Injektor
Injektor, izbacivač, parni izbacivač ili parna štrcaljka je uređaj nalik pumpi koji koristi Venturi efekt konvergentno-divergentne mlaznice za pretvorbu energije tlaka pobudnog fluida u energiju brzine koja stvara zonu niskog tlaka te tako privlači i uvlači usisani fluid. Nakon prolaska kroz grlo injektora, miješani fluid ekspandira što rezultira smanjenjem brzine i padom tlaka mješanog fluida uz pretvorbu kinetičke energije natrag u energiju tlaka. Fluid može biti u obliku tekućine, pare ili bilo kojeg drugog plina. Tipičan moderni injektor se sastoji od pobudnog fluida na ulazu mlaznice i konvergentno-divergentnog izlaznog otvora mlaznice. Voda, zrak, para ili bilo koji drugi fluid pod visokim tlakom omogućava pobudnu silu na ulazu.
Injektor je više složeni uređaj koji sadrži najmanje tri konusa. To se koristi za isporuku vode u parni kotao lokomotive koji koristi prednosti oslobađanja energije latentne topline isparavanja da bi povećao tlak unutar kotla. Venturi efekt, posebni slučaj Bernoullijeva principa, primjenjuje se na postupke ovog uređaja. Fluid se pod visokim tlakom pretvara u visoke brzine mlaza u grlu konvergentno-divergentne mlaznice koja stvara nizak tlak u toj točki. Nizak tlak izvlači usisani fluid u konvergentno-divergentnu mlaznicu gdje ih miješa sa pobudnim fluidom. U biti, energija pritiska ulaznog pobudnog fluida je pretvorena u kinetičku energiju u obliku brzine u grlu konvergentno-divergentne mlaznice. Kako miješani fluid ekspandira u različite difuzore, kinetička energija se pretvara natrag u energiju tlaka na samom izlazu difuzor, u skladu s Bernoullijevim načelima.
Omjer kompresije injektora, , definiran je kao omjer izlaznog tlaka i ulaznog tlaka usisanog fluida .
Omjer povlačenja injektora, Ws / Wv, definiran je kao količina pobudnog fluida Ws (u kg/h) na ulazu potrebna da komprimira iznos Wv (u kg/h) usisanog fluida.
Omjer kompresije i omjer povlačenja su ključni parametri u projektiranju injektora.
Injektor je izumio Francuz, Henri Giffard 1858. godine i patentiran je u Velikoj Britaniji od Messrs Sharp Stewart & Co. of Glasgow. Pogonska sila na ulazu bila je omogućena odgovarajućim fluidom pod visokim tlakom. Injektor je prvobitno korišten u kotlovima parnih lokomotiva za ubrizgavanje ili pumpanje napojne vode u i iz kotla. Sastojao od tijela koje sadrži niz od tri ili više mlaznica, "konusa" ili "cijevi". Para je prošla kroz mlaznicu koja je smanjila svoj tlak ispod atmosferskog i povećala brzinu pare. Svježa voda je bila uvučena pomoću mlaza pare te su para i voda ušle u konergentno “kombinirani konus” koji ih je temeljito pomiješao tako da voda kondenzira paru. Kondenzirana mješavina je potom ušla u divergentno “transportni konus” koji je usporio mlaz, i na taj način izgradio pritisak iznad kotla. Preljevanje je bilo potrebno za višak pare ili vode da bi se dobio iscjedak, i to osobito na početku samog procesa. Bio je potreban najmanje jedan nepovratni ventil između izlaza mlaznice i kotla da bi se sprječilo protjecanje, i obično još jedan ventil koji je sprječavao usisavanje zraka u samo protjecanje.
Nakon početnog skepticizma koji je proizašao iz nepoznatih i površnih paradoksalnih načina djelovanja, injektor je bio širom prihvaćen kao alternativa mehaničkim pumpama pri upravljanjau parnih lokomotiva. Injektori su bili jednostavni i pouzdani te termički efikasni.
Učinkovitost je dodatno poboljšana razvojem višestupanjskog injektora koji nije bio pokretan živom parom iz kotla nego ispušnim parama iz cilindra. Ovakvim postupcima korištena je preostala energija koja bi inače bila neiskorištena. Parna lokomotiva je dominirala željezničkim prometom od sredine 19. stoljeća do sredine 20. stoljeća, nakon kojeg je parna lokomotiva zastarjela. Glavnu ulogu tada preuzimaju dizel lokomotiva i električna lokomotiva.
Korištenje injektora je u raznim industrijskim primjenama (programima) postalo sasvim uobičajeno zbog svoje relativne jednostavnosti i prilagodljivosti.
Na primjer:
- Za ubrizgavanje kemikalija u manje, čvrste i niskotlačne kotlove; u velikim visokotlačnim modernim kotlovima korištenje štrcaljke za kemijsko doziranje nije moguće zbog njihovih ograničenih vanjskim tlakova.
- Za termoelektrane u kojima se koriste za uklanjanje pepela koji se nalazi na samom dnu kotla, za uklanjanje letećeg pepela od elektrostatičog precipitata koji je naviknut maknuti taj pepeo iz dimnih plinova kotlovnice, te za stvaranje vakuuma u ispušnim kondenzatorima parne turbine.
- Za uporabu u proizvodnji vakuuma u parno-mlaznim rashladnim sustavima.
- Za opsežno rukovanje žitaricama i ostalim zrnastim ili praškastim materijalima
- Građevinarstvo ih koristi za transportiranje mutne vode.
- Neki zrakoplovi (uglavnom starijeg dizajna) koriste injektor pričvršćen na trup aviona da bi osigurali vakuum za žiroskopske instrumente. Slični uređaji nazvani aspiratori bazirani su na istim operacijskim principima koji se koriste u laboratorijima za stvaranje djelomičnog vakuuma i za medicinsku svrhu kod usisavanja sluzi ili tjelesne tekućine.
U praksi, za usisavanje tlaka ispod 100 mbar apsolutno, biti će upotrijebljeno više injektora obično sa kondenzatorom između etapa. Kondenzacijom pogonske pare uvelike se poboljšava učinkovitost samog injektora.
Injektori ili izbacivači najčešće se proizvode od materijala: ugljični čelik, nehrđajući čelik, titan, PTFE-a.
