Эксплуатационные характеристики водоструйных эжекторов

Основным показателем водовоздушных эжекторов, характеризующим их работу, является объемный коэффициент инжекции.

где К — объемный расход эжектируемого воздуха; К — объемный расход рабочей воды, м³/с, У_р = 0,785J_K²_pw,.

Здесь с!_кр — критический диаметр сопла, м; w, — скорость струи воды на выходе из сопла, м/с.

Достижимый объемный коэффициент эжекции при отсасывании сухого воздуха зависит от отношения ApjAp_p, где Др_с = р_с — р_п; Ар_р = р_р— р_н. р_р, р_н р_с— давление соответственно рабочей воды перед соплом, эжектируемого воздуха перед эжектором, сжатой водовоздушной эмульсии после диффузора.

Зависимость объемного коэффициента эжекции и_а от ApjAp_p для данного водовоздушного эжектора или его характеристика определяется по основному геометрическому параметру эжектора — отношению сечений камеры смешения и сопла FJF 1].

Для конденсационных установок давление всасывания эжектора р_н и его изменения в условиях эксплуатации малы по сравнению с Ар_р и Ар . При отсасывании сухого воздуха значение объемного коэффициента эжекции водоструйного эжектора остается на всем рабочем диапазоне изменения р_н практически постоянным. Поскольку при этом почти не меняется расход рабочей воды, постольку объемная производительность водоструйного эжектора при отсасывании им сухого воздуха также в определенном диапазоне остается практически постоянной.

Характеристику водоструйного эжектора представляют в виде зависимости давления всасывания р_н от расхода эжектируемого сухого воздуха или воздуха, находящегося в смеси с паром, при конкретных значениях давления рабочей воды р_р и ее температуры t_p (рис. 3.3). С ростом расхода воздуха давление всасывания увеличивается, а при G_n = 0 давление всасывания близко к давлению насыщенного пара при температуре рабочей воды.

При отсасывании сухого воздуха водоструйные эжекторы имеют практически линейную характеристику р_н =/(GJ во всем рабочем диапазоне давлений всасывания, причем эжекторы с удлиненной цилиндрической камерой смешения сохраняют линейную характеристику до значений давления всасывания, приближающихся к барометрическому давлению.

С увеличением давления рабочей воды (до определенных значений) давление всасывания уменьшается (рис. 3.3, а), и характеристика протекает более полого. При этом увеличиваются объемная производительность эжектора и объемный расход рабочей воды.

Рис. 3.3. Характеристики водоструйного эжектора ЭВ-4−1400 при отсасывании сухого воздуха:

а — влияние давления рабочей воды; б — влияние температуры рабочей воды Максимальное давление Рр'^акс определяется типом выбранного насоса рабочей воды и сопротивлением трассы до эжектора. С уменьшением р_р путем прикрытия задвижки на этой трассе давление р_н увеличивается, и характеристика располагается круче, что соответствует уменьшению объемной производительности эжектора. При каком-то.

— -МИН определенном для данного эжектора значении давления р_р = р_р происходит срыв, и приемная камера наполняется водой.

Характеристики эжектора при постоянном давлении рабочей воды и различной ее температуре эквидистантны (рис. 3.3, б), их ординаты различаются на значение, равное разности значений давления насыщения, соответствующих температурам рабочей воды. Объемная производительность эжектора практически не зависит от температуры рабочей воды.

Рабочая характеристика водоструйного эжектора при отсасывании сухого воздуха описывается уравнением, аналогичным формуле (2.1) со с. 24,

где р_: — абсолютное давление насыщенного водяного пара при температуре рабочей воды t_p равной температуре смеси в камере смешения.

При отсасывании сухого воздуха в камере смешения эжектора происходит насыщение пузырьков воздуха парами рабочей воды, причем температура пара в водовоздушной эмульсии практически равна температуре рабочей воды.

При отсасывании из конденсаторов паровоздушной смеси пар полностью конденсируется на струе рабочей воды и не требует затраты энергии на его сжатие. При отсасывании из конденсатора чистого пара (G_n = 0) начальная точка характеристики эжектора должна соответствовать давлению пара в конденсаторе с учетом аэродинамического сопротивления конденсатора и трубопроводов отсоса паровоздушной смеси.

По мере увеличения содержания воздуха в паре (/_см = const) давление всасывания водоструйного эжектора растет. Оно определяется выражением

где р_н' — парциальное давление пара в паровоздушной смеси; е — массовое содержание воздуха в смеси.

Объемная и массовая производительность водоструйного эжектора при отсасывании чистого пара (или паровоздушной смеси с большим содержанием в ней пара) значительно выше, чем при отсасывании сухого воздуха. Это объясняется интенсивным теплообменом между паром и водяной струей, что приводит к полной конденсации пара в камере смешения эжектора. По мере увеличения расхода воздуха массовый расход пара, содержащегося в отсасываемой смеси, и объемная производительность эжектора уменьшаются, а давление всасывания эжектора (при прочих равных условиях) приближается к его значению при работе на сухом воздухе. При некотором значении D_B = /)' обе характеристики практически совпадают.

С увеличением расхода воздуха количество пара, захватываемого из конденсатора вместе с воздухом, уменьшается, поскольку уменьшается интенсивность теплообмена между паровоздушной смесью и струей жидкости, а также сказывается присутствие неконденсирующихся газов (воздуха), которые должны быть сжаты в проточной части эжектора.

На рис. 3.4 представлена характеристика эжектора при отсасывании паровоздушной смеси. Характеристику водовоздушного эжектора на паровоздушной смеси аналогично характеристике пароструйного эжектора можно представить состоящей из двух участков — рабочего и перегрузочного.

В пределах рабочего участка d— с при небольших количествах присасываемого воздуха давление всасывания эжектора р_н можно принять постоянным, при этом объемная производительность эжектора резко снижается. Переход кривых объемной производительности эжектора на горизонтальную ветвь соответствует переходу характеристики эжектора р_н = fi GJ в область перегрузки. Объемная производительность эжектора в этом случае приближается к его производительности на сухом воздухе (на рисунке К = 100 м³/ч).

При режиме работы конденсационной установки, отвечающем наклонной ветви характеристики с—b (условно перегрузочный участок), давление в конденсаторе растет с увеличением расхода воздуха, что приводит к снижению экономичности работы турбины. В отличие от пароструйного эжектора, не допускающего работу при его перегрузке, водоструйный эжектор обеспечивает и на этом участке своей характеритики устойчивое удержание давления в конденсаторе в соответствии со своей характеристикой на сухом воздухе.

Водовоздушная смесь сжимается в эжекторе до достижения величины давления р_с, устанавливающегося за эжектором в сливной трубе. Это давление при вертикальном расположении эжектора определяется барометрическим давлением и высотой его установки над уровнем воды в сливном колодне ДИ, а также плотностью смеси р_см и сопротивлением сливной трубы Д/?_ст по формуле, МПа,

Рис. 3.4. Зависимости давления (а) и расхода пароводяной смеси (б) от расхода воздуха водоструйного эжектора ЭВ-4−1400 при отсасывании паровоздушной смеси При увеличении противодавления р_с путем прикрытия задвижки на сливной трубе возможно два режима: предельный, при котором изменение р_с не оказывает влияния на давление в приемной камере />_и, и допредельный, при котором увеличение р_с приводит к увеличению р_н. В обоих случаях при достижении предельного значения р" ^р происходит срыв работы эжектора вследствие того, что кинетическая энергия струи рабочей воды становится недостаточной для сжатия водовоздушного потока до максимального для данного эжектора противодавления р" ^р, зависящего в основном от его конструкции и режимных параметров. Увеличение высоты установки эжектора, А И уменьшает противодавление. Максимальное увеличение Л/г в целях обеспечения устойчивого режима работы сифона должно быть не более 8 м [1].

Характеристику водоструйного эжектора при отсасывании паровоздушной смеси можно построить следующим приближенным способом (см. рис. 3.4, а):

• • по уравнению (3.2) для заданной температуры рабочей воды построить характеристику а~Ь при отсасывании сухого воздуха, определяя объемную производительность эжектора по уравнению состояния для воздуха;
• • для любой заданной температуры паровоздушной смеси /_см по таблицам водяного пара определить соответствующее давление насыщения при С_в = 0. Эта точка располагается на оси ординат (точка d для /_см = 40 °С). При увеличении содержания воздуха в смеси р_н слабо растет, и в первом приближении можно полагать, что р_н = const. Переход на перегрузочную ветвь совершается по кривой d—c~b, асимптотически приближающейся к характеристике а—Ь для сухого воздуха.

Таким образом можно построить семейство характеристик для нескольких температур отсасываемой смеси при различных температурах рабочей воды.

Рабочие процессы в конденсаторе и эжекторе взаимосвязаны. Так, например, изменение давления всасывания эжектора приводит к изменению давления пара в конденсаторе, соответственно изменятся температура насыщения пара и условия теплообмена в конденсаторе. Изменение давления пара вызовет изменение удельного объема пара и соответственно скоростей потока, а следовательно, и парового сопротивления конденсатора, что также окажет влияние на давление всасывания.

Для обеспечения давления р_к в конденсаторе необходимо, чтобы давление всасывая эжектора р_н в приемной камере ступени I составляло.

где Ар_к, Ар — сопротивление конденсатора, трубопроводов отсоса паровоздушной смеси.

При нормальном эксплуатационном состоянии конденсатора давление в нем, определяемое рабочими характеристиками конденсатора, поддерживается только в том случае, если эжектор создает необходимое разрежение, удаляя весь поступающий в конденсатор воздух.

При чрезмерно больших присосах воздуха или неудовлетворительной работе эжектора баланс между поступлением и отсосом воздуха нарушается. В конденсаторе постепенно накапливается воздух, теплоотдача ухудшается, давление растет, массовая производительность эжектора с ростом давления всасывания увеличивается. Установившийся режим наступит на таком уровне давления в конденсаторе, когда производительность эжектора станет равной новому значению присосов воздуха.

На рис. 3.5 показана качественная характеристика системы конденсатор — эжектор в виде зависимости давления в конденсаторе р_к от расхода пара в конденсатор D_K (расход и температура охлаждающей воды постоянны).

Рис. 3.5. Характеристика системы конденсатор — эжектор:

• 1,2— характеристика эжектора при различных G_u (С_в1 < (?_в2);
• 3 — характеристика конденсатора

При присосе воздуха (?_в|, когда давление всасывания эжектора (линия /, рис. 3.5) ниже давления в конденсаторе, вакуум системы определяется только конденсатором. При этом эжектор ухудшает свой вакуум из-за отсоса лишнего пара.

При присосе воздуха G_b2 >G_b1 (линия 2, рис. 3.5) до расхода пара 1)_к1 вакуум системы определяется эжектором, который не в состоянии поддержать вакуум, определяемый конденсатором. Для углубления вакуума необходимо уменьшить присосы воздуха или подключить дополнительный эжектор (уменьшив тем самым D_B и соответственно уменьшив давление всасывания). При расходе D_K > Д_к| вакуум системы будет определяться конденсатором.

При выборе расчетной производительности эжектора необходимо также учитывать характеристики конденсатора. Углубление вакуума в конденсаторе (и связанный с ним прирост мощности турбины) за счет увеличения производительности эжектора необходимо сопоставлять с расходами воды на водоструйный эжектор.

Необходимое давление рабочей воды в водоструйном эжекторе определяется схемой его включения. По данным источника [1] максимальный объемный коэффициент эжекции и_а достигается при давлении рабочей воды, кПа,.

где F_v F — площади сечения цилиндрической части диффузора и критического сечения сопла рабочей воды.

Для основных водоструйных эжекторов паровых турбин соотношение площадей составляет 2…3 и давление рабочей воды 0,342…0,735 МПа.

Расход рабочей воды на водоструйный эжектор, м³/ч, ориентировочно можно определить (для одной струи) по зависимости.

Расход рабочей воды на один эжектор составляет 1 …3,5% расхода циркуляционной воды в конденсатор, на всю группу эжекторов — 4… 10%.