ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРУЙНЫХ НАСОСОВ

Характеристикой струйного насоса называют графическую зави­симость H и η от суммарной подачи Q_c = Q + Q _p (рис. 57, а). Напор насоса падает с увеличением Q_c, а к.п.д. достигает максимального значения при некотором значении Q_c.

Безразмерная характеристика представлена на рис. 57, б. Безразмерные характеристики для геометрически подобных насосов (с одинаковым значением k_c при Re ≈ 10⁶) одинаковы. С уменьшением Re h уменьшается, причем относительное уменьшение h, т. е. dh : h' (где h' — относительный напор при Re ≈10⁶), не зависит от q, a является только функцией числа Рейнольдса. Безразмерные характеристики для значений k_c представляют собой так называемую универсальную безразмерную характеристику (рис. 58) с главной огибающей кривой h = f (q) напорных характеристик. Эта огибающая объединяет режимы с максимальным значением к. п. д. Кривая построена по результатам многочисленных опытов. Каждой точке огибающей соответствует одна характеристика насоса при k_c = const. Насос с этим значением k_c является оптимальным, как установлено многочисленными опытами, удовлетворительно подтверждающими теоретические вы­воды.

Для определения оптимальных соотношений размеров проточной части на универсальной характеристике нанесены кривые k_c = f (q) и L_K/d₂ = f (k_c), а также кривая коэффициента расхода струйного на­соса μ_с = f (q).

На рис. 58 изображены три характеристики для различных значе­ний Re, которые охватывают большинство практических случаев.

При расчетах задаются различными исходными данными:

1) пусть заданы подача и напор, определяющие один из потоков Н_р и Q_p или Н и Q. В этом случае h и q не связаны между собой и выбор их свободен. Их следует принять по огибающей кривой для максимальных значений к. п. д. Эта область находится в диапазоне q = 0,6 ÷1,2. Задавшись значением q, определяют h, а по q и h находят геометрические параметры насоса;

2) заданы три размерных показателя, следовательно, определено h или Q. Для получения максимально возможного к. п. д. насоса в этом случае необходимо взять недостающую величину с огибающей кривой. По известным q и h cуниверсальной безразмерной характеристики снимают k_c и μ_c, по которым можно определить недостающие размерные параметры. Затем определяют размеры проточной части насоса: d₁ из формулы

d₂ из формулы

и, наконец, L_к≈ (6 ÷ 10)d₂

Сопло рабочей жидкости и вход в камеру смешения выполняют в виде плавных сходящихся конусоидальных насадок. Удаление сопла от начального сечения /—/ (см. рис. 54) приводит к снижению к. п. д., поэтому не следует размещать сопло далеко от входа. Однако при малых размерах струйного насоса относительная толщина стенок сопла оказывается большой, что загромождает вход в камеру смешения и приводит к ухудшению кавитационных качеств насоса. Поэтому на универсальной характеристике приведены две кривые: μ_с = f (q),соответствующие значениям 0 < l_c / d₁ < 0,5, характерным для больших насосов, и l_c / d₁ ≥ 1,5 — для малых насосов. В последнем случае значение μ_с практически постоянно.

Приведенные характеристики действительны, если обеспечивается бескавитационная работа насоса. Кавитация приводит к уменьшению напора струйного насоса. Она начинает развиваться вблизи входа в камеру смешения и сечения /—/ (см. рис. 54), где давление жидкости минимально. Срыв работы насоса (резкое падение напора и к. п. д. при неизменной подаче) наблюдается при распространении зоны кавитации в основной участок камеры смешения (справа от сечения //—//). Кавитационный запас Δh_ср, соответствующий срыву работы, равен

(100)

где σ_ср — кавитационный коэффициент;

λ^кр — число кавитации.

Значение λ^кр зависит от геометрической формы входа в камеру смешения и от коэффициента расхода μ_с.Для оптимальных режимов геометрически подобных струйных насосов значение μ_с изменяется мало. Поэтому λ^кр для оптимальных режимов изменяется в узких пределах: 1,23 — 1,43. По известному значению и уравнению (100) легко определить Δh_ср. Чтобы не происходило снижения характеристики вследствие кавитации, значение h_ср должно быть меньше кавитационного запаса, определенного по формуле (72).

СТРУЙНЫЕ НАСОСЫ И ВОЗДУШНЫЕ КОМПРЕССОРЫ (Колесников)

СТРУЙНЫЕ НАСОСЫ И ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЯ Особенностью насоса этого принципа действия является его устройство, которое не имеет ни одной движущейся детали, что значительно увеличивает надежность его в работе по сравнению с рассмотренными насосами. В зависимости от назначения струйного насоса в качестве рабочей жидкости могут служить вода, смазочное масло, водяной пар, воздух и т. п., причем давление рабочей жидкости редко превышает 10—15 кгс/см² для воды и 15—25 ата — для водяного пара.

Эжекторы являются насосами низкого давления и могут работать водой и паром. Инжекторы, представляющие насосы высокого давления, применяются на cyдах только паровые.

По типу рабочей жидкости струйные насосы подразделяют на водоструйные и пароструйные, а при присоединении их к обслуживаемому объекту — на эжекторы (всасывающий патрубок) и инжекторы (нагнетательный патрубок).

Принцип действия эжекторов и инжекторов основан на постоянстве суммарной потенциальной и кинетической энергии. Согласно уравнению

Д. Бернулли для идеальной жидкости, сумма энергий z + ρ/γ + v²/2g = сonst. За счет увеличения скоростной энергии v²/2g уменьшается статический напор и образуется разрежение, необходимое для всасывания воздуха и перекачиваемой жидкости. Это преобразование осуществляется в сопле. Для обратной трансформации энергии с целью повышения напора нагнетания используется диффузор, в котором за счет уменьшения скоростного напора возрастает напор смеси рабочей жидкости.

(По этой причине струйные насосы иногда называют струйными аппаратами.)

Мощность струйного насоса (кгс-м/с) выражается в подаче жидкости Q₂γ на высоту полезного напора Н₁ N =HQ₂γ;

мощность, затрачиваемая насосом, N₁ = (h + H)Q₁γ.

Тогда к.п.д. эжектора

Коэффициентомэжекции называют отношение расходов всыпаемой жидкости Q₂ и рабочей жидкости Q₁

Для стационарных установок к. п. д. эжектора η_эж=0,25.

В приведенных выше формулах γ — плотность воды.

Рабочие параметры струйных насосов колеблются в весьма широких пределах ввиду того, что область использования насосов очень велика. Так, судовые водо-водяные эжекторы имеют следующие параметры: подачу 10—400 т/ч, напор до 15 м вод. ст., высоту всасывания 6 м вод. ст., давление рабочей воды перед соплом 8—16 кгс/см². Благодаря большей способности к сухому всасыванию, струйные насосы широко применяются каквоздушные насосы главных паротурбинных установок, т. е. к главные паровые эжекторы, подача которых по сухому воздуху достигает 100 кг/мин при давлении рабочего пара около 30 ата давление в конденсаторе может доходить до 0,04 ата.

Для осушения отсеков, не имеющих приемных отростков осушительной системы, применяют переносные водоструйные насосы типа ПЭЖ (рис. 57). Корпус 3 эжектора, сварной из листовой меди, имеет форму диффузора с угловым всасывающим патрубком 7, отверстие которого закрывается колпачком 6 с цепочкой.Слева в корпус вставлено латунное сопло 2 (в последних выпусках сопла изготовлены из пластмассы) с полугайкой 1. Для присоединения отводящего шланга имеется гайка 4 на нагнетательном патрубке 5. При подаче рабочей жидкости (воды) от пожарной магистрали обеспечивается поступление откачиваемой жидкости через всасывающий патрубок 7.

Значения η_эж составляют 16—18% (у лучших стационарных эжекторов — 20%). Низкий к. п. д. эжектора — основной его недостаток, но с этим в связи с обычной кратковременностью eго работы часто не считаются. Широкое распространение эжекторы получили благодаря их бесспорным положительным качествам: большой надежности и долговечности (вследствие отсутствия трущихся частей), способности перекачивать сильно загрязненные жидкости, способности сухого всасывания, быстроте пуска, равномерной подаче, бесшумности работы, малым габаритным размерам и массе, простоте изготовления, способности создавать большое разрежение и возможности работать в затопленном состоянии. При подготовке к действию установки, обслуживаемой пароструйным воздушным эжектором, сначала вводится в действие его последняя ступень: вторая у двухступенчатого и третья у трехступенчатого эжектора. В дальнейшем для создания более глубокого разрежения включаются последовательно вторая и первая ступени. При наличии двух пароструйных эжекторов, один из которых резервный, для ускорения создания разрежения можно включить в действие одновременно на параллельную работу оба эжектора.

При подготовке эжектора к действию следует открыть клапаны на трубопроводе охлаждающей воды (конденсата) и убедиться в поступлении воды к охладителям эжекторов; открыть запорный клапан на паровом трубопроводе к эжекторам и продуть паропровод; поднять давление рабочего пара перед соплами до нормального; убедившись, что эжектор поддерживает вакуум, медленно открыть приемный клапан отсоса паровоздушной смеси.

Во время работы эжектора необходимо следить за поддержанием вакуума и нормального давления пара, который не должен быть перегретым или влажным. Необходимо следить также за поддержанием необходимой температуры охлаждающей воды (конденсата) и за выходом воздуха (паровоздушной смеси) из атмосферной трубы, контролировать работу системы удаления конденсата из охладителей эжекторов. При отказе (запаривании) (следствие перегрева охладителя эжектор отключают и, дав ему охладиться, снова вводят в действие. Если это не обеспечивает нормальную работу эжектора, необходимо проверить правильность установки сопла по отношению к диффузору — расстояние от выходного сечения сопла до горла диффузора, которое должно соответствовать данным заводской инструкции, а также центровку сопла по отношению к диффузору.

При выключении эжектора из действия необходимо: закрыть приемный клапан паровоздушной смеси; выключить вначале первую ступень, затем вторую, а у трехступенчатого эжектора—третью ступень; закрыть клапан на подводе рабочего пара и после охлаждения эжекторов закрыть приемные и отливные клапаны на трубопроводе охлаждающей воды.

Эксплуатация водоструйных эжекторов по сравнению с пароструйными воздушными имеет некоторые особенности:

-при подготовке водоструйного эжектора к действию необходимо открыть запорные клапаны на трубопроводе рабочей жидкости и у всасывающего патрубка;

-во время работы эжектора необходимо следить за поддержанием необходимого давления жидкости, не допускать повышения противодавления (напора) выше указанного в заводской инструкции;

-при обслуживании переносных эжекторов нельзя допускать наличия заломов на приемных и отливных шлангах;

-при ненормальной работе эжектора (уменьшении подачи или снижении напора) необходимо проверить в первую очередь давление рабочей воды и отсутствие подсосов и закупорок во всасывающей магистрали. Далее необходимо проверить соосность — расстояние между выходными кромками сопла и диффузора, как это указывалось для пароструйных воздушных эжекторов;

-при выключении из действия эжектора необходимо закрыть запорные клапаны на трубопроводе рабочей жидкости и на всасывающем трубопроводе, а также клапан на отливном трубопроводе.