EJECTOARE SUBSONICE

35

ap

dl ol cl

mp amp

avmv amv

2 3 4

Qm

Qa

Qam

Fig. 1

1

EJECTOARE SUBSONICE

1º NOŢIUNI TEORETICE. DESCRIEREA EJECTOARELOR

Ejectoarele sunt aparate hidraulice statice utilizate pentru antrenarea fluidelor (fluide antrenate sau secundare) folosind energia unui curent de fluid (fluid motor sau primar). Din acest punct de vedere ejectoarele pot fi considerate pompe cu jet.

În tehnică, ejectoarele se folosesc la evacuarea apelor aflate la cote joase, la amorsarea pompelor, depresionarea conductelor de evacuare a turbinelor, ca trompă de vid, la vopsire etc.

Schema de principiu a unui ejector este prezentat în figura 1. Din punct de vedere funcţional se disting trei zone:

zona (convergentă) de destindere a fluidelor motor şi antrenat (între punctele 1 şi 2), caracterizată de lungimea dl ; pe această porţiune, datorită micşorării secţiunii de curgere, viteza fluidului motor mv creşte iar presiunea mp scade, ceea ce determină o destindere a fluidului antrenat, deci o scădere a presiunii

ap până la o valoare egală cu cea a fluidului motor în punctul 1 şi implicit o creştere a vitezei av ;

zona de omogenizare a amestecului de fluide (între punctele 2 şi 3), de lungime ol ; această parte este necesară pentru anularea diferenţelor de viteze ce pot apărea pe primă porţiune şi realizarea unui amestec cu parametri omogeni în toată masa;

zona (divergentă) de conversie a energiei cinetice a amestecului în energie potenţială de presiune (între punctele 3 şi 4), de lungime cl ; valoarea presiunii amestecului de fluide amp este superioară fluidului antrenat, dar mai mică ca a fluidului motor.

Ecuaţiile de calcul ale ejectoarelor sunt cele ale amestecului de fluide. Astfel: bilanţul masic al amestecului este:

ammammm )Q()Q()Q( =+ (1) unde: mQ debitul masic al amestecului, fluidului motor, respectiv a celui antrenat.

bilanţul energetic (de putere) se obţine prin aplicarea ecuaţiei lui Bernoulli; este funcţie de natura fluidelor şi modul de amestecare; pentru fluide incompresibile:

am

2

ma

2

mm

2

m z gp2

vQz gp2

vQz gp2

vQ

++=

+++

++

ρρρ (2)

Prin raportare la mm )Q( , ecuaţia anterioară se poate rescrie astfel:

am

2

a

2

m

2z gp

2v)u1(z gp

2vuz gp

2v

+++=

+++

++

ρρρ (3)

unde: u coeficientul de amestec al ejectorului, definit de raportul dintre debitul fluidului

antrenat şi debitul fluidului motor:

DINAMICA FLUIDELOR

36

mm

am)Q()Q(

u = (4)

Randamentul ejectorului se defineşte ca raport între puterea curentului antrenat aP şi puterea curentului motor mP ;

m

aPP

=η (5)

2º APLICAŢIE PRACTICĂ

STUDOIUL EXPERIMENTAL AL UNUI EJECTOR SUBSONIC APĂ - APĂ

Se urmăreşte trasarea pe cale experimentală a curbei de variaţie a randamentului unui ejector subsonic apă-apă (hidroejector) în funcţie de coeficientul de amestec. De asemenea, se mai prezintă:

modul de utilizare a unei diafragme etalonate ca instrument de determinare a debitului (construcţia şi utilizarea diafragmelor ca instrumente de măsură a debitelor este reglementată conform STAS 7347-83);

calculul vitezei medii a apei, după determinarea în prealabil, a debitului de apă circulat prin instalaţie, utilizând un contor de volum.

2º1º Descrierea instalaţiei. Principiul experimentului Lucrarea urmăreşte determinarea pe cale experimentală a dependenţei )u(f=η pentru un

ejector subsonic apă – apă: fluidul motor, ca şi cel antrenat, este apa, iar vitezele dezvoltate sunt subsonice. Desenul de ansamblu al ejectorului cu cotele de gabarit este prezenta în figura 2. Instalaţia, vezi figura 3, se compune din: rezervorul 1 de apă, conductă de aspiraţie a fluidului motor 2, pompa centrifugă 4 acţionată de electromotorul 5, conductă de refulare a fluidului motor 7, ejector 8, conducta de aspiraţie a fluidului antrenat 9 şi conducta de refulare a amestecului de fluide 11.

Debitul de fluid motor se determină cu ajutorul unei diafragme 3, a cărei curbă de etalonare (debit mQ în funcţie de indicaţia dh∆ piezometrului diferenţial direct 6) este prezentată în figura 5. Debitul amestecului de fluide se determină cu ajutorul contorului de volum 10. Presiunile fluidelor motor, antrenat şi amestecului în secţiunile caracteristice ale ejectorului se determină cu mano(vacuum)metrele M1, M2, M3. Reglarea parametrilor fluidelor se poate face combinat, cu ajutorul robinetelor R1, R2, R3.

Fig. 2 Desenul de ansamblu al ejectorul studiat

90

Φ31

Φ31

Φ51

132

432

100

Φ51

Φ8

EJECTOARE SUBSONICE

37

Fig.

3

Ved

ere

de a

nsam

blu

a in

stal

aţie

i

5

R1

R2

R3

M4

M1

M3

Dh d

Qm

Qa

Qam

(p

)m

(p ) a

M2

(p

)am

3

1

4

2

6

7

8

9

10

11h

DINAMICA FLUIDELOR

38

2º2º Relaţii de calcul Pentru cazul studiat, variaţiile energiilor totale specifice ale celor două fluide la parcurgerea

ejectorului, între admisie "a" şi refulare "r" , sunt:

pentru fluidul motor (cedează energie):

apa] .col m[ pp

g 2vv

)e()e(H amm2am

2m

rmamm γ∆

−+

−=−= (6)

pentru fluidul antrenat (primeşte energie):

apa] .col m[ zp

g 2v

)e()e(H am2am

amrma ++=−=γ

∆ (7) unde: z cota de nivel a secţiunii de refulare faţă de nivelul suprafeţei libere a apei din

bazin. Vitezele medii în secţiunile de calcul se determină, din ecuaţia de continuitate, conform

relaţiei:

2dQ4ν

π= [m/s], (8)

Debitul de amestec se determină cu relaţia:

tQ am

amV

= [m3/s], (9) unde: t este timpul (cronometrat) necesar trecerii unui volum V (prestabilit) de fluid prin

contorul de volum. Debitul de fluid antrenat se determină din relaţia bilanţului masic al amestecului:

mama QQQ −= (10) Coeficientul de amestec al ejectorului este:

m

a

QQ

u = (11)

Aplicând relaţia (5) pentru calculul randamentului ejectorului rezultă:

m

a

mm

aa

m

a

HH

uH QH Q

PP

∆∆

η∆∆

η =⇒== (12)

2º3º Desfăşurarea experimentului Pentru stabilirea dependenţei )u(f=η , variaţia coeficientului de amestec u se poate

realiza prin două procedee:

1. Prin modificarea debitului de fluid motor, cu ajutorul robinetului 1R . În acest caz robinetele 2 R şi 3 R , de pe conductele de admisie fluid antrenat, respectiv refulare amestec, trebuie

să fie deschise (într-o poziţie fixă). 2. Prin modificarea presiunii amestecului din circuitul de refulare al ejectorului, cu ajutorul

robinetului 3 R . În acest caz robinetele 1R şi 2R , de pe conductele de refulare fluid motor, respectiv admisie fluid antrenat, trebuie să fie deschise (într-o poziţie fixă).

pentru primul mod de operare se verifică dacă robinetul 1R este închis, iar 3 R deschis, iar pentru al doilea dacă robinetul 3 R este închis, iar 1R deschis (se fac reglajele necesare, dacă e cazul).

pentru ambele moduri de operare se verifică dacă robinetul 2R este deschis; se verifică dacă nivelul apei din bazinul 1 depăşeşte nivelul secţiunii de evacuare al conductei de retur 11 (se completează , dacă e cazul);

EJECTOARE SUBSONICE

39

se măsoară cota de nivel a secţiunii de refulare faţă de nivelul suprafeţei libere a apei din bazin z ;

se porneşte motorul de antrenare al pompei şi se deschide robinetul de control al procesului ( 1 R sau 3 R în funcţie de procedeul ales);

se fac citiri la manometrele 1M şi 3 M , pentru stabilirea presiunilor fluidului motor şi amestecului;

se citeşte diferenţa de nivel dh∆ la piezometrul diferenţial conectat la diafragmă, pentru determinarea debitului de fluid motor mQ ;

se cronometrează timpul t necesar trecerii unui volum de apă amV (prestabilit) prin contorul de volum 10, pentru determinarea debitului de amestec amQ ;

se repetă operaţia anterioară pentru cel puţin alte 6 regimuri de curgere şi se trec valorile obţinute în tabel;

pentru fiecare încercare se determină: mQ din curba de etalonare a diafragmei (vezi figura 5), amQ cu relaţia (9), aQ cu relaţia (10), u cu relaţia (11), mv şi amv cu relaţia (8) pentru diametrele corespunzătoare secţiunilor de calcul (vezi figura 2), mH∆ cu relaţia (6), aH∆ cu relaţia (7) şi η cu relaţia (12).

se reprezintă grafic (pe hârtie milimetrică) dependenţa )u(f=η . Aspectul acesteia este prezentat în figura 4.

Fig. 4 Aspectul dependenţei )u(f=η

Fig. 5 Curba de etalonare a diafragmei – ”Ejectorul subsonic apă-apă”

u [-]

η [-]

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

60 10080 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360Dh [mm apa]

Q [l/s]

DINAMICA FLUIDELOR

40

TABELE DE DATE dh∆ IV It mp amp mQ amQ aQ Nr.

Crt. [mm] [m3] [s] [kgf/cm2] [kgf/cm2] [m3/s] [m3/s] [m3/s]

1

2

3

4

5

6

7

8

u mv amv mp amp mH∆ aH∆ η

Nr. Crt. [ - ] [m/s] [m/s] [N/m2] [N/m2] [m] [m] [-]

1

2

3

4

5

6

7

8