분사기

증기기관차에 사용되는 인젝터

A- 보일러, B- Needle 밸브, C- Needle 밸브 핸들, D- 스팀 및 워터 콤바인드, E- 급수, F- 콤바인딩 콘, G- 딜리버리 노즐, H- 딜리버리 챔버 및 파이프, K- 체크 밸브, L- 오버플로우

인젝터는 고압유체의 흐름을 유도하기 위해 사용되는 덕트 및 노즐 시스템으로, 저압유체가 제트 내에 유입되어 덕트를 통해 고압의 영역으로 운반됩니다.흡입구 흐름을 제어하는 밸브를 제외하고 움직이는 부품이 없는 유체 동적 펌프입니다.증기 인젝터는 기계식 펌프를 대체하여 자체 활선 또는 배기 증기를 사용하여 자체 압력에 대항하여 보일러에 냉수를 공급하는 데 사용되는 원리의 전형적인 적용입니다.처음 개발되었을 때, 그것의 작동은 거의 영구 운동처럼 역설적으로 보였기 때문에 흥미를 끌었지만, 나중에 열역학을 ^[1]사용하여 설명되었다.다른 유형의 인젝터는 공기와 같은 다른 가압된 동력 오일을 사용할 수 있습니다.

용도에 따라 인젝터는 에듀터젯 펌프, 워터 에듀터 또는 아스피레이터의 형태를 취할 수도 있습니다.이젝터는 유사한 원리로 작동하여 브레이크 시스템 등을 위한 진공 공급 연결을 형성합니다.

역사

인젝터는 1850년대 초 헨리 기파드가 발명했고 1858년 증기기관차에 사용하기 ^[2]위해 특허를 받았으며 영국에서는 샤프, 스튜어트, ^{[citation needed]}글래스고 컴퍼니에 의해 특허를 받았다.

낯설고 표면적으로 역설적인^{[according to whom?]} ^[3]^{: 5}작동 모드에서 비롯된 초기 회의론 이후, 인젝터는 기계식 ^[3]^{: 5,7}펌프의 대안으로 증기 기관차에 널리 채택되었다.

작동

인젝터는 2차 오일로 채워진 차체로 구성되며, 이 차체에 구동 오일이 주입됩니다.모티브 오일은 보조 오일이 움직이도록 유도합니다.인젝터는 여러 가지 종류가 있으며, 전반적인 효과를 높이기 위해 각각 동일한 기본 작동 원리를 반복하는 여러 단계를 거칠 수 있습니다.

증기 제트의 수렴-분사 노즐의 Venturi 효과를 사용하여 증기의 압력 에너지를 속도 에너지로 변환하여 압력을 대기압 이하로 낮추어 유체(예: 물)를 유입할 수 있습니다.수렴된 "결합 원뿔"을 통과한 후 혼합 유체가 완전히 응축되어 증기의 증발 잠열을 방출하여 물에 추가 속도를 부여합니다.응축수 혼합물은 분사 속도를 늦추는 발산 "공급 원뿔"로 들어가 운동 에너지를 보일러 압력 이상의 정압 에너지로 다시 변환하여 역류 방지 ^[4]^[5]밸브를 통해 공급되도록 합니다.

응축된 증기의 열에너지는 대부분 보일러로 환원되어 프로세스의 열효율을 높입니다.따라서 인젝터는 일반적으로 전체적으로 98% 이상의 에너지 효율을 자랑합니다. 또한 공급 펌프의 여러 가동 부품에 비해 단순합니다.

기관차 보일러의 증기 분사기

구동액은 액체, 증기 또는 기타 기체일 수 있습니다.유입되는 흡입액은 기체, 액체, 슬러리 또는 먼지가 쌓인 가스 ^[6]^[7]흐름일 수 있습니다.

주요 설계 파라미터

유체 공급 속도 및 작동 압력 범위는 인젝터의 주요 매개 변수이며 진공 압력 및 배출 속도는 이젝터의 주요 매개 변수입니다.

압축비 및 삽입비도 정의할 수 있습니다.

인젝터의 $P_{2}/P_{1}$ $P_{2}/P_{1}$ / $(\$ P_{1 $P_{2}/P_{1}$ 은 $P_{1}$ $(\$ 의 흡입 압력에 대한 인젝터 출구 $P_{2}$ $(\$ P_ ${2})$ 의 $P_{2}$ 비율로 정의됩니다.

인젝터의 $W_{s}/W_{m}$ m $(\$ 의 흡인율은 $W_{m}$ $(\$ $displaystyle W_{s$ }/{ $W_{s}$ m $})$ 의 동기로 유입 및 압축할 수 있는 $W_{s}$ (kg/h)으로 정의됩니다.

리프팅 속성

인젝터의 다른 주요 특성에는 유체 흡입 압력 요구 사항, 즉 인양 여부 등이 있습니다.

비인양식 인젝터에서는 양의 흡입구 유체 압력이 필요합니다. 예를 들어 냉수 입력은 중력에 의해 공급됩니다.

증기-콘 최소 오리피스 직경은 결합 원뿔 최소 ^[8]직경보다 크게 유지됩니다.Southern Pacific 4294에서 사용되는 Nathan 4000 인젝터는 250psi(17bar)^[9]에서 시간당 12,000US 갤런(45,000L)의 압력을 가할 수 있습니다.

리프팅 인젝터는 흡입구 오일 압력(인젝터 레벨보다 낮은 오일)에서 작동할 수 있습니다.이는 주로 ^[10]노즐의 상대적 치수에 있어 비-리프팅 유형과 다르다.

오버플로

과도한 증기나 물이 배출되려면, 특히 시동 중에 오버플로가 필요합니다.인젝터가 초기에 보일러 압력을 극복할 수 없는 경우, 오버플로우를 통해 인젝터가 물과 증기를 계속 끌어낼 수 있습니다.

체크밸브

인젝터의 출구와 보일러 사이에는 역류를 방지하기 위해 최소한 하나의 체크 밸브(기관차에서는^[5] "클랙 밸브"라고 함)가 있으며, 일반적으로 오버플로 시 공기가 흡입되지 않도록 하는 밸브가 있습니다.

배기 증기 인젝터

효율은 보일러의 활성 증기가 아닌 실린더의 배기 증기로 구동되는 다단 인젝터의 개발로 더욱 향상되었으며, 이를 통해 폐기될 수 있는 배기 증기의 잔류 에너지를 사용할 수 있었습니다.그러나 배기 인젝터는 기관차가 정지해 있는 상태에서도 작동할 수 없습니다. 나중에 배기 증기를 사용할 수 없는 경우 활선 증기의 공급이 필요할 수 있습니다.

문제

인젝터는 진동에 의해 증기 및 워터 제트가 "정지"되는 등 특정 작동 조건에서 문제가 발생할 수 있습니다.원래 인젝터는 증기와 물 조절 장치를 신중하게 조작하여 재가동해야 했으며, 1913년 Ais Gill 철도 사고의 주된 원인은 인젝터 오작동으로 인한 주의 산만이었습니다.이후 인젝터는 예를 들어 스프링이 장착된 딜리버리 콘을 사용하여 증기 제트로부터의 진공 붕괴를 감지하면 자동으로 재시동되도록 설계되었습니다.

유입되는 물이 너무 따뜻하여 결합 원뿔의 증기를 응축하는 데 효과적이지 않을 때 또 다른 일반적인 문제가 발생합니다.인젝터의 금속 본체가 너무 뜨거울 경우에도 이러한 현상이 발생할 수 있습니다(예: 장시간 사용).

진공 이젝터

일반적인 현대식 이젝터 다이어그램

분사기 기술의 추가 용도는 연속 열차 제동 시스템의 진공 분사기이며, 1889년 철도 규제법에 의해 영국에서 의무화되었습니다.진공 이젝터는 증기 압력을 사용하여 연속 열차 브레이크의 진공 파이프 및 탱크에서 공기를 빼냅니다.증기원이 준비된 증기 기관차는 견고한 단순성과 움직이는 부품의 부족으로 인해 이젝터 기술이 이상적이라고 생각했습니다.증기 기관차에는 보통 두 개의 이젝터가 있습니다. 정지 상태에서 브레이크를 해제하는 대형 이젝터와 누출로부터 진공 상태를 유지하기 위한 소형 이젝터가 있습니다.이젝터의 배기 가스는 항상 연막 박스로 향하며, 이는 블로워가 불을 끄는 데 도움이 된다는 것을 의미합니다.소형 이젝터는 때때로 크로스헤드에서 구동되는 왕복 펌프로 대체되는데, 이는 증기의 경제성이 더 높고 열차가 이동할 때만 작동해야 하기 때문입니다.

현대식 열차에서는 진공 브레이크가 공기 브레이크로 대체되어 대기압과의 차이가 커 더 작은 브레이크 실린더 및/또는 더 높은 제동력을 사용할 수 있게 되었습니다.

원칙의 조기 적용

90도 회전하는 증기 기관차의 연막 스케치.이 문서 맨 위에 있는 일반 인젝터 다이어그램과 유사합니다.

이 원리의 경험적 적용은 기관차 스모크 박스의 송풍관과 굴뚝 배치의 형태로 인젝터로 정식 개발되기 전에 증기 기관차에 널리 사용되었다.우측 스케치는 스모크 박스를 90도 회전하는 단면을 보여줍니다. 문서 상단에 있는 인젝터의 일반 다이어그램에서와 같이 이름이 다르지만 동일한 구성 요소가 있음을 알 수 있습니다.실린더에서 나오는 배기 증기는 송풍관 끝의 노즐을 통해 유도되며, 보일러에서 나오는 연도 가스를 유입시켜 연막 내부의 압력을 줄입니다.그 효과는 증기 소비율에 비례하는 정도로 화재에 대한 드래프트를 증가시켜 증기를 많이 사용할수록 열 발생이 많아지고 증기 생산도 증가한다.이 효과는 리처드 트레비틱에 의해 처음 언급되었고, 이후 초기 기관차 엔지니어들에 의해 경험적으로 개발되었습니다; 스티븐슨 로켓은 그것을 사용했고, 이것이 현대 기계와 비교하여 현저하게 향상된 성능의 많은 원인이 됩니다.

우물 펌프스

제트 펌프는 보통 우물에서 물을 퍼내는 데 사용됩니다.메인 펌프(종종 원심 펌프)는 전원이 공급되고 접지 높이에 설치됩니다.배출은 분할되어 흐름의 대부분이 시스템에서 빠져나가는 반면 흐름의 일부는 웰 지하에 설치된 제트 펌프로 되돌아갑니다.펌핑된 오일의 이 재순환된 부분은 제트에 동력을 공급하는 데 사용됩니다.제트 펌프에서 고에너지, 저질량 환류 유량은 웰에서 더 많은 유체를 구동하여 저에너지, 고질량 유량이 되며, 주 펌프의 입구로 파이프가 연결됩니다.

S 타입 펌프는 우물이나 용기의 물 제거에 유용합니다.

얕은 우물 펌프는 제트 어셈블리가 메인 펌프에 직접 부착되는 펌프로 캐비테이션 방지를 위해 약 5~8m 깊이로 제한됩니다.

딥웰 펌프는 제트가 우물 바닥에 위치한 펌프를 말합니다.딥웰 펌프의 최대 깊이는 의 내부 직경과 제트를 통과하는 속도에 의해 결정됩니다.딥웰 설치를 위한 제트 펌프의 주요 장점은 모든 기계 부품(예: 전기/가솔린 모터, 회전식 임펠러)을 지면에 배치하여 유지보수가 용이하다는 것입니다.전기 잠수 펌프의 등장으로 구동식 유정 또는 지표수 흡입구를 제외하고 제트식 유정 펌프의 필요성이 부분적으로 대체되었습니다.

다단 증기 진공 주입기

실제로 절대 100mbar 미만의 흡입 압력의 경우, 일반적으로 이젝터 단계 사이에 응축기를 포함하여 두 개 이상의 이젝터가 사용됩니다.모티브 증기의 응축은 이젝터 세트 효율을 크게 향상시킵니다.기압계 및 셸 및 튜브 표면 응축기가 모두 사용됩니다.

작동 시 2단계 시스템은 1차 고진공(HV) 이젝터와 2차 저진공(LV) 이젝터로 구성됩니다.처음에는 LV 이젝터가 작동하여 진공을 시작 압력에서 중간 압력으로 끌어내립니다.이 압력에 도달하면 HV 이젝터가 LV 이젝터와 함께 작동하여 최종적으로 필요한 압력으로 진공을 당깁니다.

동작 시 3단계 시스템은 1차 부스터, 2차 고진공(HV) 이젝터 및 3차 저진공(LV) 이젝터로 구성됩니다.2단계 시스템과 마찬가지로 처음에는 LV 이젝터가 작동하여 진공을 시작 압력에서 중간 압력으로 끌어내립니다.이 압력에 도달하면 HV 이젝터가 LV 이젝터와 함께 작동하여 진공을 낮은 중간 압력으로 당깁니다.마지막으로 부스터는 HV 및 LV 이젝터와 함께 작동하여 필요한 압력까지 진공을 당깁니다.

건축 자재

인젝터 또는 이젝터는 탄소강, 스테인리스강, 황동, 티타늄, PTFE, 탄소 및 기타 재료로 제조됩니다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ Goldfinch & Semmens (2000). How Steam Locomotives Really Work. Oxford University Press. pp. 94–98. ISBN 978-0-19-860782-3.
^ Strickland L. Kneass (1894). Practice and Theory of the Injector. John Wiley & Sons (Reprinted by Kessinger Publications, 2007 ). ISBN 978-0-548-47587-4.
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^ '증기 주입기' 지음바웰, G.W.R. 기계 연구소 스윈든 엔지니어링 협회입니다거래, 1929-30년통상 회의 - 1930년 1월 21일
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^ Power, Robert B. (1993). Steam Jet Ejectors For The Process Industries (First ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-050618-3.
^ Pullen, William Wade Fitzherbert (1900). Injectors: their Theory, Construction and Working (Second ed.). London: The Technical Publishing Company Limited. p. 51.
^ Anderson, David N.; O'Day, Russell M. H. (17 July 2013). Cab-Forward Notes Southern Pacific Railroad's Signature Locomotive (Revision 1 ed.). Sacramento, California: Gerald Rood. p. 66.
^ Tee Publishing, Ted Crawford 모델 인젝터
^ "Steam-assisted jet pump". General Electric. Retrieved 17 March 2011. United States Patent 4847043 ... recirculation of a coolant in a nuclear reactor

추가 정보

J.B. Snell (1973). Mechanical Engineering: Railways. Arrow Books. ISBN 978-0-09-908170-8.
J.T. Hodgson; C.S. Lake (1954). Locomotive Management (Tenth ed.). Tothill Press.

외부 링크

양수용 에듀터 사용

[goldfinch2-1] Goldfinch & Semmens (2000). How Steam Locomotives Really Work. Oxford University Press. pp. 94–98. ISBN 978-0-19-860782-3.

[2] Strickland L. Kneass (1894). Practice and Theory of the Injector. John Wiley & Sons (Reprinted by Kessinger Publications, 2007 ). ISBN 978-0-548-47587-4.

[k1910-3] Strickland Landis Kneass (1910). Practice and Theory of the Injector. John Wiley & Sons (Reprinted by Wentworth Press, 2019). ISBN 978-0469047891.

[4] '증기 주입기' 지음바웰, G.W.R. 기계 연구소 스윈든 엔지니어링 협회입니다거래, 1929-30년통상 회의 - 1930년 1월 21일

[goldfinch-5] Goldfinch & Semmens (2000). How Steam Locomotives Really Work. Oxford University Press. pp. 92–97. ISBN 978-0-19-860782-3.

[6] Perry, R. H. and Green, D. W. (Editors) (2007). Perry's Chemical Engineers' Handbook (8th ed.). McGraw Hill. ISBN 978-0-07-142294-9. {{cite book}}: author=범용명(도움말)이 있습니다.CS1 유지: 여러 이름: 작성자 목록(링크)

[7] Power, Robert B. (1993). Steam Jet Ejectors For The Process Industries (First ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-050618-3.

[8] Pullen, William Wade Fitzherbert (1900). Injectors: their Theory, Construction and Working (Second ed.). London: The Technical Publishing Company Limited. p. 51.

[9] Anderson, David N.; O'Day, Russell M. H. (17 July 2013). Cab-Forward Notes Southern Pacific Railroad's Signature Locomotive (Revision 1 ed.). Sacramento, California: Gerald Rood. p. 66.

[10] Tee Publishing, Ted Crawford 모델 인젝터

[11] "Steam-assisted jet pump". General Electric. Retrieved 17 March 2011. United States Patent 4847043 ... recirculation of a coolant in a nuclear reactor

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