Инжектор

Инжектор.

Инжектор, изобретенный в 1858 г. Жиффаром прибор для нагнетания воды при помощи струи пара или струи воды, движущейся с большой скоростью. Схематическое изображение инжектора предоставлено на фиг. 1.

Фиг.1

При открытии парового вентиля А пар входит в конический насадок В и, выходя из него с громадной скоростью, высасывает из пространства С воздух (который вместе с паром выходит через клапан D), а затем, образовав в пространстве С разрежение, всасывает сюда воду из сосуда Е. Смешиваясь с этой водой, пар конденсируется в струю воды, которая увлекает с собой еще часть воды, присосанной из сосуда Е, и вместе с ней с большой скоростью поступает в насадок F, причем количество увлеченной воды зависит от диаметра входного отверстия насадка F. Таким образом, живая сила пара, вытекающего с громадной скоростью из насадка F, превращается в живую силу струи конденсировавшегося пара и примешанной к нему воды. Эта смесь хотя и движется с значительно меньшей скоростью, чем вытекающий из насадка F пар, тем не менее скоростного напора оказывается достаточно, чтобы, преодолев значительное давление на клапан G, открыть этот клапан и нагнетать воду под давлением в сосуд К. Пренебрегая вредными сопротивлениями, зависимость между отдельными факторами, участвующими в работе инжектора, может быть приближенно получена таким образом. Как известно, скорость истечения жидкости из отверстия выражается формулой

V = √(2gH),

где g – ускорение силы тяжести (9,81 м/сек), а Н есть высота столба жидкости под напором которого происходит истечение. Давление 1 атм. на кв. метр равно 30 334 кг, а потому если бы 1 куб. метр пара весил 1 кг, то для получения давления, равного 1 атмосфере, нужно бы было поставить 10 334 таких кубов. Если вес 1 куб. метра пара больше 1 кг, например γ, то число кубов будет соответственно меньше; а если давление Р атм., то число кубов и высота столба будет пропорционально больше, и потому высота Н в приведенной формуле должна быть

и, следовательно, скорость истечения будет

С такой скоростью двигалась бы и сконденсировавшаяся струя пара при вытекании из насадка  В; но когда струя начинает увлекать с собой воду из пространства С, то их общая скорость будет меньше и может быть определена на основании закона постоянства количества движения, а именно: обозначая через v, v₁ и v₂ скорость истечения, скорость промешанной воды и общую скорость смеси, а через m и m₁ массу пара и массу примешанной к нему воды, должны иметь

В этой формуле m u m₁ можно заменить пропорциональными им весами q и q₁ и кроме того положить v₁=0, так как вода из сосуда притекает перпендикулярно к направлению скорости струи смеси, тогда получим

Формула показывает, что скорость, с которой будет двигаться смесь, тем больше и, следовательно, тем большая будет сила нагнетания, чем больше количество приводящегося в инжекторе пара q по сравнению с примешанной к нему водой q₁ из сосуда С. Выбирая, таким образом, размер насадка F и зависящее от него количество примешанной к пару воды q₁, можно скорость смеси v₁ получить столь большой, что она превзойдет скорость истечения жидкости из сосуда К, т. е. смесь будет нагнетаться через клапан G в сосуд К. Положим, что в сосуде К вода находится под давлением Р₁ атм. избыточных, тогда скорость истечения будет

а скорость движения струи смеси будет

Чтобы скорость смеси превысила скорость истечения и чтобы стало возможно нагнетание в сосуд К, нужно чтобы

Если, например, давление в сосуде К-7 атм. изб., то γ=4,1 и отношение

т. е. 1 кг пара, может подать в сосуд не более 14,5 кг воды. При изменении давления пара от 2 до 15 атм. избираемое отношение q₁/q будет изменяться от 27 до 10.

Выбирая соотношение q₁/q, мы можем из сравнения полученных формул определить наибольшую величину давления нагнетания при данном давлении пара. Действительно, из равенства

получим давление нагнетания

Если, например, положим, что давление в сосуде К-7 атм. изб., и соотношение q₁/q = 10, то из приведенной формулы

Р₁ = 14,1,

т. е. инжектор может при выбранных соотношениях нагнетать в сосуд, давление в котором в 2 раза превосходит давление пара, входящего в инжектор. Если мы будем уменьшать количество промешанной воды, то вместе с этим можем повышать скорость струи смеси и повышать способность инжектора преодолевать очень большие сопротивления. Из этого ясно, что можно для работы инжектора пользоваться и отработавшим паром, имеющим давление меньше атмосферного. В идеальном случае, т. е. предполагая, что пар совершенно не присасывает с собой воды, т. е. q₁=0, получим такую зависимость

Р₁ = 100Р/γ

Если по предыдущему давление пара будет 7 атм., то для данного случая при помощи инжектора можно получить давление в 1 700 атм. (теоретически, не принимая во внимание потерь), и при этом инжектор может служить прибором для получения высоких гидравлических давлений.

Паровые инжекторы применяются главным образом для питания паровых котлов. Их преимущество: простота, небольшая стоимость, подогрев питающей воды конденсирующимся паром (почти вся теплота пара снова возвращается в котел); недостатки по сравнению с насосом: меньшая надежность действия, неравномерность подачи воды (приходится питать с перерывами, так как количество подаваемой жидкости в единицу времени можно изменять только в очень узких пределах), невозможность подавать очень горячую воду, так как питающая вода должна быть холодной для энергичного охлаждения пара. В настоящее время на рынке существует   много различных типов инжекторов для различных случаев практики: высокое и низкое давление пара, холодная или теплая питающая вода, необходимость всасывания или последняя вода подходит к инжектору самотеком и др. Различие в действии отдельных типов  инжектора зависит главным образом от размеров и формы насадков В и F. Внешний вид одного из многих типов приведен на фиг. 2.

Фиг.2

На подобном же принципе основано устройство водяного инжектора, в котором вместо пара вводится под большим напором и, следовательно, притекающая с большой скоростью вода, которая, смешиваясь с большим количеством воды, может поднять ее на более или менее значительную высоту. Таким образом, подобным инжектором можно, располагая большим напором и малым количеством воды, подымать большое количество воды на небольшую высоту. Так как эти приборы работают при помощи струи пара и воды, то они иногда называются пароструйными и водоструйными насосами.

А. Гавриленко.