Исследование фактического значения времени вакуумирования мерной емкости эжектором

Введение. В промышленности широко распространен процесс получения технологического вакуума с помощью эжекторов, использующих кинетическую энергию струи сжатого воздуха. Выбор необходимой модели эжектора, а при создании поля эжекторов также и их количества, осуществляется исходя из соответствия характеристик эжектора основным параметрам проектируемого технологического процесса. Одной из важных характеристик эжектора, существенно влияющих на повышение производительности всей вакуумной системы в целом, является время вакуумирования мерной (тарированной) емкости. При этом в технической литературе данный параметр приводится не при максимальной глубине вакуума, производимого эжектором, и не при соответствующей этому значению величине питающего давления, а при некоторых, не вполне определенных параметрах, называемых изготовителями эжекторов оптимальными. В таких случаях невозможно точно оценить фактическое значение важного критерия. В связи с этим цель данной работы — путем экспериментальных исследований установить фактическое значение времени вакуумирования мерной (тарированной) емкости для различных типов эжекторов.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования проводились на специально спроектированном и изготовленном авторами стенде, позволяющем изучать различные параметры вакуумных эжекторов. В частности, стенд дает возможность установить точное время вакуумирования мерной емкости эжекторами, имеющими диаметр сопла от 0,1 до 4,0 мм при величине питающего давления, обеспечивающего максимальную глубину вакуума для каждой исследуемой модели. Исследования проводились с использованием наиболее популярных вакуумных эжекторов семейств VEB, VEBL, VED и VEDL производства Camozzi при заранее определенной, точно заданной величине входного питающего давления для каждого типоразмера эжектора. Фактические значения времени вакуумирования при наибольшей глубине вакуума для каждого эжектора определялись экспериментально.

Результаты исследования. Установлено, что производительность эжекторов серий VEB, VEBL, VEDL и VED отличается от данных, приведенных в каталоге фирмы-изготовителя. Необходимое время для достижения максимальной глубины вакуума каждого из эжекторов превышает на 25–40 % приведенные производителем данные, и эта «погрешность» сказывается в итоге на производительности вакуумной системы.

Обсуждение. Экспериментальные данные показали, что отличие действительных значений времени вакуумирования мерной емкости от значений, приведенных в каталогах фирмы-изготовителя эжекторов, объясняется тем, что при проведении соответствующих испытаний изготовитель ориентируется не на максимальную глубину вакуума, создаваемую эжектором, а на глубину вакуума, создаваемую неким «оптимальным» (формулировка изготовителя) значением питающего давления. Практически во всех рассмотренных авторами статьи случаях это «оптимальное» питающее давление производило вакуум, глубина которого отличалась от максимальной. В этой связи представляется целесообразным вводить корректировку величины входного питающего давления для достижения максимальной глубины вакуума для каждого типа эжектора.

Заключение. Полученные значения времени создания вакуума в одном литре объема при максимальной глубине вакуума, производимого эжектором, позволяют осуществлять более точный выбор вакуумных эжекторов в зависимости от решаемых технологических задач, обеспечить наибольшую эффективность и экономичность автоматизированных вакуумных систем. Результаты исследований могут быть использованы всеми фирмами-изготовителями эжекторов для корректировки их базовых каталогов и соответствующих рекомендаций по применению этих изделий. Дальнейшие исследования в этой области будут направлены на изучение точности геометрических форм поверхности канала эжектора, чистоты обработки и технологии их производства, влияющие на прохождение воздушного потока.

1. Savchuk SI, Umerov ED, Abdulgazis AU. Investigation of the Optimal Vacuum Depth Created by the Ejector Depending on the Value of the Supply Pressure. Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2025;25(1):43–51. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2025-25-1-43-51

2. Xinyue Hao, Jiwei Yan, Neng Gao, Volovyk O, Yifan Zhou, Guangming Chen. Experimental Investigation of an Improved Ejector with Optimal Flow Profile. Case Studies in Thermal Engineering. 2023;47:103089. https://doi.org/10.1016/j.csite.2023.103089

3. Yongzhi Tang, Zhongliang Liu, Can Shi, Yanxia Li. A Novel Steam Ejector with Pressure Regulation to Optimize the Entrained Flow Passage for Performance Improvement in MED-TVC Desalination System. Energy Conversion and Management. 2018;172(8):237–247. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.07.022

4. Tashtoush BM, Al-Nimr MA, Khasawneh MA. A Comprehensive Review of Ejector Design, Performance, and Applications. Applied Energy. 2019;240:138–172. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.185

5. Elhub B, Mat S, Sopian K, Elbreki AM, Ruslan MH, Ammar AA. Performance Evaluation and Parametric Studies on Variable Nozzle Ejector Using R134A. Case Studies in Thermal Engineering. 2018;12:258–270. https://doi.org/10.1016/j.csite.2018.04.006

6. Tao Hai, Masood Ashraf Ali, Dhahad HA, Alizadeh A, Sharma K, Sattam Fahad Almojil, et al. A Novel BiEvaporator Cooling System via Integration of Absorption Refrigeration Cycle for Waste Energy Recovery from an Ejector-Expansion Trans-Critical CO2 (EETRCC) Cycle: Proposal and Optimization with Environmental Considerations. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2023;57(12):103118. http://doi.org/10.1016/j.seta.2023.103118

7. Arvind Kumar, Surendra Yadav, Virendra Kumar, Abhishek Kulkarni. A Comprehensive Exploration of Ejector Design, Operational Factors, Performance Metrics, and Practical Applications. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2024;46:39. https://doi.org/10.1007/s40430-023-04618-8

8. Mazzelli F, Little AB, Garimella S, Bartosiewicz Y. Computational and Experimental Analysis of Supersonic Air Ejector: Turbulence Modeling and Assessment of 3D Effects. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2015;56:305–316. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2015.08.003

9. Yin-Hai Zhu, Yanzhong Li. Novel Ejector Model for Performance Evaluation on Both Dry and Wet Vapors Ejectors. International Journal of Refrigeration. 2009;32(1):21–31. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2008.08.003

10. Yuyan Hou, Fengwu Chen, Sheng Zhang, Weixiong Chen, Jiantao Zheng, Daotong Chong, et al. Numerical Simulation Study on the Influence of Primary Nozzle Deviation on the Steam Ejector Performance. International Journal of Thermal Sciences. 2022;17:107633. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2022.107633

11. Zuozhou Chen, Chaobin Dang, Eiji Hihara. Investigations on Driving Flow Expansion Characteristics inside Ejectors. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015;108(A):490–500. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.12.040

12. Sunghoon Baek, Seungbin Ko, Simon Song, Sungmin Ryu. Numerical Study of High-Speed Two-Phase Ejector Performance with R134a Refrigerant. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018;126(A):1071–1082. http://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.05.053

13. Levchenko DA, Meleychuk SS, Arseniev VM. Substantive Provision of a Method of Calculation Vortical Ejector Stage of the Vacuum Unit. Procedia Engineering. 2012;39:28–34. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.07.004

14. Kumar V, Sachdeva G. 1-D Model for Finding Geometry of a Single Phase Ejector. Energy. 2018;165(A):75–92. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.09.071

15. Arun Kumar R, Rajesh G. Physics of Vacuum Generation in Zero-Secondary Flow Ejectors. Physics of Fluids. 2018;30(6):066102. https://doi.org/10.1063/1.5030073

16. Karthick SK, Rao SM,Jagadeesh G, Reddy KP. Parametric Experimental Studies on Mixing Characteristics within a Low Area Ratio Rectangular Supersonic Gaseous Ejector. Physics of Fluids. 2016;28(7):076101. https://doi.org/10.1063/1.4954669

17. Гессе С. Сжатый воздух как носитель энергии. Москва: Фесто; 2004. 128 с. Hesse S. Compressed Air as an Energy Carrier. Moscow: Festo; 2004. 128 p. (In Russ.)

18. Goodman N, Leege BJ, Johnson PE. An Improved de Laval Nozzle Experiment. International Journal of Mechanical Engineering Education. 2021;50(2):513–537. https://doi.org/10.1177/03064190211034165

19. Moukalled F, Mangani L, Darwish M. The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics. Berlin, Heidelberg: Springer; 2016. 113 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-16874-6

20. Савчук С.И., Умеров Э.Д., Абдулгазис У.А. Стенд для оценки глубины вакуума, подводимого к специализированным присоскам, используемым в технологических процессах сервиса при эксплуатации и производстве автомобилей. Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. 2023;82(4):225–230. https://doi.org/10.34771/UZCEPU.2023.82.4.043.