Расчет диффузионного насоса

 

 

3.4 Расчет геометрических параметров  проточной части

 

Расход рабочего пара в первой ступени: [1]

G1=Gг/qг (3.4.1)

G1=95/0.38=250 (кг/ч)                                           

Расчетная площадь выходного сечения сопла: [1, с.]

F1р=                                           (3.4.2)

F1p=  (мм2)  =>  D1р=116  (мм)       

Площадь сечения и диаметр цилиндрического участка: [1]

F3=mF1р (3.4.3)

F3=1.335*42669=57689(мм2) => D3=135 мм.                 

Площадь и диаметр критического сечения сопла: [1]

Fкр = (мм2) => Dкр=4 (мм)                         

Для учета влияния пограничного слоя увеличим площадь критического сечения на 30%, следовательно Dкр=5 мм.

Действительную площадь выходного сечения сопла определим в соответствии с уравнением (3.4.2) с учетом коэффициента расширения сопла, определенного по графику (рисунок 3.4.1):

F1=£*F1p                                                                        (3.4.4)

            F1=0.5*=21334,5 (мм2) => D1=82 (мм)

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.4.1 – Зависимость степени расширения сопла £ от давления всасывания ступени р1.

Диаметр паропровода Dп принимаем равным 28 мм. Диаметр сопла D’ принимаем равным диаметру присоединенного паропровода Dп. Длину сужающей части сопла при α'=25о определим по уравнению (3.28): [1, с.101]

lс1=(3.4.5)

lc1=                                   

Длину критического сечения lкр после окончательной обработки сопла принимаем равной 6 мм. Длина расширяющейся части сопла при α=25 о определим по формуле (3.29):

                                                       lс=(3.4.6)

lc                              

Размер l выбираем после определения осевых размеров при компоновке сопла с камерой разрежения.

Диаметр всасывающего трубопровода определяем (3.30) из условия, что скорость эжектируемого воздуха в нем =50 м/с:

                                              (3.4.7)

                  

Следовательно, площадь Fтр и диаметр Dтр трубопровода определим по уравнению (3.31):

                                           (3.4.8)

Fтр  =>                                       

Диаметр камеры разрежения принимаем по [1] равным диаметру всасывающего трубопровода D2=Dтр=254 мм, а входной диаметр камеры смешения Dк1=D2. Тогда Dк=0.9 Dк1=0.9*254=260 мм; R=0.3Dk=0.3*260=69 мм; lк=0.25Dк=0.25*260=65 мм. [1, с.101]

Определим площадь кольцевого сечения F между диаметрами Dк=260 мм и D1'=1.03D1+1=1.03*82+1=85 мм: [1, с.101]

F=0.785[Dк2-(D1’)2] (3.4.9)

F=0.785(2602-852)=0.05 (м2)   

Рассчитаем скорость воздуха в кольцевом сечении: [1, с.101]

                                           (3.4.10)

ωF                             

Длина сужающейся части диффузора при : [1, с.101]

lк=                                             (3.4.11)

lk                                 

При конструировании расширяющейся части диффузора зададимся углом и отношением площадей s=F4/F3=4 [1, табл.6]. Коэффициент восстановления давления равен 0,8256 [1, талб.1].

Диаметр выходного сечения диффузора равен: [1, с.101]

D4=D3  (3.4.12)

D4==270 (мм)                                       

Длина расширяющейся части диффузора: [1, с.101]

l3=                                           (3.4.13)

l3=                                    

Расстояние от сопла до начала цилиндрического участка принимаем равным 8D3, т.е. l1=8*135=1080 мм, а длину цилиндрического участка – l2=1.5D3=202 мм.

 3.5 Определение изменения параметров парового потока по длине сопла (давление, температура, плотность, скорость потока, местная скорость звука)

Для расчета параметров парового потока нам необходимы следующие данные: газовая постоянная для пара R= 461 Дж/кг·К; показатель адиабаты для пара k=1,3.

Давление на входе P0=10 кгс/см2 = 980700 Па;

Давление на выходе: Pвых=1,1 кгс/см2= 12670 Па;

Расход: G=0,0250 кг/с;

Углы a1 и a2 равны между собой и равны 250.

Расчет истечения газа начинается с определения области течения, которая может быть дозвуковая, сверхзвуковая, равная звуку. Ее находят путем сравнения перепада давления с критическим перепадом. Если bi >bкрит. – дозвуковое истечение; bi <bкрит - сверхзвуковое истечение; bi= bкрит – скорость звука.

Перепад давлений:

bi=

 

Критический перепад давлений:

bкрит.

 

Давление, МПа:

 bi· P0

Температура, К:

 

Удельный объем, м3:

 

Плотность, кг/м3:

 

Скорость пара, м/с:

 

Местная скорость звука, м/с:

 

Число Маха:

 

 

Площадь сечения сопла, мм2:

 

Диаметр сопла, мм:

 

Длина сопла в дозвуковой части и в сверхзвуковой, мм:

 

Результаты вычислений сведем в таблицу 3.5.1

Результаты диаметров сопла немного  отличны от полученных нами в курсовой работе, ввиду того, что в сводной таблице значения диаметров не учитывают прибавку к размеру, служащую для компенсации пограничного слоя.

 

Таблица 3.5.1 – Изменение параметров пара по длине сопла

Рисунок 3.5.1- Изменение параметров пара по длине сопла

 

3.6 Определение скорости выхода паровоздушной смеси

Скорость выхода паровоздушной смеси из диффузора ступени можно найти, если будут известны параметры состояния смеси в сечении IV-IV. Параметры состояния смеси в конце диффузора найдем из уравнения теплового баланса, составленного для сечений I-I и IV-IV:

i0+qгсргtэ-qгсргt4-i4-(1+qг)А                            (3.6.1)

Для решения этого уравнения рассмотренным методом выразим скорость смеси через температуру t4: [1, с.102]

                                                     (3.6.2)

В этой формуле известны все величины, кроме температуры t4: [1, с.102]

 

Парциальное давление пара в сечении IV-IV: [1, с.102]

                 

При р4-п=88.9 кгс/м2 находим i4’’=635.34ккал/кг и t4нас=-4.8

Преобразуем последний член уравнения теплового баланса:

 

После подстановки в уравнение теплового баланса, получим:

670.0 – 0.125t4 - i4 -                           

            здесь

 i4=i4’’+сpm(t4-t4нас)=615.3+0.45*(t4+5)                     

Решая балансовое уравнение, получим t4=105; i4=640 ккал/кг.

Последний член балансового уравнения, составленного для сечений эжектора I-I и IV-IV, очень мал. Этот факт позволяет для большей части практических расчетов записывать балансовое уравнение без учета последнего члена.

Скорость паровоздушной смеси на выходе из диффузора: [1, с.101]

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Конденсирование отработавшего  пара

 

Степень сжатия одноступенчатого эжектора обычно не принимают больше 10. При этом одноступенчатый эжектор, работающий с выхлопом в атмосферу, может  создавать вакуум до 90%. Для достижения более глубокого вакуума применяют многоступенчатый пароэжекторные установки, состоящие из последовательно соединенных ступеней. При такой схеме каждая последующая ступень должна удалять не только газ, откачиваемый первой ступенью, но и рабочий пар предшествующей ступени. Во избежание этого между каждыми двумя ступенями устанавливают конденсатор. В пароэжекторных установках глубокого вакуума наиболее часто применяют барометрические конденсаторы смешивающего типа. Число ступеней пароэжекторной установки определяется величиной необходимого вакуума.

Для получения остаточного давления 0.05 кгс/ применяют двух- и трехступенчатые установки со степенью сжатия в одной ступени соответственно 4.6 и 2.8. При достижении давления 0.05 кгс/ можно применить барометрический конденсатор, давление в котором не превышает давление насыщения водяного пара, при температуре охлаждающей воды на выходе из конденсатора.

Пароэжекторные насосы с барометрическими конденсаторами наиболее надежны в эксплуатации. Однако применение барометрических конденсаторов требует размещения их на высоте 10-11 м. Высоту расположения конденсаторов можно значительно уменьшить, если воду и конденсат удалять из сливных труб конденсаторов центробежным насосом. Насос становится еще более компактным при использовании поверхностных конденсаторов.

В соответствии с принципом действия конденсаторы разделяют на смешивающие и поверхностные. В смешивающих конденсаторах теплообмен происходит благодаря непосредственному контакту и смешению обоих теплоносителей. В поверхностных аппаратах пар и вода разделены промежуточной твердой стенкой, участвующей в процессе теплообмена и образующей поверхность охлаждения.

В вакуум-насосах химической промышленности и установках вакуумной обработки металла наиболее распространены смешивающие промежуточные конденсаторы. По направлению движения пара и воды конденсаторы этого типа разделяются на прямоточные и противоточные. По принципу действия конденсаторы также можно разделить на два типа. В одном из них, наиболее распространенном, пар конденсируется от непосредственного соприкосновения с охлаждающей водой, разбиваемой на отдельные мелкие струйки или капли. Во втором, эжекторном или струйном, типе конденсатора пар конденсируется на поверхности одной или нескольких мощных струй воды, движущихся с большой скоростью.

Основным имуществом смешивающих конденсаторов по сравнению с поверхностными той же производительности является простота и компактность устройства и, вследствие этого, значительно более низкая стоимость. Кроме того, благодаря непосредственному контакту конденсируемого пара с охлаждающей водой температуру последней на выходе можно довести в противоточных конденсаторах почти до температуры насыщения водяного пара при соответствующем давлении. Смешивающие конденсаторы более удобны в эксплуатации, почти не требуют ухода и контроля и могут, что особенно важно, работать на воде, содержащей агрессивные вещества.

Таким образом, противоточные конденсаторы в тепловом отношении более совершенны, чем прямоточные.

Для интенсификации процесса конденсации необходимо увеличивать площадь взаимного соприкосновения пара и воды. Это достигается подачей воды в конденсатор через сопла (вода распыляется под действием разности давлений в водяной камере и рабочем пространстве конденсатора) или последовательном стеканием воды с одного дырчатого противня на другой. Оба метода применены как для прямоточных, так и противоточных конденсаторов. Дырчатые тарелки могут быть выполнены в виде сегментов, дисков или колец.

Однако наряду с обычными конденсаторами смешения многоступенчатые пароэжекторные установки могут быть оборудованы водоструйными конденсаторами. В таких устройствах расход воды определяется из условия конденсации, а возникающий при этом эжекционный эффект улучшает работу всей установки.

Водоструйные конденсаторы более компактны, чем обычные смешивающие конденсаторы. К числу недостатков следует отнести несколько больший расход охлаждающей воды. Это недостаток проявляется лишь в случае затруднений с водой, так как общие затраты энергии на насос из-за значительного эжекционного эффекта в водоструйном конденсаторе не возрастают.

 

 

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был рассчитан и спроектирован пароструйный эжекторный одноступенчатый вакуумный насос в соответствии с техническим заданием. Были определены рабочие и технические параметры вакуумного насоса, а именно геометрические и термодинамические.

 Разработана  конструкция проточной части  и сопла эжектора, а также подготовлена  необходимая документация и проектные  чертежи, выполненные в соответствие  с ЕСКД. Рассмотрены возможные  неисправности вакуумного насоса  и пути их устранения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Успенский В.А., Кузнецов Ю.М. Струйные вакуумные насосы. Изд. М:-Машинотсроение, 1973. – 144 с.:ил.
2. Цейтлин А.Б. Пароструйные вакуумные насосы. М.,-Л., изд. «Энергия», 1965. – 400 с.: ил.
3. С.Л. Ривкин, А.А. Александров. Термодинамические свойства воды и водяного пара. - М: Энергия, 1975, 80 с.
4. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. – М.: изд. МЭИ. 1999. – 168 с.:ил. 
5. Розанов Л.Н. Вакуумная техника: Учебник для ВУЗов по спец. «Вакуумная техника». – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа 1990. – 320 с.:ил.