Муниципальное Автономное Общеобразовательное Учреждение
"Средняя образовательная школа № 10"
СТРУЙНЫЙ НАСОС
Работу
выполнил
ученик 3 «Б» класса
Горбунов Егор
Руководитель:
Учитель нач. классов
Бондаренко
Полина Александровна
Пермь 2015
Оглавление
Введение 3
1 Закон Бернулли. Струйный насос
2 Исследование струйного насоса
Заключение
Список используемых источников и литературы
Приложения
Введение
Ночной зефир
Струит эфир.
Шумит,
Бежит
Гвадалквивир.
Человеческая деятельность связана с использованием жидкостей и газов. Их необходимо добывать, перекачивать из ёмкости в ёмкость, использовать по назначению и утилизировать.
Если нам необходимо приготовить чай, то мы поднимаем с плиты чайник с кипятком, наклоняем его и наливаем воду в кружку. Это самый простой случай, когда необходимо переместить жидкость из одного сосуда в другой. Немного сложнее решается задача сбора разлитой по полу воды. Можно её вычерпать совочком или собрать тряпкой. А представьте себе, что количество разлитой жидкости исчисляется не литрами, а вёдрами, кубометрами и более. Или жидкость находится в труднодоступном месте. Тут тряпкой не обойтись. В таких случаях используют насосы – машины для перекачивания жидкости.
Учёные и инженеры за всю историю технического прогресса придумали и построили великое множество разнообразных насосов: для воды, воздуха, нефти, масла, бензина, агрессивных жидкостей и газов. Существуют даже насосы для бережного перекачивания живой рыбы. В Пермском крае с его нефтеносными недрами применяются разнообразные насосы для добычи нефти по скважинам с большой глубины из нефтяных пластов. При этом механические примеси (песок), содержащиеся в нефти, могут вызывать износ насосов и быстрый их выход из строя. Поэтому для перекачивания загрязнённой нефти можно применить, например, струйный насос. Вообще струйные насосы распространены широко, так как, благодаря простому устройству, малым габаритным размерам, отсутствию подвижных частей они надёжны, легко размещаются в труднодоступных местах, способны перекачивать агрессивные и загрязнённые жидкости и выполнять функции смесителей [1].
Проверим гипотезу, можно ли использовать газоструйный насос для откачки жидкости.
Целью этой работы является описание принципа действия и демонстрация работы струйного насоса.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- познакомиться с литературой по теме исследования, сформулировать принцип работы струйного насоса; изготовить или применить готовый струйный насос, собрать демонстрационную установку; провести опыт по откачиванию жидкости из ёмкости в другую ёмкость.
1 Закон Бернулли. Струйный насос
Великий швейцарский физик и математик Даниил Бернулли в 1738 году опубликовал фундаментальный научный труд под названием "Гидродинамика". Среди прочего, там содержится основополагающий "закон Бернулли". Суть его можно выразить так, в трубе неодинакового сечения давление жидкости, текущей по ней, больше там, где скорость движения жидкости меньше, и обратно: давление меньше там, где скорость движения жидкости больше [2].
Возьмем трубу неодинакового сечения (Приложение 1) и будем пропускать через нее постоянный поток воды. По уровням в манометрических трубках мы увидим, что в суженных местах трубы статическое давление меньше, чем в широких. Значит, при переходе из широкой части трубы в более узкую степень сжатия жидкости уменьшается (давление уменьшается), а при переходе из более узкой части в широкую – увеличивается (давление увеличивается).
Это объясняется тем, что в широких частях трубы жидкость должна течь медленнее, чем в узких, так как количество жидкости, протекающей за одинаковые промежутки времени, одинаково для всех сечений трубы. Поэтому при переходе из узкой части трубы в широкую скорость жидкости уменьшается: жидкость тормозится, как бы натекая на препятствие, и степень сжатия её (а также её давление) растёт. Наоборот, при переходе из широкой части трубы в узкую скорость жидкости увеличивается, и сжатие её уменьшается: жидкость, ускоряясь, ведёт себя подобно распрямляющейся пружине.
Можно так подобрать форму, размеры трубы и скорость потока, что в суженной части давление воды будет меньше атмосферного. Если теперь присоединить к узкой части трубы отводную трубку (Приложение 2), то наружный воздух будет засасываться в место с меньшим давлением: попадая в струю, воздух будет уноситься водой. Используя это явление, можно построить разрежающий насос – так называемый водоструйный насос – эжектор (в котором активная среда – жидкость, а перекачиваемая – газ).
Струйный насос придуман в 1858 году французским инженером Анри Жиффаром, изобретателем дирижабля и пневматического оружия.
В изображенной на рисунке (Приложение 3) [2] модели водоструйного насоса засасывание воздуха производится через кольцевую щель 1, вблизи которой вода движется с большой скоростью. Отросток 2 присоединяется к откачиваемому сосуду.
В рассмотренном насосе активной (эжектирующей) средой является жидкость – вода, а перекачиваемой (эжектируемой) средой газ – воздух. Распространены также насосы типа "жидкость – жидкость", "воздух – воздух", "воздух – жидкость".
Преимущество струйных состоит в том, что у них, в отличие от механических насосов нет движущихся частей, то есть, нет износа, необходимости в смазке и т. д.
Исследование струйного насоса
Классический струйный насос состоит из трёх частей – сопла, смесителя (конфузора) и диффузора (Приложение 4). Стыки соединяемых деталей уплотняются резиновыми кольцами, чтобы обеспечить герметичность конструкции. Сопло ввинчен по резьбе в корпус, корпус и диффузор соединены винтами.
Для демонстрации работы газоструйного насоса ("воздух – жидкость") из подручных средств была собрана установка (Приложение 5), состоящая из источника энергии – 10-литровой пластиковой бутыли, в которую велосипедным насосом закачивается под давлением некоторое количество воздуха, шарового крана для запуска опыта, насоса, соединительных шлангов, стакана, из которого мы собираемся откачать насосом по трубочке воду, банки, в которую мы будем откачивать воду. Соединения шлангов упрочнены хомутами, все резьбовые детали закручены туго насколько это возможно.
Проведение эксперимента. В исходном положении приёмная трубочка опущена в стакан с водой, шаровый кран закрыт. Велосипедным насосом накачиваем бутыль воздухом (давление в ней повышается, это чувствуется при надавливании на неё. К сожалению, обошлись без манометра). Делаем
130 – 150 качаний. Через соединение пробки и бутыли начинает травить наружу воздух. Внимание!!! При большом давлении пробку с бутыли может сорвать или бутыль может разорваться! Не повторяйте этот эксперимент! Перестаём качать. Быстро открываем кран, воздух под давлением и большой скоростью устремляется по шлангу в струйный насос, давление в нём падает, и насос начинает всасывать жидкость через трубочку из стакана (видно как вода поднимается по прозрачной трубочке, и уровень в стакане понижается), из диффузора наблюдаем (и слышим) выброс воздуха с некоторым количеством воды, собираем её в банку. Сжатый воздух в бутыли очень быстро заканчивается, насос перестаёт качать.
Таким образом, при имеющемся запасе сжатого воздуха струйный насос смог произвести всасывание воды, поднять её на небольшую высоту (15…20 см) и перекачать в баночку.
Действие насоса продемонстрировано. Конечно, если бы у нас имелся большой запас сжатого воздуха, то такой установкой можно было осушить целый стакан, и не один.
3 Заключение
Рассмотрена конструкция классического струйного насоса и теоретические основы принципа его действия.
Построена демонстрационная насосная установка. Проведён эксперимент по откачиванию жидкости из одной ёмкости в другую. Эксперимент можно считать успешным, так как насос выполнил свою функцию, перекачал часть жидкости. Недостатком этой насосной установки является ограниченное количество располагаемой энергии.
Конечно же, подобные промышленные установки сконструированы более серьёзно, рассчитаны на большие давления и скорости. Они могут применяться в нефтедобывающей отрасли промышленности, которая развита в нашем Пермском крае.
4 Список использованных источников и литературы
, , и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы: [Учебник для машиностроит. специальностей вузов] / Под ред. . — М.: Машиностроение, 1970. — 504 с. — 40 000 экз. || Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: [Учебник для втузов]. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982. — 423 с. — 100 000 экз.) Элементарный учебник физики: Учебное пособие. В 3-х т. / Под ред. . Т. I. Механика. Теплота. Молекулярная физика. – 10-е изд. перераб. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. – 608 с., ил.
Приложения
Приложение 1 – Демонстрация закона Бернулли
Приложение 2 – Идея водоструйного насоса
Приложение 3 – Схема водоструйного насоса
Приложение 4 – "Покупной" струйный насос
Рисунок 1 – Детали "покупного" струйного насоса
(слева направо: диффузор со смесителем (конфузором) и уплотнительным кольцом,
сопло с уплотнительным кольцом, корпус, крепёжные болты)
Рисунок 2 - Струйный насос почти в сборе (вкручивание в корпус сопла)
Рисунок 3 - Струйный насос в сборе
Приложение 5 – Демонстрационная установка
