Ежекційні насоси

Ежекційні насоси (ежектори) - (фр. éjecteur, від éjecter - викидати від лат. Ejicio) - гідравлічні пристрої, в яких відбувається передача кінетичної енергії від одного середовища, що рухається з більшою швидкістю, до іншої. Ежектор, працюючи за законом Бернуллі, створює в звужуючому перетині знижений тиск одного середовища, що викликає підсмоктування в потік іншого середовища, яка потім переноситься і віддаляється від місця всмоктування енергією першого середовища.Ежектори використовуються в струменевих насосах, наприклад водоструминні, рідинно-ртутних, паро-ртутних, паромасляних. Струменевий насос - пристрій для нагнітання (інжектор) або відсмоктування (ежектор) рідких або газоподібних речовин, транспортування гідросумішей (гідроелеватор), дія якого заснована на захопленні нагнітаючої (відкачуваної) речовини струменем рідини, пари або газу (відповідно розрізняють рідкоструминні, пароструминні і газоструминні насоси ).

Принцип дії

Струменеві насоси мають найбільш широку область застосування і найбільшу різноманітність конструкцій. Одним з них є водоструминний насос, дія якого складається в основному з трьох процесів:

   * Перетворення потенціальної енергії робочої рідини в кінетичну (у конічному насадці),
   * Обмін кількістю руху між частками робочої рідини і подаючого середовища (в камері змішання),
   * Переходу кінетичної енергії суміші робочої і транспортуючої рідини в потенціальну (в дифузорі).

Коли рідина (або газ) протікає по трубі, що має звуження, тиск у звуженні виявляється нижче, ніж в інших частинах труби (якщо при цьому швидкість потоку у звуженні не досягає швидкості звуку). Завдяки цьому в камері змішування створюється розрідження, що забезпечує всмоктування подаючого середовища. Потім тиск суміші робочої і транспортуючої рідин значно підвищується в результаті зниження швидкості руху, що робить можливим нагнітання. Струменеві насоси прості по пристрою, надійні і довговічні в експлуатації, але їх ККД не перевищує 30%.

Вперше це було встановлено італійським фізиком Дж. Вентурі (1746-1822), на ім'я якого була названа трубка, заснована на даному явищі. Якщо відсмоктуючий обсяг приєднати до труби в місці її звуження, то газ з нього буде переходити в область зниженого тиску й нестися струменем рідини.

Пароструминні ежектори

Простий лабораторний водяний насос відкачує повітря за допомогою води, що протікає по трубці з звуженням. У промисловості ж отримали широке поширення ежекторів, робочим середовищем яких служить водяна пара. Такі пароструминні ежектори застосовуються в найрізноманітніших процесах, що вимагають знижених температур і тисків. Промисловість випускає пароструминні ежектори різних типорозмірів з різним числом ступенів, що дозволяють відкачувати в промислових масштабах рідини і гази з технологічних апаратів, підтримуючи в них знижений тиск. Основні переваги таких насосів - простота конструкції, практично виключає необхідність в ремонті та обслуговуванні, висока продуктивність, хороші вакуумні характеристики, мале споживання енергії і низька вартість. Діапазон робочого вакууму - від атмосферного тиску до 10-4 атмосферного і нижче. Схема пароструминного ежектора простої промислової конструкції представлена ​​на малюнку.

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.

Використання струменевих насосів (ежекторів)

Струменеві насоси використовують, щоб відкачати повітря перед запуском відцентрового насоса. Вони хоч і мають досить низький ККД, часто виявляються незамінними. Їх використовують у харчовій промисловості, для відкачування рідини з резервуарів, якщо інші насоси не підходять. Досить широко струменеві насоси використовуються у процесах видобутку нафти , особливо в умовах з підвищеним газовим фактором. За кордоном струменеві насоси широко застосовуються для відкачування нафти з свердловин. Для цього на майданчику свердловини виконується автономна, досить складна система, що складається з насосів, сепараторів та іншої спеціальної техніки. У різних країнах розроблено багато модифікацій струменевих насосів і програм розрахунку їх режимів та геометрії для оптимальної роботи в різних умовах. У Росії струменеві насоси використовувалися в основному для освоєння свердловин. Найбільш відомими є струменеві насоси УОС-1 та їх модифікації, розроблені ІФІНГ. Проте конструкція цих та інших відомих струменевих насосів не підходить для поєднання з роботою гідродинамічних генераторів коливань. Струменеві насоси використовують, щоб відкачати повітря перед запуском відцентрового насоса. Перевагою струменевих насосів можна вважати простий монтаж в трубопровід, невеликі розміри. Використовуються вони і як додаткові насоси. Наприклад, рідину з пісковловлювачів відкачують саме струминними насосами - в каналізаційних системах. Також струменеві насоси знайшли застосування в системах пожежогасіння. В цілому, можна сказати, що струменеві насоси, незважаючи на свою простоту, все ще актуальні.

Див. також

• Рівняння_Бернуллі_для_елементарної_струминки_реальної_рідини
• Рівняння_Бернуллі_для_потоку_реальної_рідини
• Інжекція

Література

• Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: «Донбас», 2004.
• Левицький Б.Ф., Лещій Н.П. Гідравліка.Загальний курс - Львів: Cвіт,1994.-264с.
• О.М. Коваленко,Т.О. Шевченко Інженерна гідравліка. Розділ I. Рух рідини в закритих руслах – Харків: ХНАМГ, 2007.-76 с.
• П. В. Лобачева "Насосы и насосные станции"

Джерела

http://dic.academic.ru/

http://ru.teplowiki.org