Д.т.н.,проф. Саргужин М.Х., магистрант Касабеков М.М.,

Ph.D, к.т.н., доц. Касабеков^* М.И.

КаЗНТУ им. К.И. Сатпаева (г. Алматы)

ЕНУ им. Л.Н. Гумилева^* (г. Астана).

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ВИХРЕВОГО ГИДРОЭЛЕВАТОРА

Гидроэлеватором называется струйный аппарат, предназначенный для откачки и транспортировки воды, различных видов гидросмесей и суспензии.

Основные элементы гидроэлеватора: напорное сопло, приемная камера, конфузор, камера смешения, диффузоры и трубопровод для транспортировки гидросмесей. Главной частью гидроэлеватора, в которой происходит выделение из двух компонентной гидросмесей рабочей жидкости, является циклонная приемная камера.

Исходным условием (конструктивным) для расчета геометрических параметров приемной камеры служат равенства:

а) площадей коксиального поперечного сечения отсасывающей трубы и всасывающего патрубка насоса (рис 1):

, (1)

б) диаметров нагнетательного патрубка насоса и напорной трубы и гидроэлеватора

, (2)

в) диаметров пескового отверстия гидроциклонной камеры и камеры смешения

(3)

Длина отсасывающей трубы, затопленной в циклонной камере, равна длине цилиндрической части гидроциклона. Последняя может быть определена по методике, предложенный в [1].

Диаметр цилиндрической части приемный камеры принимается равным.

а) для приемной камеры с круглым входным отверстием:

(4)

(5)

где ;

б) для приемной камеры с прямоугольным входным от отверстием:

(6)

(7)

где в - ширина входного отверстия циклонной приемной камеры.

Рис.1

Площадь поперечного сечения входного патрубка рассчитывается на расход:

При этом скорость на всасывающей трубе не должна превышать допустимого значения

(8)

где а – длина прямоугольного входного отверстия.

Необходимая часть гидроэлеватора – напорная насадка, расположенная на конце нагнетательной трубы. Ее профиль должен обеспечивать наименьший угол расширения внешней границы струи, тогда коэффициент эжекции достигает максимального значения.

Обычно наилучшим профилем насадки считается коноидальный или конусный вход, переходящий в цилиндрический выход. При этом оптимальным углом конусности конфузора считается 2γ =11⁰÷13⁰

а длина цилиндрической части L_H = (1÷2) d_н.

Диаметр напорной насадки (9)

где v₃ – скорость струи, вытекающей из насадки,

(10)

Предполагается, что в первом приближении .

Очень важно определить расстояние между срезом напорной насадки и плоскостью входа в цилиндрическую камеру смешения.

Оно зависит от длины не расширенной части эжектирующей струи. По исследованиям В.Я. Чичасова [2], при растекании рабочей струи в спутном потоке это расстояние e₁ равно двум диаметрам напорной насадки (e₁=2d_H). Многие исследователи [2] рекомендуют принимать e₁=(1 -2)d_H. Однако, когда спутный поток вихревой, следует учитывать влияние тангенциальной составляющей вектора скорости. Она всегда способствует расширению напорной струи, а не сжатию. Степень расширения (угол расширения) зависит от закрутки наружного потока, соотношений количеств движения и других параметров потока. Поэтому в первом приближении расстояние e₁ нужно принимать e₁≤2d_H. Длина камеры смешения любого гидроэлеватора должна определяться в зависимости от ее диаметра и угла расширения струи. Диаметр камеры смешения находится из условия подобия гидроэлеваторов. Известно, что семейство подобных струйных насосов должны иметь [3]

, (11)

где d_н – диаметр напорной насадки на его срезе; d_к.с – диаметр камеры смешения.

Задаваясь значениями d_н и k_э, можно найти

(12)

Таким образом, нами установлены все основные размеры элементов циклонной камеры. Что касается теории и расчета камеры смешения, диффузора и пульповода, то в первом приближении (при слабой закрутке эжектируемой жидкости) вполне можно пользоваться методикой и рекомендациями, предложенными в работах [4, 5]. В некоторых задачах гидротехники, мелиорации и др. эжектируемый поток может иметь значительную закрутку. Этот случай – предмет специального исследования, поскольку представляет большое научное и практическое значение.

Хочется обратить внимание на комплексность расчета, взаимообусловленность параметров базового насоса, гидроциклонной камеры и струйного насоса. Здесь очень важен правильный подбор типа и марки базового насоса, питающего гидроэлеватор, поскольку этот насос работает синхронно с гидроэлеватором и имеет одну общую пульпоприемную камеры в виде цилиндро-конического гидроциклона. Такая форма камеры оказалась удачной. В ней формируются эжектируемый (который учитывается коэффицентом эжекции) и эжектирующий (расход рабочей жидкости) потоки. Гидравлические параметры последнего должны быть исходными для подбора типа и марки базового насоса и определения геометрических размеров приемной камеры.

Литература

1. Абдураманов А.А. Гидравлика гидроциклонов и гидроциклонных насосных установок.ч.2. «Ғылым», Алматы, 1993, 140с.

2. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. – М., 1983, 352с.

3. Каменев П.Н. Гидроэлеваторы в строительстве. – М., 1964, 415с.

4. Фридман Б.Э. Гидроэлеваторы. – М., 1960.

5. Юфин А.П. Гидромеханизация. – М., 1974, 223с.