Часть 1 (1161645), страница 85
Текст из файла (страница 85)
8.60, в). На таком рабочем режиме горло диффузора рг должно быть лишь немного больше горла сопла (за счет толщины вытеснения пограничного слоя, т. е. только в связи с потерями трения), а Рис. 8.61. Относительные площади гор- потери полного давления в козни лиффузора (при «запуске>) и диффузоре (в скачке) стано- сопла аэродинамической трубы вятся значительно меньше чем на режиме запуска. Отношение площади сечения горла диффузора на режиме запуска к площади сечения струи новозмущенного потока и", (рабо- 9 а свегхзвуновые диФФузогы 491 чей части трубы), согласно (42), (44) и (45), (46) Величины относительной площади горла диффузора Р, „(М„), необходимой для запуска последнего, и относительиои площади горла сопла 7„,(М,) = Е,,/Р, при Й = 1,4 приведены на рис. 8.61.
Интересно отметить, что число Маха в горле диффузора М, „нужное для «проскока» сквозь него прямого скачка уплотнения (до сужения горла дпффузора), составляет около 0,875 от значения числа Маха в набегающем потоке М, (для М. = 1,5 — 5 при й = 1,4). Описапные особенности запуска диффузора аэродинамической трубы относятся и к запуску входного диффузора двигателя. Для того чтобы, переходя от малых скоростей полета к расчетной скорости, осуществить расчетную систему скачков, следует при малых скоростях горло диффузора расширить (или лишнюю часть воздуха перепустить перед горлом наружу), а по выходе на расчетиую скорость сузить горло (до расчетного размера) или прекратить перепуск воздуха (прикрыть отверстие для перепуска). Без этого запуск сверхзвукового дпффузора на расчетный режим невозможен.
Глава 1Х ГАЗОВЫЕ ЭЖЕКТОРЫ 9 1. Назначение и схемы эжекторов Газовым зжектором называется аппарат, в котором полное давление газового потока увеличивается под действием струи другого, более высоконапорного потока. Передача энергии от одного потока к другому происходит путем их турбулентного смешения. Эжектор прост по конструкции, может работать в широком диапазоне изменения параметров газов, позволяет легко регулировать рабочий процесс и переходить с одного режима работы на другой. Поэтому зжекторы широко применяются в различных областях техники. В зависимости от назначения эжекторы выполняются различным образом. Так, в показанной на рис. 9.1 схеме аэродинамической трубы эясектор выполняет роль насоса, позволяющего подать большое количество газа сравнительно невысокого давления за счет энергии небольшого количества газа высокого давления.
В баллоне 1 содержится воздух более высокого давления, чем необходимо для работы трубы. Однако количество сжатого воздуха невелико, и Рнс. 9Л. Схема аародннамнческой трубы с ажектором: 1 — баллон со сжа- тыы воздухом, 3 — ажектор, 8 — рабочая часть трубы для обеспечения достаточно продолясительной работы трубы сжатый воздух выпускают в эжентор 2, где к нему примешивается атмосферный воздух, который засасывается эжектором через рабочую часть трубы 8. Чем больше давление сжатого воздуха, тем большее количество атмосферного воздуха можно привести в движение с заданной скоростью. Часто эжектор используется для поддержания непрерывного тока воздуха в канале или помещении и выполняет, таким обра- 493 й с плзплчнпик и схимы зжвктогов зом, роль вентилятора.
Примером может служить изображенная иа рпс. 9.2 схема стенда для испытания реактивных двигателей. Струя выхлопных газов, вытекающая из реактивного сопла, подсасывает в эжектор 8 воздух из шахты 1, обеспечивая тем самым вентиляцию помещения и охлаждение двигателя 3. При этом Рис. й2. Схема стенда лля испытания турбореактивных двнгателей: 1 — входная шахта, 2 — двигатель на балансирном станке, 8 — эжектор, 4 — выхлопная шахта горячие газы смешиваются с атмосферным воздухом, что снижает температуру газа в выхлопной шахте 4 и улучшает условия работы выхлопных устройств (шумоглушителей и др.). Во многих случаях зжектор используют в качестве эксгаустера для создания пониженного давления в некотором объеме. Таково, например, назначение эжектора в копденсациоиных системах паросиловых установок.
Для увеличения мощности паровой машины ~1 г Рис. 9.3. Схема эжектора паровой конденсационной установки: 1 — пар вы- сокого давления, 3 — пар из конденсатора пли турбины требуется поддерживать возможно меньшее давление в конденсаторе, куда выпускается отработанный пар. Эжектор (рис. 9.3) создает необходимое разрежение вследствие того, что находящиеся в конденсаторе частицы пара и воздуха подхватываются и уносятся высоконапоряой струей пара или воды. В вакуумной технике эжекторы аналогичной схемы, работающие иа 494 Гл. Гх. ГА30Вые эжектогы Рис. 9.4.
Принципиальная схема эжектора: 1 — сопло эжектирующего газа 2 — сопло эжектируемого газа, Л вЂ” кз мера смешения, 4 — диффузор парах ртути, используются для созданвя глубокого разреясения порядка миллионных долей атмосферы. Примером удачного использования свойств эжекторов является применение их в газосборных сетях. Источники (скважины) природного газа, расположенные в одном районе, могут давать газ различного давления.
Если просто подключить пх в общую магистраль, то давление в магистрали необходимо уменьшить несколько ниже давления самого низконапорного источника. Расход газа пз низконапорных скважин будет в этом случае невелик пз-за малого перепада давлений, а энергия давления газа из высоконапорных скважин будет бесполезно тратиться при расширении (дросселпрованпн) его до давления в общей магистрали. Для эффективного использования всех источников нпзконапорные скважины целесообразно подключить в магистраль прп помощи эжектора, в котором давление ннзконапорного газа повышается за счет энергии некоторой части газа высоконапорных скважин. Эжектор в этом случае является компрессором.
Таким путем удается одновременно повысить давлейие газа в магистрали, увеличить производительность ннзконапорных скважин н подключать в сеть такие источники газа, которые из-за низкого напора невыгодно использовать при простом объединении в общую сеть. Ниже будет рассмотрена еще одна возможная область использования свойств эжектора, а именно увеличение реактивной тяги путем подмешиванпя внешнего воздуха к струе газа, вытекающего из сопла реактивного двигателя. Незавпспмо от назначения эжектора в нем всегда имеются следующие конструктивные элементы: поило высоконапорного (эжектирующего) газа 1, поило низконапорного (эжектируемого) газа 2, смесительэ ная камера 8 и, обычно, днффузор 4 (рпс.
9.4). Назначение сопел — с ми- нимальными потерями подлтфт М" ' лм~э ' 4 ."" вести газы к входу в смеси- тельную камеру. Расположение сопел может быть таким, как на рпс. 9.4 (эжектирующий поток внутри, а эжектируемый — по периферпикамеры), и обратным (рис. 9.4), когда эжектирующий газ подается в камеру по внешнему кольцевому соплу. Для сокращения длины камеры смешения один или оба потока могут быть разделены на несколько струй, что требует соответствующего увеличения количества сопел.
Взаимное расположение, число и форма сопел не оказывают, однако, существенного влияния на конечные параметры смеси га- $ ь назначвние и схемъ| эжкктогов 495 зов. Важным является лишь соотношение между величинами поперечных сечений потоков эжектируемого и эжектирующего газов на входе в камеру, т. е. отношение суммарных площадей сопел. Если перепад давления в сопле эжектирующего газа значительно превышает критическую величину, то в ряде случаев оказывается выгодным применение сверхзвукового сопла.
При этом могут быть улучшены параметры эжектора на расчетном режиме. Однако и при больших сверхкритическпх отношениях давлений можно использовать эжектор с нерасширяющимся соплом, в котором скорость истечения эжектирующего газа не превышает скорости звука. Такой эжектор принято называть звуковым.
Это наиболее распространенный тпп эжектора, эффективно работающий в широком диапазоне изменения параметров газов. Камера смешения может быть цилиндрической пли иметь переменную по длине площадь сечения. Форма камеры оказывает заметное влияние на смешение газов. Поэтому, хотя ниже будут рассматриваться в основном эжекторы с цилиндрической смеси- тельной камерой, мы расскажем также о принципе расчета эжекторов с камерой переменного сечения. Длина камеры выбирается такой, чтобы в ней практически успел закончиться процесс смешения потоков, однако по возможности короткой, с тем чтобы не увеличивать гидравлических потерь и сократить общие габариты эжектора.
В эжекторе, показанном на рис. 9.4, выходное сечение сопел совпадает с входным сечением цилиндрической смесптельной камеры. Существующие методы расчета эжектора составлены именно для такой схемы, поэтому она и будет рассматриваться в дальнейшем.
Однако на практике сопла часто располагают на некотором расстоянии от входного сечения камеры. Так, например, сопло двигателя на стенде (рис. 9.2) нельзя поместить во входное сечение цилиндрической камеры эжектора, так как существующее в этом сечении разрежение изменит распределение давления на внешней поверхности сопла, что внесет погрешность в величину измеряемой реактивной тяги. Диффузор устанавливается на выходе из смесительной камеры в тех случаях, когда желательно повысить статическое давление смеси газов на выходе из эжектора или когда при заданном давленин на выходе желательно получить низкое статическое давление в камере смешения и во входном сечении эжектора. Следует отметить, что эжектор может работать и без диффузора.
В этом случае конечное сечение смесительной камеры одновременно является выходным сечением эжектора. Иногда вместо диффузора на выходе пз смеснтельной камеры устанавливается сук'ающееся сопло илп сопло Лаваля. Это бывает целесообразным тогда, когда конечной задачей является ускорение потока газа после смешения. Так, например, в различных схемах двухконтур- Гл. тх. ГАзовые эжектогы 496 ных реактивных двигателей газовые потоки, выходящие из контуров, смешиваются в общей камере, а затем вытекают в атмосферу через общее реактивное сопло дозвукового илп сверхзвукового типа. й 2.
Рабочий процесс эжектора Рабочий процесс эжектора сводится к следующему. Высоконапорный (эжектпрующий) газ, имеющий полное давление р„вытекает из сопла в смесительную камеру. При стационарном режиме работы эжектора во входном сечении смеснтельной камеры устанавливается статическое давленые рт, которое всегда ниже полного давления низконапорного (эжектируемого) газа рт. Под действием разности давлений нпзконапорньш газ устремляется в камеру.
Относительный расход этого газа, называемый коэффициентом эзсекции п = 6т!6ь зависит от площадей сопел, от плотностк газов н их начальных давлений, от режима работы эжек,тора. Несмотря на то, что скорость эжектнруемого газа во входном сечении шт обычно меньше скорости эжектпрующего газа шы надлежащим выбором площадей сопел Р1 п Рт можно получить сколь угодно большое значение коэффициента эжекции п. В камеру смешения эжектирующий и эжектируемый газы входят в виде двух раздельных потоков: в общем случае они могут Рис. 9.5, Схема течения и изменение поля скоростей по длине камеры сме- шения при дозвуковой скорости потоков различаться по химическому составу, скорости, температуре и давлению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
