В качестве математической модели в проектировании эжекторов применяется квазиодномерная аналитическая теория, разработанная в ведущих НИИ аэрокосмической промышленности – ЦАГИ и ЦИАМ. Прямая задача расчета эжектора сводится к решению системы нелинейных алгебраических уравнений для неизвестных газодинамических параметров в эжекторе [1-2]. На практике актуальной, но гораздо более сложной в математическом плане является задача проектирования оптимального эжектора по заданным параметрам. В частности, представляет интерес создание эжектора с максимальной степенью сжатия при заданной эжекции или эжектора с максимальным КПД [3]. Задача сводится к нахождению условного экстремума функционала с помощью метода множителей Лагранжа. В первом случае величина противодавления и есть функционал, а система нелинейных уравнений прямой задачи является ограничениями в вариационной задаче. Для поверочного расчета эжекторов с реальными газами и сложной геометрией используется CDF анализ. На рис.1 представлены результаты математического моделирования газодинамических процессов в эжекторе.
Рис. 1. Математическое моделирование эжектора. Поле давления.
Далее, востребованным оборудованием в нефтехимической промышленности являются многоступенчатые пароэжекторные вакуум создающие системы (ВСС), которые состоят из последовательно включенных по эжектируемой среде пароструйных эжекторов и теплообменников-конденсаторов (см. схему на рис.2).
|
Рис.2. Типовая схема пароэжекторной ВСС с вертикальной подачей активной среды |
Рис.3. Зависимость повышения давления в двухступенчатой эжекторной системе от доли пара, направляемого в первую ступень |
Проектирование ВСС гораздо более сложная задача. Расчет является не только многофакторным, но и оптимизационным. Требуется совместный расчет как эжекторов, так и конденсаторов-теплообменников. Оптимизацией является достижение максимальной суммарной степени сжатия при минимизации подачи пара, а также оптимальное распределение подачи пара по ступеням. Так на рис.3 представлена зависимость повышения давления в двухступенчатой эжекторной системе без промежуточной конденсации от доли пара (суммарное количество фиксировано), направляемого в первую ступень. Как видно из рисунка, оптимальным распределением пара по ступеням является 30% на первую и 70% на вторую. Это соотношение обеспечивает максимум степени сжатия в системе.
Основной проблемой в разработке ВСС на практике является то, что параметры активного пара часто находятся в окрестности насыщения (близки к конденсации). В этом случае, для предотвращения появления конденсации до критического сечения сопла, вход в горло сопел проектируется коротким и плавным (профиль Витошинского). Критическое сечение увеличивается по сравнению с теорией идеального сопла, а диаметр расширения уменьшается.
Ещё одной практической сложностью оказывается то, что исходя из габаритных и монтажных соображений самые крупные эжекторы первой ступени желательно располагать вертикально с подачей активного пара «снизу-вверх». Для сухого пара это не имеет значения, но для пара на линии насыщения это создаёт проблему - конденсат в сопле приводит к эффекту захлебывания и срыву вакуума. Для уменьшения конденсата на входе в эжекторы первой ступени эффективным является установление сепаратора.
Как видно, несмотря на кажущуюся простоту эжекторных устройств, их разработка требует высокого научно-технического потенциала компаний-разработчиков, а также большого опыта применения эжекторов в различных процессах.
Эжекторные системы компании ООО «ХИММАШ-АППАРАТ» детально проработаны на высоком научном уровне. Сотрудничество с ведущими проектными институтами и крупнейшими машиностроительными заводами позволяет спроектировать, изготовить и поставить эжекторные системы любой сложности.
Литература:
Абрамович Г.Н., Прикладная газовая динамика, М.: ГИТТЛ, 1953.
Стернин Л.Е. «Основы газовой динамики», 2012 г., Москва, Вузовская книга.
Александров В.Ю., Оптимальные эжекторы. Теория и расчет, М.: Машиностроение, 2012.
Заказать пароэжекторные установки можно отправив письмо–запрос с техническими характеристиками на электронную почту info@him–apparat.ru. или по телефонам компании ООО «ХИММАШ–АППАРАТ» - (495) 2 680 680, (495) 669 93 35
