Эжекторные вакуумные насосы: принцип работы и применение.

Введение

Тип эжекторного насоса

Вакуумный эжектор, или просто эжектор, – это тип вакуумного насоса, создающий вакуум посредством эффекта Вентури. В эжекторе рабочая жидкость (жидкость или газ) течет через сопло в трубу, которая сначала сужается, а затем расширяется по сечению. Вытекающая из сопла жидкость движется с высокой скоростью, что, согласно принципу Бернулли, приводит к снижению давления и, следовательно, к созданию вакуума. Внешняя труба затем сужается в смесителе, где высокоскоростная рабочая жидкость смешивается с всасываемой жидкостью, придавая ей достаточную скорость для выброса. Далее труба обычно расширяется для уменьшения скорости выброшенного потока, что позволяет давлению плавно повышаться до атмосферного. Глубина создаваемого вакуума зависит от скорости и формы струи рабочей жидкости, а также от формы сужающих и смешивающих секций. Однако, если в качестве рабочей жидкости используется жидкость, глубина вакуума ограничивается давлением пара этой жидкости (для воды – или 32 мбар при ). Если же используется газ, это ограничение отсутствует. При отсутствии учета источника рабочей жидкости, вакуумные эжекторы могут быть значительно компактнее самодействующих вакуумных насосов той же производительности.

Водяной аспирант

Дешевый и простой водяной аспиратор обычно используется в химических и биологических лабораториях и состоит из тройника, присоединенного к водопроводному крану, с патрубком для шланга на одном конце. Поток воды проходит через прямое ответвление тройника, которое имеет сужение в месте соединения с патрубком. Вакуумный шланг следует подключать к этому патрубку. В прошлом водяные аспираторы широко использовались для создания слабых вакуумов при проведении химических работ. Однако они требуют значительного расхода воды, и в зависимости от цели использования вакуума (например, для удаления растворителей) могут нарушать природоохранное законодательство, такое как RCRA, путем смешивания потенциально опасных химических веществ с водой и последующего сброса их в канализацию, которая часто ведет непосредственно в городскую канализационную систему. Их использование несколько сократилось, поскольку небольшие электрические вакуумные насосы стали гораздо более эффективными, экологически безопасными и доступными по цене, но непревзойденная простота и надежность этого устройства сохранили его популярность в небольших лабораториях или в качестве резервного варианта. Другая, гораздо более крупная версия этого устройства используется в морских операциях для откачки (дренажа) воды из затопленных отсеков судна в аварийных ситуациях. В этих применениях он обычно называется эжектором и предпочтительнее электрических насосов благодаря своей простоте, компактности и значительно сниженному риску взрыва при наличии легковоспламеняющихся жидкостей и/или паров. Кроме того, в отличие от многих механических насосов, эжектор может пропускать твердые частицы, поскольку не имеет движущихся частей, которые могли бы засориться. Это делает эжектор особенно полезным в ситуациях, когда установка сетчатого фильтра на всасывающем патрубке создаст больше проблем, чем решит. Размер пропускаемых частиц зависит от физических размеров эжектора. Размеры, производительность и области применения варьируются, включая стационарные эжекторы (обычно используемые в больших помещениях, таких как главная машинная комната судна) и переносные модели, которые можно опускать в отсеки с помощью веревки и подключать к ним через пожарные шланги для подачи и откачки воды. Большинство эжекторов подключаются к судовой пожарной магистрали, а переносные модели также могут питаться от аварийного насоса, при условии, что он обеспечивает достаточный расход для работы эжектора.

The cheap and simple water aspirator is commonly used in chemistry and biology laboratories and consists of a tee fitting attached to a tap and has a hose barb at one side. The flow of water passes through the straight portion of the tee, which has a restriction at the intersection, where the hose barb is attached. The vacuum hose should be connected to this barb. In the past, water aspirators were common for low strength vacuums in chemistry benchwork. However, they are water intensive, and depending on what the vacuum is being used for (e. g. solvent removal), they can violate environmental protection laws such as the RCRA by mixing potentially hazardous chemicals into the water stream, then flushing them down a drain that often leads directly to the municipal sewer. Their use has decreased somewhat as small electric vacuum pumps are far more effective, environmentally safe, and have become more affordable, but the unmatched simplicity and reliability of this device have caused it to remain popular for small labs or as a backup. Another, much larger version of this device is used in maritime operations as a device to dewater (drain) areas in a ship that have been flooded in emergency situations. Typically referred to as an eductor in these applications, this is preferred over electrical pumps due to their simplicity, compact size, and greatly mitigated risk of explosion in the event that flammable liquids and/or vapors are present. Additionally, unlike many mechanical pumps, they can also pass debris as the eductor has no moving parts that can be fouled. This makes an eductor especially useful in situations where fitting a debris strainer to the suction port will present more issues than it resolves. The size of the debris that can be passed depends on the physical size of the eductor. Sizes, flow ratings, and applications vary, including eductors that are permanently installed (typically used in very large spaces, such as a ship's main engine room), or portable models that can be lowered into spaces by a rope and supplied and drained through firefighting hoses. Most are supplied through a ship's firefighting main, and portable models can also be supplied by an emergency pump, provided it can supply sufficient flow to operate the eductor.

Выброс паров

Промышленный пароэжектор (также называемый "паровым струйным эжектором", "паровым аспиратором" или "эвакуатором") использует пар в качестве рабочей жидкости, а многоступенчатые системы могут создавать очень высокий вакуум. Благодаря отсутствию сложных движущихся частей и очищающему действию потока пара, пароэжекторы способны перекачивать газовые потоки, содержащие жидкости, пыль или даже твердые частицы, которые могли бы повредить или засорить многие другие вакуумные насосы. Эжекторы, изготовленные целиком из специализированных материалов, таких как PTFE или графит, позволяют использовать чрезвычайно коррозионные газы, поскольку пароэжекторы не имеют движущихся частей и могут быть сконструированы из практически любого материала, обладающего достаточной прочностью. Чтобы избежать чрезмерного расхода пара или непрактичного рабочего давления, обычно не используют одноступенчатый пароэжектор для создания вакуума ниже примерно 10 кПа (75 мм рт. ст.). Для создания более глубокого вакуума применяют многоступенчатые системы; например, во двухступенчатом пароэжекторе вторая ступень обеспечивает вакуум для отработанного пара, выходящего из первой ступени. Между ступенями обычно устанавливают конденсаторы для значительного снижения нагрузки на последующие ступени. Пароэжекторы с двумя, тремя, четырьмя, пятью и шестью ступенями могут создавать вакуум до 2,5 кПа, 300 Па, 40 Па, 4 Па и 0,4 Па соответственно. Пароэжекторы также подходят для перекачки многих жидкостей, поскольку если пар может легко конденсироваться в жидкость, то нет необходимости разделять рабочую жидкость или удалять туман из жидких капель. По этому принципу работает пароинжектор. Дополнительное применение инжекторной технологии – вакуумные эжекторы в системах непрерывного торможения поездов, которые были обязательными в Великобритании согласно Закону о регулировании железных дорог 1889 года. Вакуумный эжектор использует давление пара для откачки воздуха из вакуумной магистрали и резервуаров системы непрерывного торможения. Паровозы, имеющие готовый источник пара, сочли эжекторную технологию идеальной благодаря ее надежности и отсутствию движущихся частей. Обычно паровоз оснащен двумя эжекторами: большим – для снятия тормозов в неподвижном состоянии и малым – для поддержания вакуума и компенсации утечек. Выхлоп из эжекторов неизменно направляется в дымовую коробку, где он помогает вентилятору создавать тягу в топке. Малый эжектор иногда заменяют возвратно-поступательным насосом, приводимым в действие от крейцкопфа, поскольку это более экономично с точки зрения расхода пара и требуется только при движении поезда.

The industrial steam ejector (also called the "steam jet ejector", "steam aspirator", or "evactor") uses steam as a working fluid and multistage systems can produce very high vacuums. Due to the lack of delicate moving parts and the flow of steam providing somewhat of cleaning action, steam ejectors can handle gas flows containing liquids, dust, or even solid particles that would damage or clog many other vacuum pumps. Ejectors made entirely from specialised materials such as PTFE or graphite have allowed usage of extremely corrosive gasses, since steam ejectors have no moving parts they can be constructed in their entirety from almost any material that has sufficient durability. In order to avoid using too much steam or impractical operating pressures, a single steam ejector stage is generally not used to generate vacuum below approximately 10 kPa (75 mmHg). To generate higher vacuum, multiple stages are used; in a two stage steam ejector, for example, the second stage provides vacuum for the waste steam output by the first stage. Condensers are typically used between stages to significantly reduce the load on the later stages. Steam ejectors with two, three, four, five and six stages may be used to produce vacuums down to 2.5 kPa, 300 Pa, 40 Pa, 4 Pa, and 0.4 Pa, respectively. Steam ejectors are also suitable for pumping many liquids since if the steam can be easily condensed into the liquid then there is no need to separate the working fluid or manage a mist of liquid droplets. This is the manner in which a steam injector operates. An additional use for the injector technology is in vacuum ejectors in continuous train braking systems, which were made compulsory in the UK by the Regulation of Railways Act 1889. A vacuum ejector uses steam pressure to draw air out of the vacuum pipe and reservoirs of continuous train brake. Steam locomotives, with a ready source of steam, found ejector technology ideal with its rugged simplicity and lack of moving parts. A steam locomotive usually has two ejectors: a large ejector for releasing the brakes when stationary and a small ejector for maintaining the vacuum against leaks. The exhaust from the ejectors is invariably directed to the smokebox, by which means it assists the blower in draughting the fire. The small ejector is sometimes replaced by a reciprocating pump driven from the crosshead because this is more economical of steam and is only required to operate when the train is moving.

Выброс воздуха

Обычно называется воздушным эжектором, насосом Вентури или вакуумным эжектором. Этот эжектор работает аналогично паровому эжектору, но в качестве рабочей жидкости использует воздух высокого давления. Можно использовать многоступенчатые воздушные эжекторы, но поскольку воздух не конденсируется легко при комнатной температуре, воздушный эжектор обычно ограничивается двумя ступенями, так как каждая последующая ступень должна быть значительно больше предыдущей. Они часто используются в пневматическом оборудовании для перемещения объектов, когда требуется небольшой вакуум для их захвата, поскольку сжатый воздух часто уже доступен для питания других частей оборудования. Воздушные эжекторы, используемые для непосредственного всасывания жидкостей, создают мелкий туман из капель – по этому принципу работают аэрографы и многие другие распылительные системы, но если распыление не требуется, это обычно нежелательный эффект, ограничивающий область применения до всасывания газов.