CC BY
29
УДК 621.69.001
ОПТИМАЛЬНАЯ ФОРМА ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ СТРУЙНОГО
НАСОСА- ДОЗАТОРА
В.О. АЛЕКСАНДРОВА, И.В. БРЕДИХИН, А.Д. ГРИГА Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ
Обоснована конфигурация проточной части струйного насоса-дозатора с хорошими эксплуатационными характеристиками, антикавитационными свойствами и минимальными продольными размерами.
Для обеспечения надежной, долговечной и безаварийной работы системы теплоснабжения необходима качественная подготовка подпиточной воды. Работа оборудования цеха химической подготовки подпиточной воды для систем теплоснабжения может быть обеспечена с помощью водоструйных насосов [1].
В Волжском политехническом институте исследованы характеристики СН-дозаторов. Описание опытной установки, принципиальной схемы СН, технологической схемы включения СН, автоматизированной системы регистрации параметров, погрешности измеряемых величин представлены в [2].
Принципиальное отличие исследованных СН-дозаторов от остальных, имеющихся в литературе установок и конструкций, заключается в их малых коэффициентах эжекции и (до 0,1), низких значениях КПД (4 - 19 %) и особенностях работы (СН-дозаторы работают в технологической цепи приготовления регенерационного раствора серной кислоты). Выбор эффективной проточной части - актуальная задача проектирования СН.
Процесс перемешивания воды и кислоты сопровождается активным выделением тепла и образованием паровой фазы в зоне смешения потоков. Исходя из особенностей, связанных с процессами перемешивания воды и кислоты, возникают отличия в конструкции проточной части СН - дозатора.
Программа расчета СН и его характеристик основывается на законе импульсов для неупругих сред [1]. Уравнение характеристик СН:
1) безразмерный перепад абсолютных давлений
АРС / арр = (Рс - Рн)/(Рр - Рн); (1)
2) КПД п = (и АРс / АРр )/(1 -АРс / АРр ). (2)
В соответствии с [1] безразмерный перепад давлений (1) выражается через параметры СН: отношения геометрических размеров, коэффициент эжекции, коэффициенты скорости ф1, ф2, ф3, ф4 рабочего сопла, камеры смешения, диффузора и входного устройства камеры смешения соответственно.
При заданном значении располагаемого напора и заданном коэффициенте эжекции оптимальное отношение сечений камеры смешения и рабочего сопла т = /з / /с соответствует максимальному значению АРС / АРр СН.
© В. О. Александрова, И. В. Бредихин, А. Д. Грига Проблемы энергетики, 2004, № 7-8
В статье, на основании выполненных расчетных и опытных исследований, приводятся рекомендации для выбора соотношений между конструктивными размерами для проектирования СН, значений коэффициентов скорости для расчета характеристик насосов.
На рис. 1 приведены соотношения между конструктивными размерами СН по рекомендациям П.Н. Каменева [3],
Рис. 1. Соотношения между конструктивными размерами СН на рис.2 - по рекомендациям Е. Я. Соколова и Н. М. Зингера[1].
Рис. 2. Соотношения между конструктивными размерами СН по рекомендациям Е.Я. Соколова и Н.М. Зингера
Для СН- дозаторов, в которых при смешении потоков протекает химическая реакция, можно рекомендовать к использованию сопла коноидального типа, которые имеют малые потери: на (2...6) % меньшие, чем конические сопла. Характерные значения коэффициента скорости рабочего сопла ф1 = 0,94 - 0,95. Для СН, в которых смешение потоков протекает без их химического взаимодействия, рекомендуется использовать сопла с увеличенной рабочей поверхностью [4]. В таких соплах периметр взаимодействия активного и пассивного потоков удалось увеличить более чем в три раза, по сравнению с периметром взаимодействия потоков при обычных соплах, что позволяет повысить эффективность работы СН.
Входной участок камеры смешения (КС) для СН-дозаторов рекомендуется выполнять в форме лемнискатной поверхности. Такая поверхность обеспечивает небольшие гидравлические потери, малую продольную протяженность в
сравнении с входным участком конической формы. Значение коэффициента скорости для входного устройства перед камерой смешения ф 4 = 0,925.
В СН - дозаторах наибольшие потери имеют место в диффузорах, особенно если используется диффузор с постоянным углом раскрытия. В случаях, когда возникают ограничения по монтажной длине СН, применение диффузоров с постоянным углом раскрытия вообще невозможно. Диффузоры с переменным углом раскрытия, с постоянным падением скоростного напора по длине или постоянным падением скорости по длине [3] имеют потери в 2 раза меньшие, чем диффузоры с постоянным углом раскрытия. Применительно к СН-дозаторам можно рекомендовать к использованию диффузоры двухградиентного типа с резким нарастанием градиента давления в области выходных сечений. Как показали выполненные исследования, такие диффузоры с минимизированной длиной, кроме небольших потерь, имеют повышенные антикавитационные качества. Расчетные значения коэффициента скорости диффузора СН-дозатора ф3 = 0,89 - 0,90. Для АРС / АРр = 0,35 - 0,40 и и = 0,01 - 0,05 установлено
соотношение фз = 0,6728 + 2,1775 • и, где ф3 - относительный коэффициент скорости в диффузоре (отношение ф3 при текущем коэффициенте эжекции к
расчетному значению).
На рис. 3 изображена рекомендуемая проточная часть высоконапорного СН-дозатора. Облик насоса предопределяет отношение диаметра камеры смешения/3 к/с - диаметру рабочего сопла т = /3 / /С. Диаметр рабочего сопла йс рассчитывается по общепринятым методикам. Значение т можно выбрать по рекомендациям [1] и [5].
комоидмьнос сопло жмцяскятиый йод
Особого внимания заслуживает вопрос выбора долевых размеров насоса: Ьс, Ьк, Ьл. Расстояние от среза сопла до входного сечения камеры смешения Ьс - один из основных параметров, определяющих работу струйного насоса. Оптимальным считается то расстояние, при котором для заданного коэффициента эжекции и
сечение активного потока ^4 совмещается с входным сечением камеры смешения
dз.
Исследования показывают, что при малых и для высоконапорных насосов-дозаторов необходимо точно определять оптимальное положение сопла. Установлено, что при входном устройстве с лемнискатной поверхностью оптимальное положение сопла имеет более широкий диапазон изменения, чем при острой входной кромке в начале камеры смешения. В интервале Ьс = (1 - 2)^с теряется лишь 5 - 10 % кинетической энергии струи активного потока. Чем выше запас кинетической энергии струи на входе в камеру смешения, тем больше энергии передается пассивному потоку, происходит быстрое смешение потоков. По этой причине рекомендуется значение Ьс = 1,5^с.
В камере смешения длиной 6 - 10 ее диаметров происходит выравнивание скорости по радиусу, что необходимо для эффективной работы диффузора. Оптимальная длина камеры смешения отвечает лучшим энергетическим характеристикам СН. Часто возникает необходимость сократить длину камеры смешения, если имеются ограничения по продольным габаритам СН. При этом могут ухудшиться характеристики насоса. Связано это с тем, что смешение потока распространяется на диффузорную часть, где возникают большие потери.
Опыты ВТИ для цилиндрической камеры смешения устанавливают Ьк =(4 - 8)/3. Нижний предел относится к и < 1. По этой причине рекомендуется для СН-дозатора с ограничениями по габаритам Ьк = 5d 3. Коэффициент скорости камеры смешения СН-дозатора ф3 = 0,90 - 0,92.
В начальной части конического диффузора происходит резкое падение скорости. По этой причине желательно иметь диффузор с меньшим углом раскрытия его образующих в начале и с постепенным увеличением угла раскрытия к выходу. Этим требованиям удовлетворяет исследованный двухградиентный диффузор с криволинейными образующими (рис. 3), длиной
Ья =(8 -11) с .
В таблице приведены основные параметры эжекторов с максимальными значениями КПД, имеющиеся в публикациях.
Таблица
(йс /йз)2 ЬС / йС Ьи /йз а 0 П
0,298 0,8 - 1,2 3,5 - 4,5 5,5 - 8,0 0,42
0,390 1,0 - 2,0 3,5 - 4,5 6,6 - 8,0 0,35
0,500 1,2 - 1,6 3,5 - 4,5 5,5 - 6,6 0,33
В исследованном СН-дозаторе (йс / й3 )2 = 0,745. Геометрические
соотношения СН-дозатора близки к подобным соотношениям для эжекторов с максимальными значениями КПД.
Выводы
На основании выполненных расчетных и опытных исследований обоснована форма проточной части струйного насоса-дозатора с хорошими эксплуатационными характеристиками, антикавитационными свойствами и минимальными продольными размерами, даны рекомендации для выбора коэффициентов скорости, необходимых для расчета характеристик насосов.
Summary
The configuration of a flowing part of the jet dosing pump with good operational characteristics, anticavitation properties and minimal longitudinal sizes is proved.
Литература
1. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 352 с.
2. Бредихин И.В., Грига А.Д., Еременко И.В. Установка для исследования характеристик эжектора-дозатора// Изв. вузов. Проблемы энергетики. - 2000. - № 9 - 10. - С. 82 - 86.
3. Каменев П.Н. Гидроэлеваторы в строительстве. - М.: Стройиздат, 1970. -321 с.
4. Пат. РФ №2161273. Струйный насос I И.В. Бредихин, А.Д. Грига, И.В. Еременко (РФ) II Бюллетень изобретений. - 2000. - №36.
5. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. - Л.: Машиностроение, 1988. - 278 с.
Поступила 11.03.04
