристика эжектора при отсасывании им сухого воздуха или паровоздушной смеси определенной температуры имеет два различных участка. Первый участок (ab), отвечающий изменению расхода воздуха от нуля до некоторого значения G' и называемый рабочим участком характеристики, проходит сравнительно полого. Второй участок (Ьс), соответствующий G_k > G* и называемый перегрузочным участком, проходит значительно круче.

Расход воздуха G*, превышение которого при данных условиях работы эжектора вызывает его перегрузку, называется максимальной рабочей производительностью эжектора. На сухом воздухе и на паровоздушной смеси определенной температуры максимальная рабочая производительность оказывается различной.

Указанные выше два участка характеристики эжектора соответствуют различным режимам работы его первой ступени. При неизменном расходе рабочего пара и заданном давлении всасывания р_н режим работы ступени эжектора зависит в основном от противодавления (давление за диффузором) p_Q (рис. 2.4). Высокое противодавление ограничивает производительность ступени (весовой расход эжектируемой среды). С понижением р_с производительность ступени увеличивается, но это происходит лишь до тех пор, пока не достигается некоторое минимальное значение />_с = /*, называемое предельным противодавлением. Дальнейшее понижение р_с уже не сказывается при заданном давлении всасывания р_ц на производительности ступени.

Рис. 2.4. Зависимость противодавления от расхода эжектируемой среды: MN — допредельный режим; NK — запредельный режим; р_н3 > р_и2 > р_м

Это обусловливается тем, что при предельном противодавлении скорость потока эжектируемой среды в одном из сечений камеры смешения или скорость смешанного потока в цилиндрической части диффузора становится равной критической (звуковой). Ступень достигает при этом предельной, т. е. максимально возможной для нее при данном расходе рабочего пара и данном значении р_н производительности (С^1гах = (?'). Режим работы ступени при /?_{с (пр)} называют допредельным, при р_{с с (пр)} — запредельным.

Предельное противодавление ступени зависит от ее геометрических размеров (в основном от отношения FJF, где F₃ — сечение горловины (цилиндрической части) диффузора и F _п — критическое сечение сопла) и от условий работы эжектора. Чем меньше отношение FJF , тем выше предельное противодавление ступени. Для ступени с заданными геометрическими размерами предельное противодавление заметно растет с увеличением расхода рабочего пара (в результате повышения давления или понижения температуры пара перед соплом). Предельное противодавление возрастает также при повышении давления всасывания, связанного с увеличением расхода инжектируемой среды, но в меньшей степени, чем при увеличении расхода рабочего пара.

В трехступенчатом эжекторе первая и вторая ступени работают с переменными противодавлениями, соответственно равными давлениям всасывания следующих за ними ступеней (сопротивления промежуточных холодильников обычно незначительны). Противодавление третьей ступени равно барометрическому и, естественно, не зависит от расхода засасываемой среды.

Кривая ABCD на рис. 2.5 показывает изменение давления всасывания второй ступени р_н2 в зависимости от расхода воздуха G_B в отсасываемой эжектором паровоздушной смеси, а кривая EBF — изменение предельного противодавления ступени I. Поскольку кривая давлений всасывания второй ступени проходит, как правило, более круто, чем кривая предельных противодавлений ступени I, эти две кривые при некотором значении расхода воздуха GJ пересекаются.

Рис. 2.5. Характеристика трехступенчатого пароструйного эжектора.

В области, лежащей левее точки В пересечения этих кривых, при G_K < G* действительные противодавления ступени I (давление всасывания II ступени р_п1) ниже ее предельных противодавлений (р_с| _< />_{с (пр)|}), т. е. ступень I работает в запредельном режиме или с предельной для каждого значения р_н производительностью. Данной области отвечает рабочий участок ab характеристики ступени I эжектора (см. рис. 2.5). Работа эжектора в запредельном режиме отличается устойчивостью, так как давление всасывания и производительность ступени I не зависят при этом от давления всасывания ступени II.

В области, лежащей правее точки В, при G_n > GJ действительные противодавления ступени I выше ее предельных противодавлений (р_с1 > />_{с (пр)|}), т. е. ступень I работает в допредельном режиме, и повышение давления всасывания ступени II приводит уже к значительному понижению производительности ступени I. Поддержание требуемой производительности возможно в этом случае лишь при значительном повышении давления всасывания ступени I, чем и объясняется более крутой перегрузочный участок Ьс характеристики ступени I эжектора.

Перегрузка трехступенчатого эжектора может быть также вызвана тем, что ступень III может перейти на перегрузочный участок раньше ступени II. В этом случае резкое возрастание давления всасывания ступени II приводит при дальнейшем незначительном возрастании G_B к перегрузке и ступени I.

Максимальная рабочая производительность эжектора (7*, превышение которой приводит к перегрузке эжектора, не является постоянной величиной, а может изменяться для данного эжектора в довольно широких пределах в зависимости от его состояния и условий работы. Понижение рабочей производительности, т. е. преждевременная перегрузка эжектора, вызывающая значительное ухудшение вакуума в конденсаторе, может обусловливаться:

• • понижением предельного противодавления ступени I />. _)Р т. е. смешением вниз кривой предельных противодавлений ступени I в результате недостаточного расхода рабочего пара на ступень I, ошибок сборки или износа ее пароструйного аппарата;
• • повышением давления всасывания ступени И, т. е. смещением вверх кривой давлений всасывания ступени II р_н2 в результате повышения температуры отсасываемой этой ступенью паровоздушной смеси из-за недостаточной конденсации пара в охладителе эжектора ступени I, неправильности сборки пароструйного аппарата или перегрузки ступени II.

Указанные причины могут приводить в условиях эксплуатации к перегрузке эжектора при значительно меньшем расходе отсасываемого воздуха, чем это следует из его заводской характеристики.

Последняя ступень эжектора работает с практически постоянным противодавлением, немного превышающим барометрическое давление. В правильно запроектированном эжекторе и при нормальных условиях его работы предельное противодавление последней ступени при G_B = 0 немного превосходит действительное противодавление. При увеличении С_в предельное противодавление растет, а действительное противодавление последней ступени остается почти неизменным. При указанных условиях последняя ступень все время устойчиво работает с предельной производительностью, т. е. в пределах рабочего участка своей характеристики (см. рис. 2.5).

Для последней ступени действительное противодавление может оказаться выше предельного при неправильно выбранных ее основных размерах (отношение F₃/F_Kp), недостаточном расходе рабочего пара или при искусственном повышении сопротивления на выхлопе паровоздушной смеси из эжектора. При этом действительное противодавление может превышать предельное для последней ступени в области более низких расходов воздуха G Следствием этого могут быть неустойчивая работа эжектора и повышение давления всасывания.

Индивидуальные особенности ступени I эжектора (ее конструкция, основные размеры, качество изготовления и сборки), не отражаясь на положении начальных точек (A, D, Е, см. рис. 2.5) рассматриваемых характеристик, определяемых температурой паровоздушной смеси, сильно влияют на наклон их рабочих участков, т. е. на значение коэффициента а в формуле (2.1). Это объясняется тем, что коэффициент а связан с объемной производительностью ступени I эжектора следующей формулой [4]

где V — объемная производительность эжектора (объемный расход всасываемой ступенью I паровоздушной смеси), м³/ч.

При отсасывании паровоздушной смеси заданной температуры и при G_K < G_K* эжектор работает обычно с постоянной объемной производительностью К, а при изменении t_cu она меняется приблизительно пропорционально величине (/ + 273,15), т. е. для обычного в условиях конденсационной установки диапазона /_см незначительно (в пределах (±3)%). Этим объясняется и сохранение значения коэффициента а для рабочих участков характеристик практически постоянным независимо от G и t .

в см При перегрузке эжектора объемная производительность его ступени I сильно понижается с увеличением С_в.

При параллельной работе (на паровоздушной смеси) двух эжекторов общая их объемная производительность К _s является суммой производительностей V, и К ₂, а наклон их совмещенной характеристики (коэффициент а^,) меньше коэффициента а для каждого из эжекторов.

Количество пара в отсасываемой паровоздушной смеси при данной ее температуре остается в пределах рабочего участка характеристики неизменным независимо от расхода воздуха G_H и меняется лишь с изменением температуры смеси. Состав насыщенной паровоздушной смеси, т. е. весовое содержание в ней воздуха и пара, определяется по давлению и температуре смеси.

Сказанное выше о постоянстве объемной производительности эжектора при отсасывании паровоздушной смеси не распространяется на условия, при которых снимаются на заводском стенде или непосредственно на месте установки (при наладке) характеристики работы эжектора на сухом (атмосферном) воздухе.

На холостом ходу эжектора G_cu= Он К = 0. При увеличении С_н объемная производительность эжектора растет (участок ОА на рис. 2.6), но, достигнув определенной величины F, остается уже постоянной (участок АВ). При этом (7 _м растет за счет увеличения давления всасывания р_н. На этих участках эжектор работает на запредельном режиме. Постоянство К сохраняется по мере дальнейшего роста (?_см до тех пор, пока давление всасывания ступени II эжектора остается меньшим, чем предельное противодавление ступени I. Когда же давление всасывания ступени I возрастет настолько, что это условие оказывается нарушенным, эжектор перегружается и К начинает резко понижаться (пунктирные линии на рис. 2.6). Этому участку соответствует допредельный режим работы эжектора.

Рис. 2.6. Изменение объемной производительности эжектора от весового расхода подсасываемой среды.

Условиям, при которых снимается характеристика эжектора на сухом (атмосферном) воздухе, большей частью отвечает (в пределах от холостого хода до начала перегрузки) только первый участок рассмотренной кривой — участок ОА с нарастающей объемной производительностью эжектора. Начало перегрузочного участка (Аа) соответствует расходу воздуха (7 = <7_см = G" . Рабочим же режимам при засасывании паровоздушной смеси отвечает, как правило, только второй участок АВ. Перегрузочный участок для рабочих режимов обозначен ВЬ.

Заводы-изготовители часто ограничиваются снятием характеристики эжектора при отсасывании им воздуха из помещения. Этот воздух содержит весьма малую примесь пара и при давлении в приемной камере эжектора может считаться практически сухим. Характеристики, снятые на сухом (атмосферном) воздухе, позволяют проверить в случае необходимости качество изготовления или монтажа эжектора, но не могут быть непосредственно использованы для эксплуатационного контроля в условиях, когда эжектор отсасывает из конденсатора паровоздушную смесь, содержащую по массе до 50…60% и более водяного пара (в наружном воздухе массе содержание водяного пара составляет порядка 1%).