6. Эжектор (гидроструйный насос)
В
эжекторе за счет энергии рабочей воды,
подаваемой в сопло 1 (рис.54), при высокой
скорости выхода воды из Рис.54.
Эжектор: 1 - сопло; 2 - вакуумная камера;
3 - камера смешения; 4 - диффузор; 5 -
всасывающий патрубок
сопла в камере 2 создается пониженное давление и из патрубка 5 засасывается вода. Смешанный поток попадает в камеру смешения 3 и затем в диффузор 4, где происходит превращение кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления.
Для двух сечений А- А, В – В в соответствии с уравнением Бернулли соотношение давлений в сечениях определяется выражением
(22)
где Vp – скорость выхода воды из сопла;
ξ – коэфициент сопротивления;
P1,P2 – давление в соответствующих сечениях.
Так
как V1
<<Vp
динамическим напором рабочей воды
можно пренебречь, тогда из уравнения
(22) следует
или
,
где
.
Принимают φ ≈ 0,9.
Обозначим соотношение расходов рабочей и всасываемой воды q1/q2 = U, давление на выходе из эжектора Р4.
Коэффициент полезного действия равен отношению приращения мощности всасываемого потока на выходе из эжектора к затраченной мощности рабочего потока:
.
(23)
Опытным путем установлено, что величина зависит от соотношения расходов q2/q1 (табл.4).
Таблица 4
Значения КПД и отношения f3/fp
|
U = g2/g1 |
0 |
0,2 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
|
η |
* |
0,25 |
0,27 |
0,3 |
0,28 |
0,2 |
0,14 |
|
f3/fp |
1,11 |
2 |
2,8 |
3,8 |
7,2 |
23,5 |
66,4 |
*При U < 0,2 η = 1,25 U, f3/fp = 4,45 U + 1,1.
В таблице 4 также приведено наивыгоднейшее отношение площади цилиндрической камеры смешения к площади выходного отверстия сопла f3/fp (рис.54).
Другие соотношения геометрических размеров, обозначенных на рис. 54,
Lц = 5 d3, Lд = 5 (d4-d3).
Проверочный расчет эжектора производится с помощью уравнения баланса мощностей:.
+
+
,
(24) гдеV3
– скорость всасываемого потока внутри
цилиндрической камеры, V3
= q2/(f3
– fp).
. В уравнении (24) слева – входная мощность, справа – выходная и потери мощности. Последнее слагаемое в правой части уравнения определяeт так называемые потери на удар, возникающие в цилиндрической камере при смешении двух потоков с разными скоростями.
Значения коэффициентов сопротивления зависят от многих факторов и могут быть приняты в практических расчетах:
ξ1 = 0,16 – 0,19; ξ2 = 0,2; ξ4 =0,15 (Vд/V4 – 1)2, где Vд – усредненная скорость на входе в диффузор, Vд = 4(q1 + q2)/( d32); ξс = 1,8 – 2,1.
Эжекторы находят широкое применение в различных гидравлических схемах, в частности:
для смешения растворов реагентов с водой;
для отсасывания воздуха из корпуса центробежных насосов при их запуске;
для удаления загрязненной воды и осадка из приямков и во многих других случаях.
Пример
10. Дано: q1
= 0,3 м3/с;
q2
= 0,7 м3/с;
Р2
= 0,1 МПа;
Р4
= 0,2 МПа; (давления абсолютные).
Определить необходимое давление рабочей воды и геометрические размеры эжектора.
;
.
Из
уравнения (23)
Па;
м/с.
Диаметр отверстия сопла
м;
м2;
м2;
м;
м;
м/с.
Если скорость потока на выходе из диффузора V4 =1,5 м/с, тогда
м,
принимаем стандартный диаметр d4 = 1 м, уточняем скорость на выходе из диффузора
V4 = 4(0,3 + 0,7)/(3,14 12) = 1,27 м/с.
Скорость на входе в диффузор
Vд = (0,3 + 0,7)/0,0666 = 15,04 м/с.
Длина диффузора
м.
Проверка. Мощность входных потоков
Вт. Коэффициент сопротивления диффузора
= 0,15(15,04/1,27 – 1)2 = 17,6.
Мощность выходного потока и потери
Баланс мощностей удовлетворительный.