Основы гидравлики





Струйные насосы



Пожалуй, каждый пользовался пульверизатором, встроенным во флакончик с одеколоном или духами. Нажал на головку флакона, и через крохотное отверстие на вас устремляется освежающая струйка смеси воздуха и аромата. Но далеко не все задумывались над тем, что каждый раз, таким образом, используют на практике принцип работы одной из разновидностей гидравлических машин - струйного насоса.

струйные насосы и пульверизаторы

Струйные насосы относятся к типу динамических насосов, так же, как лопастные, электромагнитные, вихревые и некоторые другие конструкции, использующие в своей работе энергию рабочих органов, силы трения или внешние силовые поля. Струйный насос для увеличения кинетической энергии перемещаемого потока использует энергию постороннего потока жидкости, пара или газа.
Этот тип гидравлических машин считается самым простым по конструкции - в них нет движущихся механических частей, подверженных износу и поломке, и если подводимый внешний поток уже обладает кинетической энергией, то вся конструкция может состоять из двух трубок, соединенных особым образом. Некоторое усложнение конструкции вызывает необходимость применения вентиля или (как в примере с пульверизатором) - механизма для ускорения внешнего потока, но и такие элементы не вносят в конструкцию большой сложности.

До изобретения простых в использовании источников энергии, в частности - электрической, струйные насосы были широко распространены в различных машинах и механизмах, как генераторы гидравлической энергии именно благодаря своей простоте и неприхотливости.

***

Принцип работы струйного насоса

Упрощенно работу струйного насоса можно объяснить следующим образом: жидкость, пар или газ подается под большим давлением через трубку, оснащенную соплом, в подводящую камеру, соединенную с питающим трубопроводом. В подводящей трубе, за соплом, происходит резкое падение давления - при определенной скорости истечения рабочего вещества (жидкости, газа или пара) в камере образуется вакуум, т. е. давление становится ниже атмосферного, что приводит к всасыванию жидкости из питающего трубопровода. Далее оба компонента (и рабочая среда, и разгоняемая жидкость) перемешиваются, обмениваются кинетической энергией, и попадают в диффузор насоса, а оттуда - в напорный трубопровод или резервуар-сборник.

принцип работы струйного насоса

Как уже указывалось выше, рабочая среда может быть представлена потоком жидкости, обладающим кинетической энергией, либо паром или газообразным веществом, находящимся под давлением. Струйные насосы, использующие для перекачки воды рабочее вещество в виде стороннего водного потока, называют водоструйными насосами.

***

Классификация струйных насосов

Струйные аппараты классифицируются в зависимости от вида рабочего вещества. Если в качестве рабочего вещества используется газ (сжатый воздух или какой-либо другой газ), то струйный насос называют эжектором. Если рабочее вещество пар - насос называют инжектором, если горячая вода - элеватором, если холодная вода - гидроэлеватором.
Таким образом, струйный насос может выполнять функции вентилятора, насоса или компрессора.

***

Достоинства и недостатки струйных насосов

Из изложенного выше можно понять, что к достоинствам этого типа насосов следует отнести простоту конструкции, и, как следствие низкую стоимость изготовления, обслуживания и эксплуатации. Кроме того их выгодно отличает высокая надежность в работе и небольшие габаритные размеры.

Основной недостаток струйных насосов - чрезвычайно низкий КПД (не более 25%) и необходимость подачи к соплу больших объемов рабочего вещества под высоким давлением.

***

Область применения струйных насосов

Благодаря перечисленным выше достоинствам, струйные насосы в настоящее время находят широкое применение во многих отраслях народного хозяйства, в частности в системах теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Так, примером использования струйного насоса в конструкции автомобиля может послужить карбюратор бензинового двигателя - в этом механизме реализуется способность струйного насоса придавать энергию струйке бензина энергию, смешивая при этом бензин с воздухом, выполняющем в данной конструкции функцию рабочей среды. Скорость воздушному потоку придает вакуум, создаваемый поршнями цилиндров двигателя при осуществлении цикла всасывания рабочей смеси.

В теплофикационных установках струйные аппараты используют в качестве смесителей на отопительных абонентских вводах (водоструйные элеваторы), в вентиляционных установках - для создания непрерывного потока воздуха через каналы и помещения (эжекторы), а также в холодильной технике - в качестве агрегатов холодильных установок.
Широко применяют водоструйные установки для подъема воды из глубоких колодцев и скважин, в канализации - для удаления осадка из песко- илосборников.

***



Характеристики и параметры струйных насосов

Одним из параметров, характеризующих струйный насос, является коэффициент инжекции α (коэффициент эжекции, коэффициент подсоса), который определяется, как отношение подачи насоса к расходу рабочей жидкости. При этом полная подача насоса QO состоит из двух составляющих - расхода рабочей жидкости Q1, подаваемой в сопло насоса, и расхода подсасываемой жидкости Q2.
Тогда коэффициент инжекции (подсоса) может быть определен по формуле:

α = QO/Q1 = (Q1 + Q2)/Q1.

струйные насосы и пульверизаторы

Отношение высоты подъема перекачиваемой жидкости H0 к рабочему напору H1 называется коэффициентом напора струйного насоса β:

β = H0/H1.

Коэффициент полезного действия струйного насоса определяется по формуле:

η = NП/NЗ = QOH0/Q1H1 = αβ,

где:
NП = QOH0γ - полезная мощность струйного насоса;
N1 = Q1H1γ - затраченная мощность.
α и β - рассмотренные выше коэффициенты.

Как уже упоминалось выше, КПД струйных насосов невелик, и обычно лежит в пределах 0,15...0,25.

Приближенно расход рабочей жидкости, который необходимо подать к соплу струйного насоса, можно определить по формуле:

Q1 = QOH0/η(H1 - H0).

Расчет струйных насосов при заданных значениях QO, Q1, H0 и H1 сводится к нахождению оптимальных размеров сопла, камеры смешения и диффузора.

***

Гидравлические двигатели - гидромоторы и гидроцилиндры