Д

3. Струйные насосы

Струйные насосы применяются для всасывания (эжек­торы) и нагнетания жидкостей (инжектор ы), а также для их охлаждения или нагревания путем непосредственного смешения с другими жидкостями, парами или газами. Для пояс­нения принципа действия струйного насоса (рис. 11-13, а) пред­ставим себе, что рабочая (инжектирующая) жидкость, имея в под­водящем трубопроводе / давление р_г и скорость w_u поступает в узкое сопло 2, где благодаря возрастанию скорости до w₂ давле­ние понизится до р₂. Вытекающая струя рабочей жидкости по­падает далее в сходящийся насадок 3, плавно переходящий в рас­ширяющийся диффузор 4, и оттуда по нагнетательному трубо­проводу 5 в приемный сосуд 6. При достаточной разности скоро­стей w_x — w₂ давление р₂ окажется ниже внешнего давления р₀

ля перекачки вязких жидкостей применяют также винтовые насосы, аналогичные зубчатым по принципу действия. Винтовой иасос (рис. Н-П, б) состоит из двух винтов / и 2 (один — правый, другой — левый), вращающихся при помощи шестерен 3 в противоположных направлениях. Вииты помещены в плотно охватывающий их кожух с внутренней гладкой цилиндрической поверх­ностью. Жидкость поступает в иарезку винтов через отверстия, расположенные по концам кожуха, замыкается между витками, переносится по направлению оси вращения и в середине, где сходятся встречные иарезки винтов, вытесняется в нагнетательный трубопровод.

Применяют также трехвинтовые насосы, у которых ведущий винт распо­ложен между двумя ведомыми. При этом достигается увеличение подачи почти

в 1,5 раза. .

Производительность винтовых насосов достигает 0,1 м"/с, развиваемое дав­ление 30 МПа, частота вращения достигает 10 ООО об./мии. Перекачиваемая жидкость не должна содержать твердых частиц.

Регулирование производительности зубчатых и винтовых насосов возможно путем изменения числа оборотов (без влияния иа создаваемый напор) и частич­ного перепуска жидкости с нагнетательной стороны на всасывающую.

Производительность двухвинтового иасоса с достаточной точностью опре­деляется по формуле (в м³/с):

V = 0,003/iS(D² — d²) (И.14)

Для перекачки вязких чистых жидкостей применяются также пластин­чатые насосы (рис. Н-П, в), состоящие из цилиндрического корпуса А и эксцентрично расположенного в нем ротора В, сидящего на валу О. В роторе имеются радиальные прорези, в которых свободно скользят пластины L, снаб­женные в концах роликами К. Последние при вращении ротора катятся в коль­цевых выточках боковых крышек. Благодаря эксцентричному расположению ротора каждая пластина под действием центробежной силы за каждый оборот вала один раз вдвигается и выдвигается, прижимаясь к внутренней поверхности кожуха на участках ab и cd. Здесь одновременно располагаются не менее двух пар лопастей, разделяющих полости всасывания и нагнетания. При вращении ротора по часовой стрелке каждая пара лопастей, пройдя участок ab, непрерывно отделяет изолированный объем жидкости и переносит его через участок cd иа сторону нагнетания. Вступая далее на участок ab, каждая пара лопастей воз­вращает на сторону всасывания меньший объем жидкости. Разность пода­ваемого ^возвращаемого объемов жидкости равна подаче каждой пары лопастей за один оборот вала. Эта подача равна объему кольца, имеющего средний радиус R—e и сечение, равное 2be: V₁= 2п (R — е)-2Ье, где Я — радиус сечения корпуса; е — эксцентриситет; Ь — ширина лопасти вдоль оси насоса.

Для учета числа лопастей г и их толщины б вводят в расчет «укороченную» длину кольца [2п (R — е) — гб]. Таким образом, при вращении ротора с ча­стотой л об/мин производительность насоса выразится так (в м*/с);

V = (1/60) [2л (Я —е) — г&]-2Ье.т]₀ (П. 15)

где т]₀ — объемный коэффициент полезного действия, обычно колеблющийся в пределах 0,8—0,9.

Подача жидкости лопастными насосами весьма равномерная (коэффициент неравномерности 0,015—0,05).

Часто конструкция лопастного насоса позволяет на ходуизменять эксцен­триситет е путем передвигания корпуса по вертикали; для этой цели в крышках предусмотрены продолговатые отверстия. Очевидно, регулирование произво­дительности иасоса возможно в этом случае путем изменения е от его предель­ного значения (обычно ие более 20—25 мм) до нуля. Регулирование возможно^ конечно, также путем варьирования числа оборотов вала (ротора).

2. Вихревые насосы

В отличие от зубчатых, винтовых и пластинчатых насосов, работающих по принципу поршневых, вихревые насосы подобно центробежным основаны на использовании центробеж­ной силы. Особенностью вихревого насоса (рис. II-12) является вход и выход жидкости по касатель­ным к рабочему колесу, расположен­ному в цилиндрическом корпусе. За­зор между рабочим колесом и корпу­сом не превышает 0,15—0,20 мм, а всасывающий и нагнетательный па­трубки отделены друг от друга пере­мычкой. При вращении рабочего колеса (против часовой стрелки) порция жид­кости, попадая на лопатки, приобре­тает скоростной напор и отбрасывается на периферию, где этот напор переходит

в расходном сосуде 7 и жидкость из последнего будет всасываться в камеру 8. Здесь обе жидкости смешиваются и, пройдя через расширяющийся диффузор, вследствие падения скорости при­обретают давление, необходимое для их подъема в сосуд 6.

_\

Если объемный расход рабочей жидкости равен V, м³/с, а из­быточный напор относительно геометрической высоты подачи Я

_И"

и...,

Рис. 11-13. лифта (б).

о ■ь'

Схемы струйного насоса (о) н газ-

составляет АН, то затраченная работа равна V^gAH. Полезная же работа на поднятие объема жидкости V₂ будет V₂p₂gH_M. Таким образом, коэффициент полезного действия струйного насоса ti_cH выразится так:

Лен = V₂p₂HjV_lPl ЛЯ (П.16)

где Pi и р₂ — плотности жидкостей; Я_м — манометрическая высота подачи, слагаемая нз величины Н и гидравлических потерь в системе.

Заметим, что рабочими жидкостями могут быть как капель­ные, так и пары и газы. В первом случае насос называют жидко-струйным, во втором — пароструйным, в третьем — газоструйным.

Преимуществами струйных насосов являются простота устрой­ства, отсутствие подвижных частей и надежность в работе, их не­достатком—низкий коэффициент полезного действия (0,10— 0,25). 132

4. Газлифт

Газлифт применяется в ряде случаев для подъема жидкости из глубоких скважин, а в химической промышленности — для осуществления некоторых процессов взаимодействия газов и жидкости при ее интенсивной циркуляции. В последнем случае газлифт создается путем размещения на оси аппарата трубы /, открытой с обоих концов, из которых нижний погружен на не­которую глубину h в жидкость (рис. 11-13, б). К этому концу трубы снизу подводится сжатый газ по трубопроводу 2. Устрем­ляясь вверх по трубе 1, газовый поток в виде массы пузырьков увлекает с собою жидкость, образовав в этой трубе поток газо­жидкостной эмульсии с большой межфазной поверхностью. По выходе из верхнего сечения трубы 1 таз отделяется и уходит из аппарата, а жидкость возвращается в его кольцевое простран­ство, вновь попадает в трубу 1, циркулируя в этой системе с тре­буемой кратностью. Подача газа в трубу 1 производится либо через сужающееся сопло, либо через перфорированный насадок. Второй способ предпочтителен, так как обеспечивает лучшее дис­пергирование газа и его более равномерное смешение с транспорти­руемой жидкостью.

Глубина погружения газораспределителя, выраженная в до­лях суммарной высоты Я + Л, т. е. Л/(Я + К), колеблется на практике в пределах 0,35—0,7, причем большие значения Л/(Я 4-4- К) соответствуют большим высотам Я.

Удельный расход газа, приведенный к нормальным условиям, составляет (в м³/м³ жидкости): У_уд = [Я_м (Л 4- 10) ]/10Л, причем

— Н + Л_и, где Л_п — гидравлические потери в подъемной трубе /; на практике обычно (0,1—0,15) Я. Величина V_yA колеб­лется в пределах 3—7 м³/м³.

Коэффициент полезного действия газлифта т]_л выражает отно­шение полезной работы на подъем 1 м³ жидкости pgH_M к расходу работы на сжатие удельного количества газа до требуемого дав­ления р = р₀ 4- pgH_M Па, где р₀ — начальное давление сжимае­мого газа. Полагая сжатие изотермическим и обозначив коэффи­циент полезного действия компрессора через т]_к, получим урав­нение

_Чл= P^MllK _(II.₁₇₎

2.3p„V_ya lg (р/р₀) в котором р — плотность поднимаемой жидкости (на практике Ил = 0,15-0,30).