ВСС на базе пароэжекторного вакуумного насоса (ПЭН)

Для условий работы вакуумных блоков АВТ обычно ПЭН состоит из трех ступеней сжатия. В первых двух ступенях насоса обеспечивается сжатие откачиваемой смеси до некоторого промежуточного давления за счет кинетической энергии рабочего агента (РА). Перед поступлением в следующую ступень сжатия смесь откачиваемой среды и РА проходит через промежуточный конденсатор поверхностного типа. Вода подается в трубное пространство конденсаторов, смесь откачиваемых паров и рабочего агента - в межтрубное пространство. В промежуточном конденсаторе достигается практически полная конденсация РА, а во второй и третьей ступенях и частичная конденсация ПГС. За счет этого массовая нагрузка на каждую последующую ступень ПЭНа прогрессивно снижается. Распределение общей степени сжатия в ПЭНе по ступеням является предметом оптимизационного расчета:

.

(5.1)

Так как откачиваемая ПГС содержит значительное количество водяных паров, то наиболее целесообразно обеспечить в первой ступени конденсацию максимального количества водяных паров, что обеспечивает снижение потребления пара последующими ступенями. При этом все количество оборотной воды целесообразно подать в трубное пространство холодильника -конденсатора первой ступени, после чего вода может последовательно подаваться в остальные промежуточные конденсаторы. Это объясняется тем, что в каждой последующей ступени ПЭНа температура конденсации водяного пара возрастает. Аналогичным образом снижается и необходимая (расчетная) поверхность теплообмена конденсаторов каждой последующей ступени ПЭНа.

Принципиальная схема рассматриваемой ВСС на базе ПЭНа представлена на рис 5.5 [73-76].

ПГС, не сконденсировавшаяся в предварительном конденсаторе, подаётся на всасывание в паровой эжектор J-401, где смесь сжимается до промежуточного давления за счёт кинетической энергии водяного пара. Смесь водяного пара (РА) и откачиваемой смеси подаётся в межтрубное пространство холодильника- конденсатора E-423, где происходит конденсация смеси ПГС и РА первой ступени при промежуточном повышенном давлении и сепарация паровой и жидкой фаз. Сконденсированная жидкая фаза направляется в С-1.

Рис. 5.5. Принципиальная схема ВСС на базе ПЭНа.

J-401 – эжектор первой ступени; E-423 – холодильник-конденсатор первой ступени; J-402 - эжектор второй ступени; E-424 – холодильник-конденсатор второй ступени; J-403 – эжектор третьей ступени; Е-431 – холодильник-конденсатор третьей ступени; С-1 – сепаратор (каплеуловитель).

Несконденсированная часть направляется на всасывание в паровой эжектор J-402, где сжимается до следующего промежуточного давления за счёт кинетической энергии водяного пара. Образовавшаяся смесь подается в межтрубное пространство холодильника-конденсатора E-424, где процессы конденсации и сепарации повторяются. Сконденсированная фаза сбрасывается в С-1.

Несконденсированная в холодильнике Е-424 ПГС подаётся на всасывание в паровой эжектор J-403, где сжимается до конечного давления выхлопа (несколько превышает атмосферное) за счет кинетической энергии водяного пара. Смесь рабочего агента и откачиваемой ПГС после эжектора поступает в межтрубное пространство холодильника-конденсатора Е-431, где происходит окончательная конденсация и сепарация газовой и жидкой фаз. Сконденсированная часть сбрасывается в С-1.

Рис. 5.6. Многосопловой паровой эжектор

Основными элементами ПЭНа являются паровые эжекторы. В последнее время широкое распространение получили многосопловые паровые эжекторы. Такая компоновка позволяет сократить габариты оборудования и снизить металлоемкость эжекторов. На рис. 5.6 представлен чертеж многосоплового парового эжектора.

Откачиваемая смесь поступает в штуцер А и сжимается до промежуточного давления водяным паром, поступающем через штуцер Б. Пар под давлением истекает через расширяющееся сопло 1 со сверхзвуковой скоростью в виде турбулентной струи. Вследствие турбулентного перемешивания вихревых масс паровой турбулентной струи с молекулами откачиваемого газа и вязкостного трения между граничными слоями вязкостной струи и прилегающими слоями ПГС последняя увлекается во входной конфузор 2, служащий для обеспечения возможно более полного перемешивания пара с газом. Этот процесс характеризуется выравниваем значений всех параметров смеси (давления, плотности. скорости и температуры) по сечению потока. Вследствие обмена энергиями и возникновения скачка уплотнения давление откачиваемого газа возрастает, достигает статического давления смеси, а скорость потока уменьшается до звуковой. В горле камеры смешения 3 завершается выравнивание значений параметров смеси, а в расширяющемся диффузоре 4 происходит дальнейший переход кинетической энергии струи в потенциальную, что сопровождается уменьшением скорости и увеличением давления смеси до выпускного давления.

Производительность ПЭНа является функцией от различных параметров [77], таких как давление рабочего пара, температура и расход охлаждающей воды, давление на всасывании и количество ПГС.

По конструктивному оформлению промежуточные конденсаторы первой ступени сжатия (E-423 на рис. 5.5) идентичны теплообменникам, представленным на рис. 5.4. Конденсаторы, применяемые на 2 и 3 ступенях, представляют собой типовые кожухотрубные конденсаторы.