РОЗДІЛ 2
РОЗРАХУНКОВА МОДЕЛЬ ВЗАЄМОДІЇ ПОТОКІВ
ВИХРОВОЇ ЕЖЕКТОРНОЇ СТУПЕНІ ВАКУУМНОГО АГРЕГАТУ
2.1. Аналіз граничних режимів вихрової ежекторної ступені
Основи побудови розрахункової моделі і аналізу граничних режимів вихрової ежекторної ступені викладено в статті [14].
Використання закономірностей, співвідношень, методик, що описують процеси в автономно працюючому ежекторі не завжди є обґрунтованим і правильним для ежекторної ступені вакуумного агрегату.
Принципова відмінність ежекторної ступені вакуумного агрегату від самостійного функціонуючого ежектора будь-якого типу полягає в існуванні примусової відкачки потоків через передбачені конструкцією соплові вводи або канали. У більшості випадків в якості робочого середовища активного потоку в ежекторній ступені використовується атмосферне повітря без зовнішніх впливів на його термічні параметри. Для подібних умов, при підтримці в змішувальній камері тиску, нижче атмосферного, за рахунок роботи вакуум-насосу, через активне сопло буде відбуватися затікання повітря з навколишнього середовища всередину вихрового апарату. Масова витрата такого потоку залежить від продуктивності вакуум-насоса і обмежена умовами досягнення критичних параметрів.
Для виникнення течії через сопло пасивного потоку необхідно, щоб масова витрата через вакуум-насос перевищувала максимально досяжне значення масової витрати через сопло активного потоку.
На підставі виконаного аналізу умов роботи автономно працюючого ежектора і ежекторної ступені вакуумного агрегату можна зробити наступні узагальнення, що характеризують їхні принципові відмінності:
- активний потік відкачується вакуум-насосом, що створює газодинамічні умови для ежектування пасивного потоку;
- активний потік є потоком баластового газу, але він створює термодинамічні умови для підтримки більш низьких тисків на вході в сопло пасивного потоку в порівнянні з тиском на вході у вакуум-насос. Зазначена подвійність активного потоку вимагає його мінімізації, але зі збереженням прийнятності по параметрах сполучення потоків;
- для геометрії соплових каналів, що задано, параметри активного й пасивного потоків залежать від масової витрати й тиску змішаного потоку, які у свою чергу зв'язані функціонально у вигляді характеристики вакуум-насоса. З цього можна зробити важливий висновок: усе, що впливає на характеристику вакуум-насоса відбивається на рівні параметрів, що описують режимні співвідношення ежекторної ступені вакуумного агрегату, таких як коефіцієнт ежекції і робочий тиск усмоктування агрегату;
- через те, що середовище активного потоку, як потоку атмосферного повітря не є енергоносієм через нульовий ексергетичний потенціал, стає некоректним розгляд енергетичної ефективності ежекторної ступені у вигляді співвідношення перепадів ентальпії пасивного й активного потоків для представлення адіабатного або політропного ККД. У цьому випадку необхідно виконувати оцінку енергоефективності вакуумного агрегату на базі ексергетичного аналізу.
Для будь-якого типу ежектора або ежекторної ступені граничні режими описують поводження пасивного потоку: або його витрата дорівнює нулю (- перший граничний режим), або він дорівнює максимально можливому (- другий граничний режим).
Безумовно, що перший граничний режим з витратою пасивного потоку, або зі значенням коефіцієнта ежекції, як відношення масових витрат пасивного потоку до активного, , не може бути віднесений до розряду робочих режимів, але він характеризує встановлення мінімального значення тиску на вході в сопло пасивного потоку вакуумного агрегату або ежектора, що працює для вакуумування деякої технологічної системи.
Таким чином, при досягається граничний максимум вакууму. Інакше кажучи, даний режим окреслює межу можливостей ежектора або агрегату в цілому по тиску всмоктування. Для ежекторів прямоструминного типу виникнення режиму обумовлене умовою запирання пасивного потоку в змішувальній камері за рахунок збільшення радіального розміру струменя активного потоку.
Друга категорія граничних режимів відповідає досягненню максимального значення масової витрати пасивного потоку. Для прямоструминевого надзвукового ежектора граничний режим настає при досягненні критичної швидкості пасивного потоку або на вході в змішувальну камеру, або в деякому її перетині. Для вихрової ежекторної ступені граничний режим характеризується однозначністю: він встановлюється при досягненні критичної швидкості пасивного потоку на зрізі відповідного сопла.
На рис. 2.1 наведено характер потоків на граничному режимі .
Рис. 2.1 Граничний режим
Граничний режим, що розглядається для вихрової ежекторної ступені, реалізується шляхом закриття входу в сопло пасивного потоку, і, як було зазначено вище, масова витрата через вакуум-насос дорівнює масовій витраті через сопло активного потоку, що характеризує положення точки C0. При цьому, на зрізі сопла пасивного потоку тиск падає до мінімального значення Р0.
Положення точки 0 вказує межу робочих режимів вакуумного агрегату.
Лінія зміни на рис. 2.1 відповідає закону витікання з середовища безмежного обсягу. При цьому, для вакуум-насоса РП/РОА завжди менше критичного витікання, .
Вид характеристики вакуум-насоса повністю залежить від конструктивних якостей машини і термічних параметрів середовища, що відкачується.
На рис. 2.2 наведено вид характеристики потоків у діапазоні для ежекторної ступені вакуумного агрегату.
а) б)
Рис. 2.2 Граничний режим
На рис. 2.2 (а і б) зображено графічні залежності масових витрат від тиску для всіх взаємодіючих потоків ежекторної ступені вакуумного агрегату. Відмінність складається в характері зміни параметрів пасивного потоку при досягненні граничного режиму (рис. 2.2б).
При співставленні рисунків видно, що режим з максимумом коефіцієнта ежекції має практичне значенн