10.2.2. Струйные насосы

Согласно ГОСТу струйный насос – это насос трения, в котором жидкая среда перемещается внешним потоком жидкой среды, т.е. действие струйных насосов основано на принципе передачи кинетической энергии от одного потока к другому, обладающей меньшей кинетической энергией.

Создание напора у насосов этого типа происходит путем непосредственного смешивания обоих потоков без каких-либо промежуточных механизмов. В зависимости от назначения насоса рабочая и перекачиваемая среды (жидкость, пар, газ) могут быть одинаковыми или разными.

Рассмотрим рабочий процесс струйного насоса и найдем соотношения, определяющие его основные параметры, на примере водоструйного насоса, у которого рабочей и перекачиваемой средой является вода.

Рис. 10.25

В водоструйном насосе (рис.10.25а) вода (активный поток) под давлением по трубе 2, заканчивающейся соплом 3, подается в подводящую камеру 4. Вытекая из сопла с большой скоростью V_с в виде струи, она увлекает за собой сначала воздух, и давление в камере 4 понижается, благодаря чему в камеру по всасывающему трубопроводу 1 поступает вода (пассивный поток). В камере 5 происходит смешение двух потоков и передача энергии от активного потока к пассивному. Из камеры смешения 5 общий поток направляется в диффузор 6, в котором происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную (увеличивается давление); давление необходимо для дальнейшего движения воды по напорному трубопроводу. Напор, развиваемый водоструйным насосом, представляет собой разность удельных энергий в выходном сечении III – III и во входном I – I. Без учета потерь он может быть приравнен приращению энергии на участке между сечениями II – II и I – I камеры смешения.

Используя уравнение Бернулли для этих двух сечений и вводя безразмерные параметры и, гдеи- соответственно площадь поперечного сечения камеры смешения и струи,Q_с – расход сопла (струи), после ряда преобразований можно получить следующее выражение:

.

Действительный напор водоструйного насоса будет, конечно, меньше подсчитанного по полученному выше выражению за счет гидравлических потерь в приемной камере, камере смешения и диффузоре. Тем не менее, это выражение позволяет проанализировать изменение основных параметров водоструйных насосов.

На рис.10.25б приведены соотношения дляS, равного 1,5; 2,5; и 4,0. Из графика видно, что с увеличением подачи напор, развиваемый водоструйным насосом, уменьшается; увеличение параметра S также вызывает уменьшение напора.

КПД водоструйного насоса определяется отношением полезной энергии жидкости к подведенной энергии, которую можно выразить следующим образом:

Э_с=.

Полезная энергия определяется напором и полезной подачей. Последнюю можно определять по-разному. Если водоструйный насос используется для откачивания воды, то полезным является только расход, поступающий в подводящую камеру. В этом случае

;

КПД водоструйного насоса

.

Значение КПД в этом случае не превышает 0,25…0,30.

Если же водоструйный насос используется для водоснабжения или для охлаждения, то полезной является суммарная подача Q+Q_c, и тогда

;

.

В этом случае, естественно, КПД выше и может достигать 0,6…0,7.

Водоструйный насос по своему устройству весьма прост и доступен для изготовления в местных условиях. Следует, однако, иметь в виду, что для обеспечения его хорошей работы требуется правильный подбор размеров и тщательное изготовление. Существенное значение имеют форма сопла, расстояние от сопла до камеры смешения, форма камеры смешения и диффузор.