Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Рассмотрим процессы, происходящие в отдельных частях инжектора.

Паровое сопло (конус). В паровом сопле происходит преобразова­ние потенциальной энергии давления пара в кинетическую. Такое пре­образование энергии осуществляется в процессе расширения пара при истечении через сопло из пространства с высоким давлением в про­странство с более низким. При этом делается допущение, что скорость пара перед соплом wK 0. Так как скорость пара в соплах очень ве­лика, то можно пренебречь обменом тепла между протекающим паром и стенками сопла, т. е. можно считать процесс расширения адиаба­тическим.

Ввиду того что инжектор надежно работает только при давлении пара выше 4—5 ата, в паровом сопле используется перепад давления больший, чем при критическом отношении давления пара за соплом к давлению пара до сопла.

В инжекторах применяются два типа паровых сопел: 1) суживаю­щиеся сопла (фиг. 112, а) и 2) расширяющиеся (фиг. 112, б).

Из суживающегося сопла пар выходит с критической скоростью, так как короткая расширяющаяся часть с большим углом конуса не дает увеличения скорости истечения сверх критической.

В расширяющемся сопле критическое давление и критическую ско­рость пар имеет в сечении с минимальными размерами. Эго сечение также носит название критического. Вследствие увеличения размеров сечения сопла за критическим сечением происходит дальнейшее расши­рение пара с понижением его давления до давления во всасывающей

камере и увеличением скорости.

Значение показателя адиабаты k для насыщенного пара (который используется в инжекторах) нахо­дится по известному уравнению тер­модинамики:

Л = 1,035 +0,1*, (240)

где х — паросодержание в долях единицы.

Критическое давление пара — давление в критическом се­чении сопла определяется по фор­муле:

к

/>кр = (Рк+!)(£+-1 ата, (241)

где рК — давление пара перед соп­лом (равное давлению пара в котле) в ати.

Значения показателя адиабаты k и критического отношения давлений пара для формулы (241) при различных величинах паросодержания при­ведены в табл. 22.

Таблица 22

Значения показателя адиабаты k и критического отношения давлений пара

в зависимости от величины паросодержания X k ( 2 У^1 U-H.’ X k k (-AV-і u+і/ k Шг 0,50 1,085 0,5878 0,70 1,105 0,5836 0,90 1,125 0,5795 0,55 1,090 0,5867 0,75 1,110 0,5326 0,95 1,130 0,5784 0,60 1,095 0,5857 0,80 1,115 0,5816 1,00 1,135 0,5774 0,65 1,100 0,5847 0,85 1,120 0,5805

Скорость пара в критическом сечении сопла и скорость истечения пара из суживающегося сопла выражается следующим уравнением тер­модинамики:

WKP = 100ср„ 2g-~—{pK— l)vK м/сек, (242)

где ф„ — коэфициент скорости, учитывающий потери энергии в паро­вом сопле:

g = 9,81—ускорение свободного падения в місекг,

рк — давление пара перед соплом (в котле) в ати

vK — удельный объем пара перед соплом (в котле) в м3ікг.

Значения коэфициента скорости лежат в пределах <р„ = 0,93-г-0,98, а в среднем ср„ = 0,95.

Паросодержание перед паровым соплом инжектора в зависимости от длины паропровода и качества его изоляции равно хк = 0,85 ч — 0,95. Удельный объем пара перед соплом находится по общему уравнению

v — (1 — х) v’ — f — xv" м3/кг, (243)

где v’—удельный объем жидкости (воды) М’кг

v" — удельный объем сухого насыщенного пара в м3[кг.

Значения удельных объемов для подстановки в уравнение (243) бе­рутся для соответствующего давления пара в котле по таблицам водя­ного пара[18].

Скорость истечения пара из расширяющегося сопла определяется по следующему выражению:

	Г	Г k — і
Wn = 100’f„]/	2 gr=1(pK+	1_/ Рп * L Рк + 1/ J

где рп — давление пара в выходном сечении расширяющегося сопла (давление пара за соплом) в ата.

Скорость истечения пара из сопла можно найти, используя диаграмму і — водяного пара, по формуле:

wn = 91,53<р„ У ік — іп м/сек, (245)

где ік — теплосодержание пара перед соплом (в котле) в ккал(кг

in — теплосодержание пара в выходном сечении расширяющегося сопла и в критическом сечении суживающегося сопла в ккал/кг.

Удельный объем пара в сечениях сопла, где известна величина его давления, определяется по условию, что при адиабатическом расшире­
нии некоторого количества пара энтропия его остается неизменной. Это условие выражается уравнением

S’ + TjjT^73 = const, (246)

где S’—энтропия жидкости (воды) при давлении, равном давлению пара в рассматриваемом сечении сопла, в ккал/кг град г — теплота парообразования в ккал/кг при том же давлении; t — температура насыщения в °С при том же давлении.

Всасывающая (водяная) камера. Устанавливающееся во время ра­боты инжектора давление во всасывающей (водяной) камере зависит от высоты всасывания и сопротивления трубопровода. При расширяю­щемся паровом сопле давление пара в выходном сечении сопла равно давлению во всасывающей камере, т. е. рп = рес.

Для всасывающих инжекторов применяется высота всасывания, равная h = —(0,5—2,7) м, и поэтому давление во всасывающей камере должно быть меньше атмосферного. В соответствии с высотой всасывания да­вление в камере имеет значения

рвс = 0,9 — і — 0,7 сипа.

Наименьшие возможные значения этого давления составляют рве пип = 0,2 — г — 0,25 ата.

Для нагнетательных инжекторов создается некоторый подпор, а именно;

h = 0,5 . 1,7 ж.

При установившейся работе такого инжектора в водяной камере создается давление

рвс = 0,9 ата.

где ‘fec — коэфициент скорости;

в — удельный вес воды в расходном баке в кг/м3.

Величина коэфициента скорости зависит от длины и сопротивления всасывающего трубопровода и выражается уравнением

V 1 + S:.

где — сумма коафициентов сопротивления всасывающего трубо­провода.

Для всасывающих инжекторов коэфициенты сопротивления и скоро­сти имеют значения

2С«г=5-н10 И <pef = 0,41 — 0,30,

.а для нагнетательных

2Свс = 3,5 — т — 4,5 и = 0,47 —0,43.

Удельный вес воды в расходном баке с температурой tx_e— 1-н30°С равен s — 1000 кг/л3.

Обычно вода поступает во всасывающую камеру со скоростью тюе = 1,0-є-1,5 м/сек.

Смесительный конус (сопло). При входе в смесительный конус происходит удар двигающихся с различными скоростями струй пара и

воды. В конусе пар сме­шивается с водой, конден­сируется и нагревает ее за счет теплоты парообразо­вания. В результате смесь конденсата и питательной воды выходит из смеситель­ного конуса со скоростью, которая меньше скорости пара, но больше скорости поступления воды.

Чтобы все количество пара успело сконденсироваться, смесительный конус должен быть достаточно длинным. Для лучшего перемешивания частиц конденсирующегося пара и воды, а также для осуществления ускоренного движения воды, смесительный конус выполняется суживаю­щимся (фиг. ИЗ).

В смесительных конусе и камере при работе инжектора устанавли­вается давление, примерно, равное атмосферному, и поэтому при всех расчетах принимают, что

Рем = 1,0333 ата.

На основании законов механики для потока в смесительном конусе можно написать следующее уравнение кинетических энергий:

Gaw G„w G0(wn— wrM)2 G„ (we — wCMf

___ _|_ — — —

где G0 — количество пара, поступающего из парового сопла в смеси­тельный конус, в кг/сек;

Ge — количество воды, поступающей из всасывающей трубы в сме­сительный конус, в кг/сек,

wCu — скорость смеси конденсата пара и воды при выходе из смеси­тельного конуса в м/сек;

1см — удельный вес смеси при выходе из смесительного конуса в кг/м3.

Уравнение (249) показывает, что кинетическая энергия смеси при выходе из конуса равна сумме кинетических энергий пара и воды при входе в конус за вычетом потерь кинетической энергии от удара струй пара и воды и от повышения давления с рес до рсм.

После преобразования уравнения (249) получаем отношение количеств пара и воды, поступающих в смесительный конус, а именно:

Удельный вес смеси при выходе из конуса определяется по фор­муле:

Чем = 1100 — Ысм кг/м3, (251)

где tCM — температура смеси при выходе из смесительного конуса в °С.

На основании уравнения смешения пара и воды температура смеси •при выходе из конуса находится по формуле:

где (3 — коэфициент, учитывающий потерю тепла от внешнего охла­ждения;

in — теплосодержание пара при выходе из парового сопла в ккал/кг.

На основании опытного исследования инжекторов коэфициент (3 = = 0,97-^0,975.

Величина теплосодержания пара при выходе из парового сопла определяется по следующим уравнениям:

1) для суживающегося сопла

in = ікР = їкр + хкргкр ккал/кг; (253)

2) для расширяющегося сопла

in = i’n + хпгп ккал/кг, (254)

где і’ — теплосодержание жидкости в ккал/кг;

х—паросодержание в долях единицы;

г — теплота парообразования в ккал/кг.

Индекс кр показывает, что все величины относятся к критическому сечению сопла, а индекс п — к выходному сечению расширяющегося сопла.

Опыт эксплоатации инжекторов показывает, что температура смеси при выходе из конуса обычно бывает равна

tcM = tx. в + (40-*-80) °С. (255)

Температура, смеси должна быть не выше 95°С. При tCMi> 95°С будет происходить вскипание смеси и прекращение работы инжектора.

Нагнетательный конус (сопло). В расширяющемся нагнетательном конусе (фиг. 114) вследствие уменьшения скоростиг потока смеси проис­ходит увеличение давления, которое перед нагнетательным клапаном инжектора становится выше давления в котле.

Связь между величинами скорости и давления смеси при входе в на­гнетательный конус и величинами скорости и давления смеси в пита­тельном патрубке котла

устанавливается уравнением Бернулли:

10 000рсж. ™2

1см 2g

10 000 (ph + 1)
Інг

•ТО)* _ _ <71М

+c„^+ 2^if-(256>

где h’ — вертикальное расстояние между центром входного сечения нагнетательного конуса и осью питательного патрубка котла в м

~{нг — удельный вес смеси в питательном (нагнетательном) трубо­проводе в кг/м3;

тнг — скорость смеси в нагнетательном трубопроводе в м/сек’,

1Н — коэфициент сопротивления нагнетательного конуса;

— сумма коэфициентов сопротивления нагнетательного трубо­провода.

После преобразований уравнение (256) принимает следующий вид:

(257)

Ввиду небольшой длины питательного трубопровода обычно до­пускают, что смесь поступает в котел с температурой, равной tCM. Поэтому удельный вес смеси в нагнетательном трубопроводе ~[нг опре­деляют по температуре tCM. Значения удельного веса воды в зависимости от температуры приведены в табл. 23.

В результате опытного исследования инжекторов получены следую­щие значения коэфициентов сопротивления:

1) коэфициент сопротивления нагнетательного конуса С«=0,04-^- — ч-0,08;

2) сумма коэфициентов сопротивления нагнетательного трубопро­вода = 26-Г-30.

Высота нагнетания в котлах паровозного типа и цилиндрических А^ = 04-0,2 М.

Таблица 23

Значения удельного веса воды в зависимости от изменения ее температуры

t в — С см	Т В К! лС ‘нг	/ в С см	у в кг, м2	I t в °С 1 см	Тнг в кг/*3
35	994	70	978	по	951
40	992	80	972	120	944
50	988	90	965	130	935
60	983	100	958	‘ 140	926

Чтобы потери в нагнетательном трубопроводе получали небольшое значение, необходимо величину скорости смеси иметь в пределах wHZ = 1,5 2 м/сек.

Комментарии запрещены.