Інжекція

Інжекція - Процес безперервного змішування двох потоків речовин і передачі енергії інжектуючого (робочого) потоку інжектованому з метою його нагнітання в різні апарати, резервуари і трубопроводи. Змішувані потоки можуть знаходитися в газовій, паровій та рідкій фазах і бути різнофазними, однофазними та змінних фаз (напр., пароводяні). Струминні апарати (насоси), які застосовуються для інжекції називаються інжекторами. Змішування робочого та інжектованого потоків з різними швидкостями супроводжується значною втратою кінетичної енергії на удар і перетворення її в теплову, вирівнюванням швидкостей, підвищенням тиску інжектованого потоку.

Основні відомості

Явище інжекції відомо з 16 ст. З початку 19 ст. процес інжекції отримав промислове використання для посилення тяги в димарях паровозів.

Основи теорії інжекції були закладені в роботах німецького вченого Г. Цейнера і англійського вченого У. Дж. М. Ранкіна в 70-і рр.. 19 в. У СРСР, починаючи з 1918, значний внесок у розвиток теорії і практики інжекції внесли А. Я. Міловіч, Н. І. Гальперін С. А. Християнович, Є. Я. Соколов, П. М. Каменєв та ін Змішання робочого і інжектіруемого потоків з різними швидкостями супроводжується значною втратою кінетичної енергії на удар і перетворенням її в теплову, вирівнюванням швидкостей, підвищенням тиску інжектіруемого потоку. Інжекція описується законами збереження енергії, маси і імпульсів. При цьому втрата енергії на удар пропорційна квадрату різниці швидкостей потоків на початку змішування. При необхідності швидкого і ретельного перемішування двох однорідних середовищ масова швидкість робочого потоку повинна перевищувати масову швидкість інжектіруемого в 2-3 рази. У деяких випадках при інжекції поряд з гідродинамічним відбувається і термічний процес з передачею робочим потоком інжектіруемому теплової енергії, наприклад при нагріванні рідин пором з інтенсивним перемішуванням середовищ - рідини і конденсату.

Принцип інжекції полягає в тому, що тиск Р1 і середня лінійна швидкість и1 інжектується (робочого) потоку газу або рідини, що рухається по трубі, у звуженому перетині змінюються. Швидкість потоку зростає (і2> и1), тиск (Р2 <Р1) падає, тобто зростання кінетичної енергії потоку супроводжується зменшенням його потенційної енергії. При падінні тиску Р2 нижче тиску Р0 в звужену частину труби засмоктується інжектіруемая середовище, яке за рахунок поверхневого тертя захоплюється робочим потоком і змішується з ним. При подальшому русі суміші по трубі з розширюється перетином зменшення швидкості потоку до 3 і його кінетичної енергії супроводжується наростанням потенційної енергії і тиску до величини Р3, причому Р2 <Р0 <Р3 <Р1. Таким чином, в результаті Інжекційне тиск інжектіруемой середовища зростає від Р0 до Р3 за рахунок падіння тиску робочого потоку від Р1 до Р3, а тиск змішаного потоку набуває проміжне значення.

При інжекції з мінливих фазністю середовищ, наприклад з конденсацією робочого пара від зіткнення з холодною інжектіруемой рідиною, можна створювати тиск змішаного потоку, що перевищує тиск робочого потоку. У цьому випадку робота, що витрачається на інжекції, відбувається не тільки енергією струменя, але і зовнішнім тиском при скороченні обсягу конденсирующегося робочого пара, а також за рахунок перетворення його теплової енергії в потенційну енергію змішаного потоку. У порівнянні з механічними способами змішування, нагрівання, стиснення і нагнітання різних середовищ інжекція відрізняється простотою, однак вимагає в 2-3 рази великих витрат енергії. Про застосування інжекції див. у статті Інжектор.

Інжектор (франц. injecteur, від лат. Injicio - вкидаю, вприскую * а. Injector; н. Injektor, Strahlpumpe; ф. Injecteur; і. Inyector) - струминний насос для нагнітання газів, парів і рідин в різні апарати, резервуари і трубопроводи , а також стиснення газів і парів.

Принцип роботи інжектора заснований на перетворенні кінетичної і теплової енергії робочого потоку в потенціальну енергію змішаного (робочого та інжектіруемого) потоку (див. Інжекція). Переваги інжектора - відсутність рухомих частин, можливість підвищення тиску інжектіруемого потоку без безпосередньої затрати механічної енергії, простота конструкції і обслуговування, а також надійність його роботи.

Перший інжектор для харчування водою парових котлів винайдений французьким конструктором А. Жиффарів в 1858. У залежності від агрегатного стану взаємодіючих середовищ розрізняють інжектора равнофазние (газо-, паро-, водоструминні), разнофазние (газоводяной, водогазовой) і змінюється фазності (пароводяні, водопарогазовие). Інжектор складається з робочого сопла, приймальної і змішувальної камер та дифузора. Приймальна та смесітітельная камери з'єднуються за допомогою конфузор. Потік робочого середовища з великою швидкістю надходить з сопла у приймальну камеру, де за рахунок різниці тисків і поверхневого тертя всмоктує і захоплює за собою інжектіруемую середу низького тиску. У змішувальній камері відбувається вирівнювання швидкостей потоків середовищ, що супроводжується, як правило, підвищенням тиску. Змішаний потік прямує в дифузор, де відбувається подальше зростання тиску і перетворення кінетичної енергії потоку в потенціальну, необхідну для нагнітання або транспортування суміші по трубопроводу. Тиск змішаного потоку на виході з дифузора має проміжне значення між тисками робочого і інжектіруемого потоків, в пароводяних інжекторах може навіть перевищувати тиск робочого потоку, що дозволяє, наприклад, при живленні водою парових котлів нагнітати воду в котел відбираються з нього пором, долаючи додаткові опору в живильному трубопроводі. Найбільшу ступінь підвищення тиску забезпечує камера змішувача циліндричної форми, а оптимальне відстань сопла від камери визначається з умови, що кінцеве перетин вільної струменя само вхідного перерізу камери. Довжина циліндричної камери вибирається в межах 6-10 її діаметрів, а довжина дифузора з кутом розкриття 8-10 ° - в межах 6-7-кратної різниці його вхідного і вихідного діаметрів.

Досконалість інжектора визначається величиною коефіцієнта інжекції (співвідношення масових витрат інжектіруемого і робочого потоків) і ккд (відношення кількості енергії, отриманої інжектіруемим потоком для збільшення його тиску і швидкості, до кількості енергії, витраченої робочим потоком при його розширенні до стану змішаного потоку). Коефіцієнт інжекції залежить від тиску, температури і швидкості робочого потоку, фізичних властивостей змішуються потоків. Ккд інжекції, як правило, не перевищує 30 - 35%, однак використання інжектора в багатьох галузях промисловості дозволяє отримати більш прості і надійні технічні рішення в порівнянні з використанням механічних нагнітачів (насосів, газодувок, вентиляторів та ін.) У гірській промисловості інжектор застосовують як струменевих насосів для пневмо-і гідротранспорту (Гідроелеватори) різних сипучих матеріалів (див. Завантажувальний апарат), для підйому і перекачування води з колодязів і свердловин, для створення безперервного вентиляційної потоку, для посилення тяги в димоходах, для перекачування парогазових сумішей хімічно агресивних кородуючої речовин, в абсорбційних і екстракційних апаратах для створення контакту різних фаз і ін.

Див. також

• Рівняння_Бернуллі_для_елементарної_струминки_реальної_рідини

Джерела інформації

• http://uk.wikipedia.org/wiki/Інжекція

• http://www.mining-enc.ru/i/inzhekciya/

• http://www.mining-enc.ru/i/inzhektor/

Література

• Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: «Донбас», 2004.