7.2. Жидкоструйные насосы

В жидкоструйных насосах энергия передается к транспортируемой жидкости в результате ее динамического взаимодействия со струей рабочей жидкости. Часто они называются водоструйными или пароструйными в зависимости от того, вода или пар является рабочей жидкостью. Схема такого насоса показана на рис. 7.2.

Рабочая жидкость под давлением по трубопроводу 1 через сопло 2 с высокой скоростью поступает в камеру смешения 3, где она смешивается с перекачиваемой жидкостью, подаваемой по трубопроводу 6 под давлением . В камере смешения часть кинетической энергии струи передается транспортируемой жидкости, вследствие чего растет статическое давление в потоке образовавшейся смеси. Далее смесь направляется в диффузор 4, где за счет падения кинетической энергии смеси происходит увеличение потенциальной энергии. Давление на выходе из диффузора достигает значения , под действием которого смесь движется по нагнетательному трубопроводу 5.

6

Рис. 7.2. Схема жидкоструйного насоса:

1 – трубопровод; 2 – сопло; 3 – камера смешения; 4 – диффузор;

5 – нагнетательный трубопровод; 6 – трубопровод

Основными параметрами, определяющими работу струйного насоса, служат: массовые расходы рабочей и перекачиваемой жидкостей и ; давления их на входе в насос и ; давление на выходе из диффузора ; отношение /, называемое коэффициентом смешения, и , где .

Характеристика струйного насоса представляет собой зависимость при различных отношениях , где − площадь сечения камеры смешения, − площадь сечения выходного отверстия сопла. С увеличением величина снижается. Причем, чем меньше , тем круче будет падение характеристик насоса.

Для расчета основных размеров водоструйных насосов рекомендуются следующие зависимости, полученные на основе экспериментов:

при ;

при ;

(6÷7).

Основные размеры насоса указаны на рис. 7.2.

Скорость истечения жидкости из сопла достигает 50÷60 м/с. Величина обычно лежит в пределах 0,95÷1; давление – от до Па. Угол раскрытия диффузора 8÷10º. Полный КПД насоса не превышает 30 %, в этом его основной недостаток.

7.3. Гидравлический таран

В предыдущих разделах рассматривались насосы, в которых энергия, необходимая для транспортировки жидкости, подводилась извне. Познакомимся теперь с устройством, обходящимся без внешнего источника энергии, перекачивающим жидкость за счет энергии гидравлического удара и называемым гидравлическим тараном. Это устройство используется для подачи воды к потребителям в тех случаях, когда других источников энергии нет, например на отдаленных пастбищах, фермах и т. п. Схема гидротарана изображена на рис. 7.3.

Гидротаранная установка включает в себя резервуар (водоем) А, из которого вода должна быть подана в емкость В на высоту Н над свободной поверхностью воды в водоеме. Резервуар А и емкость В соединены между собой трубами 3 и 4 через воздушный колпак 1. На линии питания и на входе в колпак установлены два клапана и . Клапан  открывается внутрь, − наружу.

1

2

3

4

Рис. 7.3. Схема гидротаранной установки:

1 – воздушный колпак; 2 – задвижка; 3, 4 – трубы

Перед пуском тарана в работу открывается задвижка 2. При отсутствии в системе воды клапан K₂ закрыт, а клапан K₁ открыт под действием собственного веса. В начальный момент времени через открытый клапан K₁ вода будет сбрасываться наружу до тех пор, пока скорость течения воды в клапане не достигнет такой величины, при которой сила лобового сопротивления тарелки клапана станет больше ее веса, и в это время клапан K₁ закроется.

Клапан K₂ откроется под действием силы гидростатического давления столба воды h. При заполнении колпака уровень жидкости в нем начнет расти, и как только суммарная сила веса клапана и столба жидкости в колпаке станет больше силы давления столба h, кла- пан K₂ закроется. С этого момента установка готова к пуску.

Пуск гидротарана в работу осуществляется ручным нажатием на клапан K₁. В момент пуска скорость в трубе v = 0. За некоторое время она достигает значения v = v_кр, при котором сила лобового сопротивления P_K = _KS_Kv²/2 становится равной весу клапана . В этот момент клапан резко закроется, произойдет гидравлический удар, давление резко возрастет до p = p_max (см. рис. 2.54).

Под действием повышенного давления откроется клапан K₂, и часть воды поступит в воздушный колпак.

Согласно рис. 2.54, после резкого повышения давления происходит также резкое его падение. При этом клапан K₂ закроется, а клапан K₁ откроется. Далее процесс повторится, и гидротаран начнет работать в автоматическом режиме.

При работе тарана расход воды из емкости А составит Q = Q₁ + Q₂, где большая часть Q₁ сбрасывается, меньшая Q₂ часть является полезной.

Коэффициент полезного действия тарана рассчитывается по формуле

.

Так как , то КПД невелик и не превышает 0,4.

Вопросы для самоконтроля

1. Каков принцип действия газлифта?

2. На чем основана работа струйного насоса?

3. Как устроен гидравлический таран?

293