Нефтегазопромыслове оборудование (стр. 16 )

В котельных установках с применением очистки хвостовых поверхностей котлов потоком дроби водокольцевыми насосами пользуются для создания высоких скоростей воздуха в вертикальных трубах,
транспортирующих дробь.

§ 9.4. СТРУЙНЫЕ НАСОСЫ

Способ действия. Основные понятия

Струйные насосы из числа насос-аппаратов имеют наиболее широкую область применения и наибольшее разнообразие конструкций. Одним из них является водоструйный насос, действие которого состоит в основном из трёх процессов - преобразования потенциальной энергии рабочей жидкости в кинетическую (в коническом сходящемся насадке), обмена количеством движения между частицами рабочей жидкости и подаваемой среды (в камере смешения), а также перехода кинетической энергии смеси рабочей и транспортируемой жидкостей в потенциальную (в диффузоре). Благодаря этому в камере смешения создаётся разрежение, что обеспечивает всасывание подаваемой среды. Затем давление смеси рабочей и транспортируемой жидкостей значительно повышается в результате снижения скорости движения, что делает возможным нагнетание. Струйные насосы просты по устройству, надёжны и долговечны в эксплуатации, но их кпд не превышает 30%.

В струйных насосах (рис. 9.10, а), называемых также инжекто­рами, эжекторами, гидроэлеваторами, поток полезной подачи Qo перемещается и получает энергию благодаря смешению с рабочим потоком Q1 обладающим большей энергией. Полная подача на вы­ходе из насоса Q2 = Q1 + Q0 (9.2)

Энергия этого потока больше энергии потока полезной подачи Qo,, но меньше энергии рабочего потока Q1 перед входом в насос.

Струйный насос состоит из рабочего сопла 3 с подводом 2 рабочего потока, камеры 5 смешения, диффузора 6 и подвода 1 потока полезной подачи с входным кольцевым соплом 4 камеры смешения.

Режим работы струйного насоса характеризует четыре приведен­ных ниже и показанных на рис. 9.10, а параметра (их выражения даны для наиболее простого и распространенного случая, когда плотности смешиваемых потоков одинаковы, т. е. ρ1 = ρ0):

Рис. 9.10. Струйный насос

а – схема и распределение напоров в проточной части

б – схема процесса смешения

1) рабочий напор, затрачиваемый в насосе и равный разности напоров рабочего потока на входе в насос (сечение b - b) и на выходе из него (сечение с - с),

; (9.3)

2) полезный напор, создаваемый насосом и равный разности на­поров подаваемой жидкости за насосом (сечение с - с) и перед ним (сечение а - а),

; (9.4)

3) расход рабочей жидкости

; (9.5)

4) полезная подача

. (9.6)

КПД струйного насоса равен отношению полезной мощности к затраченной:

. (9.7)

Его максимальное значение невелико и составляет . Несмотря на это струйные насосы распространены широко, так как, благодаря простому устройству, малым габаритным размерам, от­сутствию подвижных частей они надежны, легко размещаются в труднодоступных местах, способны подавать агрессивные и загряз­ненные жидкости и выполнять функции смесителей. Типичные схемы установок со струйными насосами показаны на рис. 9.11 и 9.12. Схема на рис. 9.11 представляет смесительную систему или систему откачки жидкости из труднодоступного источника А. На рис. 9.12 изображена струйная бустерная система, т. е. установка с лопастным или объемным насосом, перед входом в который струйный насос создает подпор Hс. н, необходимый для обеспечения бескавитационной работы основного насоса. Для этого часть подачи Q1 основного насоса отводится к рабочему соплу струйного насоса.

Невысокое значение КПД струйных насосов обусловлено значи­тельными потерями энергии, сопровождающими рабочий процесс. Их можно разделить на два вида.

Рис. 9.11. Схема уста­новки Рис. 9.12. Схема бустерной

для подачи жид­кости установки со струй­ным

струйным насосом насосом

1. Потери в камере смешения, состоящие, во-первых, из энергии, рассеиваемой при вихреобразовании, сопровождающем передачу энергии от рабочего потока к подаваемому, и, во-вторых, из потерь на трение жидкости о стенки камеры.

2. Потери в элементах насоса, подводящих и отводящих жидкость. К ним относятся (см. рис. 9.10, а):

а) потери hД в диффузоре, обеспечивающем повышение давления от р2 до рс путем преобразования большого скоростного напора на выходе из камеры до значения , приемлемого для движения жидкости по трубам за насосом;

б) потери в рабочем сопле

, (9.8)

где - коэффициент сопротивления рабочего сопла 3;

в) потери во входном сопле

, (9.10)

где - коэффициент сопротивления кольцевого подвода 4.

В этой группе наибольшее значение имеет потеря hд в диффузоре 6.

Характеристика струйного насоса (рис. 9.13, а) описывает его работу на переменных режимах. Ее получают обычно при условии , близком к типичному случаю эксплуатации насосов (см. рис. 9.11), когда пьезометрические уровни источников В рабочей и А подаваемой жидкости приблизительно постоянны. Характеристика состоит из зависимостей полезного напора , представляющей падающую кривую, КПД , имеющей ярко выраженный максимум в зоне, где сумма потерь смеше­ния и потерь в диффузоре минимальна; рабочего расхода , представляющей слабо возрастающую кривую.

Соответственно условию каждый насос может иметь множество характеристик (см. рис. 9.13, а).

Более удобно характеристику струйного насоса представлять в относительной безразмерной форме, как совокупность зависимостей (см. рис. 9.13, б) h = f (q), η = f (q) и μр. с = f(q):

относительный напор

h = Hп/(Hп + Hр); (9.11)

относительный расход

q = Qo/Q1; (9.12)

коэффициент расхода рабочего сопла

. (9.13)

Выражение для КПД, получаемое путем преобразования зави­симости (9.7) с применением выражений (9.11) и (9.12), имеет вид

η = qh/(l-h). (9.14)

Размеры проточной части в относительной форме характеризуются относительной площадью

, (9.15)

которая представляет отношение площади входа в камеру смешения к площади рабочего сопла. Величина К определяет также отношение диаметра d0 входа в камеру смешения к диаметру d1 рабочего сопла.

Рис. 9.13. Характеристика струйного насоса:

а – при переменных режимах работы и условии ;

б – в относительной безразмерной форме

Все множество размерных характеристик, полученных при разных значениях для всех струйных насосов с постоянным значением относительной площади К = const, может быть сведено к одной безразмерной характеристике. Для этого должны быть вы­полнены следующие условия:

1) кроме равенства величины К соблюдено геометрическое по­добие для всех элементов проточной части;

2) значения относительной шероховатости стенок проточной части должны быть приблизительно одинаковыми;

3) на кинематически подобных режимах работы, характеризуе­мых условием q = const, соблюдено также подобие по числам Рейнольдса Re ≈ const.

При выполнении этих условий подобия постоянным значениям относительных расходов q = const будут соответствовать постоянные значения относительных напоров h = const и безразмерные харак­теристики подобных насосов с К = const будут одинаковы.

Удобной формой записи числа Re для струйных насосов явля­ется

. (9.16)

Подобие по числу Рейнольдса нужно соблюдать при Re < 106. В зоне Re ≥ 106 автомодельности влияние Re на форму характе­ристики прекращается и она зависит только от относительных раз­меров проточной части, выражаемых значением К.