Что такое инжектор?
Термин «инжектор» происходит от французского слова «injecteur», которое, в свою очередь, восходит к латинскому «injicio», что означает «вбрасываю». В технике это понятие имеет два основных значения:
1. Ускоритель частиц. Чаще всего это линейный ускоритель, задача которого — разогнать и «впрыснуть» заряженные частицы в основной, более мощный ускоритель. Энергия, которую частицы получают в инжекторе, должна превышать минимальный порог, необходимый для их эффективного удержания и дальнейшего разгона в основной установке.
2. Струйный насос. Это устройство, использующее энергию струи пара, газа или жидкости для сжатия, перемещения или нагнетания другой среды в различные резервуары и аппараты.
Пароводяной инжектор: классический пример
Наиболее известное применение струйных инжекторов — питание паровых котлов на паровозах, локомобилях и небольших котельных установках. Их ключевое преимущество — полное отсутствие подвижных частей, что делает конструкцию чрезвычайно надежной и простой в обслуживании.
Принцип действия
Работа основана на преобразовании кинетической энергии струи пара в потенциальную энергию давления воды. Внутри корпуса инжектора расположены три конуса, выстроенные на одной оси:
- Паровой конус (сопло): В него из котла подается пар, который, расширяясь, развивает высокую скорость.
- Водяной (конденсационный) конус: Быстрая струя пара захватывает воду, подводимую из бака, и конденсируется в ней, образуя смесь.
- Нагнетательный конус (диффузор): Здесь скорость потока смеси уменьшается, что приводит к резкому росту давления — вплоть до значений, превышающих давление в паровом котле. Это позволяет продавить обратный клапан и подать питательную воду в котел.
Избыток воды в начале цикла сбрасывается через «вестовую» трубу. Для стабильной работы температура питательной воды не должна превышать 40 °C, а высота ее всасывания — 2,5 метра. Инжектор можно устанавливать как вертикально, так и горизонтально.
Особенности и современное применение
Уникальность пароводяного инжектора заключается в том, что давление на выходе может превышать давление рабочего пара на входе. Хотя его коэффициент полезного действия (КПД) невысок, это не было критично для небольших котлов, так как тепло конденсированного пара возвращалось в систему.
В последнее время интерес к инжекторам возродился в связи с разработкой новых энергетических циклов, магнитогидродинамических генераторов и применением их в качестве струйных конденсаторов и насосов. Исследования направлены на оптимизацию формы проточной части, снижение потерь и повышение КПД.
Водовоздушные эжекторы
Это разновидность струйных аппаратов, где рабочей средой является вода, а инжектируемой (отсасываемой) — воздух или паровоздушная смесь. Вода под давлением подается в сужающееся сопло, где приобретает высокую скорость. Вытекая в камеру, струя увлекает за собой газ, после чего смесь поступает в камеру смешения и диффузор для повышения давления.
Конструктивные особенности
- Для лучшего смешения иногда применяют многоструйные сопла.
- Оптимальная длина камеры смешения значительно больше (40–50 калибров), чем у однофазных аппаратов, так как требуется время для образования однородной газожидкостной эмульсии (пены).
- Эжекторы часто делают из прозрачных материалов для наблюдения за процессом.
Сфера применения
Водовоздушные эжекторы широко используются для создания вакуума, например, для отсасывания паровоздушной смеси из конденсаторов паровых турбин. Они способны сжимать воздух от давления в несколько килопаскаль до атмосферного. Характерная черта — огромная разница в плотностях воды и воздуха, что приводит к очень малым массовым, но значительным объемным коэффициентам инжекции.
Расчет водовоздушных эжекторов сложен, так как классическое уравнение импульсов, успешно работающее для однофазных сред, здесь дает сильное расхождение с экспериментом. Поэтому часто используются эмпирические зависимости, основанные на объемном коэффициенте инжекции, который остается относительно стабильным при изменении рабочих параметров.