6.7.2. Монтежю

Монтежю (рис. 6.41) применяется в основном для подъема и перекачки агрессивных, взрывоопасных и грязных жидкостей с помощью сжатого воздуха.

Рис. 6.41. Схема монтежю

Монтежю состоит из герметично закрытого бака 1, установленного ниже питательного бака 2. Жидкость подается в бак 1 через открытый кран самотоком. В это время краны и закрыты, а кран – открыт. После наполнения бака 1 краны и закрываются, а краны и – открываются. Через кран поступает сжатый воздух, и по трубе 3 жидкость транспортируется в бак 4.

Для нормальной работы монтежю в начале трубы должно быть давление, равное:

(6.89)

где h – высота подъема жидкости, p – гидравлическое сопротивление нагнетательной трубы 3.

Монтежю имеет очень малый КПД, так как сжатый газ полностью выпускается в атмосферу перед каждым наполнением бака 1.

Монтежю работает периодически.

6.7.3. Струйные насосы

Струйные насосы (рис. 6.42) применяются для всасывания (эжекторы) и нагнетания (инжекторы) жидкостей, а также для их охлаждения или нагревания путем непосредственного смешения с другими жидкостями, парами или газами.

В струйных насосах рабочая жидкость с большой скоростью вытекает из сопла 1 и поступает в камеру смешения 2. Из-за увеличения скорости в сечении I–I давление в нем, согласно уравнению Бернулли, падает, так что возникает разность давлений между питательным баком 4 и сечением I–I.

Рис. 6.42. Схема струйного насоса

За счет этой разницы давлений происходит всасывание жидкости из бака 4. После смешения перекачиваемой (полезной) жидкости с рабочей эта смесь поступает в диффузор 3, переходящий в напорный трубопровод. В диффузоре скорость потока уменьшается, давление возрастает.

Обозначим параметры рабочей жидкости в соплах как: ; перекачиваемой жидкости перед входом в камеру смешения – ; общего потока на выходе из диффузора – . Определим напоры:

– напор рабочего потока на входе в насос ;

– напор общего потока при выходе из насоса ;

– напор перекачиваемого потока при входе в камеру смешения .

Тогда рабочий напор определится как:

(6.90)

полезный напор:

(6.91)

Зная величину весовых подач рабочей и перекачиваемой жидкостей можно определить КПД струйного насоса :

(6.92)

где – весовая подача перекачиваемой жидкости, – весовая подача рабочей жидкости, – коэффициент инжекции. КПД струйных насосов низкий ( = 0,20–0,35).

Заметим, что рабочими жидкостями могут быть как капельные жидкости, так и пары и газы.

6.7.4. Гидравлический таран

Гидравлический таран (рис. 6.43) состоит из ударного клапана 1, нагнетательного клапана 2, воздушного колпака 3. Через питательную трубу 4 таран соединяется с питательным бассейном 5 через нагнетательный трубопровод 6 с приемным баком 7.

Рис. 6.43. Схема гидравлического тарана

Принцип работы гидравлического тарана. Для упрощения рассуждений будем полагать, что в начальный момент времени нагнетательный и ударный клапаны закрыты, избыточное давление в воздушном колпаке , а вода в питательной трубе 4 неподвижна.

Для того чтобы таран начал автоматически работать, необходимо открыть ударный клапан 1. Тогда через этот клапан начнется истечение воды, скорость которой вследствие инерции воды, находящейся в питательной трубе 4, будет постепенно увеличиваться от нуля в первоначальный момент времени до какой-то конечной величины w_к, стремясь в пределе к скорости установившегося движения w₀, соответствующей напору h и гидравлическим сопротивлениям системы питательный трубопровод – ударный клапан.

С увеличением скорости истечения будет повышаться гидродинамическое давление, действующее снизу вверх на ударный клапан. Когда сила гидродинамического давления превысит вес клапана, он резко закроется. Произойдет гидравлический удар, давление в трубе 4 перед нагнетательным клапаном повысится до некоторой величины , нагнетательный клапан откроется, и вода под повышенным давлением начнет поступать в воздушный колпак 3, сжимая в нем воздух. Из воздушного колпака вода по нагнетательному трубопроводу 6 поступит в приемный резервуар 7. В момент закрытия ударного клапана в питательной трубе 4 начнется волновой процесс, который приведет к изменению скорости и изменению давления в питательном трубопроводе. В связи с этим спустя некоторое время после закрытия ударного клапана давление в питательном трубопроводе падает, нагнетательный клапан закрывается, а ударный клапан автоматически открывается; начинается новый цикл, протекающий так же, как и первый. Таран начинает работать автоматически, подавая воду определенными порциями в воздушный колпак, который сглаживает пульсацию скорости нагнетаемой воды, обеспечивая сравнительно равномерное движение (во времени) в нагнетательном трубопроводе.

Из схематичного описания таранной установки видно, что таран является водоподъемником, в котором «двигатель» и «насос» объединены в одной машине довольно простой конструкции. Таран непосредственно использует энергию падающей воды для подъема части этой воды на определенную высоту.

Если через обозначить объем воды, сбрасываемой через ударный клапан 1, а через – расход, поступающий в приемный бак, то энергетический КПД таранной установки выразится отношением:

(6.93)

В современных таранных установках достигает 50 м, полезный расход до 20–25 л/с. Гидравлический таран используется тогда, когда имеется значительный запас воды, превышающий потребное количество, и где есть возможность монтировать установку ниже уровня питательного бассейна.

КПД установки колеблется в пределах 0,2–0,9. Они могут применяться для орошения, водоснабжения и обводнения.