Розрахунок конструктивних розмірів елементів гідроструминних насосів з центральним соплом.

Сопло гідроструминного насоса розраховують з умови забезпечення мінімальних утрат напору при витіканні з нього робочого струменя.

Раніше застосовувалися так називані коноидальні насадки (сопла), внутрішня поверхня яких виконувалася за формою, що минає з них струменів. Такі насадки здатні забезпечити винятково високі значення коефіцієнта витрати (швидкості ) – порядку 0,994. Однак унаслідок складності обрисів коноидальних насадків і труднощі їхнього виготовлення вони в наступному минулому майже цілком замінені конічними соплами, що сходялись, з невеликою циліндричною ділянкою на виході. Кут конусности цих насадков приймає близько 13 - 14° , а довжину циліндричної ділянки на виході не більш (0,7 ¸ 0,8)dс. Сопло такої форми забезпечує коефіцієнт витрати ( = 0,93 ( 0,97. Починалися спроби застосування насадків з різними формами вихідного отвору: чотириструминної, зіркоподібної, кільцевий і т.п. Однак у проведених досвідах ці насадки не дали яких-небудь істотних переваг перед звичайними конічними.

Насадок із гвинтовим рухом рідини, запропонований Ю.М. Єрмаков, дозволяє, на його думку, збільшити коефіцієнт підсмоктування струминного насоса на 25 – 30 %. Була запропонована зміна профілю сопла в насадках, а саме створення в ньому гвинтового потоку. Пояснював він це тим, що закручений струмінь більш щільний. Гвинтовий потік як би концентрує щільність струменя і перешкоджає утворенню поверхні розривів. Чималу роль грає гвинтовий рух зменшенні товщини граничного шару і зменшення перепаду швидкостей по перетині потоку, мінімальні витрати енергії на підтримку свого стан. Відповідно до проведених іспитів установлено також, що пропускна здатність насадка з розгорнутими овальними перетинами вище, ніж циліндричного. В даний час про систематичні експерименти зі струминними насосами, оснащеними таким соплом, нам не відомо.

При відомій розрахунковій витраті робочої рідини Qр, перепале тиску в насадці D Рр і коефіцієнті швидкості робочого сопла j 1 діаметр вихідної циліндричної ділянки сопла можна расчитать по формулі:

dс = { 4Qр / [p j 1 (2D Рр / r )1/2]} 1/2

Величину j 1 при попередніх розрахунках у середньому можна приймати рівної 0,95.

Розміри і форму камери змішання і дифузора визначають з урахуванням наступних факторів:

1) у вхідному перетині 1м камери змішання (див. мал. ) повинне підтримуватися постійне по перетині статичний тиск рн2до = рр2ц;

2) у вихідному перетині 2м камери змішання (див. мал. ) статичний тиск повинний бути відновлений до величини рс2м;

3) розміри і форма дифузора повинні забезпечувати максимально можливе відновлення статичного тиску.

Таким чином, при однакових коефіцієнтах підсмоктування й однаковому тиску робочої рідини при використанні гідроструминних насосів з оптимальним відношенням площ перетинів камери змішання і робітника сопла бездиффузорний насос створює тиск зразковий у 2 рази менше, ніж струминний насос з дифузором. Однак у ряді випадків застосування таких насосів виправдано простотою їхнього пристрою.

Ефективність відновлення тиску в дифузорі в значній мірі залежить від його конструкції. Приведені вище рівняння відносяться до випадку використання найпростішого конічного дифузора з постійним кутом розкриття 8 – 10(, що одержав у даний час найбільше поширення через простоту виготовлення.

Відновлюваний перепад тиску можна збільшити на 10 – 15 %, якщо застосувати дифузор з перемінним по довжині кутом розкриття.

П.Н. Кам'янівши запропонував дифузор, що складається з трьох ділянок різної конусности. Граничні діаметри цих ділянок d2м, dд xa , dд xb і d2д приймають виходячи з того, щоб на кожній ділянці (dд xa - d2д, dд xb - dд xa , d2д - dд xb ) середні по перетині швидкості потоку знижувалися на 1/3 загальній різниці швидкостей у камері змішання і на виході з дифузора. При цьому довжина першої ділянки дифузора приймається рівної L1 = 28,5 (dд xa - d2г), другого L2 = 14,3 (dд xb - dд xa ), а третього L3 = 14,4 (d2д - dд xb ). У ці вираження dд xa , dд xb – діаметри проміжних граничних перетинів дифузора, а d2г и d2д – діаметри кінцевих перетинів камери змішання і дифузора.

Якщо дифузор складається з однієї ділянки постійної конусности (8 - 10° ), то його довжину можна розподілити по вираженню (6 ¸ 7) (d2д – d1д).

Камеру змішання в даний час в основному приймають циліндричної (d2м = d1г). однак не у всіх випадках у циліндричній камері змішання можуть бути створені оптимальні умови для одержання максимального розрахункового коефіцієнта подсоса u. У цих випадках рекомендується приймати конічну камеру змішання.

Оптимальна відстань від вихідного перетину робочого сопла (2ц) до вхідного перетину камери змішання (1г) визначається з умови, що при розрахунковому значенні коефіцієнта подсоса u (для режиму максимального КПД) площа кінцевого перетину вільного струменя, що виходить із сопла, дорівнює площі вхідного перетину (1г) камери змішання. При цьому необхідно обчислити довжину вільної струи Lст і її діаметр dст на відстані Lст від вихідного перетину робочого сопла. Відповідно до рекомедаціями Lст

 

визначають у залежності від значення коефіцієнта підсмоктування в оптимальному режимі по наступним формулах:

Мал. 5.1

При u £ 0,5

Lст = 3,12 dс (Ö 0,083 + 0,76 u – 0,29)

При u = 0,5

Lст = 1,43 dс (0,37 + u)

Відповідно діаметр струменя dст на вході в камеру змішання тобто на відстані Lст від перетину 2ц обчислюють по формулах:

При u £ 0,5

dст = 3,4 dс Ö 0,083 + 0,76 u

При u > 0,5

dст = 1,55 dс (1 + u)

Якщо в результаті розрахунку виходить, що dст < d1м, то відстань між вихідним перетином робочого сопла і вхідним перетином камери змішання приймають рівним Lст. При цьому більш близька установка сопла, чим на відстані Lст, несуттєво впливає на роботу струминного насоса, тому що кінцевий перетин струменя цілком вписується в камеру змішання. Однак таке наближення сопла до камери змішання приводить до зменшення робочої довжини останньої, тому що кінцевий перетин вільного струменя (до дотику до стінок камери змішання) зміщається до дифузора. Видалення ж сопла від камери змішання може істотно погіршити роботу струминного насоса. У цьому випадку струмінь не уписується у вхідний перетин камери змішання. Виникаючі противотоки рідини будуть приводити до додаткових втрат енергії.

Мал. 5.2. Співвідношення між конструктивними розмірами гідроструминних насосів з центральним соплом по рекомендаціях Соколова i Зiнгера.

Якщо в результаті розрахунку виходить, що dст > d1м, то відстань від сопла до горловини збільшують на величину L’ст, що визначають по формулі:

L’ст = (dст – d1г) / 2.

Довжину циліндричної камери змішання рекомендується приймати рівної:

Lг = (6 ¸ 10) dг

Співвідношення між конструктивними розмірами гідроструминних насосів, сконструйованих по рекомендаціях П.Н. Каменева, приведені на мал. , а по рекомендаціях Е.Я. Соколова і Н.М. Зингера – на мал.