Опорный конспект лекций для студентов специальности 090602 (стр. 19 )

Способ  действия

Для создания вакуума и отсасывания воздуха и технических газов широко распространены водокольцевые насосы.

На рис. 9.1 представлена конструкция такого насоса, поясняющая способ действия его.

В цилиндрическом корпусе 1, снабженном крышками 2 и 3, распо­ложена эксцентрично (смещение центров равно е) крыльчатка 4 с лопастями 5. При вращении крыльчатки вода, частично заполняющая кор­пус, сбрасывается к его периферии, образуя кольцевой объем. При этом в центральной части насоса поверхность втулки крыльчатки, внутренняя поверхность водяного кольца и поверхности смежных лопастей образу­ют объемы V, которые зависят от их положения. Так, объем V, отме­ченный на рисунке, двигаясь от верхнего положения к нижнему, посте­пенно увеличивается.

  Рис. 9.9.  Водокольцевой вакуумный насос

Поэтому возникает всасывание воздуха через патрубок 6 и при­емное серповидное отверстие 7.

При движении объемов V из нижних положений вверх (в левой ча­сти поперечного разреза насоса) происходит уменьшение их и вытесне­ние воздуха через напорное отверстие 8 и патрубок 9. Очевидно, что машина такого рода может всасывать и подавать газ только при усло­вии наличия в корпусе достаточного количества воды.

При работе вода в небольших количествах уносится потоком газа, и убыль ее в корпусе должна восполняться.

По способу действия водокольцевой насос аналогичен роторным пластинчатым машинам.

  Вакуум.  Подача.  Мощность

Крыльчатки водокольцевых насосов не могут быть посажены в корпус абсолютно плотно. Практически между торцовыми поверхностя­ми корпуса и крыльчатки имеется зазор (в новых конструкциях 0,05 - 1,1 мм). Поэтому имеет место перетекание жидкости и газа со стороны подачи на сторону всасывания, ухудшающее работу насоса.

При абсолютно плотной посадке крыльчатки в корпус и полном закрытии дросселя на всасывающей трубе водокольцевой насос может создать в полости всасывания давление, равное давлению насыщенного пара при температуре воды, находящейся в корпусе насоса. Так, при Т=293 К давление всасывания при указанных условиях будет равно 2,38 кПа, т. е. при барометрической высоте 760 мм рт. ст. насос будет развивать вакуум, приблизительно равный  (103,3—2,38): 103.3=98 %.

Практически вакуум, развиваемый водокольцевым насосом при пол­ном закрытии всасывающей трубы, не превышает 92 %.

Подача, м3/с, водокольцевого насоса при условиях всасывания на основании элементарных геометрических соображений определяется формулой

    (9.1)

где D2 и D1 - внешний и внутренний диаметры крыльчатки; а - минимальное погружение лопасти в водяное кольцо; z - количество лопа­стей; l - радиальная длина лопасти, равная ; s - толщина лопасти; b - ширина лопасти (внутренняя ширина корпуса); n - ча­стота вращения; з0  - объемный КПД, примерно равный 0,96.

Расчет мощности водокольцевого вакуумного насоса производится общепринятым методом по формуле (3.52). Коэффициент полезного действия  водокольцевых насосов обычных конструкций не превышает 0,50.

Водокольцевые вакуумные насосы находят применение в технологи­ческих процессах для поддержания вакуума и отсасывания газов. В крупных насосных установках ими широко пользуются для заполнения центробежных и осевых насосов водой перед пуском.

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.  с1 = с0):

  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.