RU   ENG

ДонНТУ   Портал магістрів

Титунін Денис Андрійович

Факультет інтегрованих та мехатронних виробництв 

Кафедра енергомеханічні системи 

Спеціальність Гідравлічнімашини, гідроприводи, гідропневмоавтоматика

Обґрунтування раціонального способу регулювання роботи водоструминного насоса

Науковий керівник: доцент Мельников В'ячеслав Олександрович

Резюме Біографія Реферат

Реферат по темі випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета та завдання дослідження
• 3. Схема та принцип роботи водоструминного насоса
• 3.1 Струменеві насоси: пристрій та принцип роботи
• 3.2 Влаштування струминного насоса
• 4. Існуючі способи регулювання водоструминного насоса
• 4.1 Регулювання подачі насоса дроселюванням
• 4.2 Регулювання подачі насоса перепуском
• 4.3 Регулювання подачі насоса зміною частоти обертання
• Висновок
• Список джерел

Вступ

Перше застосування струминного насоса датовано ще ХІХ століттям. На той час таке обладнання використовувалося в лабораторіях для відкачування води та повітря з колб. Потім струменеві насоси застосовувалися в гірничодобувній промисловості для відкачування води із шахт.

У побутовому побуті струменевий насос часто використовується у водяних свердловинах, а також для перекачування каналізаційних стоків із піском та мулом.

1. Актуальність теми

Сучасні модифікації струменевих насосів поділяються на три категорії

Ежектор – застосовується для перекачування рідини. Механізм роботи полягає у відсмоктуванні рідких речовин.

Інжектор – працює за принципом нагнітання рідких речовин. Робоча речовина – пара.

Елеватор – використовується для зниження температури теплоносія за рахунок змішування з робочою рідиною [2].

Даній характеристиці насоса та насосної установки відповідає лише одна робоча точка. Тим часом потрібна подача може змінюватися. Щоб змінити режим роботи насоса, необхідно змінити характеристику насоса або насосної установки. Ця зміна параметрів для забезпечення необхідної подачі називається регулюванням.

Регулювання відцентрових та малих осьових насосів може здійснюватися або за допомогою регулюючої засувки (змінюється характеристика насосної установки) або замінюємо частоту обертання (змінюється характеристика насоса). Іноді малі осьові насоси регулюють перепуском частини витрати з напірного трубопроводу у всмоктуючий.

Робота установки з середніми та великими осьовими насосами, що мають поворотні лопаті, регулюється зміною кута установки лопат робочого колеса, при якому змінюється характеристика насоса [9].

2. Мета та завдання дослідження

Метою роботи є вивчення проблеми регулювання струменевих насосів.

Завдання дослідження:

1.Виявити найкращий спосіб регулювання для водоструминних насосів.

3. Схема та принцип роботи Водоструйного насоса

3.1 Струменеві насоси: пристрій та принцип роботи

Переваги:

1) велика надійність у роботі;

2) здатність перекачувати брудні рідини;

3) здатність сухого всмоктування та створення глибоких вакуумів;

4) безшумність у роботі;

5) рівномірність подачі;

6) швидкий пуск;

7) простота конструкції;

8) можливість роботи у затопленому стані.

Недоліки:

1) низький ККД-18-20%;

2) не автономність, тобто. неможливість працювати без постійного джерела робочої води.

Принцип роботи струминного насоса заснований на переміщенні середовища різного агрегатного стану трубопроводом з вмонтованим у нього соплом (рис.3). Таке сопло виготовляється звуженим. Завдяки звуженню швидкість рідини під час руху збільшується [2, 9].

Схема роботи струминного насоса зображена в такий спосіб рис. 2.

Потік рідини проходить через сопло 1. Перетин сопла зменшується, тому поступово збільшується швидкість потоку. Кінетична енергія потоку при цьому зростає, досягаючи найвищого значення на виході його із сопла в камеру 2.

Підвищення кінетичної енергії зумовлює зниження тиску в камері 2. Під впливом різниці атмосферного тиску і тиску в камері 2 рідина піднімається від рівня 3 в камеру 2, де вона захоплюється струменем робочої рідини, що з великою швидкістю з сопла 1.

Суміш робочої і переміщуваної рідин надходить в патрубок 4, що розширюється, і далі по трубопроводу в бак на висоту Нг [1].

Об'єктивно, струменевий насос складно віднести до нагнітальних пристроїв у класичному розумінні, так як він не забезпечує надлишковий натиск на стороні нагнітання потоку. Циліндричний насадок як струменевий насос у практиці не використовується, що пояснюється великими втратами енергії в ньому. Конструктивна схема струминного компресора, що застосовується в промисловості, виглядає наступним чином [3]:

Робоча рідина витікає з високою швидкістю через сопло 1 в приймальну камеру 2. Струмінь робочої рідини в приймальній камері стикається з переміщуваною рідиною, що надходить по трубі 3. Завдяки тертю і імпульсному обміну на поверхні струменя в приймальній камері відбувається захоплення і переміщення рідини, що надходить по трубі 3 камеру змішування 4 і далі в конічний дифузор 5.

У камері змішування відбувається обмін імпульсами між робочою і рідиною, що переміщається. У дифузорі протікає процес перетворення кінетичної енергії на потенційну. З дифузора рідина надходить у напірний трубопровід [5].

У промисловості поширені два типи струменевих апаратів: водоструминні та пароструминні компресори. У водоструминних насосах робочою рідиною є вода, а в пароструминних - пара. Спосіб роботи водоструминних насосів і пароструминних компресорів по суті однаковий; в робочому процесі їх є відмінність внаслідок різниці у властивостях робочих рідин.

Основними параметрами струминного насоса є витрата робочої рідини Gр, витрата рідини, що переміщується насосом Gн (подача насоса), тиск робочої рідини Рр, тиск рідини, що переміщується Рн перед насосом і тиск змішаної рідини за насосом Рс [6].

Коефіцієнт корисної дії струминних насосів низький, але простота конструкції їх і відсутність частин, що рухаються, привели до їх широкого застосування.

Найчастіше важливі схеми включення струменевих насосів компонуються в послідовне з'єднання кількох агрегатів. У такому випадку насоси конструюються з різними діаметрами сопла, що дозволяє регулювати характеристику потоку, що нагнітається, в робочому діапазоні включених послідовно агрегатів [2].

3.2 Влаштування струминного насоса

Конструкція струминного насоса не включає в себе частин, що рухаються. Залежно від призначення до його складу входить:

-сопло агрегату;

-камера прийому;

-камера змішування;

-вихідний дифузор;

-насадки для подачі інжектованої та робочої рідин (двофазного потоку).

Різноманітні моделі агрегатів даного типу в залежності від області свого застосування обладнуються різними за характеристиками насадками, що звужуються - соплами. Вибір сопла в кожному конкретному випадку залежить від виду середовища, що перекачується, і його гідравлічних особливостей [9].

Переваги та недоліки струменевих насосів [7, 8]:

Як і у кожного обладнання струменеві насоси мають свої переваги і свої недоліки. Спробуємо узагальнити основні критерії за кожною категорією.

До основних достоїнств струменевих насосів відносяться:

-висока надійність та можливість тривалої експлуатації без ремонту;

-відсутня необхідність здійснювати регулярне технічне обслуговування;

-низька чутливість до хімічно агресивних потоків;

-простота конструкції та простота монтажу;

-широка сфера використання (у побуті та промисловості).

Звичайно, більшість перерахованих переваг даного типу насосів перед іншими виходить з того, що в них відсутні складові елементи, що рухаються. Струменеві насоси виділяються відносно невеликими габаритними розмірами та масою. Вони маловибагливі до витрат на експлуатацію, що є дуже вагомим фактором їх застосування.

Основними недоліками цього типу агрегатів є:

-дуже низький коефіцієнт корисної дії насоса – не більше 30%;

-необхідність подавати великі обсяги рідини на сопло.

За допомогою струменевих пристроїв стискають газоподібні речовини, створюють тиск нижче атмосферного - вакуум, перекачують рідкі середовища, транспортують тверді сипучі речовини, змішують різного роду гази та рідини [5].

Область застосування водоструминних насосів на практиці надзвичайно велика і різноманітна. Ці насоси застосовуються і в лабораторіях, де їх масштаби вкрай малі і де умови їх роботи дозволяють застосовувати їх у найпростіших малозадовільних з гідравлічного боку формах. Ці ж насоси застосовуються і в промисловості, у будівництві (при гідромеханізації робіт) та у водопостачанні для відсмоктування повітря з камер насосів перед їх запуском. Нарешті, водоструминні насоси застосовуються в системах водяного опалення та вентиляції.

Застосування водоструминних насосів в опалювальних системах і для гідромеханізації за останній час дуже сильно розвинулося, і тепер ці області робіт становлять основний попит на водоструминні насоси, вимагаючи поліпшення їх гідравлічних форм і к. п. д. теоретичних та експериментальних робіт з водоструминних насосів обумовлено саме розвитком цих областей застосування водоструминних насосів [3]. Залишаючи тому осторонь питання застосування водоструминних насосів в інших областях (паровозні ежектори, насосні ежектори та ін.), ми надалі розглянемо застосування водоструминних насосів у системах водяного опалення та при роботах гідромеханізації. Остання область має найбільший практичний інтерес, оскільки масштаби самих насосів і загальні масштаби робіт і, головне, бурхливий розвиток гідромеханізації, що спостерігається, вимагають від наукової громадськості та науково-дослідних інститутів великої подальшої роботи над вивченням і вдосконаленням водоструминних насосів [4, 9].

4. Існуючі методи регулювання насосів

Існує три способи регулювання продуктивності насоса: дроселювання, регулювання перепуском та зміною частоти обертання [1].

4.1 Регулювання подачі насоса дроселюванням

Дроселювання — найпростіший і найефективніший спосіб регулювання подачі відцентрового насоса. Щоб дроселювати потік, збільшують гідравлічний опір загальному для всієї системи напірної ділянки трубопроводу, наприклад, відразу за насосом.

Для дроселювання потоку можна застосувати автоматичну або ручну регулювальну арматуру або встановити дросельну шайбу.

Під час дроселювання подачі насоса, робоча точка переміщається за напірно-витратною характеристикою вгору, при цьому збільшується напір, а подача та ККД зменшуються [10].

4.2 Регулювання подачі насоса перепуском

Перепуск — для регулювання продуктивності насоса на перемичці між його вхідним і вихідним патрубком встановлюють регулятор, що підтримує постійний перепад тиску на насосі (постійний напір насоса). При зменшенні подачі насоса зростає створюваний ним напір - регулятор реагує на відхилення перепаду від заданої позначки і відкривається перепускаючи воду з напірного патрубка у всмоктуючий. Таким чином, подача насоса залишається незмінною, а витрата води в мережі може коливатись у широких межах.

Перевагою даного методу регулювання є те, що насос завжди працює з постійною подачею та натиском у зоні оптимального ККД, а недоліком є те, що зі зниженням навантаження в мережі споживання електроенергії залишається незмінним.

Регулювання подачі насоса перепуском застосовують у системах опалення з автоматичними регулюючими клапанами, що змінюють витрату залежно від потреби будівлі в теплі, а також для включення насосів, які не допускають сильних коливань подачі, до систем з динамічним гідравлічним режимом [2, 9].

4.3 Регулювання подачі насоса зміною частоти обертання

Частотне управління — встановлення регулятора частоти обертання робочого колеса, є найефективнішим і найдорожчим методом управління подачею насоса, оскільки вартість регулятора частоти можна порівняти з вартістю насоса.

Фізика даного методу проста: знизивши вдвоє частоту обертання робочого колеса насоса, вдвічі зменшується його подача, у чотири рази зменшується напір і у вісім разів зменшується споживання електроенергії [6].

Сучасні регулятори частоти обертання можуть підтримувати постійну подачу або напір насоса, а можу змінювати їх залежно від потреби системи в різний час доби або дні тижня.

Програмна зміна частоти обертання робочого колеса не тільки забезпечить роботу насоса з максимальним ККД, а й дозволить знизити шуми, що виникають під час роботи, здійснювати м'який пуск, знижувати пускові струми та виключити гідравлічні удари.

Регулювання подачі відцентрового насоса зміною частоти обертання двигуна доцільно в системах з частими та сильними коливаннями витрати води, а також у разі високої вартості електроенергії. У таких системах витрати на регулятор частоти обертання можуть окупитись за кілька місяців [10].

Достоїнства способу регулювання [3]:

-є більш економічним, ніж дроселювання.

Недоліки способу регулювання:

-дозволяє лише обмежено змінювати подачу через різке погіршення кавітаційних якостей насоса;

-в системах водопостачання цей спосіб взагалі не застосовується, тому що не можна подавати в мережу воду, змішану з великим об'ємом повітря.

-не застосовується при перекачуванні нафти та нафтопродуктів. При впускі повітря в приймальну трубу при перекачуванні рідин, що легко випаровуються, крім явища кавітації, може статися вибух.

Висновки

При написанні реферату було розглянуто способи регулювання водоструминних насосів.Розглянуто достоїнства та недоліки кожного із способів.

Робота спрямована на знаходження оптимального способу регулювання водоструминних насосів.

Список джерел

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