Теория и расчет инжектора Текст научной статьи по специальности «Философия, этика, религиоведение»

ИЗВѢСТІЯ

Томскаго Технологическаго Института

Императора Николая II, т. 9 1908. № 1.

III.

А. М. Крыловъ,

ТЕОРІЯ И РАСЧЕТЪ ИНЖЕКТОРА.

Глава 1, 11, 111 съ приложеніемъ (і таблицъ чертежей. 1— VI, 1—W,

Предисловіе.

Не смотря на широкое распространеніе инжектора для питанія заводскихъ котловъ, за нимъ прочно сохраняется установившаяся среди инженеровъ и техниковъ репутація прибора въ высшей степени'капризнаго, ненадежнаго и потому мало пригоднаго для этой цѣли. Послѣднее ставятъ въ зависимость и отъ невозможности питать имъ котелъ регулярно и сообразно имѣющемуся расходу пара. Наоборотъ, въ полной мѣрѣ качества надежности, постоянства дѣйствія и полной регулярности питанія иринисы ваготся насосамъ.

Мнѣ кажется, происходитъ это отъ того, что рабочій процессъ насоса, покоющійся на простомъ и очевидномъ принципѣ равенства рабочаго давленія имѣющимся сопротивленіямъ, легко понятенъ, въ то время какъ о рабочемъ процессѣ инжектора, основанномъ на непосредственномъ превращеніи тепловой энергіи въ кинетическую и послѣдней въ потенціальную, существуетъ весьма неопредѣленное представленіе.

Регулярности въ питаніи котла можно достигнуть и съ инжекторомъ, потому что у многихъ изъ нихъ можно имѣть значительно удаленные другъ отъ друга предѣлы maximum’a и minimunva подачи. Нужно только съ у мѣть опредѣлитъ тѣ условія, при которыхъ это можетъ быть достигнуто въ каждомъ отдѣльномъ случаѣ.

Нашъ законъ объ установкѣ паровыхъ котловъ не регламентируетъ подробно, каковы должны быть питательные приборы у котла; говорится лишь о томъ, что ихъ должно бытъ два и что оба они должны дѣйствовать независимо другъ отъ друга.

Практика выработала правило, чтобы инжекторы ставились на двойное или даже тройное количество расходуемой котломъ воды. При такомъ инжекторѣ, конечно, можетъ быть и невозможно достигнуть непрерывнаго питанія, особенно въ случаѣ мало напряженной работы котла; но цѣпа прибора столь мала, установка его требуетъ такъ мало мѣста, что всегда можно имѣть третій инжекторъ, по своей производительности какъ разъ отвѣчающій нормальны.м'ь условіямъ работы котла, и въ этомъ случаѣ подача воды можетъ быті. всегда доведена до желаемой степени регулярности.

Что касается первыхъ двухъ недостатковъ, то они въ полыней части случаевъ скорѣе могутъ быть отнесены къ капризу персонала, которому поручаютъ уходъ за ипжекторомъ. чѣмъ къ нему самому. При несоотвѣтствіи условій работы необходимымъ требованіямъ для возможности рабочаго процесса капризничать будетъ не только инжекторъ, но и насосъ, и любой механизмъ; и если этого не наблюдается въ дѣйствительности, то это потому, что эти процессы протекаютъ внѣшне, они болѣе очевидны и понятны.

Выяснить рабочій процессъ инжектора и на основаніи этого установить тѣ условія, при которыхъ онъ можетъ идти безукоризненно и вполнѣ надежно, и было задачей, которую я преслѣдовалъ при составленіи этой книги.

Я далекъ отъ мысли, что она совершенно свободна отъ недостатковъ; наоборотъ, необходимость переработки нѣкоторыхъ частей, необходимость имѣетъ больше опытныхъ данныхъ, па которыя можно было бы съ увѣренностью положиться, вполнѣ очевидна.

Не смотря на это, я полагаю, что и въ такомъ видѣ она можетъ принести пользу тѣмъ, кому приходится имѣть дѣло сгь инжекторами, тѣмъ болѣе, что на русскомъ языкѣ, кромѣ брошюры г. Митте „Пароструйные приборы“ и нѣсколькихъ страницъ, посвященныхъ инжекторамъ, въ такихъ большихъ курсахъ, какъ „Паровые котлы“ г.г. Деппа и Предтеченскаго, „Паровозы“ г. Мухачева, я ничего но вопросу объ инжекторахъ не встрѣчалъ. Я позволяю себѣ выразить надежду, что интересующіяся инжекторами и вообще пароструйными приборами лица не откажутъ въ своихъ замѣчаніяхъ и сообщеніи имѣющихся у нихъ данныхъ изъ практики для нужныхъ измѣненій и пополненій.

Помимо источниковъ, указанныхъ въ текстѣ, въ моемъ распоряженіи были еще слѣдующія пособія и статьи журналовъ.

Bert hol, Traite' de l’elevation des eaux.

Herrmann, E. Theorie des Injectors. Zeilschr. d. Oesterreich. Ing. und Archil. Ver., XXX, S. 114.

Richard, La chaudiere locomotive et son outilage.

Transactions of the American Kosiety of Mechanical Engineers, vol. IX, p. 505. The best form of nozzles.

Pullen. Experimental Engineering.

Theorie d. Injectors, C'ario. Zeilschr. für Dampfkessel und Maschinenbetrieb, 1904, S. 333.

w

ОГЛАВЛЕНІЕ.

Вступленіе. Общая теорія всасывающаго дѣйствія струи. Паровая насадка. Истеченіе пара ивъ насадокъ въ общемъ случаѣ и примѣнительно къ инжектору въ частности. Скорость истеченія пара при сходящейся конической п расходящейся насадкѣ. Опредѣленіе діаметра насадки аналитически и графически помощью діаграммы температуръ-энтропій. Скорость истеченія мятаго пара. Конденсаціонная насадка. Общія условія конденсаціи пара водой. Количество воды, необходимое для конденсаціи. Процессъ конденсаціи пара въ насадкѣ, и вліяніе его на работу инжектора. Температура и плотность нагнетаемой воды..................................................

Пріемная насадка. Поль насадки въ работѣ инжектора. Законъ превращенія кинетической энергіи въ потенціальную. Профиль насадки при условіи равномѣрно-замедлен-иаго движенія струи въ ней. Потери энергіи въ насадкѣ Теорія дѣйствія. Основныя уравненія въ теоріи инжектора. Расчетъ насадокъ при коэффиціентѣ удара. Расчетъ ихъ при заданіи опредѣленнаго рабочаго противодавленія. Наибольшая и наименьшая мощность инжектора. Вліяніе начальной температуры воды и высоты всасыванія. .Механическій и термическій коэффиціентъ полезнаго дѣйствія . ..................................

С.; .

1- 8.

9— 43.

40— 03.

09 — 8І

S3 —КО.

Тины инжекторовъ. Конструктивное отличи1 всасывающихъ

инжекторовъ отъ невсасывающихъ......................1<>7 — l*iS.

Невсасывающіе инжекторы Schau, Фридмана, Nathan,

ЗѴеЬЬ’а, Rue.

Невсасывающіе инжекторы, работающіе мятымъ паромъ. Hamer, Davies, Metkalfe; Шефферъ и Бѵденбергъ;

Holden & Brooke.

Всасывающіе инжекторы. Оригинальный /Киффара. Metropolitan, Sellers'a; рестартингъ Шеффера и Буден-берга, Holden & Brooke. Sirius, Siemens & Ilalske. Gro-ham it Graven. Фридмана, Monitor. Penberlhy.

Двойные или компаундъ-инжекторы, работающіе свѣжимъ и мятымъ паромъ. Davies & Metcalfe, Holden it Brooke.

Двойной Кертиига, Schulte, Metropolitan, Centralhei-/.ungs-und Apparate-Bau-Anstalt, Bellield, Buffalo, Albion.

Матеріалы для инжекторовъ, обработка частей ихъ, ремонтъ, изнашиваніе; правила установки и ухода . . 128—133.

(Испытаніе инжекторовъ. Цѣль испытанія. Графическое изображеніе результатовъ испытанія. Схемы установки инжектора для испытанія.....................................134—105.

3 Л М Ъ Ч EH Н ЫЯ 011ЕЧ AT К11.

Стр. Строка. Напечатано. Слѣдуетъ.

5 20 снизу вытекающаго вытекающаго

7 lfi сверху вѣса пара m къ вѣсу вѣса воды ш кгь

воды т, 1>а ш,

S и « стднени степени

9 ® У! отверстіе отверстіе

11 5 снизу объему вѣса единицы объему единицы

13 13 сверху Poche Pochet

17 19 „ соотшеніе соотношеніе

18 ^ » извѣстнаго до предѣла до извѣстнаго

18 11 снизу 4d(S do 0--==—11 -dp dp .. du do dp dp

19 і 1 1 . { Напечатано: I,V^k-!P>V'-k-l P«V ■-(SK

Слѣдуетъ:

1 ( 54 1 l_ 1 1 ^ l| ll

20 13 „ у ВХОДНОГО у выходного

25 3 сверху по становка постановка

25 12 снизу пе-регрѣтаго перегрѣтаго

27 Неправильно показаны звѣздочки у ВІ.ПІОС

32 5 сверху иоко пока

39 * » идентично идентично

39 10 снизу 2ц(л0-/.')_ А

5(> 13 „ камера служитъ каме|іа Г служитъ

57 5 сверху воды водѣ

73 3 снизу du »•.dp du a'.dp

dt~ у. dl dt- 7. dl

75 15 „ внути внутри

78 5 Z—20d„ ii -J

85 8 сверху 1 3 снизу 1 ]>' Pi

94 П» „ W 2( ) / d0 •* i’s W

98 10 сверху (p-j-1) ІЩТ. (P+l) Іщт.

100 форм. (20а) Q=O,04.db SV 7p Q=0,04ds7sV 7p

102 „ (28b) знаменатель I—la to la

115 5 j; веаеываюіощую всасывающую

Вступленіе.

Инжекторъ принадлежитъ къ большой и непрерышю разростающейся въ своемъ разнообразіи группѣ струйныхъ приборовъ. Вт» основу дѣйствія такого прибора, пока въ качествѣ работающаго тѣла мы имѣемъ дѣло со струей жидкости, должна быть положена механическая теорія удара; примѣненіе пара пли какого-либо газообразнаго вещества въ качествѣ работающей жидкости вводитъ въ теорію дѣйствія прибора термодинамическій принципъ; наконецъ, въ случаѣ, когда перемѣщаемая жидкость, прежде чѣмъ получить въ приборѣ необходимую для движенія и преодо-лѣгіія сопротивленій живую силу, должна быть поднята на нѣкоторую высоту, тсъ теоріи дѣйствія присоединяется третій принципъ,—всасывающаго дѣйствія протекающей струи. Каковы бы ни были жидкости рабочая и воспринимающая огь нея ударъ, принципъ дѣйствія струйнаго прибора остается неизмѣннымъ,—это ударъ двухъ тѣлъ и слѣдующее за нимъ совмѣстное уже движеніе обѣихъ жидкостей.*) Особенно интереснымъ является, конечно, приборъ не только нагнетающій или перемѣщающій на значительную высоту какую-либо жидкость, подводимую къ нему подъ слабымъ напоромъ, но предварительно засасывающій ее на извѣстную высоту н затѣмъ уже сообщающій ей запася» энергіи, необходимый и достаточный для преодолѣнія имѣющихся сопротивленій. Поэтому, прежде чѣмъ перейти къ изученію дѣйствія инжекторовъ, мы разсмотримъ въ общемъ случаѣ всасывающее дѣйствіе протекающей струи.

Положимъ но трубѣ а (фиг. 1) протекаетъ какая-либо жидкость, находящаяся подъ давленіемъ рт^; труоа кончается конической сходя-дящейся насадкой, площадь выходного отверстія которой ш, площадь сѣченія трубы со,. Вытекая изъ отверстія, жидкость вступаетъ въ трубу Ь, сѣченіе которой со..,; давленіе у входного отверстія трубы b назо-вемъ р,£.

Труба b соединена съ герметически закрытымъ сосудомъ с; труба съ краномъ d соединяетъ внутренность этого сосуда съ резервуаромъ воды. Въ сосудѣ с и примыкающихъ къ нему трубахъ предъ пускомъ

*) Вели мы расширимъ нисколько понятіе о жидкости, то сюда же могутъ быть отнесены нами сыпучія тѣла, какъ песокъ, мука, пыль и нроч.

струи рабочей жидкости по трубѣ а, находится воздухъ, давленіе котораго, конечно, равпо р,.

Положимъ теперь, что изъ насадки а началось истеченіе жидкости съ опредѣленной и достаточно большой скоростью для того, чтобы опа, не сливаясь въ сосудѣ с, входила непосредственно въ трубу Ь. На нѣкоторомъ разстояніи отъ входнаго отверстія жидкость заполнитъ все. сѣченіе трубы b и вытолкнетъ находящійся предъ нею воздухъ; вслѣдствіе нарушенія равновѣсія воздухъ, находящійся въ сосудѣ с, станетъ притекать ко входному отверстію трубы Ь; частицы его, то подъ ударами •частицъ жидкости, то треніемъ о поверхность струи будутъ увлекаться •ею, и по трубѣ b вмѣстѣ съ жидкостью выходить въ пространство. По истеченіи нѣкотораго промежутка времени изъ сосуда с будет'ь удалена часть воздуха, и въ немъ наступитъ разрѣженіе; если теперь открыть кранъ на трубѣ сі, то начнется всасываніе воды изъ резервуара.

Разсмотримъ установившійся процессъ; пусть Рх^* то давленіе, которое наступаетъ въ сосудѣ с послѣ удаленія изъ него нѣкоторой части воздуха. Кромѣ того, обозначимъ:

плотность вытекающей жидкости, которую принимаемъ во все время

истеченія постоянной;

ѵ—скорость струи въ mtr. въ сек. при выходѣ изъ насадки; ѵ,— „ жидкости въ трубѣ Ь;

скоростной гидравлическій коэффиціентъ; ф—коэффиціентъ сжатія струи.

Въ началѣ истеченія въ сосудѣ с давленіе равно р,1^; мы можемъ написать слѣдующее равенство:

Для простоты разсмотрѣнія положимъ, что оц настолько больше <п,

/*!> оД2

что при ф<1, вся дробьД j очень мала по сравненію съ единицей; опуская ее, будемъ имѣть вмѣсто предыдущаго равенства

ѵ=? V"2g-^b-................(іа).

7

Когда въ сосудѣ с установится давленіе рх —, то скорость истеченія будетъ (аналогично Іа)

(1Ь>.

Въ трубѣ b жидкость отъ скорости ѵ переходитъ почти внезапно къ скорости ѵ,; появляется ударъ и сопряженная съ нимъ потеря энергіи, для которой, относя ее къ единицѣ вѣса, мы получимъ выраженіе

ім:

Пусть длина трубы Ъ равна і8. а діаметръ ея с12; протекая но ней, жидкость испытываетъ треніе о стѣнки, и если ; коэффиціентъ тренія, то зависящая огь него потеря энергіи можетъ быть оцѣнена выра» женіемъ:

;ІГ і.

’ 2ц ds

— 5

Итакъ, выходя изъ насадки, струя обладаетъ энергіей 0

‘•'о

если

отнесемъ ее къ единицѣ вѣса, при чемъ въ камерѣ с она находится подъ давленіемъ рх: давленіе у выходного отверстія трубы b равно р,; пусть плотность жидкости въ трубѣ'b будетъ у,.

По закону сохраненія энергіи можемъ написать такое равенство:

ѵ2 , Рх—Р, ѵ,2 , „ ѵ,2 12 . 1 / V

2ц 1 т. 2ц 2ц <1 ' 2ц\ ѵ

2g

послѣ преобразованій Рх-

ѴР' = і [ѵ**(2+* “а “)—ѵѵ*1.............(2)-

При установившемся движеніи въ трубѣ b съ постоянной плотностью у, мы должны имѣть:

(ЫѴ—Ш^Ѵ, ИЛИ V, =----Ѵ=2Ѵ.

Такъ какъ по (Іа)

v==s V 2-І^Р.

ѵ-у 1

ТО

V о Рх Рі

v,=«s * 2g ^ 1

t

Дѣлая подстановку въ равенствѣ (2), находимъ Рх—Р, «ѵ

ур'-ф (2-=І)-2]

Такъ какъ длина насадокъ въ струйныхъ аппаратахъ очень мала, то членъ, выражающій потерю отъ тренія, можно опустить и мы получаѳм'ь

Рх—IV

*ѵ*

-(«—1).

(3)

,,, ■ <« ^

•Здѣсь а=— и такъ какъ г» >«> то 7 меньше единицы.

ÜJ2

Правая часть равенства, слѣдовательно, отрицательна и равенство возможно лишь тогда, когда будетъ отрицательна и лѣвая часть его. Ото приводитъ насъ къ заключенію, что рх<Рі, т. е. что въ сосудѣ <• дѣйствительно получается разрѣженіе по отношенію кт» наружному давленію у выходного отверстія трубы Ъ.

Допустимъ, что pt—атмосферное давленіе: тогда по открытіи крана d, если высота трубы надъ уровнемъ воды въ резервуарѣ не превосходитъ величины (10000—рх): 1000 при полномъ отсутствіи какихъ бы то ни было потерь, вода изъ резервуара будетъ засасываться въ сосудъ с.

Въ равенствѣ (3) замѣнимъ скорость ѵ изъ (lb); тогда имѣемъ

Рі— Рх=?*?27і (1—*) ..........(4)

I

Замѣтимъ, что р—рх=р—р,-гР,—р*; если вмѣсто разности р—рх въ правой части вставимъ указанную величину, то найдемъ окончательное выраженіе

Рі-р*=—

(1

-з) (p-р,)

-2^7,

.(5)

(1—1«)

Равенство (5) даетъ намъ величину разрѣженія въ резервуарѣ с; оно вмѣстѣ съ тѣмъ характеризуетъ всасывающую способность струйнаго прибора. Мы видимъ, что высота всасыванія прямо пропорціональна разности давленій (р—р,); если «=1, то становятся невозможными разрѣженіе въ сосудѣ с, а. слѣдовательно, и присасываніе воды изъ ре-

зервуара; въ зависимости отъ 7, т.

Ш

е. отношенія —всасывающая спо

собиость струи достигаетъ maximum’a при 7=1/?, т. е. при ws=2w~ значеніе, опредѣляемое съ помощью производной функціи; кромѣ тоги, всасывающая способность тѣмъ больше, чѣмъ больше у, плотность струи въ трубѣ Ъ.

Ксли теперь въ лѣвую часть равенства (4) поставимъ вмѣсто разнести р,—Рх равную ей (р—рх)—(р—pt) и сдѣлаемъ преобразованія, то получимъ такое выраженіе:

Р—Рх-

d'— Р, >7

■(6).

7—2^,(1 —7)

Этимъ равенствомъ опредѣляется разность давленій, подъ вліяніемъ которой происходитъ истеченіе въ резервуаръ с. Она характеризуетъ намъ количество кинетической энергіи, пріобрѣтаемой струей; такъ какъ

ѵ=с \ 2g*—, то кинетическая энергія струи будетъ

ѵ* __?ÜP-Pi)____ ^

2& 7-2*?^ (1-*).........1 h

Видно, что кинетическая энергія струи прямо пропорціональна той же разности давленій ( р—р,). Не трудно показать, что при «=■1/г.2 и для кинетической энергіи струи получается наибольшая величина, чѣмъ въ

случаяхъ

/

/'

при неизмѣнности всѣхъ прочихъ условій.

Итакъ, вотъ тотъ общій принципъ, па основаніи котораго является возможнымъ устройство всасывающихъ струйныхъ приборовъ.

Рабочей жидкостью можетъ служить паръ, вода, воздухъ; жидкостью всасываемой тѣ же вещества, любой газъ и нѣкоторыя сыпучія тѣла. Но для устройства струйнаго прибора нагнетающаго, при чемъ давленіе резервуара, въ который производится нагнетаніе, равно или больше давленія сосуда, изъ котораго беремъ рабочую жидкость, необходимо еще новое условіе. Въ дальнѣйшемъ мы займемся исключительно разсмотрѣніемъ теоріи инжектора, изученіемъ процесса и работы, происходящихъ въ немъ, отысканіемъ наиболѣе правильныхъ очертаній и формы насадокъ его и наиболѣе выгоднаго положенія ихъ относительно другъ друга. Здѣсь же, замѣтивъ, что приведенная выше теорія всасывающаго дѣйствія струи очень долго лежала въ основѣ расчетовъ насадокъ инжектора, работающаго упругой жидкостью, ознакомимся съ самимъ приборомъ, способомъ его дѣйствія и употребительной номенклатурой. Па фиг. (2) схематически изображенъ инжектора. Жиффара. По трубѣ а изъ котла притекаетъ паръ; шпинделемъ g можно регулировать количество вытекающаго пара или совершенно прекратить истеченіе его нзъ конической паровой насадки. Входя съ большою скоростью въ камеру Н и свободно въ пей расширяясь, при чемъ струя принимаетъ видъ расходящагося конуса, паръ производитъ въ пей разрѣженіе, удаляясь вмѣстѣ съ воздухомъ по трубѣ d. Вода всасывается изъ находящагося ниже резервуара по трубѣ въ камеру П и конденсируетъ паръ; одновременно опа получаетъ ударъ отъ струи пара и съ значительной ско‘ ростыо смѣсь ея съ песгустишшімся еще паромъ выходитъ изъ конден-ігшіонно/'і насадки Ь: выходнымъ отверстіемъ ея смѣсь направляется въ пріемную насадку с. откуда, преодолѣвъ давленіе на клапанъ со стороны сосуда, въ который производится нагнетаніе, но трубѣ направляется къ послѣднему.

Эти три насадки—паровая, конденсаціонная и пріемная и являются существенно важными частями прибора.

Въ дальнѣйшемъ мы разсмотримъ болѣе подробно роль каждой изъ инхъ и укажемъ вліяніе размѣра и формы ея на работу инжектора, на его мощность и экономичность дѣйствія; здѣсь же упомянемъ лишь, что данная форма паровой насадки будетъ тѣмъ выгоднѣе, чѣмъ меньше расходуется ею пару; при этомъ противодавленіе, количество подаваемой приборомъ воды, температура всасываемой воды должны быть неизмѣнны.

Чѣмъ лучше данная форма конденсаціонной насадки, тѣмъ совершеннѣе будетъ происходить въ ней конденсаціи пара; въ зависимости отъ этого тѣмъ больше будетъ плотность смѣси при выходѣ изъ этой насадки, тѣмъ большимъ запасомъ кинетической энергіи будетъ обладать струя, входя вт. пріемную насадку.

Наконецъ, чѣмъ больше площадь сѣченія самаго узкаго мѣста пріемной насадки, тѣмъ большее количество воды можетъ подать инжекторъ при той же скорости ея; чѣмъ правильнѣе форма профиля насадки въ продольномъ разрѣзѣ, тѣмъ большее количество . кинетической энергіи струи будетъ преобразовано въ полезную работу струи.

Жиффаръ и первые послѣдователи его подбирали надлежащія формы профиля насадокъ и размѣры поперечныхъ сѣченій ихъ путемъ опыта. Такъ, напримѣръ, при одномъ и томъ же очертаніи для цѣлаго ряда насадокъ, отличавшихся другъ отъ друга только размѣрами поперечныхъ сѣченій, составлялись таблицы, въ которыхъ указывались расходъ пара и наибольшее и наименьшее количества подаваемой инжекторомъ воды. Сравненіе между собою данныхъ, заключавшихся въ такихъ таблицахъ, для насадокъ одного и того же размѣра, но съ различными профилями очертанія, и насадокъ, различавшихся лишь размѣрами поперечнаго сѣченія, указывало, какая изъ нихъ является наиболѣе цѣлесообразной и выгодной.

На основаніи данныхъ, полученныхъ путемъ многочисленныхъ опытовъ, Жиффаръ предложилъ опредѣлять скорость струи вт, самомъ узкомъ сѣченіи пріемной насадки, въ устьѣ ея, но слѣдующей формулѣ:

скорость^ V 2ghk.

Здѣсь g—ускореніе силы тяжести—9, si mtr.—sec:

1і—высота столба коды въ mir, соотвѣтствующая давленію пара въ котлѣ и

k—коэффиціентъ, вводимый для поправки отъ встрѣчаемыхъ струей на пути къ котлу сопротивленій, равный 1,7—2,0.

Жиффаръ указываетъ далѣе, что этотъ коэффиціентъ k долженъ представлять собою отношеніе площади выходного отверстія паровой насадки къ площади устья пріемной насадки; таково должно быть отношеніе для случая, когда вытекающій изъ насадки паръ имѣетъ ту же плотность, что и въ котлѣ, и когда онъ весь конденсируется подводимой водой. Въ дѣйствительности, ни то, ни другое условіе не бываютъ соблюдены въ точности; поэтому, коэфдиціентъ k опредѣляется болѣе сложной формулой въ зависимости отъ давленій пара въ котлѣ и въ конденсаціонной насадкѣ и отъ плотностей пара въ котлѣ и при выходѣ изъ паровой насадки.

Механическая теорія инжектора основывается на теоремѣ о сохраненіи количествъ движенія двухч, ударяющихся тѣлъ до и послѣ удара.

Пренебрегая малой величиной скорости входа воды въ конденсаціонную насадку и обозначая чрезъ \ѵ,—скорость выхода пара изъ паровой насадки и чрезъ т,—вѣсъ его въ единицу времени; чрезъ ut—скорость струи при выходѣ изъ конденсаціонной насадки, а вѣсъ смѣси чрезъ гдѣ га—вѣсъ воды, подводимой къ инжектору соотвѣтственно вѣсу пара пі,, согласно этой теоремы будемъ имѣть равенство

)u,

или

п,=\ѵ,

1

1-J-— 1 ш,

Для того, чтобы инжекторъ нагнеталъ воду въ котелъ, необходимо, чтобы эта скорость и, была равна или больше той скорости, съ которой вода вытекала бы чрезъ пріемную насадку подъ напоромъ, соотвѣтствующимъ давленію въ котлѣ. Итакъ, необходимо условіе u,>u2, или

\ѵ

1 >

ш

2

(8)

Какъ сказано, скорость іі2 опредѣляется давленіемъ котла или резервуара, зъ который инжекторъ подаетъ воду. Ясно, что отношеніе вѣса пара ш къ вѣсу воды ш, должно быть тѣмъ меньше, чѣмъ выше давленіе, противъ котораго работаетъ струя, и наоборотъ, чѣмъ ниже это давленіе, тѣмъ больше можетъ быть это отношеніе при одной и той же скороти \ѵ, въ обоихъ случаяхъ.

Ото въ дѣйствительности и наблюдается для большей части имѣющихся въ практикѣ инжекторовъ, паровое сопло которыхъ представляетъ сходящійся конусъ.

Не вдаваясь пока въ разсмотрѣніе вопроса о скорости истеченія пара, изъ насадокъ, замѣтимъ лишь, что общепринятая формула для опредѣленія скорости истеченія пара изъ конической сходящейся насадки дастъ при различныхъ давленіяхъ отъ *2-х'і. до 14 атм. очень мало отличающіяся величины. Кинетическая энергія струи остается почти безъ измѣненія, поскольку она зависитъ отъ скорости; но при этомъ возрастаетъ количество вытекающаго въ единицу времени пара; поэтому, естественно, что при увеличеніи давленія, а, слѣдовательно, и скорости и2, необхо-

. m

днмо должно уменьшаться отношеніе- .

іи,

Очень незначительное приращеніе кинетической энергіи струи съ уве-личеніем-ь давленія ясно указываетъ на нераціональность постановки коническихъ сходящихся насадокъ. Непосредственнымъ опытомъ не трудно убѣдиться, что струя вытекающаго пара по выходѣ изъ отверстія на разстояніи 3—4 діаметровъ отъ него становится видимой и принимаетъ

въ свою очередь форму конуса, обращеннаго вершиной къ отверстію. Такую форму струя принимаетъ единственно только благодаря имѣющему мѣсто расширенію пара въ направленіи, перпендикулярномъ ого движенію. Моментальные фотографическіе снимки такой струи указываютъ еще и на прнсутстіе вихревого движенія чистидъ внутри ея; (см. фиг. 3 и 4) *) этимъ, разумѣется, нарушается концентрація удара и появляется потеря.

По если дать возможность пару, какъ упругой жидкости, свободно расширяться въ направленіи движенія, то ио выходѣ изъ отверстія струя имѣетъ видъ, указанный на фиг. 5. Ударъ такой струи обладаетъ большимъ эффектомъ, и въ очень высокой стдпепи возрастаетъ кинетическая энергія струи.

Если въ (8) примемъ знакъ равенства, то для сохраненія неизмѣн-нимъ отношенія т при увеличеніи п2 очевидно неооходимо соотвѣтственное увеличеніе \ѵ,, скорости истеченія пара; такъ какъ дѣйствіе прибора основано па ударѣ двухъ тѣлъ, то неизбѣжна потеря кипетической энергіи; въ этомъ и заключается причина того, что съ механической точки зрѣнія приборъ является весьма несовершеннымъ. Удерживая прежнія обозначенія, мы можемъ потерю энергіи оцѣнить формулой

*}<Г — ö

1"| — И,)*

Hl . nij

m-f-m, '

мы видимъ, что она будетъ тѣмъ больше, чѣмъ больше скорость \ѵ,. Но отношенію къ инжектору, одаако, это не имѣетъ важнаго значенія. Дѣло въ томъ, что увеличенія скорости истеченія пара мы можемъ достигнуть только за счетъ расширенія его въ насадкѣ, безъ увеличенія количества его въ единицу времени; во вторыхъ, потому, что потерянная на ударъ кинетическая энергія въ видѣ тепла будетъ принесена водой обратно въ котелъ.

Такимъ образомъ постановка насадки иной формы, при которой возможно расширеніе пара, даетъ возможность инжектору нагнетать воду въ томъ же количествѣ при большемъ противодавленіи или въ большемъ количествѣ при томъ же противодавленіи; если то и другое остаются неизмѣнными, то тѣхъ же результатовъ можно будетъ достигнуть при меньшемъ расходѣ пара.

*) О видѣ струи см. Митте, Пароструйные приборы.

Паровая насадка.

Обратимся теперь къ вопросу ибъ истеченіи пара изъ насадокъ. Пусть х характеризуетъ степень сухости пара (удѣльное паросодержаніе, г. е. вѣсъ сухого пара, заключеннаго въ единицѣ вѣса влажнаго пара); давленіе пара дано. Положимъ теперь, что у насъ имѣется резервуаръ большой емкости, изъ котораго черезъ хорошо округленное отверстіе по трубѣ малаго діаметра вытекаетъ паръ въ какую-либо среду (фнг. 6)- Допустимъ, что стѣнки резервуара имѣютъ температуру находящагося въ немъ пара и что между ними и послѣднимъ нѣтъ обмѣна тепломъ. Чтобы возможно было истеченіе пара, давленіе его въ резервуарѣ должно быть больше давленія среды, въ которую происходитъ истеченіе; чтобы процессъ истеченія имѣлъ характеръ явленія непрерывнаго, и движеніе пара было установившимся, необходимо предположить, что разность давленіи резервуара и среды—величина конечная. Разъ ото такъ, то процессъ истеченія будетъ процессомъ необратимымъ, и къ нему мы можемъ примѣнить лишь первый принципъ термодинамики) алгебраическое выраженіе котораго таково

Здѣсь dQ—безконечно малое количество тепла; dH—приращеніе внутренней онергін; d\Y внѣшняя работа; dK—приращеніе кинетической онергін;

Л—термическій эквивалентъ работы.

Равенство (1) выражаетъ собой общій законъ сохраненія энергіи.

О означимъ черезъ К, и Ка выутрепныю энергію чара въ резервуарѣ, гдѣ скорость его пусть будетъ \ѵ,, и въ какомъ либо сѣченіи трубы, гдѣ скорость его пусть будетъ \ѵ2; пусть состояніе пара въ резервуарѣ характеризуется величинами р, и ѵ,, а въ сѣченіи, гдѣ скорость \ѵ2— величинами р2 и ѵ2: р и ѵ—давленія и объемъ единицы вѣса пара.

Внутренняя энергія пара при состояніи его (pw ѵ,) будетъ

dQ=A (dE4-dW~j-dK)

(Jj-bpo ^2

А

здѣсь (],, р, и q.,, рг находятся по таблицамъ для водяныхъ паровъ

соотвѣтственно даннымъ pt и p2; x, и x, опредѣляются опытно пли для нихъ выбираемъ подходящее значеніе.

Вытекая изъ резервуара въ трубу, наръ будетъ расширяться; внутренняя энергія его будетъ уменьшаться, и это уменьшеніе ея можетъ быть представлено разностью Е, — Е2, т. е.

Измѣненіе внутренней энергіи при сдѣланномъ нами предположеніи адіабатическаго процесса можетъ быть нредставлепо п въ такомъ видѣ

(ЛТы относимъ явленіе къ единицѣ вѣса въ единицу времени). При-ращепіе кинетической энергіи можетъ быть представлено разностью

Памъ остается еще опредѣлить приращеніе работы внѣшнихъ силъ. Изъ низъ прежде всего надо обратить вниманіе на работу силы тяжести: вліяніе ея, однако, вгь инжекторѣ, благодаря незначительности размѣровъ, насадки, такъ мало, что ею можно пренебречь безъ большой погрѣшности для конечнаго результата.

Расчленимъ протекающую въ трубѣ струю пара на иучекъ струекъ малаго поперечнаго сѣченія; каждая такая струнка испытываетъ на периферіи отъ смежныхъ съ ней нѣкоторое давленіе, но такъ какъ это давленіе направлено перпендикулярно кт, оси, т. е. къ направленію перемѣщенія частицъ пара, то работа этого давленія равна О.

Разобьемъ теперь струю на элементы сѣченіями, перпендикулярными оси, проведенными безконечно близко одно отъ другого; благодаря расширенію пара, давленія на концевыхъ плоскостяхъ элемента будутъ различны; по отношенію къ этому элементу давленія смежныхъ съ нимъ спереди и сзади будутъ силами внѣшними. Мамъ и нужно опредѣлить сумму работъ такихъ элементарныхъ силъ, которая даетъ намъ искомое приращеніе работы внѣшнихъ силъ, Обозначимъ площадь поперечнаго сѣченія большого резервуара чрезъ Р,, площадь поперечнаго сѣченія трубы F.,; выдѣлимъ объемъ пара F,ds,, давленіе котораго р,; пусть подъ вліяніемъ указанныхъ силъ перемѣщенія ого будутъ послѣдовательно ds/, ds/', ds/", и т. д. и соотвѣтствующія опредѣленнымъ положеніямъ его давленія р'п р",, p,w н т. д.; для ,трубы въ томч, мѣстѣ, гдѣ скорость пара мы принимали \ѵ,, давленіе его равно р2: пусть давленія въ предшествующихъ положеніяхъ элемента F2ds2 будутъ р,', p.2w, paw и т. д., а перемѣщенія его предъ этимъ соотвѣтственно ds2r,

А

(la~1~fo х-2

А,

J ѵ.

Съ передней грани перваго элемента давленіе на него будетъ F,p,; если его перемѣщеніе въ единицу времени ds,, то работа этого давленія на элементъ будетъ F,ptdst; работа передняго давленія на элементъ при слѣдующемъ его перемѣщеніи будетъ l^p/ds/ и т. д.; работа давленія со стороны предпослѣдняго элемента предъ сѣчепіемъ, гдѣ давленіе р2, будетъ FjP./ds./; сумма этихъ работъ:

Fi(pidsrrp/dS|'-; -p/'ds/'-r.....• •-fp2"ds,/'-fp2'ds,2).

Сумма такихъ элементарныхъ работъ, производимыхъ задними но отношенію къ элементу и его положенію давленіями, будетъ:

Fi(pi'ds/-p-p1"<ls1'4-. • • - H-Fs(... .+Ps/,dss,,-rP*'‘ls®,-rP*dss)-Такъ какъ давленія р/.р/Д... и р./'.р,' и р2 являются противодавленіями, т. е. дѣйствіе обусловленныхъ ими силъ направлено въ сторо-.пу, противоположную движенію, то вся вторая сумма должна быть взята съ отрицательнымъ знакомъ, это—отрицательная работа внѣшнихъ силъ. Вычитая ее изъ первой, мы найдемъ искомое приращеніе работы внѣшнихъ силъ, произведенной ими надъ струей. Итакъ, будемъ имѣть:

d \Y—F, р, ds,—Fj p2 ds2.

Если мы допустимч». что перемѣщенія ds, и ds, происходятъ въ конечный промежутокъ времени, напр., въ одну секунду, то очевидно ds,—\ѵ, и ds2=\v2, и, слѣдователі.но,

d \Y==F, \ѵ, р,—F2 \ѵр2.

Если движеніе установилось, то для непрерывности струи должны имѣть

F\v,=v, и F2\v2=v2;

при этомъ площади и скорости должны быть таковы, что въ одну секунду протекаетъ одна вѣсовая единица пара. Дѣлая замѣну, найдемъ, что

dWr--p,v,—р2ѵ2.

Для уясненія вопроса явленіе можно еще представить происходящимъ такимъ образомъ. Положимъ въ большемъ резервуарѣ вставленъ поршень, движущійся безъ тренія; пусть началось истеченіе пара; давленіе въ резервуарѣ надаетъ. Для того, чтобы поддерживать его постояннымъ, необходимо будетъ производить сжатіе пара въ резервуарѣ. Если истеченію вѣсовой единицы пара, какъ мы разсматриваемъ явленіе, соотвѣтствуетъ перемѣщеніе поршня S,, то работа внѣшней силы, которую падо приложить для сжатія пара, будетъ I-*",p,S,; но F,S, есть объемъ, описанный поршнемъ за время, когда въ среду вытекла вѣсовая единица пара, т. е. F,S,=v(, объему вѣса единицы вѣса пара. Такимъ образомъ, положительная внѣшняя работа будетъ р,ѵ,. Въ дѣйствительности, вмѣсто совершенія этой внѣшней работы, имѣетъ мѣсто сообщеніе тепла котлу и испареніе за счетъ его извѣстнаго количества воды въ немъ.

Представимъ себѣ теперь, что такой же движущійся безъ тренія поршень вставленъ въ трубѣ въ томъ ея мѣстѣ, гдѣ мы предполагаемъ давленіе р2: когда поршень въ резервуарѣ перемѣщается на длину S,,.. ототъ второй, преодолѣвая давленіе р2, перемѣстится на длину S2: работа противодавленія будетъ р2ѵ2, а дѣйствительно затраченная внѣшняя работа при истеченіи единицы вѣса пара будетъ

Ріѵі—Р*Ѵ

Возвращаясь теперь къ алгебраическому выраженію перваго закона термодинамики и принимая <IQ_=0, т. к. процессъ предположенъ адіабатическимъ, мы найдемъ:

\ѵ.

О (г

“ЬР-А'а

’І2 : P»sa_иГ і п

2 Г А 2с'ГІ1 1

Г5--’-.......(2)

Л.

Въ дѣйствительности, адіабатическимъ процессъ быть не можетъ, т. к. всегда будетъ происходить обмѣнъ тепломъ между резервуаромъ и окружающей его средой и, кромѣ того, металлическія части, хорошо проводящія тепло, будутъ передавать его частицамъ пара при низшей его температурѣ, заимствуя его у резервуара, въ которомъ паръ находится при высшей температурѣ.

Мы всегда можемъ резервуаръ избрать настолько большимъ по объему, что скорость \ѵ, будетъ мала, и членомъ суммы, зависящимъ отъ иея, можно будетъ пренебречь. Рѣшая затѣмъ полученное такимъ образомъ равенство относительно \ѵ2, будемъ имѣть:

"У" Ч|j4ixi

*Лсг \

.......(»>

Положимъ теперь, что объемъ ѵ, состоитъ изъ х,и,—объема, занимаемаго сухимъ паромъ, и з,—объема. занимаемаго водой, обусловливающей влажность пара, т. ч. ѵ,—.х, 11,4-3,; соотвѣтственно ѵ2=х2н24'Ѵ Такъ какъ измѣненіе объема воды въ зависимости отъ температуры очень мало, то можно положить з_з,—з2_:0,0ОІ. Дѣлая въ равенствѣ (Я) замѣну ѵ, и ѵ2 указанными выраженіями, получаемъ:

\Ѵ. "

а 9~= (І1+Рі*і —<І2-М*+Ар,44, Лр2пах.2—Аз(р,—р,).

Такъ какъ Ари--р~г, то

4^v=<h-qd-rixi-r*xs+MPi-ps). • • -(4).

Послѣдній членъ правой части очень ма.ть: з=0,001 и А= —^_; отбрасывая его, получаемъ для опредѣленія \ѵ2 формулу:

\ѵ2= \f <!2-і-г,х,—г2х2)-(5).

Если извѣстны давленія р, и р2, то по таблицамъ могутъ быть найдены qt, q2, г, и г2; х, и х2 должны быть опредѣлены въ каждомъ случаѣ неносредствено или оцѣнены приблизительно. Если извѣстно х, (въ большинствѣ случаевъ его можно считать равныхъ 0,98), то х2 молено найти, во-первыхъ, по уравненію, представляющему состояніе вещества при адіабатическомъ процессѣ:

х.г

т:' +'"■=

Х.Д\

■гЧ

Ф,

(0),

гдѣ Ф, и Ф2—энтропіи пара вт» двухъ его состояніяхъ, а Т, и Т,— абсолютішя температуры;

2) приблизительно, по уравненію Клаузіуса:

*•= !’•( т? +сі4;).........w-

гдѣ с—средняя теплоемкость воды;

3) наконецъ, по эмпирической формулѣ Poche:

хі=0,Г)0+(х1 — 0,50уі^А.........(Go).

’• )та формула даетъ досаточно точные результаты для х,>-0,6, что и имѣетъ мѣсто для случая инжектора, работающаго свѣжимъ паромъ.

Замѣтимъ еще, что q, и q2— количества тепла, необходимыя для нагрѣванія воды до соотвѣтствующихъ температуръ, можно принять равными отпмъ послѣднимъ, такъ какъ q вообще мало возрастаетъ съ измѣненіемъ t

Дѣлая такую замѣну въ формулѣ (3) и вычисляя

получимъ

\ѵ4=91,53 V t|— ta -|—i'iXj — r2x2.(5а).

При площади трубы F2, количество пара, вытекающаго въ секунду, будетъ:

<)=_!>>_ )

х2и2 -f-32 I

или приближено fL_ Fs\v2 [..........<-

х2н.Г j

Обращаясь теперь къ разсмотрѣнію формулы для скорости (5а), мы замѣчаемъ, что при данномъ начальномъ состояніи пара \ѵ2 зависитъ отъ его конечнаго состоянія.

Напишемъ ту же формулу въ такомъ видѣ:

\ѵ2 = 91,53 V(tj j XjT,) (tkj-j—x2Tj).

Для всѣхъ случаевъ, когда р>р,, разность подъ корнемъ при х,=х2 положительна; но такъ какъ адіабатическій процессъ сопровождается конденсаціей пара, то х2 будетъ меньше х,, т. е. численное значеніе разности возрастаетъ. Слѣдовательно, дѵ2 будетъ тѣмъ больше, чѣмъ ниже температура І2 или соотвѣтствующее ей давленіе р2.

Какъ видно изъ предыдущаго, величины р.,, К2 и пр. взяты нами для нѣкотораго произвольнаго сѣченія трубы. Возникаетъ теперь вопросъ, примѣнимы ли выведенныя формулы для того случая, когда но нимъ ■желаемъ вычислить скорость истеченія пара и количество его въ случаѣ истеченія его въ среду съ постояннымъ и опредѣленнымъ давленіемъ р.

При рѣшеніи такого рода задачъ обыкновенно принимали, что давленіе пара у выходного отверстія какъ разъ равно давленію среды; при такомъ предположеніи, для опредѣленія \ѵ2 и О надо быто лишь взять но таблицамъ соотвѣтствующія величины для буквъ въ формулахъ (5а) и (7) и опредѣлить тѣмъ пли инымъ изъ указаніяхъ способовъ х2.

Однако опытъ указалъ, что количества пара, вычисляемое но выведеннымъ выше формуламъ и опредѣляемое непосредственно взвѣшиваніемъ послѣ конденсаціи, сильно разнятся между собою, даже принимая во вниманіе возможныя неточности; при итомъ было также замѣчено, что тѣ и другіе результаты при ланномъ давленіи р, очень близко соотвѣтствуютъ другъ другу лишь до нѣкотораго опредѣленнаго давленія среды, въ которую происходитъ истеченіе. Лишь только давленіе среды становится ниже извѣстнаго предѣла, тотчасъ же начинается разногласіе между результатами, даваемыми теоріей и опытомъ. Послѣднее обстоятельство по необходимости должно было повести къ заключенію о томъ, что предположеніе, будто давленіе пара при его выходѣ изъ трубки или насадки равно давленію среды, неправильно. Это мы и покажемъ сейчасъ теоретически.

Мы имѣли (формула 3)

внутренней энергіи пара превратилась при разсматриваемомъ явленіи въ кинетическую энергію. Замѣнимъ эту разность выраженіемч., которое зависѣло бы отъ давленій и объемовъ, характеризующихъ паръ въ его начальномъ и конечномъ состояніи; такая замѣна будетъ означать, что будто бы вся кинетическая энергія струи пріобрѣтается ею за счетъ внѣшней работы. Но такъ какъ мы разсматриваемъ процессъ происходящимъ безъ обмѣна тепломъ, т. е. адіабатическимъ, и такъ какъ при такомъ процессѣ внѣшняя работа, совершаемая паромъ и эквивалентная

Чі-fPl*!______

2ц А

указываетъ намъ, какая часть

измѣненію его внутренней анергіи К,— Е.>, равна

Е,-^= Г * |к!ѵ,

то вмѣсто указаннаго выше равенства мы можемъ написать:

ѵ-

2g

;Ріѵі — IVj

/

V.»

pdv

.(8)

Законъ измѣненія давленія и объема при атомъ выражается соотношеніемъ:

k k k

рѵ =р,ѵ, =psv2 = const;

если паръ предъ расширеніемъ сухой насыщенный, то k равно 1.135; если же онъ влаженъ и его удѣльное паросодержаніе х. то k=l,035-f-0,lx (для х въ предѣлахъ отъ 0.7 до 1.0).

/

ѵ., к

' pdv = p,vt

Такъ какъ

k—1

опредѣлимъ ^

ѵ.. dv _ . Pi ѵі

V, vk k—1

._Р*.Ѵ.*_ —) f„ P,_)

Ptvt LPi }

pdv.

к—1-

к—1

то въ равенствѣ (8) можно замѣнить разность (р,ѵ,—р2ѵ2) соотвѣтствую щимт> ей выраженіемъ:

к—1.

РіѵІ—Р*ѵ»=Ріѵі [і— С*ѵ* ) ]»

’ О

будемъ имѣть:

-й-=р,ѵ, і1—(-'<-) ] -і-а-р-ш'і

к—1_

к—1_

ѵ к_1

Отсюда послѣ преобразованій и подстановки вмѣсто ( 1 ) равнаі

„ „ _ k-l V, J

О

ему отношенія k , для скорости \ѵ2 получимъ слѣдующее выраженіе:

4 Рі

(9).

Опредѣлимъ по вѣсу количество пара, протекающаго чрезъ произвольное сѣченіе, площадь котораго F2, и давлепіе въ которомъ р2. Пусть

плотность пара о2 = -5—, а вѣсъ пара G, тогда

ѵа

— F2w2 или G — .

Такъ какъ F.w,

1 = і. ( Л ) і , т,

'г ' |,, >

V ÜL

VC);-(Ü)

k-i-i

к .(Ю|

Q ^8ца Г Ра Лк — р

м ѵ Рі; * ü к-і \t ѵрх) чч

Отнесемъ эту формулу къ выходному отверстію трубы; допустимъ, что наръ оставляетъ трубу какъ разъ съ тѣмъ давленіемъ, подъ которымъ находится среда, въ которую происходитъ -истеченіе. Положимъ теперь, что давленіе среды равно начальному давленію пара, т. е. р,=Рі; находимъ, что G—вѣсъ пара—равно 0. Это понятно: разъ нѣтъ разности давленій, не можетъ быть истеченія. Положимъ, что истеченіе происходитъ въ абсолютно разрѣженное пространство; давленіе рг должно быть равно 0.

Для вѣса пара G опять получаемъ значеніе 0. Этотъ результатъ явно невозможенъ, такъ какъ въ данномъ случаѣ имѣется наибольшая раз~ ность давленій, которая должна бы, казалось, обусловливать наибольшій вѣсъ вытекающаго пара. Мы обязаны заключить, что либо не вѣрна сама формула, либо неправильно сдѣланное нами допущеніе, что давленіе па]»а при выходѣ и давленіе среды равны между собою.. Мы покажемъ далѣе, что невѣрно именно послѣднее, теперь же замѣтимъ, что для вѣса G въ зависимости отъ частныхъ значеній буквъ, входящихъ во второй корень, возможенъ maximum расхода при данной площади F2.

Обозначимъ чрезъ Z разность (~ - ®-) k — р‘2 J k и, принимая р2

Pi ѵ Pi J

за независимое перемѣнное, найдемъ то значеніе р2', при которомъ для Z получается наибольшее значеніе. Дифференцируя *) и приравнивая первую производную 0, найдемъ, что

k

Р*

Ріели положить k = 1,135, т. о. считать паръ во все время истеченія сухимъ, то вычисленіе даетъ намъ р./ = 0,5744p,.

dz.

dp.»

Pi

2—k

т. e.

1 2 1 1-k k-j-1

2 Pi“ - Pi k • Рг Г ;

Pik

i -k 1 }_ 1—k

k-;-l - k , t I P»k Го.. k

А-Р Pi J = - 2 |> ■

1—k

отсюда

kpi k

1—k 1—k

-Ps "k = (k -f- i)Pi k :

P*'-

Pi V k+1 J

Указанное выше противорѣчіе, заключающееся въ томъ, что при р2^=о формула для вѣса пара (і даетъ значеніе 0, межъ тѣмъ какъ должно бы имѣть мѣсто maximum истеченія впервые было отмѣчено Saiiit-Ѵепапі'омъ и Want/.еГемъ вь 1839 г. Они, въ объясненіе итого, высказали предположеніе, что количество вытекающаго воздуха (ихъ работы относятся къ изученію истеченія послѣдняго) не зависитъ отъ давленія предъ

отверстіемъ въ извѣстномъ интервалѣ измѣненій отношенія ^ > именно

Рі

при измѣненіи отъ —- о до ^ ----- р.Л Опыты l-’lioaner'a надъ пстече-Рі Р,

ніемъ воздуха подтвердили справедливость сдѣланнаго ими предположенія. Онъ нашелъ, что до тѣхъ поръ пока давленіе воздуха въ резервуарѣ въ два раза превосходитъ давленіе атмосферы, въ которую происходитъ истеченіе, давленіе въ отверстіи, составляетъ 0,0707 давленія въ резервуарѣ. t

Ото значитъ, что разъ соблюдено условіе р, 2р, гдѣ р давленіе среды, воздухъ покидаетъ отверстіе всегда съ давленіемъ большимъ р, отъ него независящимъ и опредѣляемымъ лишь указаннымъ отношеніемъ его къ р,.

Первые опыты относительно истеченія пара были сдѣланы Шлиромъ. Онъ нашелъ и для пара такое же точно соотшепіе между начальнымъ давленіемъ и давленіемъ у выходного отверстія. Анализируя его опыты, Kankine пришелъ къ заключенію, что давленіе въ отверстіи никогда не можетъ быть ниже того, которое соотвѣтствуетъ при данныхъ условіяхъ наибольшему расходу пара. Опыты Пэнира (Napier) были повторены Kunliardt ’омъ въ лабораторіи Технологическаго Института Массачузета. Паръ вытекалъ черезъ короткія насадки, діаметромъ въ 0.2Г> дюйма и длн-

Что при атомъ значеніи р2 — р'., имѣете мѣсто дѣйствительно maximum для

убѣждаетъ насъ слѣдующее вычисленіе: 1

2(1-к) 1-к

dsZ _ к+і и*~ Г 2(2-к) — -I?1 к *] ПЛИ

к* ‘ 2 [ к+| I—kJ

р, * ])., к

2(1 —к) к—1

d2Z _ k-j-i р2 к Г 2 (2—к > ГлѴк 1

<І(р2)- k2 2 L к-гі

р, к

Знакъ второй производной зависитъ отъ выраженія въ скобкахъ: о предъ-

ляемъ его. замѣняя р2 найденнымъ выше значеніемъ; имѣемъ: 2(-г-к) 2 ?

к-

- a-ю.

k-j-l к+1

Такъ какъ К = 1,1 Я5 и вообще больше единицы, то, слѣдовательно, вторая производная меньше 0, т. е. при этомъ частномъ значеніи р2 для Z дѣйствительно имѣетъ мѣсто maximum.

Hoff въ 1,5. 0,5 и 0,25 дюйма. Непосредственнымъ наблюденіемъ было установлено, что отношеніе между давленіемъ у выходного отверстія и начальнымъ было соотвѣтственно 0,634, 0,615, и 0,583. Опыты Blaess и Guttermulh, произведенные въ 1902 и 1904 г. г. подтвердили справедливость гипотезы Оенъ-Венаиа и для пара воды: количество вы-

Р

тикающаго пара при уменьшеніи отношенія * > гдѣ р—давленіе среды, отъ единицы постепенно увеличивается извѣстнаго до предѣла, съ достиженіемъ котораго оно остается постояннымъ, даже если бы ^ былодо-

1>і

ведено до 0, т. е. истеченіе происходило въ абсолютный вакуумъ. Чтобы показать теоретически независимость количества вытекающаго пара въ извѣстныхъ условіяхъ отъ давленія среды, проанализируемъ явленіе слѣдующимъ образомъ. Пусть G вѣсъ пара, вытекающаго въ единицу времени чрезъ отверстіе даннаго размѣра: пусть р—давленіе среды, въ которую происходитъ истеченіе, о—плотность пара и и—скорость его въ моментъ выхода. Если Fa площадь отверстія, то

G - F, и 3.

Возьмемъ производную по р; maximum расхода пара будетъ въ томъ

ѵ <1G m т,

случаѣ, когда =о. лакъ какъ га постоянно, то

tlG т? „ du dp

do

•F*"dj> ~^1ѵѴ

я dG

отсюда имѣемъ для ^ —о:

.dG ° d|>

du

— —u

do

dp

u do

6 dp

или

...111).

’Замѣняя частныя дифференціалы полными дифференціалами, мы получимъ 1

du do

и ~~ о 1

откуда находимъ:

т. о.

Igu—с—Igo или lg (а. о)—с,

u — -J- е , гдѣ е" основаніе Нэнеровыхъ до

гариѳмовъ.

Такъ как'ь е п с постоянны, то скорость и при данномъ начальномъ состояніи пара зависитъ лишь отъ плотности его о въ моментъ выхода

изъ отверстія. Послѣдняя же опредѣляется конечнымъ состояніемъ пара, но не давленіемъ среды.

Допустимъ все таки, что оба эти давленія, т. е. среды и пара при выходѣ одинаковы.

Скорость и, согласно (9), будетъ

М^].

Найдемъ производную по р.

-Н = _ «ѵ< (ЪЛ г

сір 11 ‘ ѵ р )

t Iе S р х _1 V

Такъ какъ рѵ =р,ѵ, , то ^ ^ — ѵ и

(III gV

dp и

Тоже соотношеніе

рѵк можетъ оыть написано и такъ:

Рі '

= или 0=--

°ік

Р

Р.

Производная по р будетъ

do

dp

Іфѵ'

Вставляя вмѣсто производныхъ найденныя значенія въ равенство (11), получимъ:

• ___gv_ II 1

и о крг’

Такъ какъ оѵ ], то

u2=kgpv и

u="Fkgpv...(12).

Равенство (12) опредѣляетъ намъ ту скорость пара, при которой будетъ имѣть мѣсто maximum расхода его чрезъ данное отверстіе трубы. Но внѣшнему виду выраженіе для скорости вполнѣ тождественно съ формулой Лапласа для скорости распространенія звука въ газообразной средѣ. Но если и соотвѣтствуетъ этой послѣдней, то тотчасъ же яспо, что давленіе пара у выхода можетъ не быть одинаковымъ съ давленіемъ среды, такъ какъ скорость распространенія звука зависитъ отъ состоянія газа или пара въ моментъ истеченія. Допустимъ, что скорость и, опредѣляемая (12), и \Yj. опредѣляемая изъ (9), равны между собою; мы будемъ имѣть:

2 2 /РЛ-1

Р¥=Е-ТР‘Ѵ‘—к •

к к

Такъ какъ р2ѵ2 р,ѵ, , то

(Ь)к^=Мз;

\Рі7 РЛ'1

мы получимъ

рѵ~

]-__і (^Р1^ і Рг^з)"

Допустимъ далѣе что состояніе пара, характеризуемое величинами р,ѵ2 тождественно съ состояніемъ его, опредѣляемымъ величинами рѵ; дѣлая замѣну, мы получимъ

PV-t-r

k—1

рѵ-

k— 1

Pivt-

и послѣ приведенія

2

к+І

Рѵ=— Р.Ѵ

Пользуясь тѣмъ же равенствомъ р,ѵ,к = рѵк,

мы получимъ

к-1 р„

т. е. для р получается то же значеніе, какъ и ранѣе для р'2, конечнаго давленія пара, при которомъ имѣетъ мѣсто наибольшій расходъ пара.

Итакъ, на основаніи всего вышесказаннаго, мы приходимъ въ заключенію, что явленіе истеченія пара при перемѣнномъ давленіи его въ началѣ распадается на два періода. Пока давленіе пара р, остается

меньше или, если р равно атмосферному давленію, покар, меньше 1,0В

atm,, количество расходуемаго пара зависитъ отъ разности р, —р, такъ какъ у входнаго отверстія паръ имѣетъ ото давленіе р. Но лишь только ко ототъ предѣлъ достигнутъ и давленіе р, дѣлается большимъ, чѣмъ Р

О,В

количество расходуемаго пара при той же площади зависитъ толь-

отъ его начальнаго состоянія. Дѣйствительно, вставляя въ (10) вмѣсто

(2 \ —

^ , jjk~i Рі> мы приходимъ къ такой формулѣ для

скорости:

2gk

\Ѵ.

'* k-f-l Р1Ѵ‘

Выше были уже указаны способы опредѣленія наросодержавія въ моментъ выхода пара. Для той же дѣли можетъ послужить и слѣдующее указаніе.

Пусть объемъ сухого насыщеннаго пара и; при паросодержаніи х, объемъ единицы смѣси пара и воды будетъ:

і‘

Ѵ==ХИ —{— а (1— X).

.(13).

Такъ капъ - ^ 0.001 мало, а х почти но отличается отъ единицы, то можно съ достаточной точностью считать

ѵ—хи.

Обозначимъ начальное наросодержаніе вт. котлѣ, соотвѣтственно давленію р15 чрезъ х,; тогда

V^wfXjll, .

Раздѣляя почленно, получаемъ:

Зависимость между давленіемъ и объемомъ сухого насыщеннаго пара даеп-я равенствомъ:

Р,и," ри" I),

гдѣ п 1.0040, 1)—постоянная величина, равная 1,7017, если давленіе выражено въ кц/сіп2; такъ какъ для смѣси пара и воды имѣетъ мѣсто зависимость

Рѵк Ріѵік т

то Г14) можетъ быть представлено такъ:

х

X

1

15).

Разъ извѣстно р, и х,, то для каждаго давленія можетъ быть пай-депо и х въ соотвѣтствующемъ сѣченіи трубы.

Рели истеченіе происходитъ въ среду, давленіе которой<1 0. 5744 р,, то давленіе пара при выходѣ, какъ видѣли, опредѣляется равенствомъ

Вставляя въ (15) получаемое отсюда отношеніе

х

х.

k—п

к (п—І).

р.

мы находимъ:

33

Такъ какъ п точно равно а k

1,035+0,1x1. то при данномъ

х,, можно всегда точно опредѣлить х.

Кслн положить, что х,=1, то для всѣхъ давленій р, наросодержаніе при выходѣ остается неизмѣннымъ и равнымъ

х = 0,1)В85.

Если мы сдѣлаемъ, считая х, 1, вычисленіе въ формулахъ (9) и (10), то онѣ примутъ слѣдующій видъ

\ѵ, = 323 V Р| ѵ, ............(Iß)

V — 199 V Pi ..................07)

1 ѵ,

Съ помощью этихъ выраженій вычислена таблица А.

Т А Г» .1 II Ц А А.

Начальное давленіе въ котлѣ k«/cmä Давленіе Y выходнаго отверстія рг^О.5744 р|. Скорость истеченія \ѵ2 въ mtr. Кинетическая анергія с-труи >=¥ Количество пара на 1 площади поперечнаго сѣченія U 1-Ѵ

Г» 2,887 442.4 0077 кі£г. mtr. 727

6 3,4С5 444,9 100S8 „ Я N07

7 4,042 447,0 10182 . „ 1007

8 4,619 448,8 10265 „ „ 1146

9 5,197 450,4 10339 „ „ 1285

10 5,774 451,8 10405 „ „ 1423

11 6,352 453,1 10465 „ „ 1561

12 6.929 454,3 ; Ю521 „ . 1698

Таблица указываетъ намъ, какъ мало увеличивается скорость истеченія съ повышеніемъ начальнаго давленія. Кинетическая энергія струи также остается почти постоянной и равной при давленіяхъ отъ 5 до 12 atm. приблизительно 10300 kgr. mir.

Отсюда понятно, почему работа инжектора при болѣе высокихъ давленіяхъ пара становится менѣе производительной. Если бы количество притекающей въ конденсаціонную камеру воды оставалось неизмѣннымъf то струя пара и при болѣе высокомъ давленіи его могла бьг сообщить ей лишь мало увеличивающуюся скорость, межъ тѣмъ какъ сопротивленіе проникновенію ея въ котелъ растетъ прямо пропорціонально давленію. Для того, чтобы работа была возможна, необходимо уменьшать количество воды; скорость ея будетъ больше; но одновременно повышается температура, ея, и если инжекторъ работаетъ съ открытымъ сливомъ, то дѣйствіе прибора можетъ быть скоро и совсѣмъ нарушено.

Т копія н рлсчктъ инжккторл. 23.

Таблица Г», содержащая результаты оиытовъ съ инжекторомъ /Тіиф-фара, произведенныхъ М. Deloy, хороню иллюстрируетъ вышесказанное.

Т А 15 Л И Ц А В.

Теиература шіт. воды. ! ; Темігер. нагнетае- 1 моіі воды. 1 і Давленіе пара въ котлѣ въ1 атмосферахъ. Kgr. kgr воды на одинъ израсходовано і пара.

9..УЦ. 380 Ц. 1 2,25 20,88

47 5 15,94

» ■ и 52,5 5,5 14,30

■ С я і 70 0.5 9,1)3

f» 59.5 ' 7.75 11,80

?> 1 * ' 00,5 і ' S ' -I *4' *:!"**:

Т А 15 Л И Ц А С.

' ‘ 1 Температура j Темнер. нагне-нит. воды. таемой воды. Давленіе пара въ котлѣ въ atm. Kgr воды на I kgr пара. КанОольиіее дак-I .ымиѴ. которой і можетъ иреододІѵгь 1 инжекторъ.

- !■ 38,00.11. 1 ' 650 ц. 2 21,5 2,15

38,75 68 2.5 19.8 2,75

38,0 70 .1 3 . 18,0 . . 3,40

39,75 74.5 ' г 3,5 16,5 4,0

40.0 80 4 15.0 4,75

41.75 1 83 • .. • 4.5 13,8' и-; ;n . 1] 5,35 ui-

-Г.. Ч

Таблица С содержитъ результаты опытовъ Villiers'a которыми, между прочимъ, пользовался Грасгофъ для опредѣленія плотности струи смѣси. Здѣсь также ясно видно уменьшеніе количества подаваемой воды съ увеличеніемъ давленія. Цифры послѣдняго столбца указываютъ1'тѣ предѣльныя давленія, которыя могутъ быть въ резервуарѣ при данномъ рабочемъ давленіи пара; но инжекторъ работаетъ противч. нихъ лишь въ томъ случаѣ, когда притокъ воды къ нему будетъ уменьшенъ противъ указаннаго въ таблицѣ. Какъ видно, температура нагнетаемой при этомъ

воды уже достаточно высока; при температурѣ иптате.іыюй воды въ 45е Ц. инжекторъ уже не работалъ. Интересно отмѣтить еще. что скорость пара при 4.о атм. вычислена Villiers' равной 050 mir; межъ тѣмъ какъ, согласно приведенныхъ выше формулъ, она при обычной у первыхъ и многихъ позднѣйшихъ инжекторовъ конической сходящейся паровой насадкѣ. не можетъ быть, выше 450 mir. даже при вдвое большемъ давленіи пара. При этомъ какъ видѣли, имѣетъ мѣсто еще и наибольшій; расхода, пара. Нсе ото съ очевидностью укалываетъ на нераціональность употребленія въ качествѣ, парового сопла инжектора конической сходящейся насадки.

Но недостатки ея не ограничиваются только указанными обстоятельствами: она не только плохо утилизируетъ тепловую энергію вара,, превращая ее въ кинетическую, но и самую струю дѣлаетъ менѣе' способной къ совершенію наибольшей работы. Достаточнымъ указаніемъ на это можетъ служить отмѣченное уже совпаденіе выходной скорости со скоростью распространенія звука-: въ выходящей струѣ пара должны возникнуть волнообразныя движенія вдоль оси. Мто, дѣйствительно,' подтверждается и опытомъ. Для струи воздуха виервые съ помощью фотографіи это было указано Масіі омъ и landen’омъ^: на снимкѣ струи видны правильно слѣдующія Другь за другомъ темныя и свѣтлыя линіи. Присутствіе такихъ же волнъ въ вытекающей струѣ пара, замѣченное еще J'arenty, ясно доказано опытами Slodola**) (черт. 7) падч. истеченіемъ 'пара; изъ насадокъ.

Stodola установилъ, что существуетъ одно противодавленіе, когда эти колебанія частицъ пара въ струѣ исчезаютъ, но малѣйшее отклоненіе въ ту или другую сторону тотчасъ же вызываетъ появленіе значительныхъ волнъ, въ видѣ симметрично расположенныхъ крестообразныхъ линій, наблюдаемыхъдаже простымъ глазомъ. Истеченіе пара изъ такой насадки, кромѣ того, сопровождается поперечнымъ расширеніемъ струи; на образующемся расходящемся конусѣ, форму котораго принимаетъ струя, иногда замѣтны суженія поперечнаго сѣченія и слѣдующія за нимъ вновь расширенія. При такихъ условіяхъ невозможно использовать выгодно ударную силу струи: помимо потери кинетической энергіи on. самаго удара, въ этомъ случаѣ неизбѣжны еще потери прибавочныя, зависящія отъ образованія вихревыхъ движеній, on. нецептральности удара и нр.

Нужно замѣтить, что постановка сходящейся конической насадки для пара объясняется недостаточнымъ знаніемъ законовъ, управляющихъ истеченіемъ .упругихъ жидкостей, во время появленія инжектора. Къ

і 4 •«.

*) W iedemanns Annalen. 1890, Bd. 41 и 1899, Bd. 60.

**) ІІрнгутстіе волнъ наблюдалъ также (lutermutlu Z. d. \. d. .Insr. 1904. fttod<da. Dampfturbinen, '* * !

Къ страницѣ 24.

Коническая насадка еъ діаметромъ 2,65 m.m.; давленіе истеченія р —2,9 atm.

р=3,85 atm.

5 atm.

р=‘2,6 atm.

Коническая насадка съ діаметромъ 3,63 m m.; р=8,3 atm.

Истеченіе углекислоты изъ той же насадки; р=5 atm.

Цилиндрическая насадка (1=2,72 m.m. р=4,1 atm.

Коническая насадка еъ діаметромъ 0,3 m.m.. р = 7 atm.

Фотографическіе снимки Еішіопа вытекающихъ изъ насадокъ струй воздуха.

истеченію пара, заливая о его способности расширяться, были мрішѣне-ны непосредственно выводы, добытые экспериментально надъ наблюденіемъ истеченія жидкости. Для воды, наир.. по становка расходящейся насадки влечетъ яа собою увеличеніе расхода ея и уменьшеніе конечной скорости. Какъ то, такъ и др\гое для инжектора не цѣлесообразно, и потому паровой насадкѣ была дана форма, сходящагося конуса, которая, казалось, должна была обезпечить наименьшій расходъ при наибольшей скорости выхода. Въ дѣйствительности, дѣло обстоитъ иначе: такая насадка обусловливаетъ почти неизмѣнность энергіи струи съ увеличеніемъ давленія пара и сильно увеличивающійся расходъ его. Поэтому, помимо указанной уже выше причины того, что при увеличеніи давленія приходилось довольствоваться меньшимъ количествомъ подаваемой воды, сильно возрастающее количество теплоты, приносимой паромъ, вслѣдствіе большаго расхода его, вызывало значительное увеличеніе температуры струи, и чѣмъ самымъ еще болѣе суживало предѣлы, въ которыхъ была возможна работа прибора. 'Расходящаяся насадка, удерживая расходъ пара почти неизмѣннымъ, .дастъ возможность пару расширяться въ направленіи движенія струи, а это поведетъ къ значительному увеличенію коночной скорости.

По помимо этого, какъ указываетъ наблюденіе, струя въ этомъ случаѣ можетъ быть болѣе работоспособной, благодаря отсутствію отмѣченныхъ выше волнообразныхъ движеній. Фиг. 4 и 5 указываютъ видъ струи но выходѣ въ нервомъ случаѣ изъ насадки съ прямолинейнымъ профилемъ, во второмъ—съ профилемъ очерченнымъ по кривой. Направленіе движенія частицъ пара почти параллельно оси насадки; въ первомъ случаѣ, однако, внутри струи замѣтенъ все-таки небольшой обратный конусъ, составляемый частицами болѣе влажнаго пара, межъ тѣмъ какъ наружныя, благодаря тренію 0 стѣнки, являются частицами болѣе сухого и даже слегка ие-регрѣтаго пара. Отсюда ясна выгода поставить расходящуюся насадку, въ которой могло бы произойти свободное расширеніе пара, до опредѣленнаго конечнаго давленія. Если это давленіе р, то нужно лишь въ формулу (5а) поставить взятыя изъ таблицъ значенія для і,, 14, г, п га и опредѣлить но одной изъ приведенныхъ формулъ х4. чтобы получить значеніе для выходной скорости \ѵ. Далѣе, такъ какъ количество пара остается тоже самое, то тотчасъ же можетъ быть найдена. площадь выходного сѣченія.

Коли площадь поперечнаго сѣченія въ узкомъ мѣстѣ насадки Е,, то G равно:

1>' .

і,и,

гдѣ wі, х, и и, должны опредѣляться но тому давленію, которое уста-

навливается въ отомъ узкомъ сѣченіи, т. е. р./ = 0,5744 р,. Пусть сѣче-ліе выхода, F; тогда для опредѣленія его имѣемъ соотношеніе

XjU, х. и

F = F, uxw._

u,x,\v

Коли бы мы пожелали опредѣлить теоретически правильный профиль насадки отъ ея наименьшаго сѣченія до выходного, намъ надо было бы, задавшись длиной зтой части, вычертить кривую адіабатическаго расширенія; тогда въ каждомъ сѣченіи было бы опредѣлено давленіе пара, а тѣмъ самымъ соотвѣтствующіе ему х,, и и \ѵ и размѣръ сѣченіи насадки. Насколько значительно при такой насадкѣ увеличивается скорость истеченія и кинетическая лнеріія струи, показываетъ таблица I).

Т А Ь Л II I I. A D.

Отношеніе давленій начальнаго въ котлѣ и послѣ расширеніи р7 /р Отношеніе выходной скорости къ скорости въ устьѣ насадки \ѵ/ Щ г Отношеніе площадей выхода и устья 17' ' F2 ■ . Отношеніе діаметровъ для круглыхъ насадокъ <1/ Ч Ч Удѣльное наро-содержаніе при ныході.

100 2,583 13.S02 3,715 0,765

90 2,560 12,690 3,562 0,769

80 2,535 11.555 3,399 0,775

70 2,505 10,395 3,224 0,781

60 2,469 ‘.»,163 3,027 0,788

•->о 2,426 7,9S0 2,825 0,796

20 2.177 3,966 1.991 0,840

Ю 1 ,924 2,436 1,561 и , 0,874

Я 1,861 2,060 1,43* о,886

6 1,742 1,716 1,ЗЮ 0,901

4 1,550 1,349 1,161 0,922

2 1,119 1,015 1,007 1 , 0,960

1,7318 1 ,1 1 1 1 0,96s

или (р = 0, 57 Рі)- Г.І і 1 і , і і 1 f ■* ,

Изъ таблицы ьидно, что если начальное данленіе иара 10 aim. и расширеніе въ концѣ доведено до 1 atm., то скорость выхода будетъ w=1,924\v2. и такъ какъ но таблицѣ А, wy=451,8, то \\ будетъ равно 869,26 mir.

На фиг. 8 показана теоретически правильная насадка, какъ она иолучается согласно указаннаго выше способа опредѣленія различныхъ поперечныхъ сѣченій ея. Слѣдуетъ отмѣтить еще то обстоятельство, что дальнѣйшее расширеніе насадки влечетъ за собою уменьшеніе скорости. Это понятно, такъ какъ пройдя сѣченіе, соотвѣтствующее конечному давленію, равному давленію среды, гіарь не расширяется, но происходитъ лишь измѣненіе его состоянія при постоянномъ давленіи р.*) Можно было бы показать, что за счетъ уменьшенія кинетической анергіи и тренія начнется увеличеніе паросодержаніявъ струѣ; если насадка будетъ достаточна длинна, то но выходѣ наръ можетъ быть даже перегрѣтыми.

Указанная выше форма насадки является затруднительной для изготовленія; нужна особенно тщательная работа и шлифовка поверхностей, чтобы но возможности устранить увеличеніе коэффиціента тренія. Ниже мы укажемъ, какова потеря огь тренія; шероховатая или бороздчатая поверхность при большой скорости струи эту потерю увеличили бы еще болѣе.

В первые расширеніе пара въ насадкѣ было примѣнено Лавалемъ при паровой турбинѣ, гдѣ, какъ и у инжектора, важно имѣть по возможности большую скорость выхода. Его насадка указана на фиг. 9; часть ея до наименьшаго сѣченія или устья очень коротка, чтобы не удлинять пути пара и тѣмъ уменьшить потери тренія. Въ расширяющейся части насадка имѣетъ форму конуса сгь прямолинейной образующей и угломъ конусности около 10°; при большемъ углѣ дѣлается вѣроятнымъ и возможнымъ отставаніе пара отъ стѣнокъ: струя не будетъ выполнять всего сѣченія насадки. Уголъ конусности, вообще, зависитъ отч» начальнаго давленія пара: чѣмъ оно выше, тѣмъ уголъ меньше; точно также наблюдаемое простымъ глазомъ расширеніе струи, при истеченіи ея въ атмосферу, указываетъ что очертаніе образующагося конуса собственно криволинейно, при чемъ кривизна тѣмъ больше, чѣмъ больше давленіе пара въ котлѣ. Въ слѣдующей таблицѣ Е указаны различные углы конусности для давленіи пара отъ 8 до 1 атм., опредѣленные наблюденіемч. по чѣмъ слѣдамъ профиля, какіе оставляетъ струя на листѣ гигроскопической бумаги.**) Длина такого конуса измѣняется огь ТО до 35 діаметровъ выпускного отверстія, уменьшаясь съ пониженіемъ упругости пара.

*) Митте, Пароструйные приборы.

**} Это подтверждаютъ опыты Ві'к-Ітог’а: при малыхъ давленіяхъ пара въ котлѣ, въ насадкѣ появлялось разрѣженіе, скорость уменьшалась, а иаросодержа-ніе увеличивалось. См. Z. d. V. »I. Ііщ. 1904 г., стр. 1098, табл. 8л и 8Ь.

Т Л Г, .1 II П. А К.

Давленіе пара въ atm. 8 ! - К 6 5 ! і 4 3 2 1

Нсличнна угловъ конусности Г>" 1 I 8" 10« 1 ! ! 12« ' іро j 19" 23"

Данныя этой таблицы укалываютъ, что уголъ конусности въ Ю0 является средней величиной для давленій пара отъ 3 до 8 атмосферъ.

Надъ истеченіемъ пара изъ насадокъ въ послѣднее время было произведено очень много опытовъ. Stodola при изученіи итого явленія пользовался насадкой, діаметръ устья которой быть 7 mm., а діаметра, выходного отверстія 12 mm.; конечное давленіе пара было 1,06 кк/спг-. Давленіе резервуара, въ который происходило истеченіе пара, могло измѣняться. При вакуумѣ въ отомъ резервуарѣ расширеніе пара происходило до конца насадки правильно, а затѣмъ начиналось волнообразное движеніе частицъ пара, какъ указываетъ кривая А на фиг. Ю; когда противодавленіе въ резервуарѣ было равно конечному давленію струи, движеніе частицъ пара было болѣе правильно, что видно но кривой С, которая даетъ очень небольшія уклоненіи отъ прямой; но лишь только противодавленіе было повышено, въ струѣ появились большія колебательныя движенія, указываемыя кривою I).

При второмъ опытѣ давленіе пара у выходного отверстія было О.Т^/ст*; при истеченіи въ вакуумъ было отмѣчено то же самое, что н въ первомъ случаѣ, кривая А фнг. II. При противодавленіи въ резервуарѣ 0,7 кц/ст- истеченіе пара происходило безъ всякихъ слѣдовъ колебательнаго движенія и частицы пара двигались по точно прямой линіи. При повышеніи противодавленія вновь возникали колебательныя движенія частицъ пара и въ то же время повышалось давленіе пара въ самой насадкѣ передъ выходомъ его изъ нея.

Кривыя I) фнг. К> п С и I) фнг. 11 указываютъ, что при истеченіи пара въ пространство, гдѣ давленіе больше конечнаго давленія пара послѣ его расширенія, имѣетъ мѣсто паровой ударъ, вызывающій уплотненіе его и повышеніе давленія предъ его выходомъ изъ насадки. Тѣ же самые результаты получены и Ніісііпегомъ при наблюденіи имч. зависимости истеченія пара изъ насадки Лаваля при увеличенномъ противодавленіи *). На фиг. 12 указаны наблюденныя имъ давленія пара въ различныхъ сѣченіяхъ насадки при различныхъ противодавленіяхъ у выхода; на фиг. 13 указаны сама насадка, очертаніе ея и положеніе отверстій въ стѣнкѣ ея, чрезъ которыя производилось наблюденіе давленій. Какъ

Л Zeit. il. N. (1. -lug, 1H04.

видно по діаграммѣ, въ различныхъ сѣченіяхъ насадки, въ зависимости оіч. противодавленія, кривая расширенія пара, отвѣчающая атмосферному противодавленію, получаетъ подъемъ, т. е. передъ выходомъ паръ становится болѣе упругимъ. Это явленіе сопровождается потерею кинетической энергіи, такъ какъ скорость истеченія уменьшается; одновременно увеличивается паросодержаніе. Въ табл. F *) даны результаты наблюденій и вычисленій, относящіеся къ той же насадкѣ; значки указываютъ положеніе сѣченій ея, къ которымъ относятся скорости и значенія для сухости пара.

У Л Г> ,1 II Ц Л 1\

1 cm2 ■ "’з Wj Ws X, X.» ' . t *3 Xl H IV. противо- давленіе.

10,3 449 585 668 711 760 I 96,5 94,9 93,0 92,0 91,0 2,09

10,33 449 585 668 711 346 96,5 , 94,9 — 92,0 99,6 4,22

10,38 449 585 538 292 210 Ув,5 ! — 96,0 99,6 — 6,46

10,35 449 464 263 202 165 I 1*6,5 ! 96,7 99,4 99,9 99,9 8,18

10,34 334 253 176 157 131 98,2 ; 99,0 99,5 99,6 99,7 9,44

Для цѣлей настоящей главы о паровой насадкѣ инжектора имѣютъ особый интересъ данныя опытовъ Büchner’a при истеченіи пара въ атмосферу (т. е. при атмосферномъ давленіи).

Въ таблицѣ G приведены наблюденныя имъ давленія пара въ различныхъ сѣченіяхъ насадки.

На фиг. 14 указаны кривыя расширенія пара въ насадкѣ. Внѣшнимъ видомъ своимъ онѣ напоминаютъ намъ обычную кривую расширенія паровыхъ машинъ, и отличаются отъ нея лишь болѣе быстрымъ паденіемъ давленія. Это вполнѣ понятно, такъ какъ у паровой машины при равныхъ частяхъ хода объемы, занимаемые паромъ увеличиваются равномѣрно, въ насадкѣ же расходящейся, благодаря ея конусности, объемы между равноотстоящими сѣченіями, равны между собою быть не могутъ. Вт» виду болѣе быстраго раснгаренін пара въ насадкѣ возможно, что то количество пара, которое должно сконденсироваться въ воду при адіабатическомъ расширеніи, не успѣетъ обратиться въ жидкое состояніе. Въ этомъ, быть можетъ, и кроется причина того, что по даннымъ Büchner’a, независимо отъ начальнаго давленія пара, паросодержаніе въ концѣ рас-

*) Въ таблицѣ даны дѣйствительныя скорости, а не теоретическія.

ш пренія остается неизмѣннымъ и независимымъ отъ степени расширенія. Это тѣмъ болѣе, вѣроятно, что большимъ степенямъ расширенія соот-

Т А Б Л II ДА (і.

Ро давлсиіі' ігь котлѣ. Рі Рі Ро Рз і Рз і рі Р3 Pf протнио-хаалеяіе у ных. сѣч.

12.80 7,34 0,573 4,44 ! 3,03 ! 2,31 1,78 0,96

11,28 6.50 0.577 3.93 2,68 2,05 1.57 0,96

10,36 5,84 0,564 3,01 2,46 , 1,87 1,46 0,97

9,24 5,28 0,572 3,22 *> 20 ->ѵ 1,67 1.30

8.24 4,75 0,577 2,89 1,97 1.49 1,17 0,97

7,14 4,08 0,572 2,50 1,70 1,30 1,03 0,99

6,10 3,47 0,569 2,13 1,45 і 1,11 0,87 0,99

5,08 2.89 0,569 1,80 1,22 ( 0,92 0,72 1,00

4,08 2.30 0,564 1,42 0.97 0,76 0,60 1,02

3,13 1,75 0,559 1.12 0,77 1 1 0,61 0,87 1,02

2,07 1,15 0,553 0,70 0,54 ’ і ! 0,72 0,94 1,02

вѣтствуетъ и большая скорость теченія струи, а въ связи съ этимъ большая потеря на работу тренія, которая, превращаясь въ тепло, идетъ на. нерегрѣнаніе пара.

Далѣе, по огимъ діаграммамъ мы видимъ, что не смотря на значительную разность давленій въ котлѣ, давленіе при выходѣ очень мало отличается одно отъ другого, всего на сотыя доли атмосферы. Отсюда слѣдуетъ весьма небольшое колебаніе и выходной скорости струи въ значительныхъ предѣлахъ колебанія начальнаго давленія. На фиг. 15 построены кривыя скоростей для тѣхъ же сѣченій. Мы видимъ, что скорость выхода струи изъ одной и той же насадки въ предѣлахъ измѣненія начальнаго давленія отъ 12,8 aim. до 5,08 atm. измѣняется очень мало, и только при болѣе низкихъ давленіяхъ начинается рѣзкое уменьшеніе скорости выхода струи и скорости движенія ея въ самой насадкѣ *).

*) Этимъ, можетъ быть, объясняется то, что у многихъ инжекторовъ, выпущенныхъ для работы съ паромъ высокаго давленія и имѣющихъ нѣсколько расходящійся конусъ, начальнымъ рабочимъ давленіемъ указывается 3 атм. При слишкомъ малой скорости инжекторъ не можетъ дать нужнаго разрѣженія и всосать во;іу.

Нели мы обратимся къ предыдущимъ діаграммамъ, указывающимъ процессъ расширеніи пара въ насадкѣ, то замѣтимъ, что оно идетъ совершенно одинаково и правильно только для давленій отъ 12,8 atm. до 7,14; при пониженіи давленія въ котлѣ далѣе, у выходного отверстія насадки давленіе начинаетъ увеличиваться, при чемъ ото увеличеніе происходитъ тѣмъ раньше, чѣмъ ниже начальное давленіе. Соотвѣтственно атому увеличенію давленія внутри насадки въ извѣстномъ сѣченіи ея происходитъ и замедленіе въ движеніи струи.

Характеръ измѣненія пара въ насадкѣ и его кинетической энергіи, какъ то и другое вытекаетъ изъ данныхъ опыта, вполнѣ отвѣчаетъ и предыдущему теоретическому разсмотрѣнію.. Величипа противодавленія до тѣхъ поръ, пока оно меньше давленія пара въ концѣ расширенія, на процессъ послѣдняго но вліяетъ, и только въ томъ случаѣ, когда оно больше, предъ выходнымъ отверстіемъ изъ насадки начинается сжатіе пара и замедленное движеніе струи.

Мы можемъ теперь, опираясь на выводы предыдущаго разсмотрѣнія и сравненіи между собою опытныхъ данныхъ, сказать, какъ отразится на работѣ инжектора постановка паровой расходящейся насадки.

При конической сходящейся насадкѣ давленіе у выходного отверстія равно 0,57 начальнаго и скорость истеченія почти не зависитъ отъ начальнаго давленія, измѣняясь очень мало для различныхъ давленій пара (разность выражается въ единицахъ метровъ); количество вытекающаго пара всегда maximum для даннаго давленія.

При конической расходящейся насадкѣ скорость истеченія пара увеличивается почти въ 2 раза, при чемъ въ предѣлахъ колебаній начальнаго давленія пара на 50—(>0°/о она остается почти одна и та же; слѣдовательно, инжекторъ съ такой насадкой теоретически можетъ подать почти вт» два раза большее количество воды.

Что касается инжекторовъ для низкаго давленія пара, то согласно данныхъ опытовъ Büclmer’a, для нихъ выгоднѣе постановка коническихъ сходящихся насадокъ или же болѣе короткихъ расходящихся. Такъ, наіір., вмѣсто насадки въ 50 га/т длиной, считая отъ входного отверстія для пара и до выхода изъ насадки, которая пригодна для давленій отъ 12,8 atm. до 5,08 atm, нужно поставить насадку длиной въ 36,5 mt при давленіи въ 4,08 aim. ивъ 27т/ш при давленіи въ 2,07 atm.

Послѣдніе выводы, однако, не имѣютъ абсолютнаго значенія. Паденіе давленія пара при расширеніи въ насадкѣ ниже господствовавшаго у выходного отверстія противодавленія и вызванное этимъ передъ выходомъ сжатіе пара могло произойти отъ несоотвѣтствія угла конусности насадки этимъ начальнымъ давленіямъ, т. ч. струя не могла выполнить всего сѣченія ея.

Отысканіе наиболѣе выгоднаго угла конусности при заданныхъ предѣлахъ высшаго и низшаго начальнаго давленія пара, при которыхъ работоспособность инжектора должна измѣняться возможно мало, должно составить задачу конструктора. Въ настоящее же время для рѣшенія впі -роса пока не имѣется достаточныхъ данныхъ.

Точно также мы не можемъ поко сказать ничего опредѣленнаго и о процессѣ расширенія въ насадкѣ, но скольку онъ зависитъ въ инжекторѣ отъ соприкосновенія стѣнокъ ея съ притекающей холодной водой.

Молено лини, предполагать, что благодаря малой длинѣ насадки и быстротѣ процесса расширенія, вліяніе этого не должно сказаться значительнымъ отклоненіемъ кривой расширенія отъ вида, который «чіа имѣетъ при истеченіи пара въ атмосферу. Только но выходѣ пара изъ насадки, когда начинается непосредственное соприкосновеніе его съ водой и быстрая конденсація его. должно рѣзко сказаться уменьшеніе давленія.

Ксли справедливы результаты опытовъ Stodola.—а именно, что только при равенствѣ давленія пара у выходного отверстія п противодавленія движеніе частицъ пара происходитъ но прямой, мы должны ожидать возникновенія волнообразнаго движенія частицъ смѣси, а, слѣдовательно, и связанной съ этимъ потери кинетической энергіи.

Коли это такъ, то паровая насадка всасывающаго инжектора должна дать возможность пару расширяться до давленія ниже атмосфернаго, т. е. быть болѣе длинной, чѣмъ у инжектора, работающаго съ водой, подводимой къ нему подъ напоромъ.

Намѣчаемые здѣсь вопросы относительно процесса расширенія пара въ насадкѣ инжектора въ присутствіи холодной воды могутъ быть разрѣшены, конечно, только опытнымъ путемъ.

До сихъ поръ мы разсматривали движеніе струи пара происходящимъ безъ сопротивленій: въ дѣйствительности же, благодаря большой скорости движенія, это сопротивленіе должно значително измѣнить запасъ кинетической- энергіи струи противъ исчисляемаго по формуламъ.

Stodola, на основаніи своихъ опытовъ, полагаетъ, что при насадкахъ до 50"‘/т длины, при діаметрахъ устья отъ (5 до Ю"1^ и небольшой конусности ихъ, эту потерю кинетической энергіи отъ тренія можно считать равной 10— 1Г)°/0 полнаго количества ея.*) По опытамъ турбино-строительнаго завода Лаваля въ Стокгольмѣ потеря энергіи выражается тѣмъ же числомъ: уменьшеніе же скорости слѣдуетъ считать равнымъ о—8° 0 теоретически вычисляемой. Результаты испытаній Büchner'а даютъ эту потерю также равной 7—8и/0, пока она зависитъ только отъ тренія; при замедленіи же струи вслѣдствіе подпора со стороны выхода потеря вт, скорости составляетъ 35—49#/0-

*) Опыты Левицкаго надъ истеченіемъ мало перегрѣтаго пара даютъ возможность заключить, что потеря составляетъ S% (Z. d. \. d. Ing., 1903 г.).

Разсмотримъ теперь вліяніе влажности пара на конечную скорость его. Для скорости имѣемъ формулу (5)

"'=91,53 Vq, — cjj-H*, х,—г, х2.

Мы полагали, что наросодержаніе въ начальномъ состояніи х,—1.

Если паръ будемъ иидводить влажнымъ, то тѣмъ самымъ уменьшаемъ численную величину члена суммы г,х,; паросодержаніе х2 въ концѣ расширенія также уменьшится, но такъ какъ сильно увеличивается г2, то подкоренное количество уменьшается.

Пусть, напримѣръ, начальное давленіе пара 10 atm. их,=1; расширеніе доводимъ до 1 atm.

По таблицамъ для насыщеннаго водяного пара находимъ

p,=U) atm.; q, —181,243; г,- 479,817; х,=1. р2 1 atm.; q2—99,570; r2- 537,146; х,=0,873

Здѣсь x2 опредѣлено по формулѣ

+ф.

11

Х2Г2 _L ф

гр і л 2 •

1а

По таблицамъ р, — 10 amt., Ф,--0,50986;

р2= 1 atm., Ф2 0,31108;

I I

—1,0618 и х,— 1.

11

1,4430 и х2=?

Вычисленіе даетъ

1,0018-j-0,19878-Д,4436х, и х2-=-0,873.

Дѣ.лая подстановку въ формулѣ для скорости, находимъ значеніе \ѵ. \Ѵ=ІІ 1,53 У 81.067-Ь іо,889= 880,5 mir.

Положимъ теперь, что х,=0,95; для х, находимт» значеніе 0.8W, п соотвѣтсгвешю для скорости будемъ имѣть

\ѵ=91,53 I ~8Г,007-4-0Д72^91,53 1/_88Д39=800,9 mtr.;

скорость уменыішлась на 19 mtr., что составляетъ около 2,27%.

Въ 1873 году Allaire взялъ патентъ на инжекторъ съ перегрѣтымъ паромъ; онъ имѣлъ въ виду главнымъ образомъ достигнуть значительнаго подогрѣванія воды; предполагалось также, что въ этомъ случаѣ къ инжектору можно подводить болѣе горячую воду. Однако, его попытка успѣха не имѣла

Изъ подсчета скорости при влажномъ парѣ видно, что для инжектора его слѣдуетъ брать въ томъ мѣстѣ котла, гдѣ сухость его наибольшая.

Присутствіе влаги въ струѣ пара невыгодно отзывается и на службѣ самой насадки. Онѣ отливаются изъ бронзы, и нужна особенно тща-

тельная формовка- и отливка, чтобы во всѣхъ мѣстахъ насадки получить однородныя по сплаву и по качеству поверхности. Въ случаѣ появленія болѣе мягкихъ мѣстъ на поверхности насадки, онѣ будутъ вытираться водой, проходящей по нимъ съ большой скоростью. Насколько важно имѣть не только въ пачалѣ службы насадки, но и по истеченіи извѣстнаго срока гладкую полированную поверхность внутри ея, можно судить но діаграммѣ 16 *). Кривыя В—Е были получены при насадкѣ, у которой въ соотвѣтствующемъ мѣстѣ оказалась пористая поверхность; такая же пористость, царапины или плохо полированная поверхность послѣ обточки при входѣ въ насадку вызоветъ сжатіе струи пара; на кривой расширинія получается направленный внизъ зубецъ. Сжатіе струи при входѣ влечетъ за собой уменьшеніе количества вытекающаго пара и пониженіе давленія во всѣхъ сѣченіяхъ насадки.

Расширеніе пара въ насадѣ впервые къ инжектору было примѣнено Schau въ 1869 году въ Германіи, наиболѣе же распространено употребленіе такихъ насадокъ въ Америкѣ. Въ употребленіе онѣ были тамъ введены еще въ 1860 году, слѣд., раньше Schau, Will. Sellers омъ.

Путемъ широко поставленныхъ опытныхъ изысканій ему удалось настолько усовершенствовать приборъ Жиффара, что въ настоящее время на многихъ желѣзныхъ дорогахъ Франціи, {Юдины изобрѣтателя, инжекторы Sellers'a считаются единственно допустимыми для постановки на паровозахъ.

Въ нижеслѣдующей таблицѣ Н. приведены результаты испытаній инжектора Sellers'a, типа 1876 г., произведенныхъ въ 1879 г. въ Бостонѣ

Т А Б Л И Д А II.

Давленіе Подача литрахъ ІІОДЫ въ въ часъ Отно- Температура Давленія пара, не-

шеніе Пита- тельной воды. Нагнетаемой ОиХиДИ МЫ Я для работы

котлѣ. Maximum. Minimum. minim. maxim. При maxim. При minim. на противодавленіе, указанное въ 1 столб.

2,10 cm- 2400 1500 0,625 20« Ц. 50» ц. 510 ц. k«. 1,10-”, cm-

4,20 , 3230 1900 0,559 — 54» я 570 я 2,30 .

6,30 , 3880 1870 0,479 — 590 я 670 я 3,50 „

00 V о 9 4270 2210 0,516 — 650 „ 69« „ 4.90 „

10,50 „ 4270 г 2490 0,586 1 — 71* , 77* , 6,80 „

*) Stodola, Dampfturbinen.

М. К. II. ВиеІГемъ; инжекторъ № (і, высота'всасыванія 1.5 mti\. сливъ закрытый. *).. яп и

Наибольшія предѣльныя температуры для питательной воды показаны для различныхъ давленій въ слѣдующей таблицѣ .1.

Т А II Л II Ц А J.

Давленіе пара. 1,4 ! 1 2,8 4,2 5,6 7,0 8,4 9,8 10,5

Температура .... 1 59° 58« 55« 55« 56« 56« 53« 53«

Если сравнимъ данныя этихъ таблицъ съ результатами, подученными Villiers при испытаніи инжектора Жяффара, то будемъ имѣть таблицу К.

Т А Г, Л іГц А К.

Инжекторъ Жнффара. - л .1" Инжекторъ Селлерса.

Р Рабочее давленіе пара. Рі Возможное 1 при немъ і противодав-I лешѳ. Отношеніе Рі: Р Рабочее давленіе пара Р Возможное при немъ противодавленіе. Рі Отношеніе Рі : Р-

2 2,13 1,075 1,10 2,10 1,9

2,5 2,75 1,1 2,3 4,20 00 00

3 3,40 1,13 Ы|1. 3,5 6.30

3,5 4.0 1,14 4,9 8,40 1,7

4 4,75 1,18 0,8 10,5 :н 1 1.5

4,5 5,35 1,19 — — , —

При рабочемъ давленіи пара въ 3,5. atm. инжекторъ Sellers'a можетъ

„ . М и

раоотать противъ давленія въ - =1 ,о < раза большаго, чѣмъ ішжек-

тор'ь Жяффара. і і:

Нъ теоріи инжектора, какъ она изложена во многихъ руководствахъ, при сходящейся конической насадкѣ очень видную роль играетъ отношеніе выходной площади паровой насадки къ наименьшему сѣченію пріемной насадки. Какъ установилъ Жиффаръ оно должно быть въ предѣлахъ 1,7—2.

*) Ргоееѳ (1. et і ivil Engi.n., XXIV.

Измѣнивъ это отношеніе, Rue*) построилъ инжекторъ, который при рабочемъ давленіи пара въ 5,5—6 atm. нагнетаетъ воду при противодавленіи въ 28—30 atm. Это возможно, конечно, при большомъ уменьшеніи количества подаваемой имъч воды. Однако преимущество одной системы инжектора передъ другой заключается не въ этомъ. Важно, чтобы инжекторъ, какъ питательный приборъ при котлѣ, давалъ возможность достаточно широко измѣнять количество подаваемой имъ воды, сообразно испарительности въ котлѣ; важно также, чтобы отношеніе между предѣльными количествами подаваемой имъ воды по возможности мало измѣнялось съ колебаніями въ давлепіи пара. Таблица II указываетъ, насколько хорошихъ результатовъ въ этомъ отношеніи удалось достигнуть съ приборомъ.

Перейдемъ теперь къ опредѣленію размѣровъ паровой насадки. Ріели насадка представляетъ коническій сходящійся конусъ, то конечное давленіе пара при выходѣ изъ нея будетъ равно 0,57 начальнаго давленія. Но одной изъ указанныхъ въ предыдущемъ формулъ, вычисляемъ скорость выхода пара.

Положимъ, что каждый kgr. пара подаетъ у kgr. воды; полное количество воды, которое нужно подать въ секунду пусть будетъ Р kgr.:

слѣдовательно, мы должны будемъ израсходовать kgr. пару въ секунду.

Удѣльный объемъ пара при выходѣ

V ' - X U+3.

Р

Объемъ вытекающаго пара будетъ ѵ.

Такъ какъ скорость выхода пара \ѵ, то площадь паровой насадки, имѣющей форму сходящагося конуса, будетъ

Р ѵ

CD =--- • .<■

У

Положимъ, что имѣется паръ 8 атм. давленія но манометру.

Въ выходномъ сѣченіи насадки давленіе его будетъ равно 0,57. 8=4,56 atm. Ріели начальное паросодержаніе х- 1, то при выходѣ х.2=0. 9685.

Скорость выхода будетъ 448,8 mir.

Примемъ, что каждый kgr. пара подаетъ 12 kgr. воды; количество воды можно опредѣлить иі въ зависимости отъ начальной н конечной температуръ ея. Пусть начальная температура воды 15° Ц. и желательно подавать воду въ котелъ нагрѣтой до 70° Ц.зяош'

*) Handbook of the Locomotive, 7 ed.,. іУ/7;і0.шгшу

1 kgr. паръ при выходѣ изъ насадки содержитъ!'

150,9184-0,9685.501.170—(536,3 калорій;

4,71 калорій содержитъ находящаяся въ смѣси съ нимъ вода. Итого 641 калорія.

Имѣемъ равенство:

571=у (70—15) н у 10,4. kgr.

Удѣльный объемъ пара ѵ=0,3765.

Если котелъ расходуетъ въ часъ 1200 kgr. воды, то въ секунду нужно подать .0,33 kgr. *).

Слѣдовательно, площадь выходного отверстія насадки будетъ

0.33. 0,3765 :1

10,4. 448.8 КВЭД* МеТр°ВЪ*

іОІ

ш =0,000026619 кв. мет. или 26,62 mm2. 11

Діаметръ выходного отверстія, долженъ,, быть, сю 5,82 у ч.,..

Если теперь расширить насадку отъ найденнаго сѣченія и дать возможность пару свободно расширяться до давленія въ конденсаціонной насадкѣ, которое примемъ равнымгь 0,3 atm. abs.**), то скорость выхода въ атомъ случаѣ будетъ:

■ ;с.і

ая

\ѵ -91,53 V 171,493—68,934489,692—558,535х,.

Для опредѣленія х2 пользуемся формулой

, !11 -л і; ‘ liili'1! . •!

гіхі .1. ф . гр Т 1 1 ■* 1 =Л*Х-* +ф -Л: гр 1 -2 ' J2 ; . ■ 1 . Ч.Г ' ; -И

и при х, = 1 •.11 •' "! 11 • —‘-=1 1 7 гр 1 * -1 1 1 і с і ' ■

«1», =0,488 ill ‘ ІІІ."..'

Ф,—0,225: 5; гр- =1,635. *2

Вычисляемъ х2 l,"llul1' .кІ.ЦсЩиП -

'Г. і2 = ■ ■ ■ і,д: / L;>‘!'і і'і 0,833. . т|і;п •

Дѣлая подстановку и производя ростъ \\7 равной 1018,7 mir. указанныя дѣйствія. находимъ

Удѣльный объемъ пара 0,833. 5,3 +0,001 Г4,42.й И,и- ■; I. пк

ско-

*) На практикѣ обыкновенно берутъ инжекторъ, подающій въ 2—3 раза большее количество воды. н:

Почти крайній предѣлъ для всасывающихъ холодную воду инжекторовъ. Смотри главу „испытаніе инжекторовъ“. о. < •• •ни

Для опредѣленія выходной площади замѣтимъ, что она должна измѣняться прямо пропорціонально объемамъ й обратно пр'опорціопально скоростямъ, т. е. и і .. АД

ы' у' \ѵ н

---=------ • 7 'РИЛП

W V \ѵ'

-оо 2,02.

, 0,000027. 4,42. 44S.8 пПАП1.)( іо1 ,

” “--------0,3765. 1018,7 ~ " °'ШШ “• 04 ш га-.

Отсюда діаметръ расширенной насадки въ концѣ ея долженъ быть

d. 12,(5

равенъ 12,Ь mm, такъ что отношеніе —j- .=■= — - ^-

Мы производили подсчетъ, не принимая во вниманіе потери скорости отъ тренія. Благодаря этой потерѣ, чтобы не тормазить движенія пара, выходное сѣченіе насадки должно быть нѣсколько увеличено въ зависимости отъ коэффиціента, представляющаго отношеніе дѣйствительной скорости къ теоретически вычисляемой.

Въ частномъ, разсматриваемомъ нами случаѣ примѣненія насадки къ инжектору остается совершенно открытымъ вопросъ, какъ оцѣнить этотъ коэффиціентъ и, слѣдовательно, насколько увеличить площадь выходного отверстія. Неопредѣленность вносить, именно, возможное паденіе давле-

нія въ насадкѣ, благодаря соприкосновенію стѣнокъ ея съ холодной водой, и зависящая отъ этого конденсація пара въ насадкѣ: данныя нѣкоторыхъ опытовъ указываютъ, что эта конденсація значительна и замѣтно отражается на вѣсѣ расходуемаго пара. *) 1

Такъ, напримѣръ, Deloy при испытаніи инжектора, работавшаго паромъ въ 7 aim. давленія, опредѣлилъ расходъ пара въ 0,205 kgr. въ секунду: при истеченіи пара въ резервуаръ, въ которомъ онъ затѣмъ конденсировался, расходъ пара черезъ тотъ же инжекторъ былъ опредѣленъ (по вѣсу конденсата) равнымъ 0,120 kgr. въ секунду; такимъ образомъ, вліяніе воды сказалось увеличеніемъ расхода пара въ 1,7 раза.

Увеличеніе количества вытекающаго пара было замѣчено также Цей-перомъ.

Всѣ вопросы относительно паровой насадки могутъ быть просто и наглядно рѣшены съ помощью энтропійной діаграммы. Мы имѣемъ шесть величинъ, изъ которыхъ часть дана, другія должны быть найдены; это давленіе пара, объемъ его, температура, энтропія, скорость и площадь того сѣченія насадки, къ которому они относятся.

*) Это, однако, плохо согласуется съ наблюдаемымъ повышеніемъ температуры питательной воды, прошедшей инжекторъ, и вычисляемымъ подогрѣваніемъ ея тѣмъ количествомъ пара, которое вычисляется по формуламъ истеченія. Разница между' температурами но наблюденію и подсчету очень мала: по опытамъ же Deloy нужно было бы ожидать большого разногласія. Въ виду этого, прпво. днмое указаніе на эти опыты абсолютнаго зпачеиія не имѣетъ и служитъ лишь иллюстраціей малаго обслѣдованія вопросовъ, связанныхъ съ работой инжектора.

Положимъ, имѣемъ паръ, начальное давленіе котораго р^-; по таблицамъ для водяныхъ паровъ намъ извѣстны температура его и онтропія. Въ системѣ прямоугольныхъ осей координатъ, абсциссами у которой служатъ энтропіи, а ординатами температуры, строимъ тепловую діаграмму (черт. 17). Процессъ истеченія, какъ и прежде, считаемъ адіабатическимъ; при X— 1., адіабата расширенія пара въ тепловой діаграммѣ изобразится прямой ab; пусть скорость пара въ точкѣ а равна \ѵ0, а въ точкѣ b—\ѵг Чтобы изъ воды 0° Ц. получить паръ, состояніе котораго идентично съ состояніемъ его въ точкѣ а нашей діаграммы, мы должны затратить Х„ единицъ тепла; оно равно площади odcabe; послѣ расширенія пара и превращенія части тепловой энергіи его въ кинетическую, онъ содержитъ въ себѣ л,, тепловыхъ единицъ; если bd соотвѣтствуетъ той температурѣ пара, а, слѣдовательно, давленію, до котораго производится расширеніе, то имѣющаяся въ парѣ теплота X,. будетъ дана площадью odbe. Мы имѣемъ:

Такъ какъ начальная скорость пара равна 0, то

"Г =

2g (Хд — Х,')

——^------- или

тѵ,2 = — “5— ^ площадь abdc.

Съ помощью топ же діаграммы мы можемъ пантн любую промежуточную скорость.

Напр., мы хотимъ знать скорость въ тотъ моментъ, когда состояпіе пара соотвѣтствуетъ точкѣ k адіабаты ab; теплота испаренія равна X' и равна площади omke.

Скорость \\' въ точкѣ k равпа

\ѵ/2 = —— = - ■ =г площадь acink.

-V .А

Теплоты испаренія Х0, X,....... и т. д. мы можемъ, зная масштабъ,

замѣнить измѣреніемъ соотвѣтствующей площади планиметромъ, или же взять ихъ но таблицамъ для насыщенныхъ паровъ воды *).

Если процессъ происходитъ не адіабатически, а по какой-либо кривой ag, то и въ этомъ случаѣ получается простое рѣшеніе для нахожденія скорости пара въ точкѣ g.

*) Очень просто рѣшается вопросъ объ опредѣленіи скорости, теплоты испаренія, паросодержанія пара и пр. по діаграммѣ I. S. Mollier’a (Z. d. V. d. Ing. 1904 г., стр. 272).

Теплота, испаренія для начальнаго состоянія дана площадью осае, въ концѣ расширенія площадью odgh; скорость истеченія, такимъ образомъ, будетъ найдена по формулѣ:

2«

\ѵ,,г — - X (площадь аЫіс — площадь ebgh).

Скорость истеченія въ этомъ случаѣ будетъ меньше: площадь ebgh представляетъ потерю тепла, благодаря неадіабатичностн процесса.

По тепловой діаграммѣ ясно видно, что для полученія наибольшей скорости, мы должны брать паръ возможно сухой.

Чѣмъ ближе кривая расширенія идетъ къ пограничной кривой х — 1 > тѣмъ меньшее количество теплоты будетъ преобразовано въ кинетическую энергію.

Предполагая, какъ и раньше, процессъ адіабатическимъ, мы можемъ вычислить скорость, задаваясь извѣстнымъ % потери энергіи. Допустимъ, что потеря составляетъ 18%; тогда на пиніи db, линіи температуры пара, до которой доводимъ расширеніе, мы откладываемъ отъ точки b отрѣзокъ bg' такой величины, чтобы площадь bg'eh' составляла 0,18 площади abdc. Въ самомъ дѣлѣ, мы при неадіабатическомъ расширеніи пара по кривой ag'i скорость его опредѣлимъ по разности площадей abdc и bg'cli'; такъ какъ bg'eh'—0,1.8 abdc, то кипетпческая энергія пара (скорость \ѵ2) будетъ

о

А -а- = 0.82 площади abdc.

2g

Итакъ съ помощью тепловой діаграммы, мы найдемъ скорость пара вт» любомъ сѣченіи его. Посмотримъ, какъ опредѣлить объемъ пара въ любомъ сѣченіи, гдѣ намъ извѣстна скорость его, или, что тоже, при томъ состояніи его, которое дано какой либо точкой на тепловой діаграммѣ.

Строимъ, какъ и прежде, тепловую діаграмму въ прямоугольныхъ осяхъ координатъ; но оси абсциссъ влѣво отъ точки О въ какомъ либо масштабѣ откладываемъ давленія пара, выраженныя въ kg/cm8; такъ какъ ось ординатъ вверхъ отъ точки О представляетъ температуры, то въ лѣвомъ квадратѣ вверху получаемъ кривую, характеризующую намъ измѣненія давленія пара въ зависимости отъ температуры его [p=f(t)]. (черт. 18).

Внизт? по оси ординатъ откладываемъ въ масштабѣ объемы пара, соотвѣтствующіе давленіямъ его р,, р', р" нт. д. и строимъ кривую М А, представляющую законъ измѣненія объемовъ отъ давленія при постоянномъ паросодержаніи х=1.

Пусть данное состояніе пара указано намъ въ тепловой діаграммѣ точкой а; мы хотимъ найти объемъ пара.

Проводимъ прямую параллельную оси абсциесъдо пересѣченія съ кривой р=1\1); изъ точки пересѣченія проводимъ вертикаль до нересѣче-

нія съ кривой v=f'j (р)х=і и вновь параллель оси абсциссъ чрезъ найденную точку пересѣченія вертикали съ кривой v=f,(p).

Изъ точки пересѣченія прямой, проходящей чрезъ а || оси абсциссъ, и пограничной кривой х—1, опускаемъ вертикаль и ищемъ точку встрѣчи съ предыдущей прямой; изъ точки пересѣченія той же прямой чрезъ а съ пограничпой кривой х=о, опускаемъ перпендикуляръ на ось абсциссъ; соединяемъ точки бис; проводя изъ а вертикаль внизъ, а изъ точки встрѣчи ея съ прямой cd горизонталь а,а', находимъ точку а', какъ пересѣченіе ея съ вертикалью, соотвѣтствующей данному давленію пара въ точкѣ а. Послѣдняя перенесена, такимъ образомъ изъ тепловой діаграммы въ діаграмму р и ѵ.

На чертежѣ показано второе построеніе для точки I».

Въ основу этого построенія положена связь между р и ѵ и энтропіей, данная уравненіемъ Кляпейрона:

г

и

. гп dp

А I . или dt

Au

£_ dt Т ‘ dp ’

Отрѣзки горизонталей между обѣими пограничными въ тепловой діаграммѣ даютъ въ извѣстномъ масштабѣ частное ресть тангенсъ

угла касательной къ кривой p=t'(t), который она дѣлаетъ съ осью t со стороны положительныхъ р (черт. 19), т. е.

Построимъ при точкѣ а уголъ а =-90—J3 и продолжимъ сторону выстроеннаго угла до пересѣченія съ адіабатой х=1 въ точкѣ е. Имѣемъ

II.»

Ьс=- V(g^= ^tg(90 - ■ ---й-

в" dt ,|

слѣдовательно, Ьс=-і^ - н отрѣзокъ Ьс даетъ въ масшабѣ А и.

||.:‘

Проектпруемъ точку а на ось абсциссъ и строимъ при а' тотъ же уголъ 'з. и отрѣзокъ 1/с'; проектируемъ его на вертикаль, соотвѣтсвую-іцѵіо давленію р въ Ь,с,; точка с, принадлежитъ кривой ри.

Извѣстно, что ѵ=и+зх; такъ какъ х=1, то

, ‘И' ' ГІ":

ѵ—и “-3.

Видимъ, что ось діаграммъ рѵ лежитъ на з выше пашей горизаталь-ной оси и, но малости величины з, съ нею совпадаетъ, т. е, с, и есть точка, принадлежащая діаграмѣ рѵ.

Тѣмъ самымъ данъ путь для построенія кривой насыщенія въ лѣвомъ нижнемъ квадрантѣ |т. е. помощью касательныхъ къ кривой p=f(t)]; по ее можно выстроить, пользуясь таблицами для паровъ воды; лѣвая пограничная кривая для х=о въ діаграммѣ рѵ, очевидно, изобразится прямой, совпадающей съ осью абсциссъ, такъ какъ величиной з мы пренебрегаемъ.

Итакъ, любую точку діаграммы тепловой мы графическимъ построеніемъ перенесемъ въ діаграмму рѵ, и въ каждый моментъ расширенія пара найдемъ занимаемый имъ объемъ.

Обратимся тепері. къ чертежу 20.

Отъ начальнаго давленія паръ расширяется до давленія р' съ потерей анергіи, равной 15°/0 (площадь b,cfe=0,15 abb,d); выстроены кривая p=f(t) и р='-?(ѵ); съ помощью указаннаго выше графическаго метода кривая расширенія пара перенесена въ лѣвый нижній квадрантъ. Для любой точки мы находимъ численную величину скорости и объемъ пара ѵ; откладывая по горизонтали, проходящей чрезъ ѵк эту скорость въ извѣстномъ масштабѣ, мы получимъ кривую скоростей, которая будетъ проходить чрезъ точку О, начало координатъ. Одна точка этой кривой, именно точка пересѣченія ея съ кривой р=«(ѵ) опредѣляется непосредственно, какъ критическая скорость, зависящая отъ давленія 0,57 начальнаго. Объему пара, который опредѣляется этой точкой, соотвѣтствуетъ устье паровой насадки. Если количество вытекающаго въ секунду пара 1 kgr., то существуетъ равенство

F.\v=Gv=v,

такъ какъ 0=1.

Отсюда вытекаетъ простой способъ нахожденія графически площадей насадки F тамъ, гдѣ паръ имѣетъ скорость \ѵ. Прямая AB проведена вертикально внизъ на разстояніи отъ оси ординатъ, которое въ масштабѣ даетъ 1 kgr. пару.

Соединямъ точку п (скорость \ѵ) съ началомъ координата и продолжаемъ прямую On до пересѣченія съ AB; имѣемъ точку q. Отрѣзокъ Aq даетъ число квадратныхъ единицъ площади; дѣйствительно, изъ подобія треугольниковъ Ons и OAq слѣдуетъ:

ns : Os=AO : Aq или Os . AO=ns. Aq или v. 1 ---vf. Aq—\vF.

Далѣе, при точкѣ q строимъ уголъ ot= 38°4' и продолжаемъ сторону его до пересѣченія съ АО въ точкѣ z; отрѣзокъ qъ равенъ d-; дѣйствительно, мы имѣемъ:

Aq=qz. cs3t. F=0,784. d2.

Откладывая отъ прямой ЛИ вправо и влѣво дю горизонталямъ

для соотвѣтствующихъ скоростей \ѵ, находимъ профиль'1 насадки, чрезъ которую въ секунду проходитъ одинъ brr. пару; пусть площадь устья ;х и выхода \і\ насадку надо сдѣлать на расходъ пара I) kg г; очевидно, что у нея площадь устья должна быть а Г) и площадь выхода рі). Такимъ образомъ мы найдемъ профиль насадки, въ которой расширеніе пара происходитъ съ принятой нами потерей эпергін и чрезъ которую протекаетъ вполнѣ опредѣленное количество пара I) kgr. въ секунду.

Мы указали уже выше особенность инжектора, отмѣченную виервые самимъ /Киффаромъ и затѣмъ Deloy *). что онъ можетъ подавать воду при противодавленіи большемъ, чѣмъ давленіе работающаго въ немъ пара, но она не была своевременно оцѣнена ими. Deloy, напримѣръ, за-замѣтилъ, что отношеніе между противодавленіемъ и давленіемъ работающаго пара равно отношенію площади выходного отверстія паровой иа-еадки къ площади устья пріемной**). Только Hamer и Davies***) обратили вниманіе на эту особенность съ практической стороны, устроивъ инжекторъ для работы мятымъ паромъ.

Мы видѣли выше, что кинетическая анергія струи получается за счетъ теплоты пара; но извѣстно, какъ мало надо сообщать пару тепла для того, чтобы поднять давленіе его отъ одной атмосферы; нанр., для полученія пара съ давленіемъ въ одну атмосферу нужно 1 kgr. воды сообщить (>37 калорій, а чтобы поднять давленіе его до 7 atm., надо добавочно собщить всего 20 калорій; въ эгомъ, вѣдь, и заключается главнымъ образомъ неэкономичность паровыхъ машинъ; даже при конденсаціи пара, когда давленіе въ цилиндрѣ ея надаетъ до 0,2 atm., паръ заключаетъ въ среднемъ до 80°/0 теплоты, необходимой для его полученія и не использованной для механической работы. Отсюда низкій коэффиціентъ полезнаго дѣйствія паровой маппшы, какъ термическаго двигателя.

Какъ велика можетъ быть энергія отработавшаго въ цилиндрахъ машины пара, т. называемаго мятаго пара, видно изъ числового примѣра.

Положимъ, что машина простого расширенія работаетъ съ начальнымъ давленіемъ пара въ 7 атм.; паросодержаніе х=1. При расширеніи пара до 1,2 атм. часть его конденсируется, но при началѣ періода сжатія количество содержимой однимъ kgr. пара воды не будетъ тоже, что въ концѣ расширенія; каково оно въ дѣйствительности, точно опредѣлить невозможно. Hirn у машинъ съ конденсаціей считаетъ, что х

*) Annul, des Mines, 1860, XVII.

**) См. выше, инжекторъ Рие, сконструированный съ отступленіемъ отъ обычнаго правила н нагнетающій воду при очепь большомъ противодавленіи.

***) Revue Industrielle, 1883.

будетъ единица; Zeuner, полагая х - 1 въ началѣ работы и паръ не перегрѣтымъ, считаетъ паросодержаніе х=0,808 и даже ниже.*)

Вудем'ь считать х — 0,8.

При истеченіи мятаго пара изъ конической сходящейся насадки въ конденсаціонную камору инжектора, давленіе въ которой можно принять

0,4jg-, давленіе у выходного отверстія будетъ 0,57.1,1 (давленіе пара, входящаго въ насадку беремъ 1,1слѣдовательно, давленіе у выхода 0,627

’ cm2

Опредѣляемъ х2 по формулѣ

r,x, ! Ф, — I- Ф.,.

T, ^2 !!

По!таГ •лицамъ при

P=l,l. (|=tl02,281; -^-=1,4283; Ф,~0,3 11833; x=0,8:

p=<>,6, (|=S5,818; -^r—1,5252; Ф2=г0,2 17341; x= ? ;

1,4283.0,8-f 0,31833=0,27341 ‘ -1,5252х2: х»=0,78.

Скорость истеченія м—91,53 V q,—<і2г, х,—г2х2 •

\v=39ü піеіг.

Мы видимъ, что она немногимъ отличается отъ скорости истеченія пара высокаго давленія чрезъ такую же насадку. Будемъ считать, что на 1 к-£г. пару притекаетъ 18 kgr. воды, имѣющей скорость 10 метровъ; такой скорости соотвѣтствуетъ напоръ въ 5,1 mir., т. е. разрѣженіе въ камерѣ должно быть около* */а атмосферы, что вполнѣ возможно. Тіо теоремѣ о количествахъ движенія имѣемъ:

39.0-j-SS. 10=19. ѵ. ,|

u V—ЗОтІг.

Такой скорости отвѣчаетъ напоръ въ 45,8 mir.; если считать для одной атмосферы высоту столба воды въ 10 mir., то струя можетъ преодолѣть, пренебрегая вредными сопротивленіями, давленіе на питательный клапанъ со стороны котла въ 4.58 атм. Это согласуется съ данными практики. По опытамъ Sellersa **) мятымъ паромъ можно нагнетать воду въ котелъ съ давленіемъ до 5 атм., при чемъ нисколько не увеличивается противодавленіе на поршень машины; при противодавленіи отъ 5 до 12

*) Zenner, Technische Thermodynamik, S. S96 и слѣл.

**) American Mashinist, 1882 г.

atm. можно работать тѣмъ же инжекторомъ, присоединяя къ нему насадку для свѣжаго пара, который даетъ окончательный сильный толченъ водѣ.

Па фиг. 21 и 22 указаны діаграммы паровой машины, снятыя индикаторомъ Ричарда для случаевъ, когда инжекторъ работалъ и пе работалъ. Въ первомъ случаѣ давленіе на задней сторонѣ поршня машины

к<т

было па 0Л4с;и., меньше, чѣмъ во второмъ*).

Инжекторъ расходуетъ около 6,5°/„ пару, производимаго котломъ; если паропроизводителыюсть котла 2000 kgr., то примѣненіе мятаго пара, когда онъ не расходуется для другихъ цѣлей, напр., отопленія, подопрѣванія воды и гір., можетъ сохранить эти 130 kgr. пара въ часъ; вода при лтомъ будетъ поступать въ котелъ при температурѣ 70—90°.

Широкому распространенію такихъ инжекторовъ однако препятствуетъ то обстоятельство, что вмѣстѣ съ мятымъ паромъ въ котелъ попадаетъ содержащееся въ немъ масло, которое, въ лучшемъ случаѣ, будетъ вызывать лишь вспѣниваніе коды въ котлѣ и тѣмъ препятствовать полученію сухого пара. Чтобы избѣжать загрязненія котла масломъ, надо по-стави гь фильтръ для мятаго пара, который прежде всего отдѣляетъ о.муль-сію воды съ масломъ и затѣмъ фильтруетъ самый паръ. При паротурбинныхъ установкахъ примѣненіе инжектора, работающаго отходящимъ паромъ, должно найти болѣе широкое распространеніе.

Иъ виду значительно большаго объема пара, имѣющаго упругость въ 1,1 атм., размѣры насадки его болѣе значительны. Опредѣленіе ихъ можетъ быть произведено по указаннымъ выше формуламъ.

и

, (іѴч / <+-

•• • •! -і ..шъ:

[ I . ■■ ■; міы щ.Г7*

о.-чГ ‘ :/

*) Pompes et machines ä eleve: lei eanx, Poillon. n

Конденсаціонная насадка.

Ниже въ главѣ о пріемной насадкѣ мы будемъ видѣть, что площадь сѣченія устья ея и форма насадки за нимъ служатъ главными рѣшающими моментами въ работѣ инжектора, какъ питательнаго прибора. Но едва ли не важнѣе,роль конденсаціонной насадки: только благодаря конденсаціи пара становится возможнымъ дѣйствіе прибора, и только съ тѣми газообразными тѣлами, которыя способны конденсироваться, можно получить приборы такого рода. М. Truchot *) удалось, именно, воспроизвести дѣйствіе инжектора, замѣняя водяной паръ струей амміачнаго газа; хотя здѣсь нѣтъ того явленія, которое мы называемъ конденсаціей, но за то на лицо явленіе быстраго поглощенія и растворенія водой струи газа. По смотря на ото. до сихъ поръ остается мало изученнымъ и выясненнымъ вліяніе размѣровъ насадки на быстроту и полноту конденсаціи, и именно въ отой части прибора, быть можетъ, еще много можно внести улучшеній, которыя будутъ способствовать общему усовершенствованію аппарата. Конденсаціонная насадка, говорить Жиффаръ представляетъ ту часть прибора, которая главнымъ образомъ путемъ опыта должна быть опредѣлена и по виду, и по размѣрамъ.**) Итого правила придерживаются и до сихъ поръ всѣ фабриканты инжекторовъ, придавая насадкѣ ту форму, которая согласно взглядовъ конструктора, должна наилучшимъ образомъ удовлетворять своему назначенію. Для каждаго инжектора она и является, быть можетъ лучшей, но только лишь для од-пихъ, вполнѣ опредѣленныхъ условій, и какъ только обстоятельства, при которыхъ приходится работать инжектору, измѣнятся и не отвѣчаютъ зтимъ условіямъ, тотчасъ же приборъ становится мало удовлетворяющимъ наличнымъ требованіямъ. Процессъ, происходящій въ отой насадкѣ, настолько сложенъ однако, что выразить и опредѣлить его точно и строго математическими формулами, представляется совершенно невозможнымъ. Можно лишь указать общее явленіе конденсаціи пара, какъ оно происходить, опредѣлить тѣ условія, которыя ей благопріятствуютъ, привести добытыя опытпымъ путемъ указанія, и уже на основаніи итого сдѣлать возможныя и полезныя заключенія.

*) La Nature, 1879.

**) Ann. <1ез Mines, XVII.

Если струя воздуха, вытекая съ большою скоростью, ударяется о поверхность воды, то мы замѣчаемъ, какъ отъ мѣста удара жидкость разгоняется, частицы ея приходятъ въ болѣе или менѣе сильное колебательное движеніе. Если скорость очень велика и вода въ мѣстѣ удара неглубока, то замѣтно даже разбрызгиваніе жидкости и разбрасываніе ея въ стороны.

При ударѣ пара о поверхность воды происходитъ то же самое, но при этомъ появляется еще и конденсація его: часть пара конденсируется въ мѣстѣ удара, другая часть его отходитъ отъ этого мѣста, паръ стелется по поверхности воды, конденсируясь въ другихъ мѣстахъ. Отсюда вытекаютъ слѣдующія два требованія по отношенію къ конденсаціонной насадкѣ.

Вытекающая изъ паровой насадки струя пара обладаетъ, какъ видѣли, очень большой скоростью, а притекающая въ конденсаціонную насадку вода идетъ сравнительно тонкимъ слоемъ. Форма конденсаціонной насадки должна быть такова, чтобы струя воды не разбивалась и не разбрызгивалась въ моментъ встрѣчи пара съ водой, но сохраняла бы вполнѣ непрерывность.

Второе требованіе,—форма и длина насадки должны быть таковы, чтобы въ нихъ дѣйствительно была возможна конденсація; если насадка къ выходному концу своему будетъ слишкомъ широка или коротка, то совершенной конденсаціи быть не можетъ.

Удается ли достигнуть полной конденсаціи при какомъ бы то ни было инжекторѣ, сказать трудно; состояніе смѣси въ моментъ ея прохожденія чрезъ устье пріемной насадки опредѣлить очень трудно, приходится дѣлать о немъ заключеніе по внѣшнему виду струи въ интервалѣ между конденсаціонной и пріемной насадкой. Струя имѣетъ по наблюденіямъ молочно-бѣлый видъ, непрозрачна, напоминая вспѣненную морскую волну. Возможно, что такой видъ придаютъ ей находящіяся въ водѣ несгустившіяся частицы пара; но такой видъ струя можетъ имѣть и въ томъ случаѣ, когда вода сильно насыщена воздухомъ, или когда внутри жидкости имѣютъ мѣсто вихревыя движенія. Zeuner*) наблюдалъ такой же точно видъ струи при водоструйныхъ аппаратахъ, если одна струя {обладала значительной скоростью.

Вода всегда содержитъ въ себѣ воздухъ; попадая съ ней въ конденсаціонную камеру, гдѣ гавленіе незначительно, и гдѣ происходитъ быстрое нагрѣваніе воды, этотъ воздухъ выдѣляется. Его количество можетъ при этомъ быть значительно большимъ, чѣмъ обычное содержаніе въ водѣ, благодаря неплотности и негерметичности всасывающей трубы и соединеній ея. Minary et Resal**) опредѣлили, напр., его

*) Technische Thermodynamik.

**) Ann. des Mines. 1862, 1, 6-я серія.

количество въ 1 литръ на 1 kgr. воды. Мы будемъ говорить еще ниже о томъ, какъ сказывается па работѣ инжектора не вполнѣ совершенная конденсація пара и примѣсь воздуха.

Если намъ извѣстны давленіе и удѣльный объемъ пара (ѵ^их-рз, т. е. главнымъ образомъ намъ нужно знать х—удѣльное иаросодержаніе), то задаваясь начальной и конечной температурами воды, мы тотчасъ же можемъ опредѣлить то количество ея. которое должно поступить одновременно съ нимъ въ конденсаціонную насадку. Положимъ, даны давленіе р,х; по таблицамъ для водяныхъ паровъ мы находимъ внѣшнюю и внутреннюю теплоты пара. Пусть въ секунду чрезъ паровую насадку вытекаетъ D kgr. пара; назовемъ чрезъ ta начальную температуру воды; конечная должна быть іс,; опредѣлимъ Р—количество воды въ kgr., необходимое для полной конденсаціи пара.

Въ D kgr. смѣси будетъ Г)х kgr. пара и 13(1—х) kgr. воды; теплота пара будетъ Dx (q-j-p-^-Apu) или, т. к. p4-Apu=r, то Dx(q-j-r); теплота воды, содержимой паромъ D(1 — х) q. Послѣ конденсаціи образуется (D-f-P) kgr. воды, которые при tc будутъ содержать (D-f P)tc единицъ тепла; теплота холодной воды Pta .

Мы имѣемъ равенство, пренебрегая незначительными потерями отъ лучеиспусканія и переноса воздухомъ,

I)x(q-j-r) x)q-|-Pta =(D-j-P) te .

Отсюда находимъ Р.

р Р(Ч-Н'Х-Е) _ ^

і|> '* іц

Раздѣляя на D, мы получаемъ

Р q-H‘x—t-e

D ~ ...........“’

выраженіе, которое даетъ намъ возможность сдѣлать нѣкоторыя заключенія о томъ, какъ измѣняется количество воды, отнесенное къ 1 kgr. пара, въ зависимости отъ его конечнаго состоянія и начальной и конечной температурь воды. Оно въ связи съ равенствомъ, получаемымъ по теоремѣ о сохраненіи количествъ движенія, является основнымъ ур—іемъ въ теоріи инжектора.

Слѣдуетъ замѣтить, однако, что оно опредѣляетъ точно лишь то количество воды, которое надо привести для кондепсаціи пара; если не желательно, чтобы дѣйствительная температура нагнетанія была выше Іе. падо ввести добавочное количество воды, которая должна поглотить теплоту, получаемую отъ превращенія при ударѣ кинетической энергіи обратно въ тепловую.

Изъ (1) видно, что ^-должно уменьшаться, если должно увеличиваться

te; чѣмъ ниже ta, тѣмъ мепыие можно вводить воды на 1 kgr. расходуемаго пара, для его конденсаціи; чѣмъ больше ітаросодержаніе х, тѣмъ большее количество воды слѣдуетъ подводить для конденсаціи. Если вытекающій паръ всегда сухъ, такъ что х = 1, то количество вводимой воды почти не зависитъ отъ суммы (q-j-r), такъ какъ съ измѣненіемъ давленія она мѣняется незначительно.

Опытъ указываетъ, что всасывающіе инжекторы могутъ работать съ высотой всасыванія до 7 mir. т. е. разрѣженіе въ конденсаціонной камерѣ достигаетъ 0,3 atm. Если принять, что въ средпемъ разрѣжепіе въ отой насадкѣ достигаетъ 0,45, то полная теплота сухого насыщеннаго пара будетъ 630 калорій. Для этого числа вычислена слѣдующая таблица, указывающая, сколько kgr. воды пужно при различныхъ ta и t„ для полной конденсаціи одного kgr. пара.

Эта таблица даетъ наглядное представленіе о томъ, какъ измѣняется Р

въ зависимости отъ начальной и конечной температуръ воды. Опа

можетъ служить для приблизительной оцѣнки работоспособности инжектора и его совершенства относительно полноты конденсаціи.

Коиденсація пара не происходитъ мгновенно, лишь только паръ, по выходѣ изъ паровой насадки, попадаетъ въ кондепсаціонпую; для этого необходимо предоставить ему извѣстное время. Продолжительность процесса измѣняется въ зависимости отъ поверхностей соприкосновенія пара съ водой; при однихъ и тѣхъ же вѣсовыхъ количествахъ пара и воды вре.мя, необходимое для конденсаціи, измѣняется въ обратномъ отношеніи къ этимъ поверхностямъ; при одной и той же поверхности соприкосновенія оно будетъ измѣняться пропорціонально вѣсу конденсируемаго пара.

Въ инжекторѣ вода подводится чрезъ кольцевое пространство, образуемое паровой и конденсаціонной пасадками; въ самой насадкѣ конусъ воды охватываетъ струю пара снаружи. При незначительной длинѣ насадки и достаточной скорости воды (до 10 mtr.) можно полагать, что въ своемъ движеніи вода направляется только стѣнками насадки и на струю не дѣйствуетъ, напр., сила тяжести. Такъ какъ вода плохой проводникъ тепла, то передача теплоты паромъ водѣ можетъ происходить лишь по поверхностямъ непосредственнаго соприкосновенія ихъ; по мѣрѣ движенія къ выходному концу насадки струя воды будетъ стѣнками ея сжиматься болѣе и болѣе, охватывая струю конденсирующагося пара. Возможно, что передъ самымъ выходомъ изъ насадки или даже съ момента встрѣчи пара и воды появляется передача теплоты и непосредственнымъ смѣшеніемъ; вѣроятно, послѣ удара струя воды идетъ болѣе тонкимъ слоемъ, чѣмъ входитъ въ насадку, происходитъ, такъ сказать, вытягиваніе слоя,

иначе переходъ отъ входной къ скорости въ 2—4 раза большей былъ бы связанъ съ разрывомъ струи; дѣйствіе пара на воду состояло бы въ

і

Начальная те.ч- Kgr. воды на 1 kgr. пара при конечной температурѣ tc.

пература tu. 20« 25» 300 83« 40« 45° 50° 55» 60« 65« 70« 75« 80» 85» 90»

5° 44.3 45;2 30 23,8 19,7 16,7 14,5 12,7 1 1 11,4 ІЮ,55 9,4 8,6 7,93 7.33 6,8 6,35

0» 31,5 24,7 20.5 17,2 14,913 11,6 110,5 9,6 8,75 8,0 7,43 6,9 6.43

7« 46.5 33,3 25.6 21,3 17,8 15,2 13,3 11,8 10,7 9,74 8,88 8,16 7,0 6,5

8« 50,5 35,3 27 22 18,3 15,7 13,7 12,13 10,9 9.9 9,051 8,28 7.64 7,1 6,6

«10 55 37,5 «,3 23 18,9 16,1 14 12.4 1U 10,1 9,18 8.4 7,73 7,17 6,66

1()о 60,5 40,0 29,3 24 19,6 16,4 14,4 12,7 11,3 10,3 9,33 8,54 7,85 7,26 6,8

И» 66,2 42.9 31.3 24,6 20 17,1 14.8 13 11,5 10,5 9,5 8,67 7,97 7,36 6,83

12* 75,6 46,2 зз 25,6 20,9. 17,6,15,1 21,3 18,115.4 155,25 11,8 10,66 9,65 8.8 8,1 7,46 6,9

13« 86,4 50 :і5 26,5 13,6 12 10,86 9,8 8,95 8,2 7,57 7,0

14« 101 Гй 37.2 28,1 22,5 19 16 14 12,3 11,1 Ю 9,1 8.3 7,67 7,1

15« 121 со 39,6 29,5 23.4 19,7 16.4 14.25 12,6 12,85 11,3 10,2 9,25 8,5 7,8 7,2

Ifi« 152 (іН 42,5 31,1 24.1 20 16,9 14,6 15 11,5 10,4 9.4 8,6 7,9 7.3

170 202 75 45,6 31 23,4, 20,7 17,4 13 151.15 11,75 10,6 9,57 8,7 8,0 7,4

180 303 86 49.6 34,5 26,6 21,5 15,4 13,4 Т2 10,8 9,74 8,9 8,13 7,5

1<)о 100 54,1 36,5 27,8 22,318,5 16 13,8 12.3 11,0 9,9 9 8,25 7,6

20о 120 59.5 39.5 ' 29,3 23,2.19,1 16,3 14,1 12,5 11,2 10.1 9,2 8,4 7,7

21» 150 65,0, 42,1 30,8 24,1'19.8 17 14.5 12,84 НА 10,3 9,3 8,5 7,8

220 200 74,4 45,4 32.4 25,P20,6 17,3 14,8 13,1 11,65 10.5 9,5 8.65 7,94

•23» _ 84,4 49,5 34.4 26,4,21,3 17.8 15,3 13,4 11.9 10,7 9.65 8,8 8,0

24» 99,2 a&jb »5.5: 27.6 22.1 18,4 15,7 13,8 12,2 10,9 9,8 8.93 8,18

25° 119 а» 38,5 29.3,25 19 16 11.1 12,4 11,1 10 9,1 8,3

26° 149 65,6 42 30,525,9 19,6 16,4 14,5 12,7 11.3 10,2 9,24 8.43

27» 74,3 45 32,2 25 20,5 17.1 14,9 13,0 11,6 10,4 9,4 8,57

28» 84.3 98.3 49 34,126.14 20,7 17,7 15.3 13,3 11,8 10,6 9.6 8,7

200 53,2 »5,2 27.4 21,5 18,2 15,7 13,6 12,0 10,8 9,73 8,85

30» — — 147 58,5 38,6|28,75 22,4 19,2 16,1 14,0 12,3 11 9,9 9,0

31« _ _ 197 65 41,4 550,3 23.3 19,5 16,6 14,4 12,6 11,2 10,1 9,1

320 — 73 44,6552 24,1 20,2 17.0 14,7 13 11,5 10,3 9,3

330 97,5 48.3 5555,8 25,4 20,5 17,6 15,1 13,2 11,7 10,5 9,5

34° 117 а 35,9 26,7 21,7 18,2 15,5 13,5 11,9 10,7

350 149 58 558,3 28 22,6 18.8 16 13,87 12,2 10,9 9,8

:ю> 41 29,4 23.5 19,5 16,5 14,2 12,5 11,1 10,0

37» 44,2 31,1 24,6 20,2 17,0 14,6 15,0 12,8 11,3 10.2

:«о '48 33 ■25,7 20,9 17*5 13,1 11,6 10,4

390 52,5 35 27 21,7 18,0 15,4 13,4 11,85 10,6

40» — “ — — 57,5 37.3 28,3 22.6 18,6 15,9 13,75 10,8

■атомъ случаѣ изъ ряда быстро слѣдующихъ другъ за другомъ толчковъ и было бы неустойчивымъ; это видно, напр.. изъ того, что нѣкоторые инжекторы прекращаютъ работу въ случаѣ толчковъ или сотрясеній вса-сыйающей трубы.

Отсюда видно, что конденсаціонная насадка по своимъ размѣрамъ къ выходному концу Должна въ каждомъ сѣченіи отвѣчать извѣстнымъ

условіямъ происходящей въ пей копдепсацін пара, т. е. состоянію смѣси; понятно также, что размѣры насадки поэтому не могутъ быть опредѣлены никакими даже приблизительными формулами, и только путемъ опыта можно опредѣлить, пригодна ли она для данныхъ условій или нѣтъ.

Можетъ возникнуть вопросъ, не лучше ли приводить въ приборъ паръ и воду въ обратномъ положеніи другъ къ другу, т. е. чтобы паровая струя охватывала струю воды. Инженеръ М. Audenet *) во Франціи производилъ опыты съ эжекторомъ конденсаторомъ Мортона, которыми имѣлось въ виду выяснить, въ какомъ случаѣ достигается большее разрѣженіе въ конденсаторѣ и въ связи съ этимъ наименьшее противодавленіе на пор шень паровой машины. Оказалось, что лучшіе результаты изъ ряда опытовъ съ пасадками различныхъ размѣровъ были въ томъ случаѣ, когда струя воды охватываетъ струю пара снаружи. Слѣдовательно, и въ инжекторѣ расположеніе струй пара и воды такъ, какъ оно выполняется, вполнѣ правильно.

Итакъ, для быстроты конденсаціи необходимо соблюденіе слѣдующихъ условій:

1) Поверхность воды должна быть по возможности велика.

Такъ какъ поверхность для даннаго объема будетъ тѣмъ больше, чѣмъ тоньше слой воды, то воду надо приводить по возможности тонкимъ слоемъ. Для того же, чтобы воды при этихъ условіяхъ было достаточно, надо имѣть по возможности большую скорость входа. При всасывающемъ инжекторѣ эта скорость создается только напоромъ, равнымъ разности между давленіями атмосфернымъ и въ конденсаціонной насадкѣ. Если эта разность есть величнпа вполнѣ опредѣленная, то тѣмъ лучше должно быть дѣйствіе прибора, чѣмъ меньше высота всасыванія, такъ какъ тѣмъ меньше будетъ вредныхъ сопротивленій, уменьшающихъ скорость и принуждающихъ къ увеличенію толщины слоя. При этомъ улучшится и механическое дѣйствіе инжектора, такъ какъ потеря при ударѣ будетъ тѣмъ меньше, чѣмъ меньше разность между скоростями ударяющихся тѣлъ. Въ слѣдующей таблицѣ указаны отношенія поверхности въ mtr.'-къ объему в'ь mtr.3 ирн различныхъ толщинахъ слоя воды въ в,/т для 1 kgr. воды.

Толщина слоя воды I 2 3 4 5 і (і 1 7 8 9 10 И 12

s Отношеніе 1 0,5 0,33 0,25 0.2 0,ш|о,Ш) 1 0,125 0,111 0 1 0,09 0,0*3

Видно, какъ быстро убываетъ эго отношеніе съ увеличеніемъ толщины слоя.

*) Ledieu, Les nouvelles machines marines.

Справедливость указаннаго положенія подтверждается результатами тѣхъ же опытовъ Aude.net. При толщинѣ слоя води въ 1 mm. было получено наибольшее разрѣженіе; при толщинѣ слоя въ 2 nun. и 0,5 min. оно было уже меньше, и въ послѣднемъ случаѣ, вѣроятно, потому, что нарушалась непрерывность струи, поверхность паромъ разрывалась.

2) Поверхность воды должна по возможности быстро мѣняться.

Это будетъ исполнено при достаточной скорости воды. Отсюда понятно требованіе, чтобы въ конденсаціонной насадкѣ всегда былъ возможно большій вакуумъ.

3) Для конденсаціи должно быть дано достаточно времени.

Это требованіе будетъ удовлетворено при достаточной длинѣ насадки. Чѣмъ больше скорости, съ которыми струя проходитъ насадку, тѣмъ длиннѣе она должна быть. Если инжекторъ хорошо работаетъ при малыхъ давленіяхъ пара, то при большихъ давленіяхъ его работа будетъ менѣе1 удовлетворительна; процентъ не конденсированнаго пара долженъ быть тѣмъ больше, чѣмъ больше скорость; разрѣженіе въ насадкѣ уменьшается и приборъ прекращаетъ, наконецъ, дѣйствіе.

4) Всѣ соединенія всасывающей трубы и инжектора съ ней должны быть абсолютно герметичны.

Проникновеніе воздуха въ конденсаціонную насадку отразится на степени разрѣженія; по помимо этого, его присутствіе вредно для процесса конденсаціи, т. к. своей плохой проводимостью тепла, онъ будетъ затруднять передачу его отъ пара къ водѣ, образуя въ послѣдней воздушныя прослойки.

Нзъ этихъ условій особенно важными для работы инжектора надо считать первыя два.

Коэффиціентъ тепло-передачи воды >.=0,155, т. е. чрезъ кв. metr. поверхности воды при толщинѣ слоя въ 1 mm. и разности температуръ поверхностей слоя въ 1° Ц. въ теченіе одной секунды проходитъ 0,155 калорій.

Если И—поверхность воды въ квадратныхъ метрахъ, z—время въ секундахъ, въ теченіе котораго происходитъ конденсація, т,—толщина слоя воды и 0—разность температуръ на поверхностяхъ слоя, то количество тепла, передаваемое внутрь слоя., будетъ:

0=

Л.Н.7..Й

(3)

Пусть начальная температура воды 15°; конечная температура пара при расширеніи его до 0,45 атм. 78°; тогда при ІІ=/=Т|—1

11 Q=9,765 калорій. ,Г! 1,1

Ко второму слою будетъ передано еще меньше, такъ какъ т( увеличивается и Й уменьшается.

J . ill

Съ другой стороны, коэффиціентъ внѣшней теплопроводности, пли коэффиціентъ, характеризующій способность воды воспринимать теплоту, согласно Peclet можно принять въ 3,2 калоріи на 1 кв. метръ въ секунду при разности температуръ въ 10.*) При той же разности температуръ 78—15=63°, 1 кв. м. въ секунду можетъ отнять отъ пара 201,6 калорій, т. е. почти въ 20 разъ болѣе. Ясно, насколько важно подводитъ воду тонкимъ слоемъ при наибольшей возможной скорости, чтобы поверхность ея быстро мѣнялась.

Итакъ, для процесса конденсаціи имѣетъ большое значеніе размѣръ входной площади для воды; это было правильно оцѣнено Жиф-фаромъ и первыми экспериментаторами, которые дѣлали насадку подвижной, чтобы урегулировать количество притекающей воды, установивъ для данной скорости притокъ ея наиболѣе тонкимъ слоемъ.

Что касается третьяго условія, то несмотря на всю важность, отъ точнаго соблюденія его приходится почти отказаться, такъ какъ иначе это было бы сдѣлано въ ущербъ компактности прибора. Длина насадки у инжекторовъ различныхъ типовъ, по отношенію къ діаметру устья пріемной насадки, колеблется въ зависимости отъ давленій пара и температуры питательной воды. Чѣмъ выше то и другая, тѣмъ длиннѣе должна быть насадка. Путемъ наблюденіи Жиффаръ установилъ, что при діаметрѣ устья, при-

нятомъ за 1, длина задней ея части

при низкихъ давленіяхъ до 3,5 атм. должна быть....... 6.

при среднихъ и высокихъ до 10 атм....................10.

при давленіяхъ очепь высокихъ........................14.

длина насадки въ передней части для всѣхъ случаевъ.. .4.

(Однако оказывается, что и такое измѣненіе длины отъ 6 до 10 мало: анализируя результаты испытаній, Жиффаръ пришелъ къ заключенію, -что плотпость струи при прохожденіи ею устья пріемной насадки равна 0,66; такъ какъ для воды оиа 1, то отсюда видно, что конденсація далеко не совершенна. Опыты Villiers’a**) указали, что только 9О°/0 пара конденсируется, а ІО0/« остается при вступленіи въ пріемную насадку еще не конденсированными; на основаніи этого, для давленій до 8 atm. длину насадки слѣдовало бы дѣлать еще нѣсколько большей, доводя ее до 14 и до 18 ври давленіяхъ высшихъ.

Намѣтимъ, что интервалъ между насадками конденсаціопной и пріемной для работы инжектора пе имѣетъ значенія; безъ него нагнетаніе

*) Этотъ коэффиціентъ зависитъ отъ скоростей, съ которыми движутся вдоль другъ друга поверхности нагрѣваемой и охлаждаемой жидкости. Указанный коэтФ. относится къ передачѣ тепла чрезъ мѣдную томко-стѣвную трубку; при непосредственномъ соприкосновеніи пара и воды онъ, вѣроятно, значитевьно больше.

**) Ami. des Mines, I860. XVII.

происходило бы такъ же успѣшно, какъ и ири немъ. Онъ дѣлается лишь для того, чтобы непосредственно можно было наблюдать, работаетъ ли инжекторъ, или почему либо дѣйствіе его прекратилось.

Необходимость въ регулированіи количества входящей воды можно видѣть изъ слѣдующаго разсмотрѣнія. Положимъ, что инжекторъ нагнетаетъ наибольшее возможное количество воды, предварительно засасывая ее на высоту 1 метра, при опредѣленномъ давленіи пара.

Представимъ себѣ, что давленіе пара увеличилось: какова бы ни была форма насадки, тотчасъ увеличится количество вытекающаго пара; для такой же успѣшной конденсаціи, какъ прежде, необходимо увеличить и количество вводимой воды. Это можетъ быть сдѣлано или съ помощью увеличенія скорости, слѣд. напора, или чрезъ увеличеніе входной площади. Нели расширеніе пара доводится до средияго давленія въ конденсаціонной насадкѣ, разрѣженіе въ ней можетъ измѣняться очень незначительно, и увеличенія скорости можно достигнуть лишь установленіемъ притока подъ напоромъ изъ верхняго бака; по увеличенія количества воды можно достигнуть, при той же скорости входа, увеличеніемъ кольцевого зазора междунасадками, отодвигая конденсаціонную къ пріемной.

Па фиг. 23 показано, что должно имѣть мѣсто при совершенномъ отсутствіи притока воды: паръ весь выходитъ чрезъ сливное отверстіе или вѣстовую трубу, не производя работы. При недостаточномъ притокѣ воды, она будетъ разбиваться паромъ на мелкія частицы, которыя частью будутъ попадалъ въ пріемную насадку, но т. к. въ послѣдней не будетъ установившагося непрерывнаго движенія струи, то не можетъ быть приподнятъ клапанъ питательной трубы, и вода въ котелъ не пойдетъ.

Коли теперь, наоборотъ, представимъ себѣ, что давленіе пара понижается, то соотвѣтственно этому уменьшаются и количество пара, и скорость его. Вода будетъ притекать въ избыточномъ количествѣ, и хотя конденсація будетъ полнѣе, по паръ не въ состояніи сообщить ей належащей скорости, и часть воды будетъ теряться чрезъ вѣстовую трубу. Если давленіе пара упадетъ еще ниже, вода будетъ имѣть столь малую кинетическую энергію, что окажется для нея невозможнымъ преодолѣть противодавленіе на клапанъ, и она въ большомъ количествѣ начнетъ сливаться чрезъ вѣстовую трубу. На фиг. 24 указанъ какъ разъ этотъ случай; такъ будетъ при достаточной'!» по размѣрамъ отверстіи слива: если же вся вода не въ состояніи будетъ выйти чрезъ вѣстовую трубу, произойдетъ тормаженіе: паръ вытолкнетъ воду изъ всасывающей трубы, тѣмъ временемъ освободится сливная камера; инжекторъ вновь заберетъ, и снова повторится тоже самое, какъ только уровень воды въ сливной камерѣ перекроетъ выходное отверстіе конденсаціонной насадки.

ЕОРІЯ II РАСЧЕТЪ ИНЖЕКТОРА.

оо.

гп

На фиг. 25 указана схематически конденсаціонная насадка инжектора Rue, у котораго положеніе ея можно мѣнять унеличивая или уменьшая кольцевой зазоръ; пунктиромъ указано крайнее переднее ея положеніе. При давленіи пара въ 6 aim. инжекторъ нагнеталъ наибольшее количество воды безъ потери чрезъ сливъ; разстояніе конца конденсаціонной насадки отъ линіи ab было пайдеио равнымъ 15 m/m; высота всасыванія была 0,3 mir. Когда давленіе пара было поднято до 8,5 atm., температура нагнетаемой воды поднялась отъ 46 до 74°Д.; такъ какъ эта температура указывала на недостатокъ приводимой воды, то насадку отодвинули еще на 10 m/m; работая безъ слива, инжекторъ нагнеталъ теперь воду ирн температурѣ въ 04,5°. При тѣхъ же начальныхъ давленіи пара и положеніи насадки уровень воды въ резервуарѣ понизили, такъ что инжекторъ долженъ былъ работать при всасываніи на 1,8 mtr.; количество подаваемой воды на 1 kgr. пару уменьшилось и температура отъ 46° поднялась до 52,5(). Конденсаціонную насадку вновь отодвинули назадъ; инжекторъ сталъ давать нормальное для него количество воды при той же температурѣ нагнетанія въ 46°.

Эти данныя опыта указываютъ, что инжекторъ съ неподвижной насадкой при измѣненіи давленій пара или высоты всасыванія, далеко не достигающей возможной предѣльной, будетъ не въ состояніи работать одинаково экономично. Насколько много можетъ быть варіацій въ положеніи насадокъ паровой и конденсаціонной относительно другъ друга указываетъ слѣдующая таблица*).

Высота вса- Давленіе Разстояніе передняго конца кондепсап. насадки отъ крайняго положенія. і

сыванія. пара. При наибольшемъ расходѣ. При наименьшемъ рае- ' ходѣ.

0, 3 mt. Ч». 25 3,5 . Си

» 6 . 15 ® лГ, Я І,° 1

4 „ 7 § 0,5 g

» 2 1,5 0,5 ;

Изъ таблицы видно, что при давленіи пара въ 6 atm. и неправильномъ положеніи насадки ипжекторъ будетъ давать воды почти столько же, сколько и при давленіи въ 2 atm.

Отсюда, между прочимъ, можно вывести такое правило для инжекторовъ съ неподвижной насадкой: ея положеніе при иаи-

') Kneass, Injectors.

меньшемъ давленіи пара, при которомъ долженъ работать инжекторъ, должно соотвѣтствовать наибольшему количеству нагнетаемой воды; въ этомъ случаѣ при высшемъ давленіи пара инжекторъ будетъ давать возможный minimum нагнетанія; если бы было сдѣлано какъ разъ обратно, т. е. положеніе конденсаціонной насадки отвѣчало бы высшему давленію пара, то при пониженіи давленія пара количество входящей воды было бы такъ велико, что инжекторъ отказалъ бы въ работѣ нрн давленіи значительно большемъ, чѣмъ низшій предѣлъ его. При неподвижной насадкѣ, слѣд., ни въ коемъ случаѣ работа инжектора при различныхъ давленіяхъ пара не можетъ быть одинаково экономичной.

Хотя меньшее количество воды подаваемой при высокихъ давленіяхъ пара отчасти должно быть приписано сильно увеличивающемуся расходу

послѣняго, что уменьшаетъ отношеніе однако столь же важную роль

будетъ играть и положеніе самой насадки, ограничивающей количество входящей воды. Ясно, что предпочтеніе въ даниомъ случаѣ надо отдать насадкѣ перестанавливаемой.

Перестановка отъ руки, однако, осложняетъ уходъ за приборомъ, и потому инжекторъ съ еамоперестанавливающейся насадкой, какъ это дѣлаетъ Sellers, (Self-adjusting Injector) является въ этомъ отношеніи наиболѣе совершеннымъ приборомъ. На фиг. 26 показана насадка этого инжектора*). Здѣсь а—паровая насадка, е—конденсаціонная, d—пріемная, b—представляетъ конецъ выточеннаго внутри шпинделя, по которому ^ идетъ небольшая струя пара предъ пускомъ инжектора въ работу; по трубѣ лѵ—притекаетъ вода, по D—наръ. Головка конденсаціонной насадки е имѣетъ видъ поршня; въ выточкахъ положены поршневыя пружины. Этого достаточно для того, чтобы камера о была почти герметически отдѣлена отъ водяной камеры g. Насадки е и d соединены между собою на рѣзьбѣ; маленькая камера служитъ входомъ въ пріемную насадку и, кромѣ того, соединяется прорѣзами съ камерой о. Ниже, за втулкой 1і, направляющей движеніе пріемной насадки, находится кранъ, чрезъ который сливается вода передъ тѣмъ, какъ начнется нагнетаніе ея въ котелъ.

Струя пара, притекающая по шпинделю, производитъ засасываніе воды; какъ только послѣдняя покажется чрезъ кранъ, шпиндель выдвигаютъ изъ насадки, паровая струя начинаетъ нагнетать воду; это указывается усилившимся истеченіемъ и но скорости, и по объему чрезъ кранъ; его закрываютъ, и тогда энергія струи преодолѣваетъ давленіе на питательный клапанъ, и вода входитъ въ котелч>. Если дѣйствіе инжектора почему либо прекратится, то это указываетъ

*) Proceed, of Inst, of Meehan. Png., 1860.

истечепіе пара чрезъ отверстіе к, въ которомъ находится пружинный клапанъ, открывающійся при повышеніи давлепія въ приборѣ до извѣстнаго предѣла; во время работы инжектора, онъ плотно прижимается къ сѣдлу атмосфернымъ давленіемъ и силой небольшой пружины.

Идея саморегулированія заключается въ слѣдующемъ: если воды притекаетъ много, то излишекъ ея чрезъ прорѣзы камеры f сливается въ камеру о: небольшого избытка давленія въ послѣдней по сравненію съ давленіемъ въ водяной камерѣ g достаточно, чтобы вся насадка передвинулась по направленію къ послѣдней; кольцевой зазоръ уменьшается, а, слѣд., и количество поступающей воды; насадка остановится какъ разъ въ томъ положеніи, когда количество поступающей воды будетъ соотвѣтствовать скорости пара и его вѣсу. Коли теперь давлепіе пара измѣнится, положимъ, возрастетъ, то при прежнемъ положеніи насадки воды будетъ поступать мало соотвѣтственно увеличившимся количеству пара и скорости струи; такъ какъ пріем-

ная насадка обладаетъ всасывающей способностью, то, при большей скорости, она возьметъ часть воды изъ камеры о. Давленіе въ послѣдней станетъ меньше, чѣмъ въ водяной камерѣ g; дѣйствуя на головку-поршень, это избыточные давленіе заставитъ насадку отойти назадъ и тѣмъ открыть большій доступъ водѣ; насадка вновь приметъ то положеніе, которое будетъ отвѣчать измѣнившимся условіямъ работы; не трудно прослѣдить, что также автоматически иасадка будетъ перестанавливаться п въ случаѣ уменьшенія давленія пара, или увеличенія и уменьшенія высоты всасыванія, т. е. при опусканіи или поднятіи уровня воды въ резервуарѣ, изъ котораго засасывается вода. Насколько совершеннѣе инжекторъ съ такой насадкой можно видѣть изъ слѣдующей таблицы, гдѣ указаны полученные опытомъ съ № Г» результаты *) и рядомъ данныя, опредѣляемыя для того же номера инжектора Жиффара по его формулѣ для maximum’а мощности: Е=28 сНУ^Т" гдѣ d—діаметръ устья пріемной насадки и р—давленіе пара въ котлѣ.

Данныя для инжектора Sellers’a получены при испытаніи на заводѣ изобрѣтателя; необходимыя для работы инжектора давленія и температуры питательной воды, при которыхъ инжекторъ перестаетъ работать, указаны среднія изъ ряда опытовъ; отклоненія весьма незначительны. Результатъ постановки саморегулирующей притокъ насадки выражается значительнымъ увеличеніемъ количества подаваемой воды; minimum Sellers’a почти до 3,5 atm. равенъ niaximum’y расхода .Жиффара.

Слѣдуетъ замѣтить еще, насколько значительно можетъ мѣняться количество подаваемой воды; ітатір. при 10,5 atm. расходъ можетъ быть измѣняемъ въ предѣлахъ 5S,(5 °/о maximum’a. Инжекторъ Sellors’a бла-

*) Peabody, Thermodynamics of the Steam Engine.

годаря большой эластичности въ подачѣ при измѣненіи давленія и высоты всасыванія въ особенности пригоденъ для паровозовъ, гдѣ давле-

іЛ £ о Ипжекторъ X» 6-й подаетъ вт> част воды въ кцг.

fl *1 äj Жиф- фаръ. Sellers съ автоматич. устанавлив. конд. насадкой.

g at" Ан fl ГЗ я х> •р ся й II ?? и Кол. вагнет.І Отнош. minim. къ maxim. Температура. Давле- Высшая темнер. іштат. воды.

О =3 X СЗ В I 1 г* fl s Пита- 1 тельнойі воды. 1 При maxim. При minim. ніе рабочаго пара, необходимое.

0,7 845 2132 ! 1800 0,845 19» 38° 34,5» 0,21 55,5»

1,4 1192 2333 1733 0,743 — 42,5 40,0 0,63 57,0

2,1 1461 2668 1600 0,600 45,5 47,0 1,1 57,0

2,8 1683 2S35 1700 0,599 ] — 49.0 50,5 1,54 55,5

3,5 1885 3057 1832 0.597 - 51,0 51.5 1,89 55,0

4,2 2066 3300 1800 0,546 — 53,0 56,0 2,4 54,5

4,9 2228 3534 1800 0,510 19,5 54,5 61,0 2,8 54,5

5,6 2379 3766 1900 0,505 19,0 56,5 62,0 3,2 55,0

6,3 2520 4000 1968 0,492 19,5 58,0 64.5 3,6 55.5

7,0 2661 416S 1834 0,456 19,0 60,0 70,5 4,1 55,5

7,7 2792 4332 1900 0,439 19,5 62,0 72,0 4,4 1 -

8,4 2921 4435 2067 0,466 19,5 64.5 72,0 4,8 57,0

9,1 3040 4565 2100 0,46 19,0 65,5 74,0 5,3 54,5

9,8 3155 4690 2234 0,476 19,0 67,0 74,5 5,7 52

10,5 3266 1 4834 1 2000 0,414 19,0 69,5 75 6,2 49,5

ніе пара подвержено постояннымъ колебаніямъ въ зависимости отъ профиля пути, а также и высота воды въ тендерѣ.

Каждый инжекторъ можетъ въ извѣстныхъ предѣлахъ измѣнять количество нагнетаемой воды. Наибольшій расходъ инжектора зависитъ отъ конечной скорости струи при выходѣ ея изъ конденсаціонной насадки; температура нагнетаемой воды будетъ низкая, такъ какъ при этомъ воды можетъ притекать въ насадку больше, чѣмъ существенно необходимо для процесса конденсаціи.

Наименьшій расходъ инжектора опредѣляется, наоборотъ, температурой нагнетаемой воды, которая пѳ можетъ быть выше нѣкоторой

предѣльной. Какъ скорость, такъ и предѣльная температура зависятъ отъ того разрѣженія, которое имѣетъ мѣсто въ конденсаціонной насадкѣ, т. е. зависятъ отъ быстроты и полноты конденсаціи. Разсмотримъ отдѣльно два процесса, происходящіе въ насадкѣ; первый—сообщеніе скорости притекающей воды, второй—конденсація пара. Пусть g, и g2—вѣса пара и воды, поступающихъ въ конденсаціонную насадку въ единицу времени, и, и и2—ихъ скорости; конечная скорость смѣси и. По теоремѣ о количествахъ движенія имѣемъ.

и

giIIi-hSau*=Si g, (п, —u)=g2 g» ___и, и

fr

»1

и—и2

u-fg2u (и—и2),

... .(4).

Если противодавленіе, которое должна преодолѣть струя для своего входа въ резервуаръ, извѣстно и неизмѣнно, то тѣмъ самымъ опредѣлена конечная скорость струи и. При этомъ противодавленіи тѣмъ больше

будетъ чѣмъ больше и, н п2.

е>і

Но iij зависитъ отъ давленія въ насадкѣ, до котораго можетъ быть произведено расширеніе пара, такъ же точно какъ и и2, будетъ ли вода засасываться или идти подъ напоромъ; въ первомъ случаѣ, если давленіе въ насадкѣ р', а давленіе атмосферы р, (въ kgr. на кв. int.),

u2 =

V Р ^ • 2g; во второмъ и2= V 2g(h-[-^ ^ \ здѣсь Іі—напоръ

» V у

въ mtr, т. ѳ. высота уровня воды въ резервуарѣ надъ осью конденсаціонной насадки, и у—плотность воды. Итакъ, наибольшій расходъ опредѣляется тѣмъ разрѣженіемъ, которое наступаетъ въ конденсаціонной насадкѣ; однако это не единственное условіе: необходимо, чтобы была въ тоже время и наиболѣе совершенная конденсація, а она, какъ видѣли, помимо количества воды, притекающаго на вѣсъ пара, зависитъ отъ времени, въ теченіе котораго можетъ происходить конденсація, или отъ длины насадки. Допустимъ, что вода притекаетъ въ количествѣ избыточномъ, но достаточномъ для того, чтобы и получалось надлежащей величины; пусть часть пара все таки остается пе конденсированнымъ; его присутствіе въ струѣ выразится увеличеніемъ объема смѣси и, слѣдовательно, уменьшеніемъ плотности; скорость же а имѣетъ уже предѣльную величину. Если площадь устья пріемной пасадки F, то въ первомъ случаѣ имѣетъ мѣсто равенство:

Fuy=gi-fg2,......(5)

а во второмъ случаѣ должно быть

b’uvl=g,+g2

(6).

Такъ какъ 7, <7, т° очевидно, что вторая часть равенства во второмъ случаѣ не можетъ быть равна таковой же въ нервомъ; часть смѣси не попадетъ въ пріемную насадку и будетъ сливаться чрезъ вѣстовую трубу, и тѣмъ самымъ уменьшится въ дѣйствительности возможное от-

• go

ношеніе

С Y »1

Допустимъ теперь, что воды приводится въ количествѣ какъ разъ достаточномъ только для конденсаціи, и нослѣдпяя происходитъ совершенно н полно. Въ итомъ случаѣ скорость смѣси и будетъ имѣть иное значеніе именно u'>u. Мамъ энергіи струи будетъ при данномъ противодавленіи неиспользована, и струя могла бы преодолѣть давленіе большее, чѣмъ то, на которое она работаетъ. Въ то же время вч> этомъ случаѣ создается, такъ сказать, нѣкоторый нредѣ.ть для несовершенства.

О*

конденсаціи, при которомъ количество нагнетаемой воды tt2 остается liegt

измѣннымъ. Пусть II представляетъ напоръ вч. метрахъ, соотвѣтствующій давленію въ резервуарѣ нагнетанія. Скорость и опредѣляется имъ такъ

Но въ дѣйствительности скорость и' больше и; ей отвѣчаетъ напоръ И', связанный соотношеніемъ

Пусть въ первомъ случаѣ плотность струи 7, во второмъ принимая 7 единицей, найдемъ, что ІИ должно быть равно два иреды-

і

дуіітія равенства даютъ намъ

или

и2

,/2

2g 2g

І = т: г......(9Ѵ

Это и есть то предѣльное зпачепіе для при кототомъ t8- будетъ

оставаться постояшіымч»; положимъ, соотвѣтственно давленію котла скорость и должна быть 30 mtr., а въ дѣйствительности і опа получается 32 mt.=u/.

Если въ насадкѣ имѣетъ мѣсто полная конденсація, то въ устьѣ пріемной.насадки не. все сѣченіе ея будетъ заполнено струей; при открытой вѣстовой трубѣ будетъ всасываться-воздухт>; при закрытомъ сливѣ

можно устроить добавочный притокъ воды, или жо увеличить притокъ воды непосредственно въ конденсаціонную камеру. Если въ насадкѣ не весь паръ конденсируется, то оставшееся количество его должно дать

302

смѣси такой объемъ, чтобы плотность была —0,88. Если коп-

денсація еще болѣе несовершенна, т. ч. получитъ значеніе меньшее 0,88, то снова излишекъ воды будетъ сливаться чрезъ вѣстовую трубу. Потеря воды чрезъ сливъ какъ въ первомъ, такъ и во второмъ случаѣ будетъ зависѣть не отъ недостатка воды, но отъ недостаточной длины* насадки или недостатка времени для конденсаціи. Если она нежелательна, то устранить ее уменьшеніемъ количества воды не удается: нужно или одновременно регулировать количество пара и воды, но при этомъ не будетъ использована возможная мощность прибора; или перемѣнить насадку на болѣе длинную, подавать болѣе холодную воду или приводить ее подъ напоромъ въ томъ же количествѣ, но болѣе тонкимъ слоемъ. Изъ предыдущаго ясно, что тотъ инжекторъ, у котораго конечная плотность смѣси при входѣ ея въ устье пріемной насадки меньше единицы, подаетъ меньше воды, чѣмъ могъ бы. Дѣйствительно, если площадь устья F, то при 7=1, и скорости и, вѣсъ Qt, который м. б. поданъ

Q =Fu.7=Fh.

При несовершенной конденсаціи плотность будетъ у' и скорость и'; вѣсъ Q2 будетъ.

Q.2=Fu7

Отношеніе дѣйствительно подаваемаго вѣса къ возможному или теоретическому Q, будетъ.

Qa__FuV____ uV

Q, Fu1 u' |/'St

(10)

Для предыдущаго примѣра Q2 составитъ 0,У4 Qti.

Присутствіе воздуха въ избыточномъ количествѣ отразится на работѣ инжектора въ томъ же направленіи. Нѣкоторое количество его, соотвѣтствующее нормальному содержанію въ водѣ, неизбѣжно; но нужно устранять все то, что способствуетъ увеличенію его въ струѣ; таковы прежде всего всѣ неплотности во всасывающей трубѣ и па фланцахъ.

Если намъ извѣстно разрѣженіе въ конденсаціонной насадкѣ и установлено, что количество воды, притекающей въ нее, достаточно для полной конденсаціи, то величина ру можетъ служить характеристикой совершенства этой насадки при данныхъ условіяхъ, по сравненію съ другимъ инжекторомъ, работающимъ при тѣхъ же условіяхъ. Непосредственно опредѣлить затруднительно; температура смѣси въ моментъ прохожденія ею устья пріемной насадки будетъ отлична отъ температуры въ нагнетательной тру-

бѣ; для точнаго опредѣленія нужно знать ее и давленіе. Можно для итого избрать два косвенныхъ пути. Если дано давленіе резервуара, куда происходитъ нагнетаніе, то мы можемъ знать скорость, съ которой вода стремится выхолить изъ него. Пусть давленіе резервуара р, а предъ устьемъ р'; тогда.

гдѣ у соотвѣтствуетъ температурѣ при давленіи р. Скорость струи, вступающей въ пріемную насадку, должна быть во всякомъ случаѣ равна или нѣсколько больше и', т. е.

Отнмъ самымъ опредѣленъ вѣсъ воды Q,, который можетъ быть поданъ; въ дѣйствительности же найдено измѣреніемъ, что подано Qa;

Для опредѣленія вторымъ путемъ необходимо знать разрѣженіе въ конденсаціонной насадкѣ. Для этого можно рекомендовать слѣдующій способъ, указываемый Цейнеромъ*). Черезъ инжекторъ пускаютъ воду подъ опредѣленнымъ напоромъ (фиг. 27); при этомъ необходимо наблюсти, чтобы вентиль на приводной трубѣ былъ открылъ на весь ходъ: па фнг. указаны лишь паровая и конденсаціонная насадки; если по конструкціи инжекторъ не допускаетъ этого, то можно предоставить водѣ сливаться чрезъ вѣстовую трубу, ио необходимо убѣдиться, что дѣйствительно выходитъ вся; для этого надо отнять паровую трубу и посмотрѣть, не наполняется ли водой паровая насадка; если это имѣетъ мѣсто, то значитъ сливное отверстіе мало; нужно будетъ либо увеличить послѣднее, либо уменьшить напоръ. Опредѣляя взвѣшиваніемъ вѣсъ вытекшей воды, но законамъ гидравлики находятъ коэффиціентъ сопротивленія. Пусть средній напоръ И: тогда

и

и>іГ.

Если площадь кольцевого зазара F въ кв. mt., то Е.\ѵ.у=вѣсу вытекающей воды=Г).

Отсюда

*) Technische Thermodynamik, Zeuner.

Установивъ паровую трубу, если она была отнята, пускаютъ инжекторъ въ работу; при этомъ, вентиль на приводной трубѣ долженъ быть въ томъ же положеніи; работу прибора слѣдуетъ урегулировать паровымъ вентилемъ такъ, чтобы не было потери чрезъ сливъ; количество взятой воды должно быть измѣрено; пусть оно будетъ (У; тогда Q': Fy—w.'

Если назовемъ чрезъ р давленіе атмосферы въ kg/mt® и р'—давленіе въ конденсаціонной насадкѣ, то при среднемъ напорѣ 1і должно имѣть мѣсто равенство:

ь+іа£_(,.ц,£

7 -'К

изъ котораго находимъ

.(13)

7 -К

Въ одномъ изъ опытовъ $ было найдено Цейиеромъ равнымъ 1,277;

т. к. % само зависитъ отъ скорости, то добавочный напоръ

р-р'

оудеп,

опредѣленъ не совсѣмъ точно. При приблизительныхъ подсчетахъ можпо ограничиться лишь такимъ опредѣленіемъ: т. к. F и у постоянны, то

I - МоУ1'.......™

Пусть, напр., (У—1S00, Q=900 kgr., h=2 mir.; опредѣляемъ IF

li'=

.2=8 mir.

Добавочный напоръ, обусловленный разрѣженіемъ, 6 mtr.; пусть высота барометра 735,5 m/m., тогда р=10000 kg-/mt2 и мы находимъ р' равнымъ

Іѵй

р'=4000—или 0,4 atm. абс.

1 mt2

Опредѣливъ р', находимъ скорости и, и и2; при данномъ давленіи резервуара, скорость и извѣстна.

Вычисляемъ

g-2 Ц|~Ц

Si u — u0 '

nr / nr f cr

Пусть опредѣлено непосредственно опытомъ; если - то

Si gi

СГ / pr f

имѣетъ мѣсто полная конденсація пара; если же то часть

gi gi

пара остается не конденсированнымъ.

Для перваго случая имѣемъ

Qi = F«T,

для второго Q2 = Ей'-/.

Отношеніе Qi- _ “V.

Q2 117 ’

такъ какъ и=н' то

Q, нл/

-у Ѵі

и при 7 = 1,

Итакъ, наибольшій расходъ инжектора обусловливается конечною скоростью струи и совершенствомъ конденсаціи, поскольку послѣдняя вліяетъ на эту скорость. Для каждаго инжектора при данныхъ условіяхъ работы существуетъ опредѣленная граница; пусть это будетъ Р kgr. воды на одинъ kgr. пара.

Если бы захотѣли увеличить Р при тѣхъ же условіяхъ, то тотчасъ бы излишекъ сталъ сливаться чрезъ вѣстовую трубу; при увеличеніи Р, необходимо должно уменьшиться и, и вся вода не въ состояніи войти в'ь устье пріемной насадки; точно также существуетъ предѣльное давленіе. на которое можетъ работать инжекторъ; если бы въ этомъ случаѣ уменьшили Р, то, хотя скорость стала бы больше, уменьшилась бы плотность струи, и поэтому въ пріемной насадкѣ была бы получена меньшая потенціальная энергія, чѣмъ при нормальномъ вѣсѣ воды; при увеличеніи Р, уменьшилась бы скорость, и въ зависимости отъ нея также точно и потенціальная энергія.

Наименьшій расходъ инжектора опредѣляется той температурой, которую имѣетъ смѣсь въ конденсаціонной камерѣ. При уменьшеніи количества воды, она будетъ нагрѣваться сильнѣе; при этомъ необходимо, чтобы температура ея была ниже, чѣмъ температура, соотвѣтствующая давленію въ насадкѣ; такъ, напр., при давленіи въ насадкѣ въ 0,4 atm., температура смѣси должпа быть ниже 75°, примѣрно 65°—70°, для того, чтобы обратнымъ испареніемъ не уменьшалось разрѣженіе въ насадкѣ.

Если давленіе въ насадкѣ р', атмосферное давленіе р, и давленіе, соотвѣтствующее температурѣ смѣси р, ,»і то при высотѣ всасыванія ht должно существовать соотношеніе:

f-, h>4- >4

(15). ! *1

Допустимъ, что температура смѣси поднялась такъ, что р, стало больше р'; если высота всасыванія осталась та же, инжекторъ откажетъ въ работѣ. То же произойдетъ, если станемъ предварительно подогрѣвать питательную воду; поэтому, при каждой высотѣ всасыванія для даннаго инжектора есть опредѣленный предѣлъ для начальной температуры воды: какъ только онъ будетъ достигнутъ, всасываніе прекратится. Инжекторъ вновь станетъ работать, если воду приводить къ нему подъ напоромъ. Но при открытомъ сливѣ здѣсь также устанавливается извѣстный предѣлъ: температура смѣси при проходѣ ею интервала между насадками не должна быть выше 85° (опыты Deloy) и какъ крайній предѣлъ 90й.

Какъ только чрезъ вѣстовую трубу у работающаго инжектора начинается выдѣленіе пара, это указываетъ на скорую возможность прекращенія имъ работы. Причина этого въ томъ, что струя въ интервалѣ начинаетъ испаряться; объемъ ея увеличивается, и она не въ состояніи войти въ пріемную насадку. Сущность дѣйствія прибора именно и заключается въ томъ, что большой объемъ пара, вытекающаго изъ паровой насадки, конденсаціей приводится къ столь малому объему, обладающему большой скоростью, что къ нему можетъ быть прибавлено значительное количество воды, которой онъ въ состояніи сообщить необходимую скорость для прохода устья пріемной насадки и достаточную кинетическую энергію для нреодолѣнія опредѣленнаго противодавленія. Чѣмъ горячѣе вода, тѣмъ большее количество ея нужно для конденсаціи пара; поэтому для подогрѣтой воды измѣненіе въ расходѣ инжектора будетъ меньше, чѣмъ для холодной; вмѣстѣ съ тѣмъ понизится и мощность инжектора. У инжекторовъ съ закрытымъ сливомъ конечная температура смѣси можетъ быть выше, доходя иногда до 105°; горячую воду до 125° могутъ подавать двойные инжекторы, о которыхъ будемъ говорить ниже.

Итакъ, опредѣляющими величинами для количества подаваемой воды всасывающимъ инжекторомъ являются скорость струи пара и температура смѣси въ конденсаціонной насадкѣ; для невсасывающаго инжектора вмѣсто температуры въ конденсаціонной насадкѣ играетъ роль температура смѣси въ интервалѣ между нею и пріемной.

Выше мы приводили формулу, опредѣляющую количество воды, необходимое для конденсаціи пара, и сдѣлали оговорку, что на самомъ дѣлѣ воды нужно привести нѣсколько больше, чтобы конечная температура tc имѣла опредѣленную величину. Приведемъ теперь для Р болѣе общее выраженіе. Положимъ, что скорость пара въ моментъ встрѣчи его съ водою и,, скорость воды—uä и скорость смѣси послѣ удара п; пусть Р означаетъ число kgr. воды, приходящейся на 1 kgr. вытекающаго пара. Кинетическая энергія пара и воды ди удара

равна-

-W-P

9<г —е

іГ-

, послѣ удара (1 -]- Р); разность ихъ представ-

ляетъ собою потерю на ударъ; выразимъ ее въ тепловыхъ единицахъ и будемъ имѣть:

Ап,2

2 г

+

А Pu.

2"

A(P-fl)u*

2g

(16).

Эта потерянная кинетическая энергія при ударѣ переходитъ обратно въ теплоту; помимо этого, часть энергіи будетъ потеряна на треніе въ насадкахъ при движеніи въ нихъ пара, воды и смѣси, но эти потери мы можемъ не вводить въ расчетъ, такъ какъ, происходя внутри прибора, онѣ, въ видѣ тепла, будутъ возвращены смѣси; итакъ скорости и„ и, и и—величины, опредѣленныя теоретически по формуламъ безъ поправокъ на потери. Если указанную выше разность энергій въ тепловыхъ единицахъ раздѣлимъ на вѣсъ воды Р, принимая теплоемкость ея постоянной и равной единицѣ, то получимъ приращеніе температуры воды A,t; мы можемъ, слѣдовательно, написать:

Au,* _ APu,8 _ А(Р-И)и-

2g

2g

2g

= PA,t....(l7).

Пусть конечное состояніе пара въ моментъ его выхода изъ паровой насадки характеризуется величинами p,vsxa; количество теплоты, находящееся въ 1 kgr. пара, будетъ

Чі-f-W

если конечная температура смѣси t*. то при конденсаціи должно быть отнято qj-f-rjXj—tc единицъ теплоты, которыя дадутъ для воды приращеніе ея температуры Ast; имѣемъ

(І» ~Ь гі*і — te = Agt.P....(18).

Конечная температура смѣси при начальной ta будетъ t. ~ іа *-р A,t —j— Aat................(18).

Послѣ подстановки въ это равенство вмѣсто A,t и A4t соотвѣтствующихъ имъ выраженій, мы получимъ

. <Ь+ЕА—'U , А (и,-—и2) , А (и2—и,2)

t°~ Р ; 2gP 1 2g Рѣшая это равенство относительно Р, найдемъ

К.......(20)

Р=

qa+rax2-te-f '2^' (и,“ и2)

(21)

t* —ta+-2g(U2—U,2)

Это и есть болѣе общее выраженіе, опредѣляющее вѣсъ воды, который долженъ быть приведенъ къ инжектору на 1 kgr. пару.

Оно отличается отъ выше указаннаго, опредѣляющаго вѣсъ воды, необходимой только для конденсаціи пара, членами, содержащими множитель А. Что касается члена (и-—и22) въ знаменателѣ, то вліяніе

его на результатъ очень мало; такъ, при и=50 mt. н u2=10 mt., онъ составляетъ лишь величину=0,3 калоріи; по величина члена, находящагося въ числителѣ зависитъ отъ формы паровой насадки. При сходящейся конической насадкѣ, какъ видѣли, энергія струи остается почти постоянной и ее можно принять въ среднемъ равной 10.300 kgr-/mtr.,

т. е. =10,300 до давленій въ 10 atm.; изъ формулы ясно видно,

что съ увеличеніемъ и количество подаваемой на единицу вѣса пара воды должно уменьшаться; такъ какъ съ повышеніемъ давленія сильно увеличивается количество вытекающаго пара, производительность инжектора воз-

д

растаетъ, но полезное дѣйствіе уменьшается. Если вмѣсто и,2 поста-

*JD

вить равную ему величину ((і,+г,х,—q2—г2х2) то мы получимъ

(1l+rj хг

Р =

2 А .. 2 .....(“2)

и -t.

Au

'“2g

Au22

Пусть p въ kgr-/mtr.2 представляетъ то давленіе, на которое долженъ работать инжекторъ, р,—давленіе въ конденсаціонной насадкѣ, которое мы принимаемъ затѣмъ равнымъ давленію въ устьѣ пріемной, р2—атмосферное давленіе= 10.000 kgr/mtr.2; h и h, —соотвѣтствующіе двумъ первымъ

напоры. Вода стремится выйти изъ котла со скоростью ur= V 2g ^; и

Т

должно быть въ крайнемъ случаѣ при полномъ почти отсутствіи сопротивленій равно и'; слѣд.,

Р—Рі

=h—h

n

(23)

пусть 1і., высота всасыванія; тогда скорость и2 опредѣляется изъ равенства

u2=V 2g(b_P<._],i)= V2g (10—h,—h2)...........(24)

Замѣняя члены, представляющіе кинетическую энергію, соотвѣтствую-нщми имъ напорами, мы получимъ для Р равенство

сь+іух,—t,e —А (h—1і,)

to -»а Ч-А (Ь—10-j-hj) ...1 '

Какъ видимъ, въ это выраженіе для Р входитъ цѣлый рядъ величинъ, опредѣляющихъ вѣсъ воды на 1 kgr. пара; отсюда видно, что при сравненіи работы инжекторовъ, нужно позаботиться объ выполненіи цѣлаго ряда условій, которыя должны сохраняться неизмѣнными при испытаніи каждаго изъ нихъ. Если намъ извѣстна температура воды te, при которой инжекторъ работаетъ безъ потери чрезъ сливное отверстіе, то этой формулой мы можемъ воспользоваться для опредѣленія возможнаго при данныхъ прочихъ условіяхъ minimum’a воды. Maximum подачи нужно опредѣлять по формулѣ, выводимой на основаніи теоремы о равенствѣ количествъ движенія, т. е.

p=u1-u

U--U,

Ниже мы будемъ говорить о томъ, насколько правильно будетъ пользоваться этой формулой для случая съ инжекторомъ, не вводя поправочнаго коэффиціента. Здѣсь же укажемъ, что при выводѣ этого соотношенія принимается плотность смѣси равной плотности воды, т. е. примѣняемъ теорему къ тому случаю, когда имѣетъ мѣсто полная конденсація пара; въ дѣйствительности же ея достигнуть можно лишь при особо благопріятныхъ условіяхъ указанныхъ ранѣе; присутствіе въ струѣ пара и воздуха скажется увеличеніемъ конечной скорости и уменьшеніемъ Р. Также точно на величинѣ Р можетъ отражаться большая или меньшая конденсація пара въ паровой насадкѣ, омываемой снаружи протекающей холодной водой, т. к. скорость пара уменьшается; Жиффаръ полагалъ, что плотность пара, вытекающаго изъ насадки, составляетъ всего 0,66 плотности его въ котлѣ. Чѣмъ сильнѣе выражена конденсація пара чрѳз'ь охлажденіе водою, тѣмъ сильнѣе вліяніе этого обстоятельства отразится на способности инжектора брать горячую воду, т. к. при увеличившемся истеченіи пара температура смѣси все-таки должна оставаться ниже соотвѣтствующей давленію въ конденсаціонной камерѣ, т. е. температура начальная въ этомъ случаѣ должна быть соотвѣтственно ниже, чѣмъ если бы паръ былъ сухой.

А*, л

сЯѵі.З.

1 1 н п

А 4

22|*ч

«і I* j

dlSa dSz, «tfj, ctS^,

ft A h ft

#ww,.2.

ЭС|ги^>^л доАлгѵѵІл -гѵряѵ ^алосп«; -Ліннллій ^сѵѵѵб^/ь. *

Фыл. 11 .

■Фѵл.. 13t.

X

'ф ^

1

#«/*. 25. #ѵѵг- 2А.

«Hja-и vv^(fu>vwv^'-<r vwsipov

ЗЦоМ Ѵѵг^<£сЛ*'ѴѴѴ£*&