1.4. Шестеренный насос

Схема шестеренного насоса, поясняющая его принцип действия, показана на рис. 44. Две шестерни 1 а 2, находящиеся в зацеплении (одна из которых ведущая) плотно, с минимальными зазорами как по их торцам, так и зубчатой поверхности, облегаются корпусом 3 насоса. Таким образом, жидкость, заключенная в межзубом пространстве V, отсека­ется от остальной части жидкости и транспортируется из зоны всасывания 4 в зону нагнетания 5. В месте зацепле­ния шестерен (рис. 45) при входе зуба одной шестерни в межзубое пространство другой происходит выдавливание жидкости в зону 5, так как линия контакта шестерен гер­метично разделяет зоны 4 и 5.

При выходе зуба из межзубого пространства освобож­дающийся объем заполняется жидкостью зоны 4, реализу­ется акт всасывания. Итак, шестеренный насос — этот насос объемного типа.

Шестерни обычно одинаковы по своим размерам. За один оборот их из зоны 4 в зону 5 транспортируется объем жид­кости 2zV, где z — число зубьев одной шестерни. Однако в зону нагнетания, в месте зацепления шестерен выталкива­ется лишь часть этого объема 2zV_зуб (где V_зуб — объем зуба); летальной объем вновь уходит в зону всасывания. Теорети­чески производительность идеального шестеренного насоса

Действительная производительность

Основная характеристика H=f(Q) аналогична характе­ристике поршневого насоса (см. рис. 34). Из простейших способов регулирования можно применить лишь байпассирование и изменение частоты вращения шестерен п.

Шестеренные насосы широко применяются для перекачи­вания масел в системах смазки различных машин (в этом случае шестерни смазываются перекачиваемой средой), а при применении для изготовления шестерен материалов, не тре­бующих смазки, — и для перекачивания других жидкостей.

1.5. Эрлифтный насос

Если в нижнюю часть вертикальной трубы (рис. 46), погруженной в жидкость на глубину Н\, подавать газ, то б трубе возникает газожидкостная смесь, плотность который

где и — плотности жидкости и газа; — объемная газа в смеси, или истинное объемное газосодержание,

где V_Г — объем газа в объеме V_СМ, занятом смесью.

Плотность смеси по­этому смесь поднимается над уровнем жидкости на высоту h

так, что

При последующем увеличе­нии расхода газа φ возрастет, ρ_CM уменьшится, следовательно, высота h увеличится. При неко­тором расходе газа смесь начнет переливаться через верхнюю кромку эрлифтной тру­бы. Таким образом, жидкость транспортируется вверх на вы­соту h₂ посредством газа. Этот простейший по конструкции насос и есть эрлит, или эрлифтный насос.

Эрлифты широко применяются для подъема пли переме­шивания жидкости в аппаратах. На рис. 47 приведена схема аппарата с перемешивающим эрлифтом.

Основной характеристикой эрлифтного насоса является зависимость

где Q_Г и Q_Ж — расходы жидкости и газа в эрлифтной трубе. Для вывода уравнения основной характеристики вычис­лим давление за пределами эрлифтной трубы на уровне ее нижнего среза:

(54)

(55)

где р₀ — давление над жидкостью,∆p_TP — перепад давления, вызванный гидравлическими потерями при входе газожид­костной смеси в трубу и при течении ее по длине канала, (56)

— коэффициент местного сопротивления при входе потока в трубу; λ — коэффициент гидравлического трения; d — внутренний диаметр эрлифтной трубы; v_СЖ — средняя истинная скорость движения жидкости,

(57)

Экспериментально установлено, что газосодержание φ зависит от расходов газа и жидкости и ряда физических свойств смеси (вязкости жидкости, межфазного поверхност­ного натяжения, плотности газа и жидкости и др.).

Для расчета φ при движении маловязких жидкостей (вода и т. п.) можно воспользоваться зависимостью вида

(58)

где Q_ОТ — расход газа в относительном движении (относи­тельно жидкости).

Вид решения системы уравнений (54) —(58) показан на рис.48.

Оптимальный режим работы подъемного эрлифта харак­теризуется точкой А на рис. 48, соответствующей максималь­ному соотношению расходов Q_ж /Q_{г .}

КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ

Компрессорные машины — это машины, предназначенные "'для сообщения газу механической энергии.

Основные параметры компрессорных машин

Производительность, или подача компрессорной машины – это объемное количество газа, протекающее через машину в единицу времени. Поскольку при сжатии газа изменяется его плотность, то производительности компрессорной машины, измеряемые на входе и выходе, различны.

Производительность компрессоров и газодувок принято приводить к параметрам газа на линии всасывания, производительность же вакуум-насосов – к параметрам на линии нагнетания.

Степень сжатия – это отношение давления в линии нагнетания р_к (давление после компрессорной машины) к давлению на линии всасывания р₀ (давление до машины):

(59)

Изотермический коэффициент полезного действия харак­теризуется отношением

где N_из – мощность, необходимая для сжатия газа идеальной компрессорной машиной при условии изотермического сжатия газа; N_{к м} – мощность, потребляемая компрессорной машиной.

Классификация компрессорных машин

По принципу создания повышенного давления различают объемные компрессорные машины (поршневые, ротационные пластинчатые, водокольцевые и др.) и лопастные (центробежные, осевые и т. п.).

В зависимости от степени сжатия и величины давлений р_к и р₀ компрессорные машины разделяются на четыре основные группы:

1) компрессор, τ_к>3, р₀р_ат;

2) газодувка, 1,15<τ_к<3;

3) вентилятор, τ_к< 1,15;

4) вакуум-насос, р_{к ≈} р_ат, степень сжатия вакуум-насосов обычно превышает 10².

Компрессорные машины, как правило, более узко специализированы, чем насосы. Сжатие различных газов требует применения различных конструкционных материалов и смазочных масел, поэтому различают воздушные, водородные, хлорные и другие компрессорные машины.