Струйные насосы: устройство и принцип работы.

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.

Содержание статьи

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.

Принцип работы струйного насоса

Принцип работы струйного насоса основан на перемещении среды различного агрегатного состояния по трубопроводу с вмонтированным в него соплом. Такое сопло изготавливается суженным. Благодаря сужению скорость жидкости при движении увеличивается.

Схема работы струйного насоса выглядит следующим образом.

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.

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

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.

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.

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.

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.

Преимущества и недостатки струйных насосов

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.

Видеоматериалы

Достаточно широкого применения струйные насосные устройства нашли в пожарной технике, в качестве смесителей, для получения пены для тушения пожаров.

В энергетических паротурбинных установках струйные аппараты являются неотъемлемой частью конструкции для удаления пара из уплотнений вала турбоагрегата.

В химической индустрии данные насосы служат для перекачки кислотных и щелочных растворов.

Как работает струйный насос, схема его работы

Cтруйный насос – простейший аппарат, использующий для работы динамику потока жидкости. Является одним из видов нагнетателей. Простой, потому что в своей конструкции не имеет составных частей, которые движутся и трутся во время работы. Поэтому устройство данного типа обладает высокой стойкостью и длительностью эксплуатации.

Впервые струйный насос был применен еще в 19 веке в качестве лабораторного средства для выкачивания воды и избыточного воздуха из пробирочных колб. Немного позже данное устройство нашло применение в шахтах горнодобывающей промышленности для откачки воды.

Рисунок 1 – Струйный насос

На сегодняшнем этапе развития насосного оборудования, струйных насосов существует несколько модификаций:

• элеваторы – используются в внутридомовых смесительных системах отопления
• инжекторы – используются в энергетическом теплофикационном оборудовании;
• эжекторы – только для сред в жидкой фазе.

Принцип работы струйного насоса

Принцип работы струйного насоса организован на передвижении среды различного агрегатного состояния по трубопроводу с вмонтированным в него соплом, которое конструктивно выполнено суженным. Благодаря сужению движение жидкости, а именно ее скорости, повышается. При этом энергия движения потока превращается в кинетическую энергию.

Всасывание жидкой среды происходит из патрубка, который в свою очередь соединяется с пространством усреднительно-смесительной камеры. После этого жидкие фазы соединяются и перемешиваются, и далее смесь движется по диффузору к потребителю. В этом случае уже производится обратное превращение энергии.

Другими словами, струйный насос не относится к нагнетательным устройствам в повседневном понятии, потому что он не обеспечивает избыточный напор на стороне нагнетательного патрубка. В струйном насосе, как описано выше, выполняется двойное превращение энергии гидравлики потока.

Как работает струйный насос

Рабочая жидкость под высоким давлением доставляется к сужающемуся соплу. Струя, которая вытекает из устья сопла, уменьшает давление в камере смесительной ниже атмосферного. Вследствие этого второй поток инжектируемой жидкости смешивается со струей и далее смесь движется в рабочую камеру.

В камере смешения инжектируемая полностью перемешивается с рабочей жидкостью, и выравниваются их давления и скорости. Хорошо перемешанный поток жидкости поступает далее в выходной диффузор.

В диффузоре происходит снижение кинетики смеси и возрастание потенциальной энергии потока. После прохождения диффузора потенциальная энергия поток смеси достаточна для поступления к потребителю (как правило – это резервуар сбора жидкости).

Схема работы струйного устройства

Рисунок 2 – Принципиальная схема функционирования струйного насоса

1- трубопровод подвода рабочей жидкости; 2 – сопло насоса; 3 – трубопровод подвода инжектируемой жидкости (пространство вокруг сопла называется камерой подвода или приемной); 4 – камера смешивания потоков; 5 – выходной диффузор.

Основным, описывающим техническую сторону струйного насосного утройства, составляет коэффициент «эжекции» (в разных источниках этот же коэффициент называют «подсосом»). Данный коэффициент определяется отношением подачи рабочего объема жидкости к объему перекачиваемого смешанного потока.

Данного типа насосы обладают относительно маленьким КПД, однако в отдельных случаях они просто бесценны. К примеру, перекачивание химических газов или жидкостей, где использование центробежных лопастных нагнетателей просто невозможно (струйный насос дозатор изображенный на рисунке 3).

Рисунок 3 – Струйный насос дозатор для химических веществ

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

Устройство струйного насоса

Как уже было сказано, струйный насос не содержит в себе вращающихся частей в конструкции. Все элементы и узлы насоса предназначены для обеспечения работы рабочего и инжектируемого потоков.

Конструктивно струйный насос состоит из 4 элементов:

• всасывающая камера;
• сопло агрегата;
• смесительная камера;
• выходной диффузор;
• насадки для подачи инжектируемой и рабочей жидкостей.

Различные модели данного типа насосов могут комплектоваться разными по характеристикам суживающимися насадками — соплами, в зависимости от вида перекачиваемой среды и ее гидравлических особенностей.

Преимущества (достоинства) и недостатки струйных насосов

К основным достоинствам струйных насосов относятся:

• высокая надежность, долговечность и длительность эксплуатации;
• нет необходимости осуществлять регулярное техническое обслуживание;
• очень малая чувствительность к химически агрессивным потокам;
• простота конструкции и монтажа;
• широкая область применения.

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.

К недостаткам можно отнести:

• достаточно мал КПД насоса, который не выше 30%;
• необходимо подавать достаточно большие объемы жидкости на сопло.

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

Применение струйных насосов

Достаточно широкого применения струйные насосные устройства нашли в пожарной технике, в качестве смесителей, для получения пены для тушения пожаров.

В энергетических паротурбинных установках струйные аппараты являются неотъемлемой частью конструкции для удаления пара из уплотнений вала турбоагрегата.

В химической индустрии данные насосы служат для перекачкия кислотных и щелочных растворов.

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