Судовые насосы

Под струйными  принято понимать аппараты, в которых  происходит обмен энергией двух потоков  разных давлений с последующим образованием смешанного потока и промежуточным  давлением. Давления смешанного потока и рабочей среды могут быть в различных соотношениях. Например, в пароводяных СА (иногда их называют термонасосами), в которых смешивание сред происходит при значительных фазовых переходах, давление смешанного потока может превышать давление рабочей среды.

Характерной особенностью СН (рис. 1) в отличие от других типов насосов является отсутствие движущихся деталей, а значит, систем уплотнения и смазки. Основными элементами СН являются: сопло, камера смешения, диффузор.

 

Рис. 1. Принципиальная схема струйного насоса

 

Принцип действия СН основан на преобразовании статической энергии (давления) в кинетическую энергию (скорости) и обратно, т. е. в основу работы СН положена двойная трансформация энергий. При этом остается постоянной сумма потенциальной и кинетической энергий, т. е. . Работа СН заключается в следующем (см. рис. 1). Рабочая среда (газ, жидкость, двухфазная среда) подводится к соплу с начальными параметрами ( ). При прохождении среды через сопло давление снижается, а скорость согласно уравнению Бернулли возрастает. При истечении из сопла с большой скоростью в камере смешения создается разрежение, за счет чего происходит подсасывание инжектируемой среды. За соплом на входе в камеру смешения поток имеет большую неравномерность распределения скоростей по радиусу. В камере смешения происходит выравнивание эпюры скоростей и повышение статического давления. Протяженность и местоположение зоны повышения давления изменяются в зависимости от типа СН и режима его работы. Затем поток поступает в диффузор, в котором, наоборот, по сравнению с соплом давление растет, а скорость падает.

 

 

2. Энергетические параметры

К энергетическим параметрам СН относят: степень сжатия, степень расширения, подачу, коэффициент  всасывания, КПД.

Под подачей  СН понимается количество жидкости, перемещаемое с помощью рабочей жидкости в  единицу времени. Таким образом, в СН различают два вида жидкости: инжектируемая жидкость и рабочая

Под коэффициентом  всасывания понимается отношение количества инжектируемой воды к количеству рабочей воды . Иногда величину q называют коэффициентом эжекции (инжекции). Значение этого коэффициента зависит от различных факторов, в частности давления рабочей воды, давления нагнетания, высоты всасывания. Коэффициент эжекции определяется значениями скоростей движения среды в сечениях на выходе из сопла C₁, на входе в диффузор С₃ и скорости во всасывающей камере инжектируемой среды С₂. Величина С₁ зависит от давления рабочей среды и для современных эжекторов находится в пределах 45 ... 60 м/с. Величина С₂=1 ... 1,5 м/с, а С₃ = 1,5 ... 2 м/с. Во избежание вскипания среды, возникновения кавитации и срывов в работе эжектора давление в указанных сечениях должно быть больше давления паров жидкости. Этого можно достигнуть ограничением, например, скорости С₂. Рекомендуется, в частности, для обеспечения нормальной работы следующее соотношение: Н/см² (Р₂ — давление во всасывающей камере; Р_n — давление паров во всасывающем трубопроводе). Величина скорости С₃ имеет большое значение. Она определяет энергию потока после смешения на выходе из эжектора и должна быть достаточной для подачи потока среды по нагнетательному трубопроводу.

Однако наибольшее влияние оказывает длина пути смешения , представляющего собой расстояние от среза сопла до входа в диффузор. Оптимальной считается путь смешения, при котором коэффициент эжекции достигает максимального значения при заданных давлениях .

Следует отметить, что наряду с расходом рабочей  и инжектируемой среды и степенью сжатия коэффициент эжекции является важным показателем работы СН. Значения коэффициентов эжекции, например, у эжекторов в зависимости от рабочих параметров ( , высоты всасывания) могут находиться в пределах 1,4 ... 3.

Под КПД СН понимается отношение энергии, полученной инжектируемым потоком, к энергии, затраченной рабочим потоком, Он учитывает потери энергии на трение и вихреобразование при движении среды через проточную часть СН. Другими словами, он характеризует гидравлические потери. По значению КПД можно судить о совершенстве СН.

В качестве примера  рассмотрим конкретный СН — водоотливной эжектор. В этом случае под КПД  понимается отношение работы, затраченной  на подъем жидкости, к энергии рабочей  струи, т. е.

 

 

где

 — напор за диффузором;

 — напор перед соплом;

 — высота всасывания

Расход инжектируемой  среды в основном определяется значениями указанных напоров.

Используя коэффициент  эжекции, КПД (например, эжектора) можно определить по формуле

 

 

Потери энергии  в элементах СН распределяются следующим  образом: основные потери в камере смешения, меньшая часть приходится на диффузор. В то же время наличие камеры смешения позволяет увеличить эффективность работы СН. Например, эжектор с камерой смешения работает более устойчиво, т. е. без срывов, при увеличении давления нагнетания. В противном случае (при срыве) рабочая струя вместо диффузора будет поступать во всасывающий трубопровод.

К основным геометрическим параметрам относят: отношение площадей сечений камеры смешения и сопла  , а также соотношение длин .

3. Характеристики. Область использования

В качестве примера  рассмотрим основные характеристики водоструйного эжектора (рис. 2, 3);. По существу, эжектор является динамическим насосом трения, в котором перекачиваемая жидкость перемещается потоком рабочей воды. В судовых условиях в качестве рабочей воды может быть использована вода из пожарной магистрали.

 

Рис. 2. Зависимость  подачи водоструйного эжектора от высоты напора всасывания	Рис. 3. Зависимость  подачи водоструйного эжектора от напора нагнетания при различных значениях  высоты всасывания

 

Зависимости подачи от напора нагнетания (см. рис. 3) получены при условии: давление перед соплом 0,8 МПа при различных значениях высоты всасывания. Эжектор без снижения подачи может развивать напор до 12 м. Для обеспечения требуемых для обслуживаемого объекта параметров СН могут включаться последовательно и параллельно.

Струйные насосы по сравнению с другими типами обладают следующими достоинствами: нет  движущихся частей и клапанов; малые  масса и габаритные размеры; простота конструкции и компактность; способность перекачивать загрязненные жидкости; обеспечение равномерной подачи; допустимость сухого всасывания; способность работать в погруженном положении (под водой); постоянная готовность к действию.

Однако СН имеют  и недостатки, в частности: у них малый КПД; нет возможности регулировать подачу; для обеспечения работы необходим самостоятельный насос для подачи рабочей воды.

Указанные достоинства  и недостатки, по существу, и определяют область использования СН. Такие  насосы в судовой практике используются в качестве отливных, питательных, воздушных, мусорных, рыбовыливных. Они используются для создания вакуума в конденсаторах и ВОУ (в качестве рабочей среды служит забортная вода или пар). Водоструйные насосы (эжекторы) работают в составе осушительных трюмных систем для удаления трюмных вод и используются в качестве спасательных водоотливных средств (рабочая среда — забортная вода). Пароструйные насосы (инжекторы) могут использоваться для подачи питательной воды в котлы. Однако на современных судах инжекторы не применяются. Водоотливные эжекторы являются наиболее эффективными аппаратами для автономных осушительных систем специальных судов.