وبلاگ

مقدمه
با توجه به میزان خلأ مورد نیاز، خلأسازی توسط انواع گوناگون پمپ­های خلأ و یا اجکتور صورت می­گیرد. پمپ خلأ، دستگاهی است که قادر است، بخارات سیّال را مکش نموده و ایجاد خلأ نسبی ­نماید. این نوع پمپ­ها دارای انواعی چون جابجایی، پمپ­های انتقال مومنتوم و پمپ­های تله­ای می­باشد.
اجکتور یا اینجکتور، وسیله ای است که قادر می­باشد با ایجاد خلأ، جریان گاز، مایع و یا جامد مانند پودر، گرانول و لجن را انتقال دهد، که البته براساس نوع کاربری که می ­تواند ایجاد خلأ به تنهایی، انتقال مواد، اختلاط مواد و … باشد، به آن ترموکمپرسور، ادکتور یا مکنده­ هیدرولیکی (Hydraulic exhauster) نیز گفته می­ شود، و لیکن اساس عملکرد آنها یکسان می­باشد. اجکتور در واقع نوعی پمپ خلأ است و تنها تفاوت آن این است که اساس کار آن بر پایه تبدیل انرژی سرعتی و فشاری به یکدیگر می­باشد. قسمت­ های اصلی اجکتور، شامل نازل سیال محرک، محفظه سیال محرک، بخش مکش و دیفیوزر می باشد که در شکل ۲-۱ یک نمونه اجکتور به همراه اجزای تشکیل دهنده آن نمایش داده شده است.
شکل ۲-۱ نمونه یک اجکتور و بخش های مختلف آن [۱]
در یک اجکتور جهت ایجاد خلأ از یک سیال پر فشار (سیال محرک) استفاده می­ شود. این سیال که می ­تواند بخار، هوا و یا آب باشد از طریق نازل وارد اجکتور می­ شود و در حین عبور از نازل، انرژی فشاری آن به انرژی سرعتی تبدیل می­ شود. این امر سبب می­ شود سرعت سیال افزایش یافته، فشار آن افت کند و در خروجی نازل اصطلاحاً ایجاد جت یا مکش نماید. به این ترتیب سیالی که قرار است مورد مکش قرار گیرد، از قسمت مکش به سمت محفظه اجکتور کشیده می­ شود و با سیال محرک مخلوط می­گردد. مخلوط سیال محرک و سیال مکش یافته پس از گذشتن از بخش دیفیوزر، در اثر تبدیل انرژی سرعتی به فشاری، با فشار زیاد از اجکتور خارج می­گردد.
اجکتورها در مقایسه با پمپ­های خلأ دارای هزینه اولیه و تعمیر کمتر و نگهداری ساده­تری می­باشد و از آنجا که اجکتور­ها هیچ قسمت متحرکی ندارند، بنابراین در صورت عدم وجود خوردگی نیاز به تعمیر پیدا نمی­کنند. نصب اجکتورها بسیار آسان است و کنترل عملیات نیز ساده می­باشد. یکی از خصوصیات اجکتور، اختلاط سیال محرک با سیال فرایندی است که در طراحی فرایند اهمیت داشته و لازم است مورد توجه قرار گیرد. لازم به ذکر است اجکتورها قابلیت انتقال مواد جامد و دوفازی را نیز دارند و این در حالیست که پمپ­های خلأ قادر به انجام این کار نیستند. پمپ های خلأ در مقایسه با اجکتورها دارای محاسن زیر هستند:

شرایط بخار تغذیه هیچ تأثیری بر روی سیستم عملکرد پمپ ندارد.
راه اندازی حتی در صورت نبود بخار نیز انجام پذیر است.
سیستم پمپ خلأ قابلیت عملیات کاملاً اتوماتیک را دارد.
سرعت عملیاتی پمپ خلأ بسیار بالاست.
عدم اختلاط سیال فرایندی با بخار یا ناخالصی­های دیگر.
به طور کلی موارد مصرف اجکتورها در سه دسته کلی قابل توصیف میباشند:
ایجاد خلأ
انتقال مواد که شامل پمپاژ، تهویه و …می شود.
ایجاد اختلاط بین مواد که به منظور افزایش فشار سیالات یا تبادل حرارت بین آنها می­باشد.
اساس عملکرد اجکتور
اساس کار اجکتور بر پایه اصل اولر می­باشد. بر طبق اصل اولر، مقدار انرژی یک جریان پایدار و بدون لزجت، ثابت بوده و مقدار آن برابر است با مجموع انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل و انرژی فشاری.

براساس قانون بقای انرژی، این مقدار انرژی در صورت عدم اتلاف در اثر اصطکاک همواره مقداری ثابت است. اگر در جایی بدلیل تغییر سطح مقطع، سرعت سیال کاهش یابد، این مقدار انرژی به انرژی فشاری تبدیل می­گردد و بالعکس با افزایش سرعت، فشار کاهش می­یابد.
افزایش و کاهش سرعت سیال در تجهیزاتی که سطح مقطع عبور سیال در آنها تغییر می­نماید، امکان­ پذیر می­باشد. شکل هندسی این تجهیزات بصورت همگرا یا واگرا می­باشد و وظیفه­ آنها تبدیل آنتالپی سیال به انرژی جنبشی و بالعکس است. برحسب اینکه سرعت سیال در ورودی این تجهیزات کمتر یا بیشتر از سرعت صوت باشد، دستگاه براساس شکل هندسی آن سبب افزایش یا کاهش سرعت سیال می­ شود.
در تجهیزات همگرا، سطح مقطع در امتداد جریان کم می­ شود. حال اگر سرعت سیال ورودی به این دستگاه کمتر از سرعت صوت باشد، سرعت سیال در امتداد جریان افزایش می­یابد. در این حالت به دستگاه که سبب افزایش سرعت می­ شود نازل گفته می­ شود. در واقع نازل­ها به دستگاه­هایی گفته می­ شود که با تبدیل فشار سیال به سرعت سبب افزایش سرعت سیال می­شوند. هر چه نسبت فشار ورودی نازل به فشار خروجی بیشتر باشد، سرعت سیال در قسمت انتهایی نازل افزایش خواهد یافت، تا حدی که به سرعت صوت می­رسد.
حال اگر سرعت سیال ورودی به تجهیز همگرا بیشتر از سرعت صوت باشد، سرعت آن در حین عبور از مسیر کاهش و فشار آن افزایش می­یابد. در این حالت به دستگاه که سبب کاهش سرعت و افزایش فشار می­ شود دیفیوزر گفته می­ شود. در واقع دیفیوزرها به دستگاه­هایی گفته می­ شود که با تبدیل سرعت سیال به فشار سبب افزایش فشار سیال می­شوند.
در تجهیزات واگرا، سطح مقطع در امتداد جریان زیاد می­ شود. حال اگر سرعت سیال ورودی به این دستگاه کمتر از سرعت صوت باشد، سرعت سیال در امتداد جریان کاهش می­یابد. بدین ترتیب چون دستگاه در جهت کاهش سرعت و افزایش فشار عمل کرده، لذا دیفیوزر می­باشد.
حال اگر سرعت سیال ورودی به تجهیز واگرا بیشتر از سرعت صوت باشد، سرعت آن در حین عبور افزایش و فشار آن کاهش می­یابد. در این حالت نیز، دستگاه سبب افزایش سرعت شده، بنابراین یک نازل می­باشد.
براساس آنچه گفته شد، همواره باید توجه داشت که نازل­ها سبب افزایش سرعت و دیفیوزرها سبب افزایش فشار می­شوند. پدیده تبدیل انرژی فشاری به انرژی سرعتی و بالعکس، اساس طراحی اجکتورها می­باشد که به منظور ایجاد خلأ و انتقال مواد در صنعت کاربرد فراوان دارد.
برای آنکه این پدیده را به صورت ساده، مدل و تحلیل نمود، لازم است برای جریانی از سیال که از یک مجرا عبور می­ کند، فرضیات زیر را در نظر گرفت: (فرضیات استفاده از معادله برنولی یا اولر)
جریان یک بعدی و آدیاباتیک یعنی بدون انتقال حرارت باشد.
کار محوری بر روی آن انجام نشود.
تغییرات انرژی پتانسیل و اتلاف انرژی در طول جریان نیز ناچیز باشد.
در اینصورت می­توان معادله مقابل را برای بیان رابطه بین تغییرات سطح مقطع و سرعت آن سیال بکار برد.

در اینجا M، نسبت سرعت جریان به سرعت صوت بوده و عدد ماخ نام دارد. این معادله بیان می­ کند، در یک جریان مادون صوت که مقدار M کوچکتر از یک است، با کاهش سطح مقطع در یک نازل، سرعت جریان افزایش می­یابد.
چنانچه مقدار M بزرگتر از یک و جریان ماورای صوت باشد، سرعت جریان با افزایش سطح مقطع در نازل افزایش می­یابد. بدین ترتیب با بهره گرفتن از یک نازل همگرا-واگرا، می­توان به سرعت­های بالاتر از صوت رسید. این نوع نازل­ها از سه بخش همگرا، گلوگاه و واگرا، تشکیل شده ­اند که بخش گلوگاه کمترین سطح مقطع را دارد.
در یک جریان مادون صوت که مقدار M کوچکتر از یک است، با افزایش سطح مقطع، سرعت جریان کاهش می­یابد و چنانچه مقدار M بزرگتر از یک و جریان ماورای صوت باشد، با کاهش سطح مقطع، سرعت جریان نیز کاهش می­یابد.
بنابراین با بهره گرفتن از یک دیفیوزر همگرا-واگرا، می­توان سیالی را با سرعت ماورای صوت به سرعت مادون صوت و فشار بالا رساند. این نوع دیفیوزرها از سه بخش همگرا، گلوگاه و واگرا، تشکیل شده ­اند که بخش گلوگاه کمترین سطح مقطع را دارد.