U zavisnosti od vrste pogonskog fluida ejektorski kompresori se dele na:

• Ejektorske hidro kompresore
• Ejektorske gasne kompresore
• Ejektorske parne kompresore

Princip rada:

Svi ejektorski kompresori rade po principu da visoku pritisnu energiju pogomskog fluida koriste za usisavanje i komprimovanje usisanih gasova. Pritisak mešavine fluida na izlazu iz ejektora zavisan je od ulaznih pritisaka pogonskog i usisavanog fluida i od odnosa njihovih masenih protoka.

6.1 Ejektorski hidro kompresori (tečnost-gas)

Kod ovih kompresora kao pogonski fluid koristi se tečnost, najčešće voda, pomoću koje se usisavaju i komprimuju gasovi (najčešće vazduh). Zavisno od pritiska pogonske tečnosti i masenog odnosa protoka gas-tečnost moguće je komprimovati gasove do pritiska i većih od 10 bar. Zapreminski odnos protoka gas-tečnost može da se ostvari u granicama od 0 – 3 (V_g/V_t, [m³/m³]).

Komprimovani gasovi po izlasku iz ejektora praktično su oprani i najvećim delom su očišćeni od raznih zagađivača. Ovakvim postupkom komprimovanja u potpunosti se iz gasova odstranjuju prašina i druga mehanička zagađenja, kao i potpuno odstranjivanje kapljica i isparenja od raznih tečnosti (vode, ulja i dr.).

Upotreba:

Upotrebljavaju se za kompresiju gasova kod kojih se traže relativno mali protoci, a veliki pritisci (na primer kod ozoniranja pitke vode Sl.6.1), kod upumpavanja komprimovanog vazduha u hidrofor (Sl.6.2) i u mnogim drugim procesima.

Posebnu primenu imaju u prehrambenoj industriji, koja zahteva potpuno očišćen komprimovan vazduh, bez ikakvih prljavština i bez sadržaja kompresorskog ulja. Relativna vlažnost ovako komprimovanog vazduha iznosi blizu 100%, što je takođe poželjno u prehranbenoj industriji.

Na dijagramu 6.1 prikazana je zavisnost izlaznog pritiska p₃ od ulaznog pritiska pumpe p₁ = p_p i od zapreminskog odnosa usisanog vazduha i vode V₂/V₁.

Primer 6.1

Podaci: U sudu (Sl.6.3) koji se nalazi pod pritiskom p₃ = 1,6 bar treba upumpavati vazduh pomoću vode. Pritisak pogonske vode ispred ejektora p₁ = 10 bar.

Koliko kubnih metara vazduha može da se upumpa sa kubnim metrom vode?

Rešenje: Za pritisak u rezervoaru p₃ = 1,6 bar i pritisak vode ispred ejektora p₁ =10 bar, sa dijagrama 6.1 očitava se V₂/V₁= 1,1. što znači da se može upumpati 1,1 m³ vazduha sa 1 m³ vode.

Dijagram 6.2 prikazuje zavisnost odnosa manometarskih pritisaka na izlazu iz ejektora i pritiska pumpe p₃/p_p od odnosa zapreminskog protoka vazduha i vode, za uslove rada prikazanim na Sl.6.3 i Sl.6.4.

Maksimalni pritisak p₃, koji se može postići u sudu, po šemi povezivanja prikazanoj na Sl.6.3, iznosi 0,7 od pogonskog pritiska pumpe p_p, odnosno pritiska iz mreže p₁ (p3 = 0,7·p₁= 0,7·p_p), a po šemi povezivanja prikazanoj na Sl.6.4 iznosi 2,44 od pritiska pumpe p_p (p₃ = 2,44·p_p)

Primer 6.2

Podaci: Odnos pritska u rezervoaru i pritska pumpe p₃/p_p = 0,25. Traži se protok po šemi povezivanja prikazanim na Sl.6.3 i Sl.6.4?

Rešenje: Za odnos pritisaka p₃/p_p = 0,25 očitava se odnos zapreminskih protoka po Sl.6.3 V₂/V₁ = V₂/V_p= 0,75, a po Sl.6.4 V₂/V₁ = 0,9.

6.2 Ejektorski gasni kompresori

Ovi kompresori koriste se za mešanje i komprimovanje gasova. Kod ovih kompresora kao pogonski fluid upotrebljava se komprimovani gas (najčešće vazduh) pomoću kojeg se vrši usisavanje, mešanje i sabijanje usisanog gasa. Upotrebom Lavalove mlaznice brzine isticanja pogonskog gasa postaju nadzvučne, pa se mogu efikasno koristiti za postizanje relativno visokih izlaznih pritisaka.

Sl.6.5 Mešanje sagorivog gasa i vazduha

Upotreba:

Upotrebljavaju se za izvlačenje prirodnih podzemnih gasova sa niskim pritiscima pomoću drugih ili istih gasova koji se nalaze na višim pritiscima: za mešanje komprimovanih gasova različitih pritisaka radi dobijanja mešavine odgovarajućeg pritiska, za dobijanje gasnih sintera pod vrlo visokim pritiscima (nekoliko stotina bar) na primer dobijanja amonijaka.

Na Sl.6.5 je šematski prikazano usisavanje, mešanje i sabijanje sagorivog gasa i vazduha.

Na dijagramu 6.3 prikazana je zavisnost odnosa apsolutnih pritisaka pogonskog i usisavanog vazduha (p₁/p₂) od odnosa protočnih masa (m₂/m₁) za t₁ = t₂. Dijagram se može koristiti i za različite temperature t₁ i t₂ stim što se očitane vrednosti m moraju pomnožiti sa (T₁/T₂)^0,5 (T1 i T2 su apsolutne temperature pogonskogi usisavanog gasa).

Primer 6.3

Podaci: Pogonski pritisak na ulazu u ejektor iznosi p₁ = 4 bar_aps, usisavani pritisak p₂ = 0,9 bar_aps, pritisak na izlazu iz ejektora je atmosferski p₃ = 1 bar_aps. Koliki je odnos masenih protoka?

Rešenje: Za t₁= t₂ i odnose pritisaka p₁/p₂= 4/0,9 = 4,4 i p₃/p₂ = 1/0,9 = 1,11. Na Dijagramu 6.3 se očitava m = m₂/m₁ = 2,4.

6.3 Ejektorski parni kompresori

Kod ovih kompresora kao pogonski fluid upotrebljava se zasićena ili pregrejana vodena para. Pogonska para, prolaskom kroz mlaznicu, ekspandira do vrlo niskih pritisaka i u usisnu komoru ejektora ulazi sa brzinom zvuka ili nadzvučnom brzinom. U komori ejektora čestice pogonske pare zahvataju, sabijaju i i povlače sa sobom paru iz usisnog cevovoda. Odnos izlaznog i usisnog pritiska kreće se u granicama 0 – 10. Veće vrednosti odnose se na niske usisne pritiske od 0,01 – 0,1 bar_aps.

Upotreba:

Korišćenjem sveže pare kao pogonskog fluida moguće je usisavati i komprimovati istrošenu (izrabljenu) paru i ponovo je vratiti u proces. Ejektorski parni kompresori koriste se u procesima:

• isparavanja,
• hlađenja,
• kristalizacije,
• dezoksidacije,
• degasifikacije,
• sušenja,
• za kompresiju isparenja kondezovane vodene pare i
• isparenja uparivača.

Na Sl.6.4 – Sl.6.8 šematski su prikazani neki od procesa u kojima se koriste ejektorski kompresori.

Na dijagramu 6.4 sa oznakom y označena je zavisnost odnosa 1 kg masenog protoka energije mešavine na izlazu iz ejektora i 1 kg masenog protoka pogonske energije na ulazu u ejektor u zavisnosti od masenih odnosa usisavanog i pogonskog protoka umnoženim sa kvadratnim korenom iz odnosa njihovih apsolutnih temperatura y = (m₂/m₁)·(T₂/T₁)^0,5.

Sa slovnim oznakama R, T i k obeležene su gasne konstante, apsolutne temperature i izložitelji adijabate. Indeks 1 odnosi se na pogonski gas, indeks 2 odnosi se na usisavani gas, a indeks 3 na mešavinu pogonskog i usisavanog gasa na izlazu iz ejektora. Oznakom h označen je koeficijent korisnosti. Dijagram 6.4 može da se koristi za sve vrste gasova i vodene pare i za sve temperature.

gde su: T_1,2,3 – apsolutne temperature gasova u stanju mirovanja, R_1,2,3 – gasne konstante.

Primer 6.4

Podaci: Sa 1 kg pogonskog komprimovanog vazduha pritiska p₁ =11 bar_aps treba usisati 0,61 kg vazduha koji se nalazi pod pritiskom p₂ =1,1 bar_aps.

Traži se koliki se može dobiti pritisak na izlazu iz ejektora p₃:

a) kada su temperature pogonskog i usisavanog vazduha jednake t₁ = t₂ i
b) kada je temperatura pogonskog vazduha t = 800 °C, a usisavanog vazduha t₂ = 200 °C?

Rešenje: Za odnos protočnih masa m = m₂/m₁ = 0,61/1 = 0,61 iz dijagrama 6.4 očitava se y = 0,281 i koeficijent korisnosti m = 0,27.

a) Kako je za vazduh k₁= k₂ = k₃ i R₁ = R₂ = R₃ to se iz jednačine 6.2-1 za t₁ = t₂ dobija

p₃ = p₂·1,66 = 1,1·1,66 = 1,83 bar_aps.

b) Za m = 0,61 temperatura na izlazu iz ejektora iznosi

p₃ = 1,7287·1,1 = 1,9 bar_aps.

 

Na dijagramu 6.5 za k = 1,4 prikazan je odnos apsolutnih pritiska na izlazu iz ejektora i usisavanog pritiska (p₃/p₂) u zavisnost od apsolutnih dnosa pritisaka pogonskog i usisavanog vazduha p1/p2 i masenih odnosa usisavanog i pogonskog protoka (m₂/m₁). Dijagram 6.5 dat je za uslove kada i pogonski i usisavani gas imaju isti izložitelj adijabate k = 1,4 i istu temperaturu t₁ = t₂ Dijagram se može koristiti i za različite temperature pogonskog i usisavanog gasa stim što se, na dijagramu očitana vrednost m treba da pomnoži sa
(T₁/T₂)^0,5 [m = (m₂/m₁)·(T₂/T₁)^0,5].

Odavde proizilazi da, pri istim uslovima rada, sa porastom temperature pogonskog gasa usisaće se veća količina usisavanog gasa i obratno ili sa porastom temperature usisavanog gasa usisaće se manja količina usisavanog gasa i obratno. Sa T₁ obeležena je temperatura pogonskog, a sa T₂ usisavanog gasa.

Ejektori koji za pogon koriste komprimovane gasove (vazduh) mogu da se koriste i za izvlačenje i sabijanje vodene pare i raznih drugih isparenja.

Primer 6.5

Podaci: Vazduh koji se nalazi u sudu pod pritiskom p₂ =1,4 bar_aps i temperaturi t₂ = 200 °C, treba usisati i sabiti na pritisak p₃ = 2,45 bar_aps. Za pogon ejektora koristi se vazduh pod pritiskom p₃ = 12,5 bar_aps i temperaturom t₁= 200°C. Traži se koliko kg vazduha iz suda može da se usisa sa 1 kg pogonskog vazduha?

Rešenje: Za odnose pritisaka p₃/p₂ = 2,45/1,4 = 1,75 i p₁/p₂ =12,5/1,4 = 8,93 na dijagramu 6.5 očitava se m = (m₂/m₁)·(T₂/T₁)^0,5 = 0,51. Sa 1 kg pogonskog vazduha moći će da se usisa 0,51 kg vazduha iz suda.

Na dijagramu 6.6 za k = 1,135 (zasićena vodena para) prikazan je odnos apsolutnih pritiska na izlazu iz ejektora i usisavanog pritiska (p₃/p₂) u zavisnosti od apsolutnih dnosa pritisaka pogonske i usisavane vodene pare p₁/p₂ i masenih odnosa usisavanog i pogonskog protoka (m₂/m₁). Dijagram 6.6 dat je za uslove kada i pogonska i usisavana para imaju isti izložitelj adijabate k = 1,135 i iste temperature t₁ = t₂. Dijagram se može koristoti i za različite temperature pogonskoe i usisavane vodene pare stim što se, na dijagramu očitana vrednost m treba da pomnoži sa (T₁/T₂)^0,5. Odavde proizilazi da, pri istim uslovima rada, sa porastom temperature pogonske pare usisaće se veća količina usisavane pare i obratno ili sa porastom temperature usisavane pare usisaće se manja količina usisavane pare i obratno. Sa T₁ obeležena je temperatura pogonske, a sa T₂ usisavane vodene pare.

Na dijagramu 6.7 za k = 1,3 (pregrejana vodena para, i svi gasovi koji imaju k = 1,3) prikazan je odnos apsolutnih pritiska na izlazu iz ejektora i usisavanog pritiska (p₃/p₂) u zavisnost od apsolutnih odnosa pritisaka pogonske i usisavane vodene pare p1/p2 i masenih odnosa usisavanog i pogonskog protoka (m₂/m₁). Dijagram 6.7 dat je za uslove kada i pogonska i usisavana para imaju isti izložitelj adijabate k = 1,3 i iste temperature t₁ = t₂. Dijagram se može koristiti i za različite temperature pogonske i usisavane vodene pare stim što se, na dijagramu očitana vrednost m treba da pomnoži sa (T₁/T₂)^0,5. Odavde proizilazi da, pri istim uslovima rada, sa porastom temperature pogonske pare usisaće se veća količina usisavane pare i obratno ili sa porastom temperature usisavane pare usisaće se manja količina usisavane pare i obratno. Sa T₁ obeležena je temperatura pogonske, a sa T₂ usisavane vodene pare.

Primer 6.6

Podaci: Pritisak zasićene usisavane pare od p₂ = 1,1 bar_aps i temperature t₂ = 102,32 °C treba sabiti na pritisak p₃ = 2 bar_aps.

Koliko se kilograma usisavane pare m₂ može usisati sa m₁ = 1 kg pogonske pare, ako je pritisak pogonske zasićene pare p₁ = 11 bar_aps i temperatura t₁ = 184,07 °C?

Rešenje: Za odnos k = 0,135 i pritisaka p₃/p₂ = 2/1,1 = 1,81, odnos pritisaka p₁/p₂ = 11/1,1 = 10, na Dijagramu 6.6 očitava se m = (m₂/m₁)·(T₂/T₁)^0,5 = 0,61. Zbog nejednakih temperatura T₁ ≠ T₂ pogonske i usisavane pare izvršiće se korekcija pa je
m₂/m₁ = m·(T₁/T₂)^0,5 = 0,61·[(273+184,07)/(273+102,32)]^0,5 = 0,67.
Za zadate uslove sa m₁ = 1 kg pogonske pare može da se usisa m₂= 0,67 kg usisavane pare.

Primer 6.7

Podaci: Sa pogonskim pritiskom pregrejane pare pritiska p₁ = 18 bar_aps i temperature t₁ = 2800 °C treba usisati pregrejanu paru sa pritiskom p₂ = 2 bar_aps i temperaturom t₁ = 1600 °C i sabiti je na pritisak p₃= 4,5 bar_aps. Traži se koliki je odnos masenih protoka m₂/m₁.

Rešenje: Za odnose pritisaka p₃/p₂ = 4,5/2 = 2,25 i p₁/p₂ = 18/2 = 9 na dijagramu 6.7 očitava se m = (m₂/m₁)·(T₂/T₁)^0,5 = 0,29. Odnos masenih protoka iznosi
m₂/m₁ = m·(T₁/T₂)^0,5 = 0,29·[(273+280)/(273+160)]^0,5 = 0,33.