РАЗВИТИЕ КОНСТРУКЦИИ СТРУЙНЫХ АППАРАТОВ
Киргизбеков А., Сарбасова Г. А.
Таразский государственный университет им. М.Х.Дулати, г.Тараз
Развитие конструкции струйных насосов
(гидроэлеваторов) в последние десятилетие показывают, что КПД струйных насосов
значительно повышаются, если один из взаимодействующих потоков (рабочий или
подсасывающий) закрученный [1,2,3,4]: 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 [5,6] 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.
Струйные
аппараты используются уже почти два столетия, однако уровень знаний об их
функциональных возможностях вряд ли можно назвать достаточным.
Струйные
аппараты появились в первой четверти XIX века, их родиной принято считать
Англию. Своим появлением они обязаны бурному развитию паровых котлов и
обслуживающих их вспомогательных систем, а также – поискам технических средств,
способных повысить эффективность термодинамического цикла «пар – конденсат».
Первые подобные аппараты применялись для воды и водяного пара (Цейнер и
Ренкин). Стоит
отметить, что интенсивные теоретические исследования и широкое практическое
внедрение струйных аппаратов отмечены в периоды экономических спадов: они
позволяют более рационально использовать энергию – и, следовательно, сократить
потребление ресурсов.
Струйный
аппарат – устройство для нагнетания или отсасывания жидких, газообразных или
сыпучих веществ. Его работа основана на обмене механической энергией двух
потоков веществ в процессе их смешения. Поток с более высоким давлением
называется рабочим, а поток с низким – пассивным.
Как
правило, конструкция такого агрегата включает в себя сопло, диффузор, приемную
и смесительную камеры. Рабочий поток выбрасывается из сопла в приемную камеру с
большой скоростью и увлекает за собой пассивную среду. В камере смешения
происходит выравнивание скоростей (давлений) потоков сред. Затем смешанный
поток направляется в диффузор, где его кинетическая энергия преобразуется в
потенциальную энергию сжатия, под действием которой происходит дальнейшая
транспортировка перекачиваемой среды.
Наряду с простотой конструкции, надежностью
работы и легкостью обслуживания существенным достоинством струйных аппаратов
является отсутствие электрооборудования, а также движущихся и вращающихся узлов
и деталей. И хотя коэффициент полезного действия аппаратов не очень высок,
явные преимущества перед другими устройствами аналогичного назначения позволяют
применять их во многих отраслях техники и промышленности.
Первые сто лет своего существования струйные
аппараты применялись только для повышения эффективности термодинамического
цикла «пар – конденсат». Однако по мере развития промышленности диапазон их
практического использования стал расширяться. Сейчас струйные аппараты
приготавливают пеновоздушные и пеноводяные огнегасящие смеси, транспортируют
воду, удаляют воду, повышают
эффективность эксплуатации нефтяных и газовых скважин, транспортируют сыпучие и
жидкие среды, подают смазку и топливо в машинах и механизмах и выполняют много
других функции.
Новые
конструкций позволили авторам значительно расширить области использования
струйных аппаратов. На сегодняшний день рассчитаны, а затем и внедрены струйные
аппараты в системах водоснабжения, теплоснабжения, в топливных системах котлов
и двигателей внутреннего сгорания, в системах водяного охлаждения сварочных
полуавтоматов, в холодильных машинах, а также в системах газо-дымоудаления в
качестве дымовой трубы и т. д.
В этих
системах, машинах и устройствах, струйные аппараты применяются для различных
целей, в частности таких, как: снижение энергетических затрат на работу насосов
системы теплоснабжения для циркуляции жидкости; увеличение циркуляции охлаждающей жидкости в холодильных установках; снижение температуры и многократного
разбавления экологически опасных продуктов сгорания, сбрасываемых в атмосферу.
Заглянем
немного вперед. По мнению ученых и аналитиков, области практического применения
струйных аппаратов далеко еще не исчерпаны. Результаты исследований показывают,
что наиболее перспективными областями использования струйных аппаратов в
ближайшем обозримом будущем, особенно в условиях мирового экономического
кризиса, могут стать пожаротушение, водоснабжение, орошение, водоотлив
(стационарные и переносные системы), вентиляция (вдувная и вытяжная),
нефтепереработка и трубопроводный транспорт.
В
указанных областях струйный аппарат может быть использован в качестве:
• приставки к насосам
для увеличения количества поднимаемой скваженной воды и снижения энергозатрат
на ее перекачку в системах сельхозводоснабжения;
• дополнительные
комплектующие насосам для увеличения КПД насоса и снижения энергозатрат в
системах теплоснабжения;
• использовать для удаления
осадка из приемных камер очистных сооружений водоснабжения и канализации,
водозаборных сооружений, песколовок и нефтеловушек;
• приставки к
водоотливным насосам для увеличения количества удаляемой воды и снижения
энергозатрат на ее перекачку в системах водоотлива;
•
смесителя-распылителя для получения мелкодисперсных (10…20 мкм) аэрозолей
огнегасящих смесей и жидкостей (проведены натурные испытания);
•
распылителя-диспергатора для экономного распыла воды и жидких удобрений в виде
мелкодисперсных (10-20 мкм) аэрозолей в системах орошения сельскохозяйственных
земель;
• приставки к
вентиляторам для увеличения производительности стационарных и переносных
вентиляторов и одновременного сокращения на энергозатрат на прокачку воздуха в
системах вентиляции;
• устройства для
предварительной обработки сырой нефти перед ректификационными колоннами с целью
увеличения на выхода светлых нефтепродуктов и разгрузки нефтеподающих насосов;
• устройства для
уменьшения вязкости транспортируемой в магистральных трубопроводах нефти и
нефтепродуктов без их дополнительного подогрева.
Действие
струйных насосов, основано на непосредственной передаче энергии водного
потока, называемого рабочим, другому - всасываемому потоку, обладающему меньшим
запасом энергии. В струйных насосах отсутствуют какие-либо движущиеся части,
благодаря чему по надежности они превосходят все другие типы.
Гидроэлеватор
для теплосети представляет собой водоструйный насос – на выходе из сопла за
счет уменьшенного диаметра скорость теплоносителя увеличивается, а давление по
законам гидравлики снижается. При правильном подборе это давление снижается
ниже давления в обратном трубопроводе, и происходит подсос отработанной
охлажденной воды.
Гидроэлеватор
характеризуется двумя основными параметрами – диаметром камеры смешения
диаметром сопла.
Нынешнее
время струйные аппараты широко используется в сельскохозяйственном
водоснабжении и канализаций. Как известно 90% систем водоснабжения базируется
на подземных водах.
Центробежный
насос и струйный насос в комбинации образует водоструйную установку,
применяемую для забора воды из скважин, шахтных колодцев и т.д.
Водоструйная
установка для водоснабжения и для других отраслей выбирается согласно
параметрам Q,H,N приведенным в паспорте
этих установок. Струйные насосы получили широкое распространение в
водоснабжении, системах горячего водообеспечения, при проектировании насосных
станций для повышения напора на выходе насоса, в случае падения уровня воды
источникa ниже расчетного минимума, в насосных установках с приподнято]
всасывающей трубой для отсоса воздуха, для повышени производительности сифонных
установок, в системах технической водоснабжения гидроэлектростанций и многих
других областях. Принцип действия водоструйного насоса или гидроэлеватора
основан на передаче кинетической энергии рабочей жидкостью перекачиваемой
жидкости. Рабочая (вспомогательная) жидкость обладает большим запасом энергии
по сравнению с запасом энергии перекачиваемой жидкости. Перекачка происходит за
счет действия одно го потока жидкости с большим запасом энергии, на другой без
каких-либо промежуточных механизмов.
Литература
1.Абдураманов
А.А., Сейтасанов И.С., Донис Д.К. Ресурсосберегающая конструкция гидроэлеватора
и результаты ее исследования // Наука и образование Южного Казахстана №7,
Шымкент, 1998, с.42-46.
2. Абдураманов А.А., Абиров А.А. Результаты
экспериментальных исследований
вихревого гидроэлеватора. Сб. Научные исследования в мелиорации и водном
хозяйстве, Т.41, вып. 1, Тараз, ИЦ «Аква», 2004, с. 19-26.
3.Сейтасанов И.С. Исследование гидроэлеваторов с
тангенциальным подводом всасываемой среды, применяемых в гидротехническом и
мелиоративном строительстве: Дисс…канд. техн. Наук – Тараз, 1999, 122 с.
4.Абдураманов
А.А., Минарбеков Ж.; Бекишбаева М. Струйный насос.
Предпатент №20253 KZ, бюл. №11,2008.
5.Абдураманов А.А., Абиров А.А. и др. Батарейный струйный насос. Предпатент №12876 KZ, бюл. №3, 2003.
6.Абдураманов А.А., Минарбеков Ж., Бекишбаева М. Струйный насос. Предпатент
№20253 KZ, бюл. №11, 2008.