Эжекционная система охлаждения двигателя

Автомобили

Для охлаждения оборотной воды на предприятиях традиционно используется несколько способов:

  1. Прямоточная система
  2. Замкнутая система с прудами-охладителями
  3. Замкнутая система с градирнями

Первый тип, с использованием естественных водоемов и забором-сбросом воды напрямую в них, сейчас используется очень редко. Основная причина — нарушение экологических норм. Сброс горячей воды с различными примесями в реки или озера вызывает нарушения микроклимата и может привести к гибели животного мира. Чтобы этого избежать, перед сбросом сточные воды должны проходить очистку, а строительство соответствующих сооружений довольно затратно. Проще получается организовать замкнутую систему водооборота.

Самый простой, но далеко не самый эффективный способ организовать замкнутую систему — использовать пруд-охладитель.

Эжекционная система охлаждения двигателя

На большой площади вода, нагретая оборудованием, разбрызгивается специальными форсунками и затем охлаждается естественным образом. У такой системы есть всего лишь один плюс — простота работы, но при этом сразу несколько существенных минусов — большая площадь, высокая вероятность загрязнения и низкая эффективность охлаждения.

Гораздо лучшего результата можно добиться, если использовать в замкнутой системе градирни. Есть два основных их типа — сухие и испарительные (мокрые). Первые используются в тех циклах, где не нужно глубокое охлаждение, очень высокие температуры воды или сложно организовать подпитку цикла.

Мы же более подробно остановимся на мокрых градирнях.

Тип градирни выбирается в зависимости от общего объема оборотного цикла, необходимого температурного перепада, особенностей эксплуатации.

Для больших объемов охлаждаемой воды, достигающих нескольких десятков тысяч кубометров в час, чаще всего используются башенные градирни. Эти сооружения можно увидеть на большинстве ТЭЦ и АЭС.

Эжекционная система охлаждения двигателя

На промышленных предприятиях они используются значительно реже — общий объем воды в системе делится на более маленькие локальные циклы со своими, отличными от других, параметрами работы. Поэтому в таких оборотных системах чаще применяются вентиляторные или эжекционные градирни.

Эжекционная система охлаждения отличается от классической вентиляторной тем, что избыточный поток воздуха создается за счет эжектирующего эффекта, откуда и пошло соответствующее название. Вода специальными форсунками разбивается на очень мелкие капли и распыляется под большим давлением внутрь установки. Поток капель увлекает за собой воздушную массу с более низким давлением. Остальные процессы схожи с любой другой градирней испарительного типа.

Эжекционная система охлаждения двигателя

У эжекционных систем есть свои очевидные плюсы и минусы. К положительным сторонам следует отнести простоту конструкции: отсутствуют вентиляторные узлы, не требуется оросительное устройство. Такие градирни проще в обслуживании. Однако, из плюсов напрямую появляются и минусы: меньшая охлаждающая способность, высокие требования к качеству воды, значительное снижение эффективности при засорении форсунок или снижении давления в системе и дополнительные расходы на мощные насосы.

Наиболее распространенным решением для охлаждения воды в оборотных циклах является использование вентиляторных противоточных градирен. Они легко масштабируемы и могут использоваться от самых маленьких до огромных оборотных циклов. Высокая охлаждающая способность позволяет удовлетворить потребности большинства технологических процессов.

Эжекционная система охлаждения двигателя

Что касается эксплуатации, то при правильном подходе к делу, с учетом современных технологий и материалов, сложностей у персонала не возникает.

Более подробно обо всех типах градирен Вы можете прочитать в нашей статье.

Главная страница » Что такое эжекторная система охлаждения и как это работает

Эжекционная система охлаждения двигателя

Эжекторная система охлаждения (принцип струйного насоса) — это технология, где применяется термическое управление процессом. Технология эжекторной системы охлаждения используется на практике уже достаточно долгий период времени. Нынешнее состояние развития подобных систем отмечается их более низким КПД по сравнению, например, с установками сжатия пара. Однако эжекторные системы охлаждения примечательны преимуществами простоты устройства и отсутствия движущихся деталей конструкции.

Классическая конструкция эжектора

Схема ниже наглядно демонстрирует внутреннее устройство прибора. Корпус эжектора имеет квадратную форму. На корпусе справа прикреплено длинное сопло.

Эжекционная система охлаждения двигателяСхема классического исполнения: 1 — область входа вторичного потока; 2 — область входа первичного потока; 3 — область ускорения потока до сверхзвуковой скорости; 4 — область смешения двух потоков; 5 — коническое отверстие сопла — диффузор

Часть сопла, что прикреплена непосредственно к эжектору, имеет форму прямого цилиндра. Наконечник же сопла имеет форму цилиндрического конуса.

В отличие от формы сопла, с левой стороны эжектора закреплён прямой цилиндр, через который выполняется вход первичного потока.

Первая половина цилиндра находится снаружи эжектора, а вторая его половина внутри. Указателем (2) отмечено отверстие цилиндра для входа первичного потока, исходящего из общей массы рабочего вещества.

Конечная часть цилиндра внутри эжектора выполнена как небольшое по размерам сходящееся/расходящееся сопло (3). Именно здесь движущийся поток вещества ускоряется и достигает сверхзвуковой скорости.

Эжекционная система охлаждения двигателя Эжекционная система охлаждения двигателяСхема действия структурная: Э — эжектор; В — бойлер (котёл); К — конденсатор; И — испаритель; Н — насос циркуляционный; Р — расширительное устройство

Эжекторная система охлаждения состоит из двух контуров:

  1. Контур питания
  2. Контур охлаждения.

В контуре питания низкотемпературное тепло (Qb) используется в котле или генераторе для испарения жидкого хладагента высокого давления (процесс 1-2).

Пары высокого давления, образующиеся в результате кипения жидкого хладагента, устремляются через эжектор, где скорость потока увеличивается за счёт прохождения сквозь сопло.

Ускоренное движение потока образует область пониженного давления в в первой секции эжектора. За счёт перепада давлений туда же из испарителя устремляется насыщенный газообразный хладагент (линия 3).

Две газообразных среды объединяются в смесительной камере. Смешанная среда поступает в секцию диффузора, где происходит замедление потока и восстановление давления.

Затем смешанный газообразный хладагент переправляется в конденсатор. Здесь пары хладагента конденсируются (переходят в жидкое состояние), образующееся тепло отводится в окружающую среду (Qc).

Одна часть жидкости, выходящей из конденсатора (точке 5), закачивается в котел для завершения цикла питания. Другая часть жидкости проходит через расширительное устройство и поступает в испаритель холодильного контура (точка 6) в виде парожидкостной смеси.

Парожидкостная смесь хладагента испаряется в испарителе, создавая дополнительно эффект охлаждения (Qe). Далее полученный парообразный хладагент направляется в эжектор (точка 3).

Хладагент (вторичная газообразная смесь) вновь смешивается с первичной газообразной смесью в эжекторе и сжимается в секции диффузора перед входом в конденсатор (точка 4). Смесь конденсируется в конденсаторе. Цикл повторяется (точка 5).

Как развивалась технология

Первую конструкцию системы охлаждения с эжектором разработал в 1910 году французский инженер индустриалист Морис Лебланк. Устройство быстро завоевало популярность в сфере производства оборудования для кондиционирования воздуха.

Эжекционная система охлаждения двигателяЭжектор промышленного назначения — подобные конструкции редкость и обычно изготавливаются по специальному заказу предприятиями нефтехимической отрасли и подобными

До момента разработки хлорфторуглеродных хладагентов в 1930-х годах и дальнейшего их применения, именно эжекторным системам охлаждения отдавалось предпочтение.

Появление хлорфторуглеродных хладагентов отметилось большей эффективностью холодильного оборудования и, соответственно, изменением приоритетов в отношении эжекторов.

Однако исследования и разработки в области эжекторных систем продолжались. Технология нашла своё второе применение во многих областях индустрии, особенно в химической и перерабатывающей промышленности.

Современные разработки и перспективы

На современном этапе проектирования разрабатываются эжекторные системы с мощностью охлаждения от единиц до 60 000 кВт. Но, несмотря на активность исследований, направленных на увеличение КПД (отношение эффекта охлаждения и ввода тепла в котел), существенных результатов нет.

Даже если пренебречь работой насоса, КПД эжекторных систем охлаждения по-прежнему остаётся относительно низким. Эжекторные системы охлаждения в настоящее время трудно отыскать в прямой продаже, но ряд компаний специализируются на разработке и применении оборудования на заказ.

Эжекционная система охлаждения двигателяПромышленная установка, оснащённая вакуумными эжекторами . Характерной чертой энергосбережения отличаются подобные системы, несмотря на относительно низкие показатели КПД

Приоритет производства — эжекторные паровые установки, где используется вода в качестве хладагента для охлаждения при температуре выше 0 ° C. С целью повышения эффективности простого цикла эжекции, проводятся исследования более сложных циклов. Также изучается интеграция эжекторов в системы сжатия и поглощения паров.

Автомобильная эжекторная система кондиционирования фирмы Denso

Уникальный пример разработки фирмы Denso (схема В) — цикличный эжектор «EJECS» в составе конструкции кондиционирования воздуха салона легкового автомобиля.

Здесь создаваемое эжектором отрицательное давление всасывания действует как насос, обеспечивая циркуляцию хладагента в цикле кондиционирования воздуха.

Обычные решения (схема А) нацелены на циркуляцию хладагента только компрессором. Но в этом случае имеют место существенные потери энергии в расширительном клапане.

Эжекционная система охлаждения двигателяСравнительные схемы: 1 — конденсатор; 2 — компрессор; 3 — расширительный клапан; 4 — эжектор; 5 — испаритель; 6 — мощность компрессора; 7 — повышение давления эжектором; А — обычное решение; В — решение Denso; С — потери энергии за счёт вихревых эффектов

Эжектор на примере уникального решения компании Denso играет роль насоса подкачки компрессора, что в значительной степени повышает эффективность системы кондиционирования воздуха.

Снижается нагрузка на двигатель автомобиля или на мотор компрессора (если используется электропривод). Эжектор, работая как насос, создаёт энергосберегающий режим работы.

Поэтому оправданными можно считать значительные усилия инженеров, разрабатывающих, к примеру, солнечные энергетические установки, дополненные эжекторными системами охлаждения.

Применение в пищевой промышленности

Производственные районы, где имеется избыток отработанного тепла, рассматриваются удачным местом для применения эжекторных систем в пищевой промышленности.

Установки могут найти успешное применение на заводах по переработке пищевых продуктов. Оборудование может использоваться для охлаждения продуктов в процессе их производства, а также в условиях транспортировки.

Эжекционная система охлаждения двигателяЭкспериментальная установка тригенерации (tri-generation) в Сиднее , установленная для обеспечения работы двух внутренних городских плавательных бассейнов

Другое возможное применение – так называемое технологичное tringle-поколение (tri-generation), где эжекторным системам охлаждения отводится место в сочетании с комбинированным тепловым и энергетическим оборудованием для обеспечения холодом.

Препятствия для использования эжекторной технологии

Основными препятствиями для использования технологии эжекторной регенерации видятся следующие моменты:

0,3) по сравнению с механикой сжатия пара и аналогичными технологиями с термическим управлением.

  • Значительное падение КПД при условиях работы на удалении от проектной точки.
  • Недоступность готовых к использованию систем, что усложняет выбор для конкретного применения
  • Отсутствие данных о производительности в условиях промышленного применения для уверенности эффективности технологии.
  • Основные факторы для стимуляции использования

    Главными факторами, способствующими внедрению технологии эжекторного охлаждения в пищевой промышленности, являются:

    1. Успешная демонстрация преимуществ технологии в тех условиях, где имеется достаточное количество отработанного тепла или в системах tringle-поколения.
    2. Рост стоимости производства энергии, что может способствовать более эффективному использованию отработанного тепла.
    3. Более высокая термическая интеграция процессов в производстве продуктов питания.

    Потребности на исследования и разработки

    Для повышения привлекательности и применения эжекторных систем охлаждения остаются востребованными исследования и разработки, результатом которых стали бы следующие достижения:

    1. Повышение эффективности стационарных эжекторных систем, особенно при работе на удалении от проектных точек.
    2. Разработка альтернативных типов эжекторов (таких как ротодинамические эжекторы), которые обладали бы потенциалом повышения эффективности.
    3. Разработка эжекторов, способных работать с другими природными хладагентами, такими как углекислый газ (CO 2 ) и углеводороды, с температурным диапазоном ниже 0°C.
    4. Оптимизация циклов, а также интеграция эжекторов с обычными системами сжатия и поглощения паров.

    Обучающий видео-курс по теме эжекторов

    Видеоролик представляет обучающий курс, напрямую связанный с темой функционирования эжекторных систем. Рекомендуется к просмотру для лучшего понимания и восприятия технологии:

    На специальных машинах, имеющих двигатели очень большой мощности или несколько двигателей и, следовательно, сложные по компоновке, больших габаритов радиаторы, применяются эжекци- онные системы охлаждения. Применение этих систем обусловлено необходимостью снижения затрат мощности па привод вентиляторов путем использования энергии выхлопных газов. Эжектором называют газодинамический аппарат, в котором осуществляется перемешивание эжектируемой среды с помощью потока газа более высокого давления — эжектирующей среды. Струя газа высокого давления па выходе из сопла снижает давление па входе эжекти- руемого газа. Под действием разности давления эжектируемый газ засасывается в камеру.

    Эжекциониая система охлаждения представлена на рис. 1.111, в которой эжектирующей средой является поток отработавших газов от двигателя. В кожухе 1 установлен блок радиаторов 2 охлаждения двигателя и трансмиссии. Поток выхлопных газов, проходя по коллектору 3 с большой скоростью, снижает давление в коллекторе, вследствие чего в коллектор устремляется поток воздуха из окружающей среды через блок радиаторов 4. Поток воздуха движется через радиаторы, используя кинетическую энергию выхлопных газов. Отработавшие газы и воздух, поступивший через блок радиаторов, смешиваются и удаляются в атмосферу.

    Эжекциониая система оценивается коэффициентом эжекции, равным отношению массового расхода потока воздуха, поступившего через радиаторы, к массовому расходу отработавших газов:

    Эжекционная система охлаждения двигателя Эжекционная система охлаждения двигателя

    Рис. 1.111. Схема эжекционной системы охлаждения

    Конструкции эжекциопных систем охлаждения имеют коэффициент эжекции, равный 7. 15, КПД эжектора составляет ОД. 0,25.

    Эжекциоппый способ циркуляции воздуха через радиаторы охлаждения, основывающийся па использовании энергии выхлопных газов, обеспечивает экономию топлива охлаждаемого двигателя. Преимущество этого способа охлаждения состоит в автоматическом регулировании массового расхода воздуха системы охлаждения в зависимости от режима работы двигателя, а его недостатками являются повышенный уровень шума при работе эжекционпого устройства и невозможность форсирования двигателя турбопад- дувом.

    В настоящее время появились технические решения, совмещающие классическую вентиляторную установку с эжекционным способом циркуляции потока воздуха: выхлопные газы, выходя из сопл, установленных в направляющем кожухе, создают разрежение в вентиляторной зоне и увеличивают поступление воздуха к вентилятору, тем самым увеличивая КПД вентилятора без существенного увеличения мощности на привод. Изменение расхода выхлопных газов через сопла позволяет регулировать поток воздуха через сердцевину радиатора.

    «>

    Добавить комментарий

    четырнадцать − 6 =