12.17. Бесприводные насосы.

К бесприводным насосам относятся устройства, в которых источником энергии служит энергия гидравлического удара или энергия, подаваемая с некоторым избыточным давлением жидкости, пара, газа или воздуха. Насосы этого типа делятся на:

1. струйные насосы (эжекторы);

2. пневматические насосы;

3. эрлифты (газлифты);

4. гидравлические тараны.

С труйные насосы находят довольно широкое применение для откачки воды из котлованов, шахт, для смешивания горячей и холодной воды в системах теплофикации (элеваторы) и т.д. Насос конструктивно весьма прост, не имеет вращающихся и движущихся частей, может быть изготовлен на самом простом оборудовании, практически не требует ухода.

Р ассмотрим принципиальную схему водоструйного насоса (рис. 12.36). Рабочая жидкость Q_р вытекает с высокой скоростью через сопло 1 в приемную камеру 2. В выходном сечении сопла увеличивается кинетическая энергия и уменьшается потенциальная – в камере создается разрежение. Струя рабочей жидкости в приемной камере соприкасается с перемещаемой жидкостью Q_п, поступающей по трубе 3. Благодаря трению и импульсному обмену на поверхности струи в приемной камере происходят захватывание и перемещение жидкости в камеру смешения 4 и далее в конический диффузор 5. В камере смешения происходит обмен импульсами между рабочей и перемещаемой жидкостями. В диффузоре происходит превращение кинетической энергии в потенциальную.

Подачу насоса принято характеризовать коэффициентом эжекции u = Q_п / Q_р.

Вследствие значительных потерь в сопле, камере сме­шения и т.д. КПД струйных насосов невелик η = 0,15 ÷ 0,30.

П невматические насосы работают по принципу вытеснения жидкости из резервуара газом или паром под давлением. На рис. 12.37 представлена схема пневматического насоса. Жидкость поступает в емкость 1 самотеком через вентиль 2. В процессе заполнения емкости жидкостью должен быть открыт вентиль 3, через который удаляется воздух. Когда резервуар наполнится, вентили 2 и 3 закрываются, а вентили 4 и 5 открываются. Через вентиль 4 в резервуар поступает сжатый воздух, и жидкость вытесняется из резервуара. Насос прост по устройству и может применяться в тех случаях, когда невыгодно применять насосы других типов.

Эрлифты – это воздушные подъемники, действующие с помощью сжатого воздуха (рис. 12.38). Сжатый воздух (эрлифт) или газ (газлифт) по трубе 3 от компрессора подается в нижний конец подъемной трубы 1, опущенной в скважину 4. На конце трубы устроен дырчатый башмак 2 или форсунка с отверстиями диаметром 4 – 6 мм. В дырчатом башмаке образуется газожидкостная эмульсия, которая, имея меньший, чем окружающая жидкость объемный вес, поднимается на поверхность земли и поступает в отстойник 5. Коэффициент полезного действия такого устройства составляет 20 – 25 %.

Ч резвычайно простым водоподъемным устройством является гидравлический таран, в котором для перемещения жидкости используется давление, образующееся в результате специально вызванного гидравлического удара (рис 12.39).

Работа тарана происходит следующим образом. Вода из водоема или резервуара 5 по разгонной трубе 1 самотеком перемещается к тарану под напором h. В конце трубы имеются два клапана 2 – ударный и 3 – нагнетательный. Нагнетательный клапан устанавливают в гидравлическом колпаке. В начальный момент времени клапан 2 закрыт под влиянием гидростатического давления, действующего на тарелку клапана (соответственно рассчитывается его масса). При открытии клапана 2 нажатием руки вода из резервуара под напором h потечет по разгонной трубе 1, и будет вытекать через клапан наружу с определенной скоростью. Когда динамическое усилие на тарелку клапана станет больше его веса, клапан резко сядет на свое место. В результате этого возникает гидравлический удар, который сопровождается, как известно, повышением давления; открывается нагнетательный клапан 3 и некоторая часть воды поступает в колпак, сжимая находящийся в нем воздух. Вслед за этим давление в разгонной трубе падает, вновь открывается клапан 2 и процесс повторяется. Накапливающаяся в колпаке вода создает в нем избыточное давление и осуществляется подача в резервуар 6 по нагнетательной трубе. В процессе работы часть воды выливается через ударный клапан и, соответственно, не поступает в резервуар 6. КПД тарана низок и составляет 25 ÷ 40 %.