Процессы в водо-водяных струйных насосах.

Слайд 2

СТРУЙНЫЕ НАСОСЫ

Принцип действия струйного аппарата

Струйными аппаратами называются устройства, в которых осуществ­ляется процесс инжекции, заключающийся в передаче кинетической энергии одного потока другому потоку путем непосредственного контакта (смеше­ния).

Слово «инжектор» происходит от французского слова injecteur - вбрасываю.

При этом смешиваемые потоки могут находиться в одной и той же фа­зе (жидкой, паровой, газовой) или в разных фазах (например, пар и жидкость, газ и твердое тело). В процессе смешения фазовое состояние смешиваемых потоков может оставаться неизменным или же изменяться (например, пар может превратиться в жидкость). Поток, вступающий в процесс смешения с большей скоростью, называется рабочим, а с меньшей скоростью - инжек­тируемым [1].

Как правило, в струйных аппаратах происходит сначала преобразова­ние потенциальной энергии и теплоты в кинетическую энергию. В процессе движения через проточную часть струйного аппарата происходит выравни­вание скоростей смешиваемых потоков, а затем обратное преобразование ки­нетической энергии смешанного потока в потенциальную энергию или теп­лоту. Обычно давление смешанного потока на выходе из струйного аппарата выше давления инжектируемого потока перед аппаратом, но ниже давления рабочего потока. Хотя, иногда, в пароводяных инжекторах давление смешан­ного потока может превышать давление рабочего потока.

Рис. 2.10. Принципиальная схема струйного аппарата

Независимо от конструкции и назначения каждый струйный аппарат (рис. 2.10) имеет:

- сопло 1, в котором потенциальная энер­гия рабочего тела преобразуется в кинетическую энергию;

- прием­ную камеру 2, в которую подсасывается перекачиваемая жидкость;

- камеру смешения 3, где энергия частиц потока рабочей жидкости передается частицам перекачиваемой жидкости, которая при этом вовлекается в движение;

- диффузор 4, служащий для преобразова­ния кинетической энергии потока рабочей и перекачиваемой жид­кости в энергию давления.

Потоки рабочей и ин­жектируемых сред поступают в камеру смешения, где происходит вырав­нивание скоростей, сопровождающееся, как правило, повышением давле­ния. Из камеры смешения поток поступает в диффузор, где происходит дальнейший рост давления. Давление смешанного потока на выходе из диффузора выше давления инжектируемого потока, поступающего в при­емную камеру.

Таким образом, принцип действия струйного аппарата не требует наличия в его конструкции подвижных частей, а, следовательно, и смазки. Большие скорости, как рабочего тела, так и смеси его с перекачиваемой жидкостью, обеспечивают небольшие размеры на­сосов при перемещении больших объемов перекачиваемой жидко­сти или газа.

При соответствующих свойствах рабочего и перекачиваемого тел насосы могут работать в любой среде, например в затопленном помещении. Струйные насосы легко управляются как дистанцион­но, так и автоматически. К недостаткам этих насосов следует от­нести малую экономичность и зависимость от источника, сообщаю­щего энергию рабочему телу.

Слайд 3

Классификация струйных аппаратов

В литературе струйные аппараты одного и того же типа встречаются под самыми различными названиями, например, инжекторы, компрессоры, эжекторы, элеваторы, насосы и другие. Классификация струйных аппара­тов, принятая в настоящее время, учитывает существо происходящих в ап­парате процессов.

Процессы, характерные для всех без исключения струйных аппара­тов, описываются следующими тремя законами [1-4]:

1) законом сохранения энергии

где , ,  - энтальпии рабочего, инжектируемого и смешанного потоков соответственно, кДж/кг;

и - коэффициент инжекции, равный отношению массового рас­хода инжектируемого потока к массовому расходу рабочего потока

2) законом сохранения массы

где , ,  - массовые расходы рабочего, инжектируемого и смешанно­го потоков, соответственно, кг/с;

3) законом сохранения импульса, который для камеры смешения произвольной формы (см. рисунок 1) записывается так

где ,  - импульс рабочего и инжектируемого потоков во входном се­чении камеры смешения, Н;

 - импульс смешанного потока в выходном сечении камеры смешения, Н;

- интеграл импульса по боковой поверхности камеры смешения между сечениями 1 - 1 и 3 - 3 (см. рисунок 1). В цилиндриче­ской камере смешения этот интеграл равен нулю;

,  - площади поперечных сечений (сечения 1 - 1 и 3 - 3), м².

Импульс потока в любом сечении равен

где  - массовый расход, кг/с;

 - скорость, м/с;

 - давление, Па (Н/м²);

 - площадь поперечного сечения, м².

 

 

Слайд 4

В зависимости от свойств и условий взаимодействия рабочего и ин­жектируемого потоков в струйных аппаратах возникает ряд дополнитель­ных процессов, которые специфичны только для аппаратов определенного типа. Эти процессы существенно отражаются в работе аппаратов данного типа и должны учитываться при их расчете.

Процессы, происходящие в струйных аппаратах, зависят в первую очередь от агрегатного состояния взаимодействующих сред.

С этих позиций можно все струйные аппараты разбить на три группы:

1) аппараты, в которых агрегатное состояние рабочей и инжектируе­мой сред одинаково;

2) аппараты, в которых рабочий и инжектируемый потоки находятся в разных агрегатных состояниях, не изменяющихся в процессе смешения этих потоков;

3) аппараты с изменяющимся агрегатным состоянием сред. В этих аппаратах рабочий и инжектируемый потоки до смешения находятся в разных фазах, а после смешения - в одной фазе, т.е. в процессе смешения изменяется агрегатное состояние одного из потоков.

К первой группе относятся паро- и газоструйные компрессоры, эжек­торы и инжекторы, а также струйные насосы.

Ко второй группе относятся струйные аппараты для гидротранспор­та, воздушные эжекторы и струйные аппараты для пневмотранспорта.

К третьей группе относятся пароводяные инжекторы и струйные по­догреватели.

Условия работы струйных аппаратов зависят также от упругих свойств взаимодействующих сред. Под упругими свойствами или сжимае­мостью понимается значительное изменение удельного объема среды при изменении ее давления. На практике применяются струйные насосы, в ко­торых:

1) обе среды (рабочая и инжектируемая) упруги;

2) упругая только одна из сред;

3) обе среды неупругие.

 

 

Слайд 5

Работа равнофазных аппаратов с упругими средами зависит в значи­тельной мере от степени повышения давления инжектируемой среды, а также от степени расширения рабочей среды.

Степенью повышения давления называется отношение давления , то есть от­ношение конечного давления сжатия к начальному. Ана­логично, под степенью расширения рабочего потока понимается отноше­ние давлений , то есть отношение начального давления перед соплом к конечному отношению за соплом, хотя здесь также, говоря более строго, это отношение можно назвать степенью снижения давления.

По степени повышения давления и степени расширения равнофазные струйные ап­параты для упругих сред можно классифицировать следующим образом:

1) аппараты с большой степенью расширения и умеренной степенью повышения давления. Такие аппараты называют газоструйными или пароструйными компрессорами. Рабочей и инжектируемой средой в этих аппаратах явля­ется пар или газ. Степень расширения рабочего потока в компрессорах ве­лика. Отношение давлений рабочего и инжектируемого потоков перед компрессором во много раз больше критического отношения давления. Степень повышения давления, развиваемая такими аппаратами, обычно находится в пределах . К аппаратам этой группы относятся аппараты для повышения давления отработанного пара, газа в сети и др.;

2) аппараты с большой степенью повышения давления и большой степенью рас­ширения. Такие аппараты обычно применяются в установках, где требует­ся поддерживать глубокий вакуум, и их называют газоструйными или па­роструйными эжекторами. Степень расширения рабочего потока в эжекто­рах также весьма значительна. Отношение давлений рабочего и инжекти­руемого потоков перед эжектором  также во много раз больше кри­тического отношения давлений. Степень повышения давления, создаваемая такими ап­паратами, ;

3) аппараты с большой степенью расшире­ния и малой степенью повышения давления. Такие аппараты называются газоструйными или пароструйными инжекторами. Рабочей и инжектируемой средой в этих аппаратах является пар или газ. Степень расширения рабочего потока в инжекторах значительна, но степень повышения давления мала - . Посколь­ку степень повышения давления мала, упругие свойства инжектируемого и смешанного потоков проявляются слабо. Поэтому при расчете таких аппаратов в ос­новных расчетных уравнениях могут не учитываться свойства сжимаемо­сти инжектируемого и смешанного потоков. К таким аппаратам относятся паровоздушные дутьевые инжекторы топочных устройств и котельных ус­тановок, воздушные обдувочные инжекторы, газовые инжекционные го­релки и т.д.

На практике применяются также равнофазные струйные аппа­раты, в которых свойства сжимаемости рабочего и инжектируемого пото­ков не проявляются. Эти аппараты называются струйными насосами.

Рабочей и инжектируемой средой в этих аппаратах в большинстве случаев является жидкость. Это водоструйные насосы для

- откачивания во­ды из скважин и колодцев;

- элеваторы, широко используемые в теплофика­ционных системах для присоединения отопительных установок к водяным тепловым сетям, и др.

Рабочей и инжектируемой средой в струйных насосах может быть также газ или пар, но в этом случае степень расширения рабочего тела должна быть значительно меньше критического отношения давлений, так­же мала должна быть и степень повышения давления ( ).

Слайд 6

Разнофазные струйные аппараты в зависимости от упругих свойств взаимодействующих сред можно разделить на три типа:

1) аппараты с упругой рабочей силой и неупругой инжектируемой. К ним относятся пневмотранспортные струйные аппараты, где газ инжекти­рует сыпучее твердое тело или жидкость;

2) аппараты с неупругой рабочей и упругой инжектируемой среда­ми. К ним относятся жидкостно-газовые эжекторы, например, водовоз­душные эжекторы;

3) аппараты, в которых обе среды неупруги. Эти аппараты служат для гидротранспорта твердых тел, в которых жидкость инжектирует сыпу­чее твердое тело.

Струйные аппараты, в которых полностью изменяется агрегатное со­стояние одного из взаимодействующих потоков, можно разделить на два типа. К первому относятся аппараты, в которых рабочей средой является пар, а инжектируемой - жидкость (парожидкостные инжекторы). Ко вто­рому типу относятся аппараты, в которых рабочей средой является жид­кость, а инжектируемой - пар (струйные подогреватели).

 

Слайд 7

Указанная классификация струйных аппаратов приведена в таблице 1.

В названии аппарата вначале, как правило, указывается вид рабочей среды (газ, пар, вода). Каждый из указанных типов струйных аппаратов имеет свои характерные особенности, которые должны учитываться при его расчетах. В то же время все струйные аппараты имеют много общего, поскольку процессы их работы описываются одними и теми же уравне­ниями, приведенными ранее [1 - 3].

 

 

Процесс обмена энергией между частицами струи рабочего тела и частицами перекачиваемой жидкости, процесс последующего пре­образования кинетической энергии потока образующейся смеси в потенциальную энергию и особенности конструктивного выпол­нения основных частей струйного насоса зависят, прежде всего от агрегатного состояния рабочего и перекачиваемого тел. Поэтому агрегатное состояние этих тел служит первым признаком для клас­сификации струйных насосов на

- насосы с однородным агрегатным состоянием вещества и

- насосы с разнородным агрегатным состоя­нием вещества.

Насосы с однородным состоянием вещества делятся на

- жидкостно-жидкостные и

- газо-газовые,

а насосы с разнородным агре­гатным состоянием тел — на

- жидкостно-газовые и

- газожидкост­ные.

Обычно эти два признака совмещаются и одновременно уточ­няются (например, водо-водяной струйный насос, паровоздушный струйный насос и т.д.).

Как и для других типов насосов, классификация струйных насо­сов уточняется по назначению, конструктивным признакам и т.п.

 

 

Процессы в водо-водяных струйных насосах.

Основными про­цессами, происходящими в этих насосах являются:

- истечение ра­бочей воды из сопла;

- процессы смешения рабочей и перекачивае­мой воды;

- процесс повышения давления.

Рассмотрим содержание этих процессов.

Истечение рабочей воды из сопла. В соплах потенциальная энергия рабочей воды преобразуется в кинетичес­кую энергию струи воды, вытекающей из сопла. Эффективность работы сопла определяет превращения располагаемой энергии пе­ред соплом в кинетическую энергию струи на выходе из сопла.

Процесс смешения рабочей и перекачи­ваемой воды. Процессы, протекающие в камере смешения водо-водяного струйного насоса, подвергались неоднократным эк­спериментальным исследованиям. Взаимодействие вытекающей из рабочего сопла струи и увлекаемой ею воды осуществляется путем турбулентного обмена импульсами. Вследствие этого скорость и сечение рабочей струи по мере удаления от выходного среза сопла уменьшаются, а объем вовлекаемой в движение воды и ее скорость растут. На некотором расстоянии от выходного среза сопла сме­шение потоков заканчивается, образуется один общий поток с оп­ределенным законом изменения скорости по его сечению. Давле­ние в процессе смешения полагают постоянным на всем участке смешения.

Процесс повышения давления. В расходящейся части диффузора по ходу потока скорость его падает, а давление в потоке растет. Следовательно, кинетическая энергия потока пре­образуется в потенциальную энергию давления жидкости. Процесс преобразования сопровождается потерями, которые определяются по разности напоров потока до и после диффузора, т. е. между сечениями II-II и III-III (рис. 2.10) на основании закона сохра­нения энергии.

---

Дата добавления: 2023-01-08; просмотров: 45; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!