16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/129/10010.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 13 (129) июль 2009 года

Этот старый новый струйный аппарат

Энергетика: тенденции и перспективы К. т. н. Игорь ДУБРОВИН, к. т. н. Евгений ДУБРОВИН

Струйные аппараты используются уже почти два столетия, однако уровень знаний об их функциональных возможностях вряд ли можно назвать достаточным. Поэтому область их применения в настоящее время крайне ограничена.

Струйные аппараты появились в первой четверти XIX века, их родиной принято считать Англию. Своим появлением они обязаны бурному развитию паровых котлов и обслуживающих их вспомогательных систем, а также – поискам технических средств, способных повысить эффективность термодинамического цикла «пар – конденсат».

Первые подобные аппараты – они применялись для воды и водяного пара – создали известные ученые Бернулли, Цейнер и Ренкин. Российские ученые Соколов, Зингер и Темнов разрабатывали струйные аппараты для различных газов и жидкостей, а также сыпучих материалов.

Стоит отметить, что интенсивные теоретические исследования и широкое практическое внедрение струйных аппаратов отмечены в периоды экономических спадов: они позволяют более рационально использовать энергию – и, следовательно, сократить потребление ресурсов.



Эжектор и инжектор

Струйный аппарат, как известно, – устройство для нагнетания или отсасывания жидких, газообразных или сыпучих веществ. Его работа основана на обмене механической энергией двух потоков веществ в процессе их смешения. Поток с более высоким давлением называется рабочим (или потоком рабочей среды), а с низким – пассивным (потоком пассивной среды).

Как правило, конструкция такого агрегата включает в себя сопло, диффузор, приемную и смесительную камеры. Рабочий поток выбрасывается из сопла в приемную камеру с большой скоростью и увлекает за собой пассивную среду. В камере смешения происходит выравнивание скоростей (давлений) потоков сред. Затем смешанный поток направляется в диффузор, где его кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию сжатия, под действием которой происходит дальнейшая транспортировка перекачиваемой среды.

Наряду с простотой конструкции, надежностью работы и легкостью обслуживания существенным достоинством струйных аппаратов является отсутствие электрооборудования, а также движущихся и вращающихся узлов и деталей. И хотя коэффициент полезного действия аппаратов не очень высок, явные преимущества перед другими устройствами аналогичного назначения позволяют применять их во многих отраслях техники.

Различают два вида струйных аппаратов: эжекторы и инжекторы.

Эжекторы (дословно переводится как «толкатель») – устройство, в котором кинетическая энергия передается от рабочей среды, движущейся с большей скоростью, к пассивной среде. Передача энергии происходит в процессе смешения сред. Эжекторы широко используются в качестве смесителей – например, в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Инжектор (дословно – нагнетатель) – устройство для сжатия газов и паров, а также нагнетания жидкости в различные аппараты и резервуары. Инжекторы нашли свое применение в автомобилях, паровозах, локомобилях и небольших котельных установках – для подачи питательной воды в паровой котел.

Основным и принципиальным отличием эжектора от инжектора является способ подвода пассивной среды в устройство. Если в инжектор пассивная среда подается под давлением, то в эжектор пассивная среда поступает за счет возникновения эффекта самовсасывания.

Первые сто лет своего существования струйные аппараты применялись только для повышения эффективности термодинамического цикла «пар – конденсат». Однако по мере развития промышленности диапазон их практического использования стал расширяться. Сейчас струйные аппараты приготавливают пеновоздушные и пеноводяные огнегасящие смеси, удаляют воду, повышают эффективность эксплуатации нефтяных и газовых скважин, транспортируют сыпучие и жидкие среды, подают смазку и топливо в машинах и механизмах и выполняют другие функции.

Тем не менее сферы практического применения струйных аппаратов до сих пор ограничены. Одна из причин – несовершенство и сложность применяемых для расчета устройств методов (непригодных, например, для аномальных сред).



О методике расчета

За кажущейся простотой струйного аппарата стоят результаты довольно сложных физико-математических, гидро(газо)-динамических и других расчетов, а также глубокие знания устройства и опыт эксплуатации вспомогательных систем и механизмов, совместно с которыми будет функционировать аппарат.

Для расчета струйных аппаратов в составе любой технической системы авторами разработана и успешно применяется новая универсальная методика. Универсальность заключается в возможности применения методики для различных сред – как ньютоновских или нормальных (например, вода и газы), так и неньютоновских или аномальных (хладоны и фреоны, нефть и нефтепродукты, пылевидные и сыпучие материалы).

Для расчета струйного аппарата по авторской методике необходимо иметь более двадцати исходных параметров, характеризующих физическое состояние рабочей, пассивной и смешанной сред.

Наряду с геометрическими размерами элементов системы и основных составных узлов струйного аппарата, работающего в ее составе, в методике важны значения скоростей и давлений используемых сред в трубопроводах системы и по всей длине устройства.

Методика предусматривает проверку правильности выполненных расчетов по нескольким критериям. В частности – по работоспособности аппарата, наличию протечек и всасывающего эффекта, значению коэффициента полезного действия и отсутствию развитой кавитации.



Новые области использования

Практическое применение новой методики расчета позволило авторам значительно расширить области использования струйных аппаратов. На сегодняшний день рассчитаны, а затем и внедрены струйные аппараты в топливных системах котлов и двигателей внутреннего сгорания, в системах водяного охлаждения сварочных полуавтоматов, в холодильных машинах, а также в системах газо-дымоудаления в качестве дымовой трубы и т. д.

В этих системах, машинах и устройствах струйные аппараты применяются для различных целей, в частности таких, как:
• улучшение физико-хими-ческих показателей жидких топлив, переход на сжигание более дешевых низкосортных видов нефтяных топлив – и, как следствие, экономия топлива до 10 (и более) процентов, а также сокращение на 20‑25 процентов экологически вредных выбросов в атмосферу (шесть внедрений на практике);
• приготовление качественных топливных смесей и водотопливных эмульсий – в том числе и на основе нефтесодержащих жидкостей, что позволяет устранять сливы опасных жидких отходов и сокращать количество экологически вредных выбросов в окружающую природную среду (3 внедрения на кораблях и 4 – на стационарных объектах);
• снижение в 1,5 раза и более энергетических затрат на работу насосов системы водяного охлаждения и на циркуляцию охлаждающей жидкости (одно внедрение);
• увеличение циркуляции охлаждающей жидкости (хладона, хладагента) в холодильных установках (одно внедрение);
• снижение температуры и многократного разбавления экологически опасных продуктов сгорания, сбрасываемых в атмосферу (одно внедрение).



Заглянем немного вперед…

По мнению авторов, области практического применения струйных аппаратов далеко еще не исчерпаны. Результаты исследований показывают, что наиболее перспективными областями использования струйных аппаратов в ближайшем обозримом будущем, особенно в условиях мирового экономического кризиса, могут стать пожаротушение, орошение, водоотлив (стационарные и переносные системы), вентиляция (вдувная и вытяжная), нефтепереработка и трубопроводный транспорт.

В указанных областях струйный аппарат может быть использован в качестве:
• смесителя-распылителя для получения мелкодисперсных (10‑20 мкм) аэрозолей огнегасящих смесей и жидкостей (проведены натурные испытания);
• распылителя-диспергатора для экономного распыла воды и жидких удобрений в виде мелкодисперсных (10‑20 мкм) аэрозолей в системах орошения сельскохозяйственных земель (проведены натурные испытания);
• приставки к водоотливным насосам для увеличения количества удаляемой воды и снижения на 25‑30 процентов энергозатрат на ее перекачку в системах водоотлива (проведены расчеты);
• приставки к вентиляторам для увеличения производительности стационарных и переносных вентиляторов и одновременного сокращения на 15‑20 процентов энергозатрат на прокачку воздуха в системах вентиляции (проведены расчеты);
• устройства для предварительной обработки сырой нефти перед ректификационными колоннами с целью увеличения на 10 процентов выхода светлых нефтепродуктов и разгрузки нефтеподающих насосов (проведены предварительные расчеты);
• устройства для уменьшения вязкости на 13‑15 процентов транспортируемой в магистральных трубопроводах нефти и нефтепродуктов без их дополнительного подогрева (внедрены на трубопроводах подачи высоковязкого мазута).

Струйный аппарат – это «труба» с соплом и переменными по длине проходными сечениями. Он преобразует энергию – а значит, его работа возможна только в составе системы или совместно с другими устройствами, способными обеспечивать работу аппарата необходимой для его функционирования энергией.

Системообразующим элементом любой реальной технической системы, независимо от ее функционального назначения, как известно, является источник или генератор энергии – каковыми могут быть насосы, компрессоры, вентиляторы или среды, обладающие потенциальной энергией (например, сжатые газы).

Известно, что в реальных системах всегда существует избыточное (то есть превышающее необходимое) количество энергии. В связи с этим практически к любой системе можно органически, без нарушения ее функциональных возможностей, подключить струйный аппарат, работа которого будет производиться за счет избытка энергии. В настоящее время этот избыток энергии не используется и теряется безвозвратно.

Применение струйного аппарата в составе любой технической системы сокращает потери энергии в окружающую среду – что, в свою очередь, способствует увеличению суммарного коэффициента полезного действия всей системы в целом.

Таким образом, использование струйных аппаратов может стать важным шагом на пути реализации программ ресурсосбережения.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 13 (129) июль 2009 года:

  • Парадоксы родной металлургии
    Парадоксы родной металлургии

    Дно кризиса в сталелитейной промышленности пройдено, объявили в начале июля аналитики банка Credit Suisse, основывающие свои прогнозы на потенциале роста крупнейших компаний России. Однако эксперты «Энергетики и промышленности России» считают, что до уверенности в благополучном выходе российских металлургов из кризиса еще далеко. Тем более что многие проблемы российской металлургии и ее ориентированных на ТЭК подотраслей сложились задо...

  • Всё идет по графику

    Состоялось 6-е заседание оперативного штаба по руководству пуском энергоблока № 2 Ростовской АЭС. ...

  • «Балткран» поставит оборудование на Уфимскую ТЭЦ
    «Балткран» поставит оборудование на Уфимскую ТЭЦ

    ОАО «Башкирэнерго» ведет строительство ТЭЦ-5, которая необходима для электро- и теплоснабжения юго-запада Уфы. ...

  • Эпоха реконструкции дарит новые возможности
    Эпоха реконструкции дарит новые возможности

    ЧТО: Всероссийская конференция энергетиков «Реконструкция энергетики-2009». ГДЕ: Россия, Москва. СОСТОЯЛОСЬ: 9 июня 2009 года....

  • В «ИНТЕР РАО» будет допэмиссия

    Акционеры «ИНТЕР РАО ЕЭС» одобрили уменьшение акционерного капитала компании и снижение номинальной стоимости бумаг до 0,028 рубля. ...