Ph.D. Минарбеков Ж.И., Кушумкулов А., Токжигитова А.
Таразский
государственный университет им.М.Х.Дулати, Казахстан
МЕТОДЫ РАСЧЕТА СТРУЙНЫХ НАСОСОВ (ГИДРОЭЛЕВАТОРОВ)
В настоящее
время отсутствует общая аналитическая теория, позволяющая рассчитывать струйных
аппаратов (насосов, гидроэлеваторов, эжекторов, инжекторов) не обращаясь к
использованию эмпирических формул и величин. Для расчета струйных аппаратов
предложены методы, основанные на следующих теориях: теория смешания двух
потоков (П.Н.Каменев [1]); теории распространения струи в массе
покоящейся или движущейся жидкости (Ю.Л.Кириловский и Л.Г.Подвидз [4],
Е.А. Соколов и Н.М.Зингер [3]); механика тел
переменной массы (Г.Н.Сизов [5]). Расчетные
зависимости для гидравлических характеристик струйных насосов (гидроэлеваторов)
выполнены для аппаратов с центральным соплом, иногда для аппаратов с кольцевым
соплом. Но во всех работах рассматриваются смешения прямоточных потоков
(рабочего и пассивного) с односторонним вовлечением транспортируемой жидкости.
Для расчета струйного аппарата (насоса, гидроэлеватора, эжектора, инжектора)
необходимо определить следующие гидравлические и геометрические параметры: 1)
расходы рабочей и всасываемой жидкостей
(Qp, Qвс); 2) удельные энергии
(полные напоры) рабочей (Нр)
, всасываемой (Нвс)
и смешанной (Нс)
жидкостей; 3) площади среза рабочего сопла (So)
или его диаметр (do) поперечного сечения
камеры смешения (Sк.с.) или его диаметр (dк.с.). остальные
геометрические параметры проточной части струйного аппарата функциями отношения
dк.с./do.
Таким образом для расчета струйного насоса необходимо
определить семь неизвестных величин жидкостей (Qp, Qвс, Нр, Нвс , Нс, So, do, Sк.с., dк.с.), тоесть нужно
составить семь уравнений.
1) Уравнение изменения
количества движения (уравнение импульсов) по длине камеры смешения от сечения
среза рабочерго сопла до сечения в конце камеры смешения;
2) Уравнение для рабочего
напора активного потока (равным разности удельных энергии рабочей струи на
входе в насос и смешанного потока на выходе из него;
3) Уравнение для полезного
напора пассивного (всасываемого) потока равным разности удельных энергий
смешанного потока на выходе из насоса и пассивного (всасываемого) потока на
входе в насос. Эти уравнение можно дополнить еще уравнением баланса расходов.
Как видно из
этого, что число неизвестных в общем случае превышает число уравнений,
описывающих процессы, протекающие в струйных насосах. Для замыкания системы
уравнений необходимо сократить число неизвестных путем введения безразмерных
величин, характеризующих:
а) напор 
;
б) расход 
;
в) геометрический параметр
струйного насоса с центробежным соплом 
;
Число уравнений будет равно числу нейзвестных. Однако следует
отметить, что при этом должны соблюдать следующие ограничения:
а) наличие геометрического
подобия проточной части струйных насосов, имеющие одинаковые значения 
;
б) отсутвие кавитации;
в) постоянство скоростей
жидкости на входе в насос и в конце камеры смшения параллельность потоков
жидкости на входе в насос
г) равенство
гидростатического давления в начальном сечений камере смешения для активного и
пассивного потоков;
д) определенность потери
удельной энергий (напора) в камере смешения, в выходном сечении рабочего сопла
в диффузоре и т.д.
На основе теории импульсов Л.Г. Подвидз и Ю.А. Кирилловский
[4]
получили следующие уравнение безразмерных характеристик струнных насосов с
центробежным соплом:
;
(1.1)
где: 
В пределах изминения 
можно
оринтировачно принемать: 
Е.Я. Соколов и Н.М.
Зингер [6] получили это уравнение в виде:
(1.2)
где: 
- безразмерный перепад
абсолютных гидростатических давлений:
;
- гидростатическое давление рабочей струй, всасываемого
потока и смешанной жидкости в конце диффузора
-соответственно
коэффициенты скорости рабочего сопла, камеры смешения, диффузора и входа в
камеру смешения. Рекомендуется принимать - 
КПД
струйного насоса может быть вычислен из выражения:
(2.3)
На практике
применения струйных насосов (гидроэлеваторов) часто встречаются струйные насосы
с кольцевым соплом, особенно в двухповерхностных струйных аппаратах [4,7]
Развитие конструкции струйных насосов (гидроэлеваторов) в
последние десятилетие показывают, что КПД струйных насосов значительно
повышаются, если один из взаимодействующих потоков (рабочий или подсасывающий)
закрученный: КПД вихревых струйных насосов в 1,3…1,5 раза выше чем КПД
прямоточных струйных насосов Исследование проведенные в ТарГУ им. М.Х. Дулати
за последние 30 лет способствовали возникновению целого ряда новых конструкций
гидроэлеваторов: гидроэлеваторов с закрученным активным потоком, а так же
гидроэлеваторов с закрученным пассивным (подсасываемым) потоком, вихревые
гидроэлеваторы (струйные насосы) параллельного соединения и гидроэлеваторы последовательного действия.
Нами в этой работе исследованы струйные аппараты последовательного действия, а
так же рассмотрены режимы работы двухповерхностных гидроэлеваторов
параллельного действия.
Следует отметить, что применение методов расчета прямоточных
гидроэлеваторов (струйных насосов) для вихревых струйных аппаратов некорректно,
так как наличие тангенциальной составляющей вектора скорости вызывает в
приемной камере, а так же в камере смешения струйного аппарата ряд существенных
изменении: свойственные для вихревых течений распределение абсолютного давления
и скоростей; соответствующие этому режиму изменения геометрических параметров
аппарата геометрических параметров аппарата; неправильность использования
теории импульсов (изменение количества движения механической системы) для
закрученных потоков.
Литература
1 Лямаев Б.Ф.
Гидроструйные насосы и установки. – Л.: 1988. – 278 с.
2 Каменев П.Н.
Гидроэлеваторы в строительстве. - М. Изд. лит. по стр-ву, 1970,415с.
3 Аронс Г.А. Струйные
аппараты, - М. Госэнергоиздат, 1948. – 139 с.
4 Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты.
- М, Энергоиздат.,
1989, - 351с.
5 Подвидз Л.Г.,
Кирилловский Ю.Л. Расчет струйных насосов и установок. Труды ВИГМ, 1968, вып.
38. с. 44 и 97.
6 Сизов Г.Н.,
Гидравлические расчеты специальных систем речных танкеров. Л.: Судостроение,
1976. – 288 с.
9. Абдураманов А.А., Абиров А.А., Абдураманов Е.А, Струйные насосы, Гидроциклонные
насосные установки. Насосные станции. Аналитический обзор. -Тараз 2003 ,32 с.
10. Предпатент
РК № 11654. Струйный насос // Абдураманов А.А., Абиров А.А., Сейтасанов И.С. БИ №6,
2002
11. Предпатент РК № 9752.
Струйный насос // Абдураманов А.А., Абиров А.А.