UA   ENG
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Первое применение струйного насоса датировано ещё XIX веком. В то время такое оборудование использовалось в лабораториях для откачивания воды и воздуха из колб. Потом струйные насосы применялись в горнодобывающей промышленности для откачивания воды из шахт.

В бытовом обиходе струйный насос часто используется в водяных скважинах, а также для перекачивания канализационных стоков с песком и илом.

1. Актуальность темы

Современные модификации струйных насосов делятся на три категории

Эжектор - применяется для перекачивания жидкости. Механизм работы заключается в отсасывании жидких веществ.

Инжектор - работает по принципу нагнетания жидких веществ. Рабочее вещество – пар.

Элеватор - используется для понижения температуры теплоносителя за счет смешивания с рабочей жидкостью [2].

Данной характеристике насоса и насосной установки соответствует только одна рабочая точка. Между тем, требуемая подача может изменяться. Для того чтобы изменить режим работы насоса, необходимо изменить характеристику насоса либо насосной установки. Это изменение характеристик для обеспечения требуемой подачи называется регулированием. Регулирование центробежных и малых осевых насосов может осуществляться либо при помощи регулирующей задвижки (изменяется характеристика насосной установки) или заменяем частоты вращения (изменяется характеристика насоса). Иногда малые осевые насосы регулируют перепуском части расхода из напорного трубопровода во всасывающий. Работа установки со средними и крупными осевыми насосами, имеющими поворотные лопасти, регулируется изменением угла установки лопастей рабочего колеса, при котором меняется характеристика насоса [9].

2. Цель и задачи исследования

Целью работы является изучение проблемы регулирование струйных насосов.

Задачи исследования:

1.Выявить наилучший способ регулирования для водоструйных насосов.

3. Схема и принцип работы Водоструйного насоса

3.1 Струйные насосы: устройство и принцип работы

Конструкция струйного насоса

Рисунок 1 – Конструкция струйного насоса

Преимущества:

1) большая надежность в работе;

2) способность перекачивать грязные жидкости;

3) способность сухого всасывания и создания глубоких вакуумов;

4) бесшумность в работе;

5) равномерность подачи;

6) быстрый пуск;

7) простота конструкции;

8) возможность работы в затопленном состоянии.

Недостатки:

1) низкий КПД-18-20%;

2) не автономность, т.е. невозможность работать без постоянного источника рабочей воды.

Принцип работы струйного насоса основан на перемещении среды различного агрегатного состояния по трубопроводу с вмонтированным в него соплом (рис.3). Такое сопло изготавливается суженным. Благодаря сужению скорость жидкости при движении увеличивается [2, 9].

Схема работы струйного насоса изображена следующим образом на рис. 2.

Схема работы струйного насоса

Рисунок 2 – Схема работы струйного насоса

Принцип работы струйного насоса

Рисунок 3 – Принцип работы струйного насоса

Поток жидкости проходит через сопло 1. Сечение сопла по длине уменьшается, поэтому постепенно увеличивается скорость потока. Кинетическая энергия потока при этом возрастает, достигая наивысшего значения на выходе его из сопла в камеру 2.

Повышение кинетической энергии обуславливает понижение давления в камере 2. Под влиянием разности атмосферного давления и давления в камере 2 жидкость поднимается от уровня 3 в камеру 2, где она захватывается струёй рабочей жидкости, вытекающей с большой скоростью из сопла 1.

Смесь рабочей и перемещаемой жидкостей поступает в расширяющийся патрубок 4 и далее по трубопроводу в бак на высоту Нг [1].

Объективно, струйный насос сложно отнести к нагнетательным устройствам в классическом понимании, так как он не обеспечивает избыточный напор на стороне нагнетания потока. Цилиндрический насадок как струйный насос в практике не используется, что объясняется большими потерями энергии в нем. Конструктивная схема струйного компрессора, применяемого в промышленности выглядит следующим образом [3]:

Конструктивная схема струйного компрессора

Рисунок 4 – Конструктивная схема струйного компрессора

Рабочая жидкость вытекает с высокой скоростью через сопло 1 в приемную камеру 2. Струя рабочей жидкости в приемной камере соприкасается с перемещаемой жидкостью, поступающей по трубе 3. Благодаря трению и импульсному обмену на поверхности струи в приемной камере происходит захватывание и перемещение жидкости, поступающей по трубе 3 в камеру смешения 4 и далее в конический диффузор 5.

В камере смешения происходит обмен импульсами между рабочей и перемещаемой жидкостями. В диффузоре протекает процесс превращения кинетической энергии в потенциальную. Из диффузора жидкость поступает в напорный трубопровод [5].

В промышленности распространены два типа струйных аппаратов: водоструйные и пароструйные компрессоры. В водоструйных насосах рабочей жидкостью является вода, а в пароструйных – пар. Способ работы водоструйных насосов и пароструйных компрессоров по существу одинаков; в рабочем процессе их имеется различие вследствие разницы в свойствах рабочих жидкостей.

Основными параметрами струйного насоса являются расход рабочей жидкости Gр, расход перемещаемой насосом жидкости Gн (подача насоса), давление рабочей жидкости Рр, давление перемещаемой жидкости Рн перед насосом и давление смешанной жидкости за насосом Рс [6].

Коэффициент полезного действия струйных насосов низок, но простота конструкции их и отсутствие движущихся частей привели к их широкому применению.

Очень часто принципиальные схемы включения струйных насосов компонуются в последовательное соединение нескольких агрегатов. В таком случае насосы конструируются с разными диаметрами сопла, что позволяет регулировать характеристику нагнетаемого потока в рабочем диапазоне включенных последовательно агрегатов [2].

3.2 Устройство струйного насоса

Устройство струйного насоса

Рисунок 5 – Устройство струйного насоса

Конструкция струйного насоса не включает в себя движущихся частей. В зависимости от назначения в его состав входит:

-сопло агрегата;

-камера приема;

-камера смешения;

-выходной диффузор;

-насадки для подачи инжектируемой и рабочей жидкостей(двухфазного потока).

Разнообразные модели агрегатов данного типа в зависимости от области своего применения оборудуются разными по характеристикам суживающимися насадками – соплами. Выбор сопла в каждом конкретном случае зависит от вида перекачиваемой среды и ее гидравлических особенностей [9].

Преимущества и недостатки струйных насосов [7, 8]:

Как и у каждого оборудования у струйных насосов есть свои преимущества и свои недостатки. Попробуем обобщить основные критерии по каждой из категорий.

К основным достоинствам струйных насосов относятся:

-высокая надежность и возможность продолжительной эксплуатации без ремонта;

-отсутствует необходимость осуществлять регулярное техническое обслуживание;

-низкая чувствительность к химически агрессивным потокам;

-простота конструкции и простота монтажа;

-обширная область использования (в быту и промышленности).

Конечно, большинство перечисленных преимуществ данного типа насосов перед другими исходит из тог, что в них отсутствуют движущиеся составные элементы. Струйные насосы выделяются относительно небольшими габаритными размерами и массой. Они малотребовательны к расходам на эксплуатацию, что является очень весомым фактором их применения.

Основными недостатками этого типа агрегатов являются:

-очень низкий коэффициент полезного действия насоса – не более 30%;

-необходимость подавать большие объемы жидкости на сопло.

С помощью струйных устройств сжимают газообразные вещества, создают давление ниже атмосферного - вакуум, перекачивают жидкие среды, транспортируют твердые сыпучие вещества, смешивают различного рода газы и жидкости [5].

Область применения водоструйных насосов на практике чрезвычайно обширна и разнообразна. Эти насосы применяются и в лабораториях, где масштабы их крайне малы и где условия их работы позволяют применять их в простейших малоудовлетворительных с гидравлической стороны формах. Эти же насосы применяются и в промышленности, в строительстве (при гидромеханизации работ) и в водоснабжении для отсасывания воздуха из камер насосов перед их запуском. Наконец, водоструйные насосы применяются в системах водяного отопления и вентиляции. Применение водоструйных насосов в отопительных системах и для гидромеханизации за последнее время весьма сильно развилось, и теперь эти области работ представляют основной спрос на водоструйные насосы, требуя улучшения их гидравлических форм и к. п. д. Следует отметить, что появившееся за последнее время большое число теоретических и экспериментальных работ по водоструйным насосам обусловлено именно развитием этих областей применения водоструйных насосов [3]. Оставляя поэтому в стороне вопросы применения водоструйных насосов в иных областях (паровозные эжекторы, насосные эжекторы и пр.), мы в дальнейшем рассмотрим применение водоструйных насосов в систе¬мах водяного отопления и при работах гидромеханизации. Последняя область имеет наибольший практический интерес, так как масштабы самих насосов и общие масштабы работ и, главное, наблюдаемое бурное развитие гидромеханизации потребуют от научной общественности и научно-исследовательских институтов большой дальнейшей работы над изучением и совершенствованием водоструйных насосов [4, 9].

4. Существующий методы регулирования насосов

Существует три способа регулирования производительности насоса:дросселирование,регулирование перепуском и изменением частоты вращения [1].

4.1 Регулирование подачи насоса дросселированием

График регулирования подачи насоса дросселированием

Рисунок 6 – График регулирования подачи насоса дросселированием

Дросселирование — самый простой и самый неэффективный способ регулирования подачи центробежного насоса. Чтобы дросселировать поток, увеличивают гидравлическое сопротивление на общем для всей системы напорном участке трубопровода, например, сразу за насосом.

Для дросселирования потока можно применить автоматическую или ручную регулирующую арматуру, либо установить дроссельную шайбу.

Во время дросселирования подачи насоса, рабочая точка перемещается по напорно-расходной характеристике вверх, при этом увеличивается напор, а подача и КПД уменьшаются [10].

4.2 Регулирование подачи насоса перепуском

График регулирования подачи насоса перепуском

Рисунок 7 – График регулирования подачи насоса перепуском

Перепуск — для регулирования производительности насоса на перемычке между его входным и выходным патрубком устанавливают регулятор поддерживающий постоянный перепад давлений на насосе (постоянный напор насоса). При уменьшении подачи насоса возрастает создаваемый им напор — регулятор реагирует на отклонение перепада от заданной отметки и открывается перепуская воду из напорного патрубка во всасывающий. Таким образом, подача насоса остаётся неизменной, а расход воды в сети может колебаться в широких пределах.

Преимуществом данного метода регулирования является то, что насос всегда работает с постоянной подачей и напором в зоне оптимального КПД, а недостатком, является то, что со снижением нагрузки в сети потребление электроэнергии остаётся прежним.

Регулирование подачи насоса перепуском применяют в системах отопления с автоматическими регулирующими клапанами, изменяющими расход в зависимости от потребности здания в тепле, а также для включения насосов, которые не допускают сильных колебаний подачи, в системы с динамическим гидравлическим режимом [2, 9].

4.3 Регулирование подачи насоса изменением частоты вращения

График регулирования подачи насоса изменением частоты вращения

Рисунок 8 – График регулирования подачи насоса изменением частоты вращения

Частотное управление — установка регулятора частоты вращения рабочего колеса, является наиболее эффективным и наиболее дорогим методом управления подачей насоса, так как стоимость регулятора частоты соизмерима со стоимостью насоса.

Физика данного метода проста: снизив в двое частоту вращения рабочего колеса насоса, в два раза уменьшается его подача, в четыре раза уменьшается напор и в восемь раз уменьшается потребление электроэнергии [6].

Современные регуляторы частоты вращения могут поддерживать постоянную подачу, или напор насоса, а могу изменять их в зависимости от потребности системы в разное время суток или дни недели.

Программное изменение частоты вращения рабочего колеса, не только обеспечит работу насоса с максимальным КПД, но и позволит снизить шумы возникающие во время работы, осуществлять мягкий пуск, снижать пусковые токи и исключить гидравлические удары.

Регулирование подачи центробежного насоса изменением частоты вращения двигателя целесообразно в системах с частыми и сильными колебаниями расхода воды, а также в случае высокой стоимости электроэнергии. В таких системах затраты на регулятор частоты вращения могут окупиться за несколько месяцев [10].

Достоинства способа регулирования [3]:

-является более экономичным, чем дросселирование.

Недостатки способа регулирования:

-позволяет только ограниченно изменять подачу из-за резкого ухудшения кавитационных качеств насоса;

-в системах водоснабжения этот способ вообще не применим, так как нельзя подавать в сеть воду, смешанную с большим объемом воздуха.

-не применяется при перекачке нефти и нефтепродуктов. При впуске воздуха в приемную трубу при перекачке легко испаряющихся жидкостей, помимо явления кавитации, может произойти взрыв.

Выводы

При написании реферата были рассмотрены способы регулирования водоструйных насосов.Рассмотрены достоїнства и недостатки каждого из способов.

Работа направлена на нахождение оптимального способа регулирования водоструйных насосов.

Список источников

  1. Коломиец В.С., Зуйков А.Л. Оптимизация параметров стволов для формирования импульсной струи. – Збiрник наукових праць ВІСНИК Донбаської державної машинобудівної академії. - 2005, №1.
  2. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы
  3. Недопекин Ф.В., Нечепаев В.Г./ под редакцией проф., д-ра тех. наук А.Н. Семко / Импульсные струи жидкости высокой скорости и их применение. – Донецк: ДонНТУ, 2014г. – 370с.
  4. Коломиец В. С. Экпериментальные исследования режимов струеформирования импульсной струи / В. С. Коломиец, А. Л. Зуйков. — Наукові праці ДонНТУ. Вип. 14(127), серія гірнично-електромеханічна. — Донецьк: ДонНТУ, 2007. — 306 с.
  5. Коломиец В. С. Определение рациональной частоты струи гидроимпульсной установки для проведения добычных работ / О. А. Геммерлинг. — Наукові праці ДонНТУ. Вип. 18(172), серія гірнично-електромеханічна. — Донецьк: ДВНЗ ДонНТУ, 2010. — 282 с.
  6. Фридман Б.Э. Гидроэлеваторы.
  7. Научная библиотека [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/29229/Sposoby_ochistki_regenerativnyh_vozduhopodogrevatelej_ot_otlozhenij.pdf?sequence=1
  8. Энергетика справочник [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://mir-diplom.ru/file.php?workF=wfabbf
  9. Ржаницын Н.А. Водоструйные насосы
  10. Каменев П.Н. Гидроэлеваторы в строительстве