Лабораторная Работа № 30 иСследование характеристики водоструйного насоса (гидроэлеватора)

Цель работы:

Исследование характеристики водоструйного насоса, иллюстрирующего применение уравнения энергии (уравнения Бернулли) для жидкости на практике.

В работе необходимо:

- опытным путем определить напор насоса при различных значениях относительного расхода (коэффициента подсасывания);

- построить зависимость КПД насоса от относительного расхода по результатам испытаний.

Основные теоретические положения

Водоструйные насосы (гидроэлеваторы) повышают напор основного потока низконапорной жидкости за счет смешения его с высоконапорной струей той же жидкости.

При этом высоконапорная жидкость, называемая рабочей, или активной, с расходом Q_p, через специально спрофилированное сопло (рис. 30.1) подается на вход в насос (сечение 1-1).

Входная часть струйного насоса обычно представляет собой конфузор, сюда подводится и подаваемая (или пассивная) жидкость с расходом Q_п. Она увлекается высокоскоростным потоком рабочей жидкости и в цилиндрической части эжектора (камере смешения) происходит обмен энергий между активным и пассивным потоками и постепенное выравнивание их скоростей. В выходной части диффузоре (он может и отсутствовать) гасится избыточная скорость.

Поскольку обмен энергии при смешении струй неизбежно сопровождается большими потерями, то от струйных насосов: как правило, не следует ожидать больших напоров. Их основное достоинство – отсутствие движущихся частей и простота устройства. Они чаще всего применяются в качестве вспомогательных насосов, а также для перекачки загрязненных или двухфазных жидкостей.

Рис. 30.1

Рабочие параметры эжектора определяются прежде всего относительным расходом q, часто называемым коэффициентом подсасывания:

(30.1)

В условиях, когда истечение суммарного потока жидкости происходит в атмосферу (как данной работе), полезность насоса определяется высотой h_п, с которой подкачивается пассивный поток с расходом Q_п. Эта высота во многом зависит от напора h_p рабочей жидкости на входе в насос.

Основной характеристикой водоструйного насоса является зависимость КПД η_н от относительного расхода:

(30.2)

Эта зависимость начинается с нуля (рис. 30.2) при q = 0 (нет подаваемой жидкости) и, проходя через максимум, снова устремляется к нулю (при больших относительных расходах, когда расход активной рабочей жидкости существенно больше расхода пассивной жидкости Q_р  Q_п).

_п, %

q

Рис. 30.2

Описание экспериментальной установки

Установка (рис. 30.3) содержит лопастной центробежный насос 1, подающий жидкость с расходом Q_p в высоконапорный насадок эжектора 4 при открытом вентиле 2. На входе в вентиль 2 установлен манометр 3, измеряющий избыточное давление рабочей жидкости р_p. Активная и пассивная жидкость смешивается в камере смешения 5.

Рис. 30.3

Пассивная жидкость с расходом Q_п поступает из бака 7 за счет разрежения, созданного во входной полости насоса 4 высокоскоростной струей рабочей жидкости. Расход воды после водоструйного насоса, складывающийся из расхода пассивного Q_п и рабочего Q_p, измеряется после выхода объемным способом с помощью емкости 6. Расход пассивной жидкости также определяется объемным способом, для чего измеряется снижение в баке 7 уровня h подаваемой жидкости за определенное время.

Порядок выполнения работы

1. На бланке вычертить схему установки (см. рис. 30.3), записать расчетные формулы (30.1) – (30.6) и исходные данные: площадь F_бaк бака и температуру жидкости.

2. Проверить заполнение водой бака 7.

3. Включить лопастной насос 1 и создать давление в напорном трубопроводе.

4. Открыть вентиль 2 на линии рабочего потока жидкости и установить заданное рабочее давление по манометру 3. При этом:

- измерить начальное и конечное положение уровня воды в баке 7 Δh = h_н – h_к и секундомером – время t понижения уровня воды;

- измерить объем W_Σ вытекшей воды на выходе из эжектора с помощью емкости 6 за время t.

5. Не выключая насос, повторить измерение вышеуказанных величин при других значениях давления (3 – 4 раза) и записать их в таблицу на бланке.

6. Порядок обработки экспериментальных данных

- Определить суммарный расход воды:

см³/с. (30.3)

- Вычислить расход эжектируемой жидкости:

см³/с. (30.4)

- Подсчитать расход рабочей жидкости по формуле:

Q_p = Q_Σ – Q_эж, см³/с. (30.5)

- Коэффициент подсасывания q определить по формуле (30.1).

- Показания манометра 3 перевести в напор h_p в м вод. ст.

- По показаниям h_н и h_к уровней воды в баке 7 пересчитать среднее разрежение подаваемой жидкости для каждого опыта:

м.вод.ст (30.6)

- По формуле (30.2) найти КПД _н водоструйного насоса.

- Построить график η_эж = ƒ(q) и сделать вывод о величине КПД и пояснить характер кривой.

Контрольные вопросы

1. Уравнение Д. Бернулли для идеальной подаваемой жидкости (записать для характерных сечений водоструйного насоса).

2. Принцип действия струйного насоса, его характеристика.

3. Основные параметры и основные элементы струйного насоса.

4. Принцип измерения расходов жидкости в опыте.

5. Преимущества и недостатки струйного насоса.

Рекомендуемая литература

[1, с. 52-55].

П Р И Л О Ж Е Н И Е

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

И ИХ ПОВЕРКА

ПОВЕРКА МАНОМЕТРА

1. Схема установки:

Класс точности прибора: К_л =

Максимальное показание прибора: р_мах =