Содержание материала

При проектировании эжектора необходимо учитывать, что большое значение имеет соответствие профиля проточной части эжектора естественному профилю движущегося потока, иначе возникают дополнительные потери из-за дросселирования или завихрений. Оптимальная конструкция эжектора, обеспечивающая максимальную работоспособность эжектора с минимальными гидравлическими потерями при заданных исходных данных, во многом определяется нерасчетными продольными размерами, которые должны находиться в строго определенном соотношении с расчетными поперечными размерами и конфигурацией входного участка в камеру смешивания. Экспериментальные исследования, проведенные на Братской ГЭС (см. гл. 3), дали результаты, которые легли в основу рекомендаций к проектированию проточной части эжектора. Конфигурация проточной части эжектора определяет процесс смешивания рабочего и всасываемого потоков. Процесс смешивания в эжекторе, главным образом, зависит от трех элементов: удаления среза сопла от начала камеры смешивания, длины камеры смешивания (сюда же относится конфигурация входного участка камеры смешивания) и угла конусности диффузора. Эти элементы взаимосвязаны и предопределяют размеры друг друга. Рассмотрим назначение и характер воздействия на производительность эжектора каждого из этих элементов.

Камера смешивания.

Камера смешивания предназначена, во-первых, для смешивания рабочего и всасываемого потоков, т. е. для обеспечения захвата рабочей струей нужного количества всасываемой жидкости и, во- вторых, для выравнивания (распределения по сечению) скорости смешанного потока перед его поступлением в диффузор с целью уменьшения потерь в диффузоре.
Потери в камере смешивания слагаются из потерь, возникающих при смешивании двух потоков с разными скоростями, и потерь на трение по длине. Очевидно, что с уменьшением длины камеры смешивания
в ней уменьшаются потери на трение по длине, однако ухудшение выравненности скорости смешанного потока перед входом в диффузор приводит к увеличению гидравлических потерь в диффузоре. С другой стороны, удаление среза сопла от начала камеры смешивания компенсируется уменьшением длины камеры смешивания. Отсюда следует, что нахождение оптимальной длины камеры смешивания для данного эжектора сводится к решению задачи нахождения минимальной суммы гидравлических потерь в эжекторе, зависящих от удаления среза сопла от начала камеры смешивания, длины камеры смешивания и конфигурации диффузора. Наиболее совершенной считается камера смешивания, построенная по закону, обеспечивающему наименьшие потери при смешивании потоков вследствие того, что профиль камеры смешивания соответствует линиям тока всасываемого потока. Однако при больших напорах, имеющих место на гидроэлектростанциях, эжектор с такой камерой смешивания мало чем отличается от эжектора с обычной цилиндрической камерой смешивания, а применение ее приводит к дополнительным трудностям при расчете и изготовлении. Поэтому в системах ТВС рекомендуется применять камеры смешивания цилиндрической формы, дающие наибольшую степень восстановления напора. Рекомендуемые отношения длины камеры смешивания к диаметру ее приводятся ниже в совокупности с рекомендациями по другим элементам проточного тракта.
Конструкция входного участка в камеру смешивания влияет на процесс всасывания потока и, являясь звеном в цепи гидравлических сопротивлений (от среза сопла до выхода из эжектора), влияет на работоспособность и кавитационную стойкость эжектора. Неправильная конфигурация входного участка в камеру смешивания может способствовать образованию обратных токов всасываемого потока, тем самым создавать дополнительные сопротивления. Наиболее рациональным следует считать входной участок в камеру смешивания конусообразной формы с большим радиусным скруглением. Соотношения длины входного участка камеры смешивания с другими элементами эжектора указываются ниже.

Удаление среза сопла от начата камеры смешивания.

Удаление среза сопла от начата камеры смешивания оказывает существенное влияние на производительность эжектора, но не может рассматриваться как автономная проблема, гак как оптимальное удаление зависит от длины камеры смешивания и определяется закономерностями, связанными с явлением истечения из сопла затопленной струи, т. е. с явлением расширения струи (на расстоянии l<dс) и сохранения ядра сечения (на расстоянии l <dс).
Удаление сопла от начата камеры смешивания, форма входа в камеру смешивания, длина и диаметр камеры смешивания определяют степень ограничения рассеянной струи рабочего потока, площадь и профиль прохода всасываемого потока, габариты начального участка смешивания потоков.
Значительное приближение сопла к камере смешивания сопровождается пережатием перекачиваемого всасываемого потока на входе в камеру смешивания и, следовательно, увеличением сопротивления этого участка и появлением кавитационных явлений. Значительное удаление сопла
от входа в камеру смешивания также ведет к снижению производительности эжектора, т. е. к уменьшению расхода всасываемого потока, так как удлиняется рабочая струя, которая соприкасается с входным участком камеры смешивания большего диаметра; в камеру смешивания вносится большее количество всасываемой воды, чем она может пропустить, и часть воды вытекает обратно в приемную камеру, образуя обратные потоки (дополнительные потери). Относ сопла οт входа в камеру смешивания можно считать целесообразным только при проектировании эжектора для перекачивания смесей, содержащих крупные твердые тела.
Величина удаления среза сопла от начала камеры смешивания определяется. по-видимому, диаметром и толщиной выходной кромки среза сопла, диаметром и очертаниями входного участка в камеру смешивания. Для регулируемого эжектора оптимальное удаление несколько больше, что тоже объясняется энергетическими свойствами турбулентной струи рабочего потока.

Диффузор.

Диффузор служит для окончательного смешивания потоков и преобразования скоростного напора смешанного потока в статический напор положения выходного потока. Гидравлические потери в диффузоре определяются увеличением турбулентного обмена между частицами жидкости, расширением потока, колебанием потока вблизи стенок, вихреобразованием и обратными потоками. Гидравлические потери в диффузоре зависят от условий втекания потока, т. е. от степени выравненности скорости потока во входном сечении или степени турбулизации потока, от геометрических параметров режима течения, характеризуемого числом Рейнольдса, от формы внутреннего профиля, рациональности конструкции, т. е. градиента скорости вдоль стенок диффузора по его длине и от шероховатости стенок диффузора. Гидравлические потери в диффузоре представляют собой суммарные потери на трение и расширение и рассчитываются по справочнику И. Е. Идельчика ’’Гидравлические сопротивления”.
Некоторые авторы рекомендуют диффузор делать составным из нескольких частей разной конусности, спроектированных исходя из условия равенства изменения количества движения или падения скоростных напоров по участкам'. Так, например, Π. Н. Каменев [6] рекомендует выполнять диффузор из трех частей с углами конусности по участкам 2,4, 13° соответственно.
Однако, как показали испытания, применение составных диффузоров незначительно уменьшает гидравлические сопротивления, а изготовления таких диффузоров по сравнению с диффузорами, имеющими постоянный угол конусности (при условии обеспечения хорошей внутренней поверхности при больших размерах), затруднительно. Немаловажно, что длина составного диффузора - больше длины диффузора с постоянным углом конусности приблизительно в 1,5 раза. Поэтому рекомендуется для эжекторов ГЭС применять диффузоры с постоянным углом конусности по всей длине. Исследования в этой области показали, что минимальной суммой потерь обладают диффузоры с углами конусности 6—8°, так как при этом эпюра скоростей в конце диффузора симметрична и отсутствует отрыв потока от стенок.

Натурные гидравлические испытания эжекторов всех типоразмеров и при разных значениях /? , проведенные на Братской ГЭС, позволяют рекомендовать при проектировании нерегулируемых эжекторов следующие соотношения:

  1. Угол конусности по всей длине равен 8°·
  2. Длина камеры смешивания                и удаление среза сопла от начала камеры смешивания х: для высоконапорных эжекторов L к=6:7Dк.см, х≈dс                              для средненапорных эжекторов LK.CM≈7DK.CM, x≈0,5dc; для низконапорных эжекторов LK.см 7:8Dк см, х≈0,3Dс.
  3. Входной участок в камеру смешивания конфузорно-сферической формы длиной Lвх 0,5Dк.см, соблюдая при этом следующие соотношения: для высоконапорных эжекторов 1,0: для средненапорных эжекторов ~0,5: для низконапорных эжекторов х‘L вх ≈ 0,2.

Совокупность этих соотношений обеспечивает минимальные потери в тракте смешивания потоков, полное перемешивание потоков и стабилизацию скоростей на выходе из диффузора.
Рассмотрим далее другие конструктивные элементы эжектора, влияющие на его производительность.

Месторасположение и угол подвода всасываемого потока.

Месторасположение патрубка всасываемого потока по отношению к срезу сопла эжектора, как показали испытания, оказывает влияние на производительность эжектора. Патрубок необходимо располагать в непосредственной близости к срезу сопла. Удаление патрубка в сторону, противоположную движению потока, приводит к снижению производительности за счет увеличения гидравлических сопротивлений на трассе всасывания. Угол подвода всасываемого потока также влияет на производительность эжектора. Так, для уменьшения гидравлических потерь подвод всасываемого потока должен осуществляться параллельно рабочему потоку или плавно вписываться во входное сечение камеры смешивания. Однако плавный подвод всасываемого потока незначительно повышает производительность по сравнению с менее выгодным подводом под 90° к оси эжектора. Зато по технологическим, конструктивным и габаритным соображениям, плавный подвод менее экономичен. Исходя из этих соображений подвод всасываемого потока рекомендуется производить под углом 90° к оси эжектора так, чтобы внутренняя кромка всасываемого трубопровода совпадала (или была близка) со срезом сопла (рис. 18).