Струминні насоси
Струминний насос - це пристрій для нагнітання або відсмоктування рідких або газоподібних речовин, транспортування гідросумішей, дія якого заснована на захопленні нагнітаємої (відкачуваної) речовини струменем рідини, пари або газу.
Серед всієї напірної техніки струминні насоси найпростіші за типом конструкції та принципом дії. Внаслідок простоти конструкції забезпечується надійність апаратів, які можуть бути одноступінчастими або багатоступінчастими, і застосовуватися для різних цілей і потреб.
Зміст
Класифікація
В залежності від виду струменя розрізняють:
• Рідинноструминні насоси (водоструминні);
• Газоструминні насоси;
• Паростуминні насоси;
В залежності від виконованої роботи розрізняють:
• Ежекторного типу;
• Інжекторного типу;
• Гідроелеватори;
Принцип дії
Діють такі апарати на основі принципу передачі кінетичної енергії. Енергія передається від потоку носія з більшим енергетичним потенціалом до носія що транспортується. Важливо відзначити, що в процесі виконання передачі відсутні механічні пристосування та проміжні вузли. Зважаючи на відсутність рухомих компонентів зростає роль вакуумних камер, якими оснащується струминн ий насос. Носій з приймальної камери по каналах направляється в резервуар, а потім до відділення змішування. У процесі злиття функціональної рідини і носія відбувається обмін енергією, в результаті якого сила потоку слабшає. Кінцевим пунктом в найпростіших системах являється резервуар, в який носій надходить зі зменшеною швидкістю, але зі збереженим напором.
Схема струминного насоса, що застосовується в промисловості, показана на рис. 17.2. Робоча рідина витікає з високою швидкістю через сопло 1 в приймальну камеру 2. Струмінь робочої рідини в приймальній камері змішується з переміщуваною рідиною, що надходить по трубі 3. Завдяки тертю і імпульсному обміну на поверхні струменя в приймальній камері відбуваються захоплення і переміщення рідини, що надходить по трубі 3 в камеру змішування 4 і далі в конічний дифузор 5. У камері змішування відбувається обмін імпульсами між робочою і переміщуваною рідинами; в дифузорі протікає процес перетворення кінетичної енергії в потенціальну. З дифузора рідина поступає в напірний трубопровід.
Параметри
Основні параметри струминного насоса:
• Масові витрати робочої і переміщуваної рідин - mp і mп кг/с;
• Тиск робочої і переміщуваної рідин на вході в насос - pp і рп, Па;
• Тиск суміші робочої й переміщуваної рідин на виході - рс, Па.
Подачу водоструменевого насоса заведено характеризувати коефіцієнтом інжекції u = mp / mп = Qп / Qр, де Qп і Qр, - об'ємні подачі.
Роботу водоструменевого насоса, оцінюють відношенням перепадів тисків Δpp/Δрп, де Δрс = рс - рп і Δрр = рр - рп.
В основі теорії струменевих насосів лежить фундаментальне рівняння механіки - рівняння кількості руху. Це рівняння для потоку в струменевому насосі записується:
де ср, сп, с3 — теоретичні швидкості в характерних січеннях насоса; φ1, φ2, φ3 — коефіцієнти для цих січень, що враховують втрати напору.
Приєднання до рівняння (17.1) рівняння витрати через вихідний розріз камери змішування:
дає можливість дослідження робочого процесу струминного насоса і визначення оптимальних співвідношень між геометричними розмірами його частин.
Розрахунок струменевих насосів
Нехтуючи втратами напору на тертя і подолання місцевих опорів, можна визначити потужність, витрачену на перекачування рідини,
[math]N_3=\rho\ gQpHp[/math]
і корисну потужність
[math]N_\Pi\ = \rho\ gQ_\Pi\ H_\Pi\[/math].
Тоді ККД струминного насоса
[math]\eta\ = Q_\Pi H_\Pi/Q_pH_p[/math],
де [math]Q_\Pi[/math] - подача струменевого насоса, м3 / с; [math]H_\Pi[/math] - висота підйому рідини, що перекачується, м; [math]Q_p[/math] - витрата робочої рідини, м3 / с; [math]H_p[/math] - робочий напір, м.
Відношення витрати рідини, що перекачується до витрати робочої називається коефіцієнтом підсмоктування або безрозмірною витратою
[math]u= Q_\Pi / Q_p[/math]
а відношення висоти підйому рідини до повного напору - безрозмірним напором
[math]h= H_\Pi / (H_p H_\Pi)[/math].
Залежно від значення коефіцієнта підсосу і відносного напору значення ККД струменевих насосів лежать в межах 0,15-0,25.
Розрахунок струменевих насосів при заданих [math]Q_\Pi[/math], [math]Q_p[/math], [math]H_\Pi[/math] і [math]H_p[/math] зводиться до знаходження оптимального діаметра отвору сопла, діаметра і довжини камери змішання, а також розмірів дифузора. Наближено витрата робочої рідини, який необхідно подати до сопла струменевого насоса, можна визначити за формулою
[math]Q_p=Q_\Pi H_\Pi / \eta\ (H_p-H_\Pi)[/math].
Струменеві насоси використовуються для підйому води з артезіанських свердловин, для водовідливу і водозниження при виробництві будівельних робіт, для підмішування гарячої води в системах опалення. На каналізаційних спорудах їх використовують, наприклад, для видалення осаду з пісковловлювачів і перемішування мулу в метантенках. Струменеві насоси можна застосовувати також для відкачування повітря з відцентрових насосів перед їх пуском.
Робочі характеристики
Зазвичай струминні насоси не відрізняються високими експлуатаційними показниками, але в деяких випадках їх цілком достатньо. Наприклад, продуктивність апаратів може досягати 30 л/c. Даний показник відноситься до професійної техніки, а спрощені конструкції в середньому забезпечують 15-17 л/c. Що стосується висоти підйому, то робота струминного насоса розраховується на діапазон 8-15 м, хоча деякі модифікації для спеціалізованого призначення можуть забезпечувати і 20-метровий підйом. Але в цьому випадку помітно знижується продуктивність і коефіцієнт корисної дії, тому для подібних потреб частіше використовують альтернативні конструкції насосів.
Використання
Різноманітність конструкційних варіантів зумовило і відповідне поширення насосів такого типу. Зокрема, їх використовують в хімічній промисловості для перекачування кислот, лугів, забруднених нафтою речовин, сольових сумішей і мазуту. Технологи в цій галузі високо цінують механічну витривалість і стійкість, якої відрізняється струменевий насос. Застосування таких агрегатів в побутовій сфері головним чином орієнтоване на підйом води з свердловин. Також високі характеристики стійкості до температур дозволяють використати таке обладнання в системах опалення. Для каналізацій таке рішення теж вигідно, оскільки насос ефективно справляється з вилученнями осадів у вигляді мулу і піску. Досить широко струменеві насоси використовуються у процесах видобутку нафти, зокрема - для відкачування нафти з свердловин.
Ежекторна аерація води
Це найбільш поширений у побутовому використанні метод аерації, так як він не вимагає дорогого і великогабаритного обладнання.
Аераційна установка в даному випадку являє собою компактний пристрій, який працює за рахунок енергії виробленої потоком води в трубопроводі, і не вимагає підключення до електромережі. Такі механізми побудовані за принципом Вентурі: внаслідок застосування в конструкції ежектора сопла Вентурі, в трубі утворюється зона низького тиску, яка провокує засмоктування бульбашок повітря через спеціальний отвір.
При цьому рух води назовні, крізь цей отвір, неможливий, так як пристрій обладнаний зворотним клапаном захисту.
В більшості випадків даний метод не передбачає використання аераційної колони і додаткового обладнання, а насичення води киснем відбувається виключно через ежектор, після чого вода виводиться безпосередньо на фільтруючий пристрій.
Зрозуміло, така аерація не може конкурувати з більш досконалішими способами ні за ефективністю, ні за кількістю оброблюваної води, проте для домашнього використання, цей спосіб цілком підходить.
Переваги та недоліки
Серед основних переваг таких агрегатів виділяють просту і надійну конструкцію, довговічність в експлуатації, надійність і відсутність чутливості до агресивних середовищ. У значній мірі дані переваги обумовлені тим, що струминні насоси позбавлені наявності рухомих деталей, які в інших насосах швидко зношуються. До слова, ця ж конструктивна особливість дозволяє виконувати насоси невеликих розмірів, що мінімізує витрати в обслуговуванні. Але є і недоліки у таких апаратів, серед яких є необхідність спеціальної підготовки робочих рідин і невисока продуктивність.
Висновок
Конструкція струменевих агрегатів зумовив їх специфічний напрямок експлуатації. Таке обладнання практично не використовується в традиційних системах водопостачання і поливу. Зате, завдяки високим показникам зносостійкості, струменеві насоси знайшли своє місце в комунікаційних системах, що працюють в умовах підвищених навантажень. Але розплачуватися за настільки вагому перевагу власникам обладнання доводиться скромним ККД. Невисока продуктивність не завжди є вирішальним фактором у виборі насосів, тому попит на струменеві апарати зберігається.
Література
• Т.М. Башта "Гидравлика, гидромашины и гидроприводы";
• В.Я. Карелін, А. В. Мінаєв "Насосы и насосные станции";
• В.М. Черкаський "Насосы, вентиляторы, компрессоры";
• П.В. Лобачева "Насосы и насосные станции";
• В.В. Куліченко "Гідравліка, гідравлічні машини і гідроприводи";
