5. Струйные насосы

В струйных насосах напор создается кинетической энергией потока рабочей жидкости (пара, газа). Различают жидкоструйные, пароструйные и газоструйные насосы.

Струйные насосы используют для всасывания и нагнетания жидкостей. В первом случае они носят названиеэжекторов, во втором –инжекторов.Помимо этого, струйные насосы могут быть использованы для охлаждения или нагревания жидкостей путем их непосредственного смешения с другими жидкостями, парамиили газами.

Основными частями струйных насосов являются: сопло, смесительная камера и диффузор (рис. 3.22).

Рисунок 3.22 – Струйный насос. 1 – сопло; 2 – смесительная камера; 3 – диффузор

Рабочая жидкость под давлениемp₁и со скоростьюw₁поступает в сопло 1. В результате сужения сопла на выходе из него скорость увеличивается доw₂, а давление падает доp₂. При достаточной разности скоростейw₁иw₂давлениеp₂окажется ниже давления на линии всасывания перекачиваемой жидкости и последняя будет всасываться в смесительную камеру 2. Здесь перекачиваемая жидкость смешивается с рабочей. Образовавшаяся смесь далее поступает в расширяющийся диффузор 3, где вследствие падения скорости приобретает давлениеp_н.

Эффективность работы насоса определяется его коэффициентом полезного действия:

, (3.45)

где V – производительность насоса по перекачиваемой жидкости, м³/с;– объемный расход рабочей жидкости;.

Коэффициент полезного действия большинства струйных насосов лежит в пределах 0,10,25, что является основным их недостатком.

Преимуществами струйных насосов являются простота конструкции, отсутствие движущихся частей и надежность в работе. Эти преимущества позволили им найти широкое распространение в производствах, где наличие движущихся и трущихся частей недопустимо. Однако струйные насосы можно использовать лишь в тех случаях, когда допустимо смешение перекачиваемой жидкости с рабочей.

6. Пневматические насосы

Перемещение жидкости на сравнительно небольшую высоту можно проводить с помощью сжатого воздуха. В тех случаях, когда пары перекачиваемой жидкости при смешении с воздухом образуют взрывчатые и легковоспламеняющиеся смеси, вместо сжатого воздуха применяют инертные газы (например, углекислоту или азот).

Рисунок 3.23 – Монтежю: 1 – емкость; 2–6 – краны; 7 – труба для передавливания жидкости

Монтежю(рис. 3.23) представляет собой емкость, рассчитанную на давление 34 атм, к которой подведен сжатый воздух или инертный газ.

Жидкость поступает в емкость 1 через кран 2. При этом должен быть открыт кран 5, сообщающийся с атмосферой, если жидкость поступает самотеком, либо кран 4, если заполнение производится под действием вакуума (кран 4 соединяет монтежю с вакуум-насосом). Все остальные краны закрыты. Передавливание жидкости из емкости производится сжатым газом, подаваемым через кран 3, при закрытых кранах 2, 4, 5. Поступление газа регулируют вручную краном 3 по показаниям манометра. Под действием сжатого газа жидкость поднимается по трубе 7 и через открытый кран 6 нагнетается в трубопровод. После полного или частичного опорожнения емкости кран 3 закрывают и снижают давление, сообщая емкость с атмосферой при помощи крана 5. Если из емкости была передавлена лишь часть жидкости, то предварительно закрывают кран 6 на нагнетательном трубопроводе.

Монтежю работает обычно периодически. Однако имеются конструкции непрерывнодействующих автоматических монтежю (пульсометры).

Давление газаp,необходимое для поднятия жидкости на высотуH

, (3.46)

где – плотность перекачиваемой жидкости;w– скорость движения жидкости в нагнетательном трубопроводе;– сумма всех коэффициентов сопротивлений нагнетательного трубопровода.

Скорость движения жидкости wпри заданном давлениив монтежю:

. (3.47)

Основное преимущество монтежю – отсутствие в них движущихся частей, разрушающихся в результате истирания и коррозии. Поэтому их применяют для перекачивания загрязненных, химически агрессивных и радиоактивных жидкостей. Однако, монтежю громоздки, требуют постоянного наблюдения и работают с низким показанием к. п. д. (менее 1520 %). Производительность периодически работающих монтежю до 45 м³/ч, а подача жидкости при непрерывной работе (автоматические монтежю) происходит неравномерно.

Газлифт(рис. 3.24) состоит из двух труб разного диаметра, смесителя и сепаратора. Действие газлифта основано на принципе сообщающихся сосудов, заполненных несмешивающимися жидкостями с различной плотностью.

В трубу 1, заполненную жидкостью, через трубу 2 меньшего диаметра вводится под давлением газ (воздух). В смесителе 3 образуется газожидкостная смесь, которая вследствие меньшей плотности поднимается по трубе 1 вверх. В сепараторе 3 происходит выделение газа из газожидкостной смеси, после чего жидкость поступает в приемник.

Для работы газлифта необходимо соблюдение следующего условия:

,

где – плотность жидкости и газожидкостной смеси соответственно;H – глубина погружения смесителя;– общая высота.

Рисунок 3.24 – Газлифт: 1 – подъёмная труба; 2 – труба для подачи сжатого воздуха; 3 – смеситель; 4 – отбойник; 5 – сборник

Отношение глубины погружения Hсмесителя к общей высоте, определяющее к.п.д. газлифта, устанавливается опытным путем. Для воздушного подъемника при высоте подъема воды 630 м оно может быть принято равным:

Количество воздуха V(м³), необходимое для подъема 1 м³воды на высоту, можно определить по эмпирической формуле

, (3.48)

где с– коэффициент, числовое значение которого зависит от величиныи может быть принято равным:

	0,7	0,65	0,6	0,55	0,5	0,45	0,4
с	13,9	13,6	13,1	12,4	11,5	10,6	9,6

Сечение труб приемника определяют, принимая среднюю скорость у смесителя ~2,7 м/с и на выходе из напорной трубы ~7 м/с.

Помимо простоты устройства и отсутствия каких-либо механизмов и движущихся частей, газлифты обладают еще тем преимуществом, что могут работать в условиях повышенных температур, т.е. тогда, когда центробежные насосы не могут быть использованы.

К недостаткам газлифтов следует отнести низкий к.п.д. (не более 2535 %), малую производительность, наличие компрессорной станции для сжатого газа.

Газлифт может быть использован также для проведения некоторых процессов взаимодействия газа и жидкости при интенсивной циркуляции последней. В этом случае газлифт представляет собой трубу 1 (рис. 3.24, б), открытую с обоих концов и расположенную по центру аппарата. Нижний конец трубы погружен в жидкость на глубинуH, а к нему снизу по трубопроводу 2 подведен сжатый газ. Поднимаясь вверх потрубе 1, газ в виде пузырьков увлекает с собой жидкость, образуя газожидкостную эмульсию с большой межфазной поверхностью. На выходеиз верхнего сечения трубы 1 газожидкостная смесь разделяется: газ выводится из аппарата, а жидкость сливается вниз, вновь попадает в трубу 1, циркулируя таким образом в аппарате.

Для обеспечения лучшего диспергирования газа и его более равномерного смешения с жидкостью подача газа в трубу 1 производится либо через перфорированный насадок, либо через сужающееся сопло.

Глубина погружения газораспределителя H, выраженная в долях суммарной высоты, т. е., согласно опытным данным лежит в пределах 0,350,7.

Удельный расход газа, приведенный к нормальным условиям, колеблется в пределах 37 м³/м³.

К.п.д. газлифта определяется отношением энергии, необходимой на подъем 1 м³жидкости, к энергии, затрачиваемой на сжатие удельного количества газа до требуемого давленияp.

При изотермическом процессе сжатия газа и к.п.д. компрессора , к.п.д. газлифтаможет быть рассчитан по уравнению

, (3.49)

где (– гидравлические потери в подъемной трубе,= = (0,10,15));(– начальное давление сжимаемого газа);– плотность поднимаемой жидкости.

Рисунок 3.25 – Сифон: 1 – резервуар; 2 – сифонная труба; 3,4,5 – краны; 6 – смотровой фонарь

Сифоны. Сифоны (рис. 3.25) являются простейшими устройствами для перемещения жидкости из одной емкости в другую. Подъем или всасывание жидкости из емкости с помощью сифона производится за счет атмосферного давления.

В емкость 1 погружают один конец предварительно заполненной жидкостью трубы 2. При открытии крана 6 на другом конце трубы, находящемся ниже уровня жидкости в емкости, жидкость из трубы под действием силы тяжести будет непрерывно вытекать, в результате чего в сифонной трубе 2 образуется разряженное пространство. Так как жидкость в емкости 1 находится под атмосферным давлением, то она будет непрерывно поступать из емкости в сифон и вытекать из него через кран 6.

Непременным условием работы сифона является предварительное его заполнение жидкостью. Заполнение производят либо вручную, либо с помощью вакуум-насоса через кран 5, соединенный с вакуум-трубопроводом. При закрытом кране 6 за счет разряжения, создаваемого вакуум-насосом, жидкость поднимается до смотрового фонаря 3 и заполняет линию всасывания и линию спуска.

Когда жидкость достигает смотрового фонаря, открывают кран 6 и закрывают кран 5, после чего жидкость будет непрерывно вытекать через кран 6 до тех пор, пока не опорожнится вся емкость 1 либо пока разность высот не станет меньше суммы всех сопротивлений системы. Отключение сифона производится путем сообщения его с атмосферой через отвод с краном 4.

Время опорожнения емкости с площадью сечения при помощи сифона, с:

, (3.50)

где – площадь сечения емкости, м²;f– площадь сечения трубопровода, м²;– сумма коэффициентов сопротивлений системы;– разность высот в начальный и конечный момент, соответственно ().