7.Водовоздушные подъемники (эрлифты)

В эрлифтах при подаче воздуха (рис.55) образующиеся мелкие пузырьки всплывают и поднимают за собой воду. Работа по подъему воды совершается за счет энергии, затраченной на сжатие подаваемого воздуха. При изотермическом сжатии P_ат·V₀ = P₁·V₁, величина P₁ определяется высотой столба жидкости h₁: Р₁ = Р_ат + ρ·g·h₁.

Так как , то работа по сжатию воздуха определяется интегралом (рис.56):

.

Мощность воздушного потока , расход воздуха

Q₁ = V₀/t.

В то же время мощность водоподъемника

,

где Q – расход воды. Отсюда

.

Коэффициент полезного действия эрлифта η зависит от соотношения h1/h (рис.57).

Пример 11. Дано: Q = 0,02 м³/с; h = 10м; h₁ = 12м; ; η = 0,53. Принимаем Р_ат = 100000 Па. Определить расход воздуха и основные геометрические размеры эрлифта (рис.58).

Решение. Расход воздуха м³/с.

Расчет размеров эрлифта осуществляется в следующей последовательности.

Диаметр воздухоподводящей трубки при скорости

V₁ = 10 м/ч:

м, принимаем Д_в = 80 мм.

Определяем расход водовоздушной смеси при скорости

V₂ = 6 м/с:

Q₂ = Q + Q_l = 0,02 + 0,048 = 0,068 м³/с.

Площадь живого сечения водовоздушного потока

м².

Площадь воздушной трубы Д_в = 80 мм (наружный диаметр

Д_н = 90 мм):

м².

Общая площадь F=0,0113+0,00636=0,0177м².

Диаметр Д =м, Д_ст = 0,15 м (Д_н = 0,16 м).

Вычисляем общую площадь отверстий d = 6 мм при

V₃=12 м/с: м².

Площадь одного отверстия

.

Количество отверстий m = f₂/f₁ = 141 шт.

В одном ряду поместится отверстий

шт.

Количество рядов m₂ = 141/17 ≈ 8.

Длина воздушной полости м.

8. Гидравлический таран

Гидравлический таран представляет собой устройство, позволяющее поднять воду на высоту, используя энергию движущегося сверху вниз потока.

Таран (рис.59) состоит из наклонной трубы 1, клапана 3 на отверстии излива воды, воздушного колпака 5 с напорным клапаном 2 и водоподъемной трубы 6.

Вода изливается через щель 4 между клапаном и его корпусом. Когда клапан 3 лежит на решетке, давление воды Р_т= g(H-h_п), где h_п - потери напора в трубе, значительно превышает гидравлическое сопротивление щели. Поэтому скорость излива увеличивается, растет скорость в щели и в соответствии с уравнением Бернулли давление над клапаном понижается.

Рис.59. Гидравлический таран: 1 – наклонная труба; 2 - напорный клапан; 3 - клапан на отверстии излива; 4 - щель; 5 - воздушный колпак; 6 - водоподъемная труба

В момент времени, когда давление снизу превысит вес клапана, произойдет его мгновенное закрытие; кинетическая энергия потока превратится в потенциальную энергию давления, возникнет гидравлический удар.

Волна повышения давления откроет клапан 2 и часть воды через воздушный колпак и водоподъемную трубу поднимется в верхний бак. При волне понижения давления клапан 3 откроется и процесс повторится.

Если диаметр наклонной трубы D₁, скорость в момент закрытия клапана , где Q_A - расход потока по наклонной трубе, то волна повышения напора по формуле Жуковского: , где a ≈1400 м/с - скорость звука в воде; k - коэффициент, учитывающий упругость стенок трубы и наличие воздушных пузырьков, k ≈ 0,7-0,8.

КПД тарана ,

где q - полезный расход; Н_п - высота трубы; Q_cр – средний расход по наклонной трубе; h_п - потери напора, учитывающие потери по длине и cумму коэффициентов местных сопротивлений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Карелин В.В.,Минаев А.В. Насосы и насосные станции: Учеб. для вузов.-2-е изд.,перераб. и доп.-М.:Стройиздат.1986.-320 с.

2. Лобачев П.В. Насосы и насосные станции.-3-е изд., перераб. и доп. –М.:Стройиздат,1990.-320 с.

3. Карасев Б.В. Насосные и воздуходувные станции: Минск: Вышейш.шк., 1990.-326 с.

4. Турк В.И. Насосы и насосные станции.М.:Госстройиздат,1961.-333 с.

Продолжение приложения

Таблица 1