Характеристики струйных аппаратов и их элементов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характеристики струйных аппаратов и их элементов

Увеличение эффективности проведения вышеупомянутых процессов тесно связано с интенсификацией процессов переноса импульса, тепловой энергии и массы в рабочем объеме аппарата и, в первую очередь с гидродинамикой газожидкостных потоков. Это позволяет переводить технологические схемы производства на непрерывные и полунепрерывные режимы работы всего предприятия в целом.

Несмотря на то, что предложено очень большое количество конструкций струйных аппаратов, лишь единичные конструкции находят промышленную реализацию. Связано это, с отсутствием возможности осуществлять комплексные исследования проводимых процессов для каждого изобретения и, вследствие этого, отсутствием научно-обоснованных методик расчетов предложенных конструкций струйных аппаратов.

Сложность гидродинамической обстановки в газожидкостных потоках обусловлена отсутствием надежных теоретических уравнений связывающих движущую силу, кинетическую энергию движущейся массы и диссипацию энергии в рабочем объеме аппарата. В большинстве случаев для каждой отдельно взятой конструкции струйного аппарата предлагается эмпирическая зависимость, которая может быть использована только в узком диапазоне изменения определяющих геометрических размеров функциональных устройств, расходных параметров фаз и физико-химических свойств, контактирующих между собой газа и жидкости. Это не позволяет создавать типовой ряд оборудования с широким диапазоном по производительности готовой продукции.

Первостепенной задачей при исследовании новых конструкций струйных аппаратов является: изучение структуры потока жидкости и ее изменения, связанные с изменением расходных характеристик фаз и геометрии рабочего объема; оценка гидравлических сопротивлений при движении жидкости по каналам рабочего объема в зависимости от их геометрических размеров и формы, а также расходных параметров фаз, условий диспергирования газовой фазы в жидкости, а, следовательно, в зависимости от геометрических размеров функциональных элементов диспергатора и подводимой, к фазам, энергии.

К струйным аппаратам относятся: струйные насосы, гидроэлеваторы, эжекторы, инжекторы и другие.

Струйные аппараты нашли широкое применение в строительстве, гидромеханизации, водоснабжении и водоотведении при очистке природных и сточных вод, в том числе в гидроциклонных насосных установках. Гидроциклонные насосные установки (ГЦНУ) делятся на два типа: 1) гидроциклон устанавливается на напорной линии насоса; 2) гидроциклон устанавливается на всасывающей линии насоса. В первом случае гидроциклон работает в напорном режиме. Режимы работы таких гидроциклонов всесторонне рассмотрены в широко известных источниках информации. Второй вид гидроциклонных насосных установок начал развиваться с 70-х годов прошлого века. Гидроциклон, снабженный в устье конуса струйным аппаратом и работающий на всасывающей линии насоса, стали называть вакуумгидроциклонной насосной установкой (ВГЦНУ) [1].

ВГЦНУ уникальны в том смысле, что в них наносы (твердая фаза, содержащаяся в исходной гидросмеси) не попадают в рабочее колесо насоса, они улавливаются на всасывающей линии и отводятся в сторону, либо транспортируются до места их утилизации струйным аппаратом.

Струйный аппарат - важное звено в вакуумгидроциклонных на - сосных установках. Он создает в устье конической части гидроциклона вакуум достаточной глубины для полноценного осуществления процессов классификации исходной гидросмеси, затем поступившие в приемную камеру струйного аппарата наносы транспортирует до места предназначения [1].

Существует множество разнообразных схем струйных аппаратов, в том числе струйных насосов и гидроэлеваторов. На рисунке 1 приведены схемы струйных насосов [2]: а) с центральным соплом (рис. 1.а); б) с кольцевым соплом (рис. 1.б); в) с центральным и кольцевым соплами (рис. 1.в); г) с многими рабочими соплами (рис. 1.1, г). Все они имеют общие элементы: активное (рабочее) сопло, приемную камеру, конфузор, камеру смешения, диффузор и отводящую трубу. Иногда камеру смешения называют горловиной, хотя горловиной уместно называть входную часть камеры смешения.

Принцип работы струйных аппаратов довольно простой. Струя (капельная жидкость, газ, пар), вытекающая из рабочего сопла с большой кинетической энергией, подобная распространению затопленной турбулентной струи, создает в приемной камере и в горловине камеры смешения вакуум, способный вовлекать пассивную (спутную) жидкость в турбулентный пограничный слой. Далее рабочая струя смешивается с всасываемой средой и в конце камеры смешения поток приобретает логарифмический профиль скоростей. Начиная с этого сечения камера смешения обычно переходит в диффузор. Струйный аппарат с кольцевым рабочим соплом (рис. 1.б) вовлекает всасываемый спутный поток в напорную, расширяющуюся к оси струю изнутри [1].

Очень интересна динамика всасывания пассивной (спутной) жидкости струйным аппаратом с центральным и кольцевым соплами (рис. 1.в). В данном случае струйный аппарат - двухповерхностный. Центральный осевой всасываемый поток вовлекается в активные струи через две поверхности (см. главу 6). Аналогичная схема смешения потоков имеет место в многосопловом струйном аппарате (рис. 1.г). Все перечисленные типы струйных аппаратов относятся к нерегулируемым.

1 - сопло; 2 - камера смешения; 3 - диффузор; 4 - конфузор.

Рис. 1. Схемы струйных насосов: а) с центральным соплом; б) с кольцевым соплом; в) с центральным и кольцевым соплами; г) многосопловой

На рисунке 2 приведены схемы регулируемых струйных насосов [3]. Снижение давления рабочей жидкости в напорном трубопроводе 8 (рис. 2.а) вызывает падение силы давления на поршень 10 со стороны толкателя 9. Под действием пружины 11 поршень вместе с толкателем 9 и иглой 5 перемещается в осевом направлении вправо. Игла частично перекрывает сопло 1, уменьшая его площадь поперечного сечения. Уменьшение площади поперечного сечения сопла приведет к повышению скорости истечения из него рабочей жидкости и восстановлению отсасывающей способности струйного насоса. Изготовление струйного насоса с подпружинным поршнем позволяет автоматически изменять сечение сопла в зависимости от давления рабочей жидкости.

На рисунке 2.б [2] представлена схема струйного насоса с регулируемой площадью поперечного сечения камеры смешения. Увеличение давления жидкости за диффузором передается трубопроводом 7 в дополнительную полость для изменения площади поперечного сечения камеры смешения 2. Это, в свою очередь, позволяет автоматически регулировать гидравлические параметры смешиваемых потоков.

Оригинальным является струйный насос с закрученным входом всасываемого потока, способный к саморегулированию (рис. 3) [4]. Струйный насос содержит активное сопло 1, приемную камеру 2, камеру смешения 3, диффузор 4, патрубок подвода пассивной среды 5, установленный тангенциально к приемной камере 2 и снабженный шарнирным соединением 6, посредством которого он подключен к приемной камере 2 с возможностью поворота в плоскости, параллельной продольной оси последней. Канал 7 сообщен с диффузором 4 в его выходном сечении с мембранным гидроцилиндром 8 привода поворота, выполненного в виде гидроцилиндра 8, с штоком 9, кинематически связанным с патрубком 5.

Струйный насос работает следующим образом. Поток жидкости, истекая из активного сопла 1 с большой скоростью, поступает в приемную камеру 2 и, создавая разрежение в ней, вовлекает пассивную среду по патрубку 5, которая поступает, закручиваясь и приобретая вращательное движение благодаря тангенциальному подводу. Смесь активной и пассивной сред, смешиваясь в камере 3 смешения, в диффузоре 4 теряет часть своей энергии, которая преобразуется в потенциальную и транспортируется дальше. Если давление в выходном сечении диффузора 4 не меняется, то патрубок 5 подвода пассивной среды занимает положение, соответствующее оптимальному режиму работы насоса.

1 - сопло; 2 - камера смешения; 3 - диффузор; 4 - конфузор; 5 - «игла» для регулирования площади входного сечения сопла; 6 - дополнительная полость для изменения площади поперечного сечения камеры смешения; 7 - трубопровод для подачи жидкости в камеру; 8 - напорный трубопровод; 9 - толкатель; 10 - поршень; 11 - пружина; 12 - всасывающий патрубок.

Рис. 2. Схемы регулируемых струйных насосов: а) с регулируемой площадью входного сечения сопла; б) с регулируемой площадью поперечного сечения камеры смешения

При увеличении давления в выходном сечении диффузора 4 оно передается по каналу 7 в гидроцилиндр 8 и сдвигает шток 9, благодаря чему патрубок 5 меняет свой угол относительно продольнойоси приемной камеры 2 в плоскости, параллельной этой оси.

Уменьшение угла приводит к увеличению осевой составляющейскорости входа пассивного потока и увеличению расхода всасываемой пассивной среды.

1 - сопло; 2 - приемная камера; 3 - камера смешения; 4 - диффузор; 5 - всасывающий патрубок; 6 - шарнирное соединение; 7 - канал; 8 - мембранный гидроцилиндр; 9 - шток

Рис. 3. Схема саморегулируемого струйного насоса

При уменьшении давления в выходном сечении диффузора 4 шток 9 соответственно изменяет положение патрубка подвода пассивной среды 5 и увеличивает угол относительно продольной оси приемной камеры 2, что приводит к уменьшению осевой составляющей скорости входа пассивного потока в соответствии с зависимостью:

G₀V₀ + G₁V₁cosц = G₂V₂,

где: ц - угол между осью насадка гидроэлеватора и осью всасывающей линии; V₂ - скорость потока в смесительной камере; G₂ - весовой расход жидкости в камере смешения; V₁ - скорость движения всасываемой жидкости; G₁ - весовой расход подсасываемой жидкости; V₀ - скорость выхода струи из насадка; G₀ - весовой расход жидкости, выходящей из насадка.

Таким образом, при помощи простых и надежных средств обеспечивается автоматическое регулирование и поддержание оптимального режима работы струйного насоса, за счет чего достигается повышение его КПД.

Характеристики струйных элементов определяются сложными гидродинамическими явлениями в проточной части. Особенностью течений в полостях струйных элементов является наличие высоких градиентов скоростей, давлений и малые размеры проточной части. Это создает большие трудности при определении параметров рабочего процесса [5].

Литература

газожидкостный струйный аппарат

1. Абдураманов А. Струйные аппараты. Теория и практика. - Тараз «Сенім», 2011, 9…11 с.

2. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосные установки. Л. «Машиностроение», 1988, 256 с.

3. Хохлов А.В., Хохлов В.А. Саморегулирующиеся струйные насосы. Гидротехническое строительство №4, 2001.

4. Патент RU №2016260 CI 5F04F5/02. Струйный насос Бюл. №13, 15.07.1994 // Абдураманов А., Сейтасанов И.С.

5. Бочаров В.П., Струтинский В.Б., Бадах В.Н., Таможний П.П. Расчет и проектирование устройств гидравлической струйной техники. - Киев «Техника», 1987, 6 с.

Размещено на Allbest.ru