Разработка методики расчета пароводяного инжектора

В настоящее время практически во всех теплоэнергетических системах для решения задач теплоснабжения используются электронасосное оборудование, что вполне объяснимо ввиду отсутствия альтернативного оборудования. Выбор электронасосов является следствием серийности их производства, универсальности и простоты при выборе. Однако, такое решение далеко не всегда является оптимальным в связи с нормализованным рядом мощностей, часто не увязанным с требуемой мощностью приводного механизма, и невозможностью без достаточно дорогостоящих устройств экономичного регулирования нагрузки.

Альтернативой применения насосов с электродвигателями может быть использование пароводяных инжекторов. Основными преимуществами аппаратов такого типа являются:

— совмещение в одном аппарате процессов сжатия и нагрева при фактическом использовании всей подведенной энергии при одновременном упрощении тепловой схемы энергетического объекта за счет сокращения количества теплообменного оборудования и трубопроводных коммуникаций.

— возможность разработки и создания инжектора, учитывающего индивидуальные технологические характеристики объекта (системы).

Данные преимущества особенно ярко должны проявляться при сооружении относительно небольших котельных в связи с:

— меньшими дополнительными затратами на подготовку добавочной воды для подпитки цикла;

— умеренными габаритами аппаратов;

— большой надежностью и простотой эксплуатации;

— принципиальной возможностью создания автономной от энергосистемы котельной с покрытием за счет комбинированного использования инжекторов электрических собственных нужд.

Применение пароводяных инжекторов обеспечивает не только повышение надежности теплоснабжения, но и снижение себестоимости тепла в связи со сложившимся соотношением цен на топливо и электроэнергию.

Актуальность работы Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов, внедрение энергосберегающих технологий, а также использование вторичных энергетических ресурсов является наиболее важными направлением в развитии энергетической отрасли страны. Более простая в эксплуатации и обслуживании, обладающая меньшими массогабаритными характеристиками по сравнению с традиционными аналогами, взрывопожаробезопасная и не требующая прямого использования электроэнергии, струйная техника может не только успешно конкурировать с известными агрегатами, но и во многих случаях быть выгоднее их. Применение инжектора, как прибора использующего низкопотенциальную теплоту и обладающую возможностью, благодаря особенностям своей конструкции, создавать давление на выходе во много раз превышающее давление подводимого пара позволяет использовать инжектор для замены блока, состоящего из насоса и теплообменного аппарата (бойлера).

Целью работы является Разработка методики расчета пароводяного инжектора, позволяющая расчетным аналитическим) путем определить и учесть параметры потока внутри его проточной части. Создать критерии оценки эффективности его работы с учетом процессов перераспределения энергии, происходящих внутри камеры смешения. Получить зависимости между геометрическими параметрами и выходными характеристиками аппарата.

Основные задачи, решаемые для реализации указанной цели:

1. Произведена оценка современного состояния вопроса, определены основных тенденций и направления развития инжекторов;

2. Разработана методика расчета параметров смеси по длине проточной части пароводяного инжектора с учетом входных и выходных параметров с определением возможности возникновения скачка уплотнения в инжекторах, спроектированных по данной методике.

3. Выполнен расчет и проектирование аппарата с использованием уточненной методики расчета пароводяных инжекторов;

4. Проведены испытания и исследования аппарата на предмет соответствия полученных расходно-напорных характеристик расчетным и сделан вывод о достоверности методики расчета при проектировании аппаратов такого типа;

5. Созданы критерии оценки эффективности работы пароводяного инжектора с учетом входных и выходных параметров инжектора;

6. Получены зависимости между геометрическими параметрами и выходными характеристиками инжектора.

В ходе решения этих задач получены следующие научные результаты, выносимые на защиту:

1.Результаты исследования аппарата, спроектированного по предлагаемой методике, позволили получить новые расходно-напорные характеристики, на основании которых можно сделать вывод о том, что апробация предложенной методики расчета и проектирования завершилась успешно. Экспериментальные расходно-напорные характеристики пароводяного инжектора соответствуют расчетным.

2.Получены новые зависимости выходных параметров от изменения относительной площади (отношение площади водяного зазора к площади горловины аппарата) и относительного давления пара (отношение текущего давления пара к расчетному давлению пара).

3.Методика определения параметров потока по длине проточной части камеры смешения пароводяного инжектора с учетом воздушной составляющей, использующая только входные и выходные характеристики аппарата.

4.Получены экспериментальные и расчетные данные, которые позволяют судить, что в конструкциях данного типа исключается эффект скачка уплотнения в горловине инжектора.

5. Критерии оценки эффективности работы пароводяного инжектора с учетом процессов перераспределения энергии, происходящих внутри его проточной части.

6.Экспериментальные зависимости между геометрическими характеристиками приемной камеры и выходными теплогидродинамическими параметрами инжектора.

Научная новизна результатов, защищаемых в работе состоит в том, что:

1.Предлагается новая усовершенствованная методика физического и конструктивного расчета, позволяющая рассчитывать широкий спектр пароводяных инжекторов.

2.Разработаны новые критерии оценки эффективности работы пароводяного инжектора, позволяющие оценить степень эффективности перераспределения энергии рабочих сред, происходящих внутри инжектора.

3.Получены новые экспериментальные результаты, выявляющие связь между относительной площадью водяного зазора, относительным давлением пара и выходными теплогидродинамическими характеристиками аппарата.

4.Получены новые величины изменения параметров смеси по длине проточной части пароводяного инжектора.

Достоверность выносимых на защиту результатов подтверждается данными контрольных исследований, проведенных на установке, работающей в теплофикационной системе завода ОАО «Магнетон» .

Практическаязначимость Аппараты, спроектированные по предлагаемой методике, будут гарантированы от возникновения эффекта скачка уплотнения в горловине диффузора. Полученные экспериментальные кривые можно использовать при решении конкретных теплоэнергетических задач производства с помощью ПВИ. Полученные зависимости между выходными характеристиками пароводяного инжектора и изменением величины относительной площади могут быть использованы при проектировании инжекторов подобного типа. Предложенные зависимости характеристик инжектора от входных параметров сред и изменения величины относительной площади водяного зазора дают возможность при проектировании получить новые конструктивные соотношения, расширяющие диапазон характеристик аппарата. Полученные результаты могут быть применены для расчета и проектирования пароводяных инжекторов, использующих в качестве рабочего тела водяной пар низкого давления.

Апробация результатов работы.

Основные положения работы докладывались на научно-технической конференции, посвященной 200-летию ВВМИУ им. Ф. Э. Дзержинского в 1998 г.

По основным результатам исследований опубликовано: два научно-технических отчета, 8 тезисов докладов на научно-технических конференциях, опубликовано 7 статей в Межвузовском сборнике научных трудов СПб ГТУРП и научных журналах.

Результаты экспериментальных исследований использованы при проектировании пароводяных инжекторов в КБ струйной техники НП ПТБ «ЦИРКОН» .