Что такое эжекция в двигателе

Чем отличается инжектор от эжектора

Инжектор и эжектор — разновидности струйного насоса. Различия между ними заключаются в особенностях их работы.

Струйный гидравлический насос — аппарат, основанный на принципе обмена механической энергией между потоками с высоким и низким давлением. Совместим с жидкими, газообразными, сыпучими веществами. Если насос что-то закачивает или распыляет, то это инжектор. Если же прибор что-либо откачивает, то это эжектор.

Конструкция гидравлического агрегата проста. В самом облегченном виде она состоит из двух скрепленных трубок, в ней нет движущихся деталей, электрооборудования. Это упрощает обслуживание и повышает надежность.

Устройство эжектора

Эжектор — устройство, передающее кинетическую энергию среды с большей скоростью к среде с меньшей при их соединении. Вместе с вакуумным насосом аппарат увеличивает напор всасываемой жидкости. Нередко его применяют как смеситель на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях.

Работа эжекторного насоса основана на принципе Бернулли. Упрощая, его можно сформулировать так: давление течения с меньшей скоростью движения выше, а с высокой, наоборот, ниже. То есть поток с высоким давлением в трубе вызывает всасывание потока в патрубке с низким.

Эжекторное приспособление состоит из следующих элементов:

• трубы с сужающимся соплом, куда поступает эжектирующая субстанция;
• патрубка, куда всасывается эжектируемая жидкость-/газ;
• камеры, где они смешиваются;
• узкого цилиндрического горла;
• более широкого диффузора;
• выходной трубки, соединяющейся с главным трубопроводом.

Выносной эжектор функционирует по следующей схеме.

• Рабочий поток всасывается в главную трубу с соплом.
• В патрубке резко падает давление. Как только скорость движения пассивной среды достигает определенной отметки, в камере формируется вакуум. То есть давление становится ниже атмосферного. Это ведет к засасыванию жидкости-/пара из патрубка.
• Эжектируемая и эжектриующая среды встречаются в камере, где обмениваются кинетической энергией. При поступлении в диффузор она превращается в потенциальную энергию сжатия. Под её действием вещество поступает в выходную трубку.

Принцип работы инжектора

Назначение инжектора — сжатие газов, паров, жидкостей, их нагнетание (распыление) в другие узлы. Устройство является стандартным линейным ускорителем, который вводит заряженные частицы в центральные узлы машины. Заметим, что водяное давление в инжекторном агрегате может быть выше, чем в эжекторном. Агрегатные состояния используемых веществ бывают:

• равнофазные (газ-газ, пар-пар, жидкость-жидкость);
• разнофазные (газ-жидкость, жидкость-газ);
• изменяющейся фазности (пар-жидкость, жидкость-пар).

Соответственно, инжектор используют в составе различной аппаратуры. Его применяют в горной промышленности, на электростанциях, в машиностроении; в качестве составной части котельного оборудования — в нефтегазовой отрасли, жилищно-коммунальном хозяйстве, на промышленных предприятиях.

Как пример, рассмотрим особенности действия инжектора парового котла. Она основан на его способности создавать более высокое давление, чем у рабочего пара. Кинетическая энергия последнего преобразуется в давление воды, которая поступает в котел. В своей сути инжекторная схема отличается от эжекторной только наличием игольчатого вентиля с рукояткой. Он предназначен для регулирования расхода и подачи жидких, парообразных веществ.

• Подают пар, который конденсируется на охлажденных стенках.
• Из-за разности давлений вода из резервуара поднимается в инжекторную полость.
• Пар расширяется и тянет за собой водный поток дальше в камеру смешения.
• Состав из конденсированного пара и воды устремляется вперед по расширяющемуся конусу. Там его скорость превращается в давление.
• Это помогает ему преодолеть сопротивление клапана (выходной трубки), проходя через который он поступает в котел.

Конструкция инжектора (форсунки) в автомобильных двигателях отличается большей сложностью, включает движущиеся элементы.

В чем разница

Таким образом, эжектор и инжектор — подвиды струйного насоса. Их отличает:

• Принцип действия. Эжектор откачивает газ-/пар-/жидкость, а инжектор, наоборот, распыляет.
• Конструкция. Инжекторная система может быть усложнена по сравнению с эжекторной, хотя в своей основе они идентичны.
• Сфера применения. Эжектор применяют в паре с вакуумным насосом, инжектор — с котельным оборудованием, автомобильными двигателями и др.

Содержание

Различают эжекторы низкого и высокого давления

Эжекторы низкого давления

Эжекторы низкого давления, имеющие побудителями вентиляторы производительностью 1000-12000 м 3 /ч, при гидравлических потерях во всасывающих сетях 49-294 Па и коэффициенте β = 1 типизированы и для них выбраны центробежные вентиляторы, выпускаемые промышленностью комплектно с электродвигателем и виброизолирующим основанием.

Эжекторы высокого давления

Эжектирующие аппараты высокого давления классифицируют по степени сжатия (отношению конечного давления смеси р₀ к начальному эжектируемому р_н) и степени расширения рабочего потока (отношению начального давления перед соплом р_р к конечному за соплом р_н и разделяют на три группы:

• газоструйные компрессоры, имеющие большую степень расширения и умеренную степень сжатия;
• газо(паро)струйные эжекторы, имеющие большую степень сжатия при большой степени расширения;
• газо(паро)струйные инжекторы, имеющие большую степень расширения и малую степень сжатия.

Вторую группу аппаратов применяют для поддержания глубокого вакуума; при степени сжатия p_с/p_н>2,5 их применяют в конденсационных установках паровых турбин и в пароэжекторных холодильных установках. Оптимальной для них является коническая камера смешения.

Как устроен и как работает прибор

В работе прибора используется принцип Бернулли, из которого следует, что повышение скорости движения жидкости провоцирует образование в непосредственной близости к потоку области низкого давления (другими словами, возникает эффект разрежения). Конструкция эжектора включает в себя:

• всасывающую камеру;
• смесительный узел;
• диффузор;
• специальное сопло (постепенно сужающийся патрубок).

Жидкая среда, перемещаясь по соплу, на выходе из него набирает очень большую скорость. Возникшее разрежение провоцирует поступление воды из всасывающей камеры. Давление этой порции жидкости намного больше. Смешавшись внутри диффузора, вода общим потоком начинает движение по трубопроводу. Строго говоря, принципом действия эжекторного насоса является обмен кинетической энергией между потоками, имеющими разную скорость движения (не путать с инжектором, который действует с точностью наоборот).

Встречаются паровые и пароструйные эжекционные насосы. Паровые аппараты вакуумного типа поддерживают разрежение за счет выкачивания газа из замкнутого пространства. Чаще всего такие приборы применяются для подачи воды.

Пароструйные насосы работают за счет воздушной эжекции. Тут применяется энергия струи, возникающая в процессе выкачивания водной, парообразной или газовой среды. Чаще всего пароструйными насосами оснащаются речные и морские суда.

Разновидности

Эжекторный насос разделяются на модели с вмонтированным эжектором и выносным. Разберемся с каждым более подробно.

С выносным эжектором

Такие насосы для забора воды необходимо опускать вглубь колодца или скважины. Насос с выносным эжектором имеет две трубы. По одной из них жидкость под определенным напором подается в эжектор. Это приводит к тому, что вырабатывается своеобразная всасывающая струя.

Насос с внешним эжектором по своим характеристикам значительно уступает моделям с встроенным эжектором. Все дело в специфике конструкции.

Так, насос с эжектором выносного типа будет «бояться» загрязненной воды, и попадания внутрь конструкции воздуха. Его КПД заметно ниже, но выносной эжектор насоса имеет и свое существенное преимущество – его можно располагать внутри жилого помещения.

С вмонтированным эжектором

Внутренний центробежный эжекторный насос поднимает воду с помощью созданного искусственным путем разряжения.

Ввиду особенностей конструкции, эжекторный насос стоит намного дороже обычных устройств этого типа, так как способен поднимать воду даже с больших глубин вплоть до 50-и метров.

Высокая производительность, правда, несколько компенсируется за счет большого уровня шума, издаваемого во время работы устройства.

Поэтому, эжекторные насосы монтируются исключительно в подвалах и подсобных помещениях жилых домов.

Современный пароэжекторный вакуумный электронасос – хорошее решение для организации системы водоснабжения на большом предприятии и при орошении больших территорий с растительностью.

Устройство и разновидности насосов с эжекторами

Вариантов включения эжектора в насосную цепь два:

• встроенный;
• внешний узел.

Насосы с выносным эжектором

Функционально эти способы отличаются. Выбор зависит от задач, которые будут поставлены перед насосом. Встроенный эжектор располагается в конструкции насоса, поэтому всасывание жидкости и создание напора происходят внутри аппарата. В таком случае насос, конечно, тоже погружается в скважину.

С одной стороны, это уменьшает общие габариты установки. Такая насосная станция способна работать с жидкостью, содержащей песок, ил. Однако само по себе устройство достаточно шумное, поэтому вблизи жилого строения его не монтируют. Максимальная глубина забора воды подобного насоса составляет только около 8 м.

Выносной эжектор предполагает оборудование наземной насосной станции. Сам узел помещается в трубопроводе на глубине. На поверхности размещается бак, который облегчает работу насоса: создаёт напор и дополнительное разрежение. Среди минусов такого устройства – необходимость опускать вторую трубу, что может быть неудобным при ограниченном диаметре скважины.

КПД насоса с выносным эжектором – на 30-35% ниже, чем у «коллеги» со встроенным. Зато вы сможете доставать воду с глубины до 50 м. Да и работает он существенно тише. Его даже размещают в домах, правда, не в жилых комнатах.

Использование градирен для охлаждения воды

Тип градирни выбирается в зависимости от общего объема оборотного цикла, необходимого температурного перепада, особенностей эксплуатации.

Для больших объемов охлаждаемой воды, достигающих нескольких десятков тысяч кубометров в час, чаще всего используются башенные градирни. Эти сооружения можно увидеть на большинстве ТЭЦ и АЭС.

На промышленных предприятиях они используются значительно реже — общий объем воды в системе делится на более маленькие локальные циклы со своими, отличными от других, параметрами работы. Поэтому в таких оборотных системах чаще применяются вентиляторные или эжекционные градирни.

Эжекционная система охлаждения отличается от классической вентиляторной тем, что избыточный поток воздуха создается за счет эжектирующего эффекта, откуда и пошло соответствующее название. Эжекция — это процесс смешения двух каких-либо сред (пара и воды, воды и песка и т.п.), в котором одна среда, находясь под давлением, воздействует на другую и, увлекая за собою, выталкивает её в необходимом направлении. Вода специальными форсунками разбивается на очень мелкие капли и распыляется под большим давлением внутрь установки. Поток капель увлекает за собой воздушную массу с более низким давлением. Остальные процессы схожи с любой другой градирней испарительного типа.

У эжекционных систем есть свои очевидные плюсы и минусы. К положительным сторонам следует отнести простоту конструкции: отсутствуют вентиляторные узлы, не требуется оросительное устройство. Такие градирни проще в обслуживании. Однако из плюсов напрямую появляются и минусы: меньшая охлаждающая способность, высокие требования к качеству воды, значительное снижение эффективности при засорении форсунок или снижении давления в системе и дополнительные расходы на мощные насосы.

Наиболее распространенным решением для охлаждения воды в оборотных циклах является использование вентиляторных противоточных градирен. Они легко масштабируемы и могут использоваться от самых маленьких до огромных оборотных циклов. Высокая охлаждающая способность позволяет удовлетворить потребности большинства технологических процессов.

Что касается эксплуатации, то при правильном подходе к делу, с учетом современных технологий и материалов, сложностей у персонала не возникает.

Более подробно обо всех типах градирен Вы можете прочитать в нашей статье.

ЭЖЕКТОР В ДЫМОХОДЕ

Применив данную схему при модернизации печки собственного дома, я убедился в ее высокой эффективности. Теперь даже самый плохой кизяк или низкосортный торф пылают в топке словно факел.

Эжекторное уснление тягн в печной трубе с использованием самодельного центробежного нагнетательного насоса:

1 — виброгасяшее основание (ящик с песком); 2— асинхронный электродвигатель (от стиральной машины, 220 В, 180 Вт, 1500 об/мин); 3 —корпус насоса; 4 — центробежный ротор (16-лопаточный, с паяной втулкой-ступицей); 5 — нагнетательный патрубок; 6—муфта (резиновый шланг); 7 — эжектор (стальная труба 50×3); 8— печная асбоцементная труба; размеры d, D, h — по месту установки; материал пп. 3, 4 и 5 (за исключением втулки-ступицы) —листовая оцинкованная сталь

А ведь затраты на модернизацию печи (да, думаю, и котельной на твердом топливе) мизерные. Эжектором служит стальное водогазопроводное колено. Установлено оно так, что высокоскоростная воздушная струя вдувается в отсасываемый дым примерно на уровне 1,5 м от верхнего конца вытяжной трубы.

Создающий эту струю центробежный нагнетательный насос—самодельный. Корпус его представляет собой паяную бронзой грибообразную конструкцию из оцинкованного стального листа толщиной 0,5 мм. Смастерить такую под силу даже школьнику, если в его распоряжении будет высокотемпературная горелка. Например, самодельная водородная (см. разработку «Режет и сваривает вода» в журнале «Моделист-конструктор» № 3 за 1997 год).

Ротор с 16-ю паяными лопатками изготовлен по аналогичной технологии, с использованием тех же материалов и горелки. Исключением является разве что ступица, в основе которой — отрезок стальной толстостенной трубы (размеры—в зависимости от вала сопрягаемого электродвигателя) со сквозным диаметральным отверстием под шплинт и внутренней проточкой под шпонку.

Нагнетательный патрубок также спаян бронзой из 0,5-мм стального оцинкованного листа.

Для долговременной работы данной системы понадобился слабо нагруженный асинхронный электродвигатель с довольно высокой скоростью вращения вала. Подошел от бытовой стиральной машины (220 В, 180 Вт, 1500 об/мин). Кстати, такой мотор и шумит меньше своих многосильных «собратьев», что для эксплуатации на чердаке жилого дома с печным отоплением — фактор немаловажный.

В качестве массивного и устойчивого основания, способного гасить механические сотрясения и акустические шумы в широком диапазоне частот, использован деревянный тарный ящик с песком. А чтобы не допустить проникновения микровибраций от двигателя ко всем остальным деталям и узлам конструкции, применены амортизирующая «рубашка» (обмотка электромотора эластичным бинтом) и муфта (резиновый шланг) — мягкое соединение насоса с эжектором.