Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt eine selbstansaugende Dieselpumpeneinheit, die den Abgasstrom des Dieselmotors zur Vakuumerzeugung nutzt. Die Einheit besteht aus einer Kreiselpumpe, einem Dieselmotor, einer Kupplung, einem Venturirohr, einem Schalldämpfer und einem Abgasrohr. Die Abtriebswelle des Dieselmotors ist mit einer Kupplung und einer Kupplungswelle verbunden. Der Schalldämpfer ist mit der Antriebswelle der Kreiselpumpe verbunden. Am Auslass des Schalldämpfers befindet sich ein Absperrventil. Seitlich am Schalldämpfer ist ein Abgasrohr angeordnet, das mit dem Lufteinlass des Venturirohrs verbunden ist. Die Einlassseite des Venturirohrs ist mit dem Auslass der Pumpenkammer der Kreiselpumpe verbunden. An der Rohrleitung sind ein Absperrventil und ein Vakuum-Rückschlagventil angebracht. Ein Auslassrohr ist mit dem Auslass des Venturirohrs verbunden. Die vom Dieselmotor ausgestoßenen Abgase werden in das Venturi-Rohr geleitet, und das Gas in der Pumpenkammer der Kreiselpumpe sowie in der Wasserzulaufleitung der Kreiselpumpe wird abgepumpt, um ein Vakuum zu erzeugen. Dadurch wird das Wasser, das sich unterhalb des Wassereinlasses der Kreiselpumpe befindet, in die Pumpenkammer gesaugt, um eine normale Entwässerung zu gewährleisten.
Die Dieselmotor-Pumpeneinheit ist eine von einem Dieselmotor angetriebene Wasserpumpe, die in der Entwässerung, der landwirtschaftlichen Bewässerung, dem Brandschutz und der temporären Wasserförderung weit verbreitet ist. Dieselmotorpumpen kommen häufig dort zum Einsatz, wo das Wasser unterhalb des Pumpeneinlasses gefördert wird. Derzeit werden für die Wasserförderung unter diesen Bedingungen häufig folgende Verfahren angewendet:
01. Installieren Sie ein Bodenventil am Ende des Zulaufrohrs der Wasserpumpe im Ansaugbecken: Bevor Sie die Dieselmotorpumpe starten, füllen Sie den Pumpenraum mit Wasser. Nachdem die Luft aus dem Pumpenraum und dem Zulaufrohr entwichen ist, starten Sie die Dieselmotorpumpe, um die normale Wasserversorgung sicherzustellen. Da sich das Bodenventil am Beckenboden befindet, ist eine Wartung im Falle eines Defekts sehr aufwendig. Darüber hinaus benötigen Dieselmotorpumpen mit hohem Fördervolumen aufgrund des großen Pumpenraums und des großen Durchmessers des Zulaufrohrs eine große Wassermenge und weisen einen geringen Automatisierungsgrad auf, was die Anwendung zusätzlich erschwert.
02. Die Dieselmotor-Pumpenanlage ist mit einer Dieselmotor-Vakuumpumpe ausgestattet: Durch das Starten der Vakuumpumpe wird die Luft aus der Pumpenkammer und der Wasserzulaufleitung der Wasserpumpe abgesaugt, wodurch ein Vakuum entsteht. Unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks strömt das Wasser aus der Wasserquelle in die Wasserzulaufleitung und die Pumpenkammer. Anschließend wird die Dieselmotor-Pumpenanlage wieder gestartet, um die normale Wasserzufuhr zu gewährleisten. Die Vakuumpumpe muss bei diesem Wasserabsaugverfahren ebenfalls von einem Dieselmotor angetrieben werden und mit einem Dampf-Wasser-Abscheider ausgestattet sein. Dies erhöht nicht nur den Platzbedarf der Anlage, sondern auch deren Kosten.
03 、Die selbstansaugende Pumpe ist auf den Dieselmotor abgestimmt: Die selbstansaugende Pumpe hat einen geringen Wirkungsgrad und ein großes Volumen, und die selbstansaugende Pumpe hat einen geringen Durchfluss und eine geringe Förderhöhe, was in vielen Fällen die Anforderungen nicht erfüllt. Um die Kosten der Dieselmotor-Pumpenanlage zu senken, ihren Platzbedarf zu reduzieren, ihren Einsatzbereich zu erweitern und die Abgase des hochtourigen Dieselmotors optimal zu nutzen, wird das Abgas über das Venturi-Rohr [1] in den Pumpenraum und die Kreiselpumpe geleitet. Das Abgas wird über die Saugöffnung des Venturi-Rohrs, die mit dem Auslass des Pumpenraums verbunden ist, aus der Wasserleitung abgeleitet. Dadurch entsteht im Pumpenraum und im Wassereinlass der Kreiselpumpe ein Vakuum. Das Wasser im Wasserbehälter, dessen Druck unterhalb des Wassereinlasses der Kreiselpumpe liegt, steht unter atmosphärischem Druck und strömt in den Wassereinlass und den Pumpenraum der Kreiselpumpe. Dadurch werden beide Bereiche gefüllt, und die Kupplung verbindet den Dieselmotor mit der Kreiselpumpe, wodurch diese ihren Betrieb aufnimmt. normale Wasserversorgung.
II: Das Funktionsprinzip des Venturi-Rohrs
Ein Venturi-Rohr ist ein Vakuumerzeugungsgerät, das Fluide zur Energie- und Stoffübertragung nutzt. Sein typischer Aufbau ist in Abbildung 1 dargestellt. Es besteht aus einer Arbeitsdüse, einem Saugbereich, einer Mischkammer, einer Verengung und einem Diffusor. Es dient der Vakuumerzeugung. Die Hauptkomponente des Geräts ist ein neuartiges, effizientes, sauberes und wirtschaftliches Vakuumelement, das mit einer Fluidquelle mit positivem Druck einen Unterdruck erzeugt. Der Prozess der Vakuumerzeugung ist wie folgt:
01. Der Abschnitt von Punkt 1 bis Punkt 3 stellt die Beschleunigungsphase des dynamischen Fluids in der Arbeitsdüse dar. Das unter höherem Druck stehende Treibmittel tritt mit geringerer Geschwindigkeit am Düseneinlass (Abschnitt Punkt 1) in die Arbeitsdüse des Venturi-Rohrs ein. Beim Durchströmen des konischen Abschnitts der Arbeitsdüse (Abschnitt 1 bis Abschnitt 2) ergibt sich aus der Strömungsmechanik für inkompressible Fluide [2], dass der dynamische Fluidstrom Q1 von Abschnitt 1 und die dynamische Kraft Q2 von Abschnitt 2 proportional zueinander sind: Q1 = Q2.
Scilicet A1v1= A2v2
In der Formel sind A1 und A2 die Querschnittsflächen von Punkt 1 bzw. Punkt 2 (m²).
v1, v2 — die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Abschnitt Punkt 1 und im Abschnitt Punkt 2, m/s.
Aus der obigen Formel geht hervor, dass mit zunehmendem Querschnitt die Strömungsgeschwindigkeit abnimmt; mit abnehmendem Querschnitt nimmt die Strömungsgeschwindigkeit zu.
Für horizontale Rohre gilt gemäß der Bernoulli-Gleichung für inkompressible Flüssigkeiten
P1+(1/2)*ρv12=P2+(1/2)ρv22
In der Formel bezeichnen P1 und P2 den entsprechenden Druck am Querschnitt von Punkt 1 bzw. Punkt 2 (Pa).
v1, v2 — Strömungsgeschwindigkeit (m/s) des Fluids im Querschnitt an Punkt 1 und Punkt 2
ρ — Dichte der Flüssigkeit (kg/m³)
Aus der obigen Formel geht hervor, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids von Punkt 1 zu Punkt 2 kontinuierlich zunimmt und der Druck kontinuierlich abnimmt. Wenn v2 > v1, ist P1 > P2. Sobald v2 einen bestimmten Wert erreicht (Schallgeschwindigkeit), ist P2 kleiner als der Atmosphärendruck, d. h., an Punkt 3 entsteht Unterdruck.
Beim Eintritt des Treibmittels in den Expansionsbereich der Arbeitsdüse (Abschnitt von Punkt 2 bis Punkt 3) steigt seine Geschwindigkeit kontinuierlich an, während der Druck weiter sinkt. Am Auslass der Arbeitsdüse (Punkt 3) erreicht das Treibmittel seine maximale Geschwindigkeit und kann Überschallgeschwindigkeit erreichen. Gleichzeitig ist der Druck an Punkt 3 minimal, das Vakuum also maximal und kann bis zu 90 kPa betragen.
02. Der Abschnitt von Punkt 3 bis Punkt 5 ist die Mischphase des Antriebsmediums und des Fördermediums.
Die durch die dynamische Strömung am Auslass der Arbeitsdüse (Punkt 3) entstehende Hochgeschwindigkeitsströmung erzeugt in der Nähe des Düsenauslasses einen Unterdruck. Dadurch wird die angesaugte Flüssigkeit aufgrund des dort herrschenden relativ hohen Drucks in den Mischraum gesaugt. Die gepumpte Flüssigkeit gelangt am Punkt 9 in die Mischkammer. Während des Strömungsvorgangs von Punkt 9 zu Punkt 5 nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der gepumpten Flüssigkeit kontinuierlich zu, während der Druck auf dem Abschnitt von Punkt 9 zu Punkt 3 weiter abfällt. Der Druck der Flüssigkeit am Auslass der Arbeitsdüse (Punkt 3) ist konstant.
Im Mischkammerbereich und im vorderen Abschnitt der Düsenverengung (Abschnitt von Punkt 3 bis Punkt 6) vermischen sich das Treibmittel und das Fördermedium. Dabei findet ein Austausch von Impuls und Energie statt, und die aus der Druckenergie des Treibmittels umgewandelte kinetische Energie wird auf das Fördermedium übertragen. Dadurch nimmt die Geschwindigkeit des Fördermediums allmählich ab, während die Geschwindigkeit des angesaugten Mediums zunimmt. Schließlich gleichen sich die beiden Geschwindigkeiten im Abschnitt von Punkt 4 an, und das Fördermedium verlässt die Düsenverengung und den Diffusor.
Beispiel:Zusammensetzung und Funktionsprinzip der selbstansaugenden Pumpengruppe, die den Abgasstrom des Dieselmotors zur Erzeugung eines Vakuums nutzt.
Abgase von Dieselmotoren sind die Gase, die ein Dieselmotor nach der Verbrennung von Dieselkraftstoff ausstößt. Sie gehören zwar zu den Abgasen, weisen aber eine gewisse Wärmemenge und einen bestimmten Druck auf. Untersuchungen relevanter Forschungseinrichtungen haben gezeigt, dass der Druck der Abgase eines mit einem Turbolader ausgestatteten Dieselmotors [3] bis zu 0,2 MPa erreichen kann. Aus Gründen der Energieeffizienz, des Umweltschutzes und der Senkung der Betriebskosten ist die Nutzung der Abgase von Dieselmotoren zu einem wichtigen Forschungsthema geworden. Der Turbolader [3] nutzt diese Abgase. Als Antriebskomponente erhöht er den Druck der in den Zylinder einströmenden Luft, wodurch eine vollständigere Verbrennung des Dieselkraftstoffs ermöglicht wird. Dies führt zu einer Steigerung der Motorleistung, einer Erhöhung der spezifischen Leistung, einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und einer Reduzierung der Geräuschentwicklung. Im Folgenden wird eine Methode zur Nutzung der Abgase eines Dieselmotors als Antriebsmedium beschrieben. Die Abgase in der Pumpenkammer und im Wassereinlassrohr der Kreiselpumpe werden durch ein Venturi-Rohr abgesaugt, wodurch ein Vakuum in diesen Bereichen entsteht. Unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks strömt Wasser, dessen Stand unterhalb des Wassereinlasses liegt, in die Zuleitung und den Pumpenraum der Kreiselpumpe. Dadurch werden diese gefüllt und die Kreiselpumpe in Gang gesetzt, um die normale Wasserversorgung zu gewährleisten. Der Aufbau ist in Abbildung 2 dargestellt, der Funktionsablauf ist wie folgt:
Wie in Abbildung 2 dargestellt, ist der Wassereinlass der Kreiselpumpe mit der im Becken unterhalb des Wasserauslasses der Pumpe verlaufenden Rohrleitung verbunden. Der Wasserauslass ist mit dem Auslassventil und der zugehörigen Rohrleitung der Pumpe verbunden. Bevor der Dieselmotor anläuft, ist das Wasserauslassventil der Kreiselpumpe geschlossen, das Absperrventil (6) geöffnet und die Kreiselpumpe über die Kupplung vom Dieselmotor getrennt. Nach dem Anlaufen und dem normalen Lauf des Dieselmotors schließt das Absperrventil (2). Die Abgase des Dieselmotors gelangen vom Schalldämpfer über das Abgasrohr (4) in das Venturirohr und werden über das Abgasrohr (11) abgeleitet. Dabei strömt das Gas in der Pumpenkammer der Kreiselpumpe gemäß dem Prinzip des Venturirohrs über das Absperrventil und das Abgasrohr in das Venturirohr, vermischt sich mit den Abgasen des Dieselmotors und wird anschließend über das Abgasrohr abgeleitet. Auf diese Weise entsteht im Pumpengehäuse und in der Wasserzuleitung der Kreiselpumpe ein Vakuum. Das Wasser aus der unterhalb des Wassereinlasses liegenden Wasserquelle strömt unter Einwirkung des atmosphärischen Drucks durch die Wasserzuleitung in das Pumpengehäuse. Sobald Pumpengehäuse und Wasserzuleitung mit Wasser gefüllt sind, wird das Absperrventil (6) geschlossen, das Absperrventil (2) geöffnet, die Kreiselpumpe über die Kupplung mit dem Dieselmotor verbunden und das Wasserauslassventil der Kreiselpumpe geöffnet. Dadurch nimmt die Dieselmotor-Pumpenanlage ihren normalen Betrieb auf und fördert Wasser. Im Test konnte die Dieselmotor-Pumpenanlage Wasser aus zwei Metern Höhe unterhalb der Zuleitung in das Pumpengehäuse der Kreiselpumpe saugen.
Die oben erwähnte selbstansaugende Dieselmotor-Pumpengruppe, die den Abgasstrom des Dieselmotors zur Vakuumerzeugung nutzt, weist folgende Eigenschaften auf:
1. Die Selbstansaugfähigkeit des Dieselmotorpumpensatzes effektiv verbessern;
2. Das Venturi-Rohr ist klein, leicht und kompakt und kostengünstiger als herkömmliche Vakuumpumpensysteme. Daher spart die Dieselmotorpumpenanlage dieser Bauart Platz und Installationskosten und reduziert die Konstruktionskosten.
3. Die Dieselmotorpumpenanlage dieser Bauart ermöglicht eine breitere Anwendung der Dieselmotorpumpenanlage und verbessert deren Einsatzbereich.
4. Das Venturi-Rohr ist einfach zu bedienen und zu warten. Es benötigt kein ständiges Personal für die Bedienung. Da es keine mechanischen Übertragungsteile gibt, ist der Geräuschpegel niedrig und es wird kein Schmieröl verbraucht.
5. Das Venturi-Rohr hat eine einfache Struktur und eine lange Lebensdauer.
Der Grund dafür, dass die Dieselmotorpumpenanlage dieser Bauart Wasser unterhalb des Wassereinlasses der Kreiselpumpe ansaugen und die beim Betrieb des Dieselmotors entstehenden Abgase mit hoher Geschwindigkeit durch das Venturi-Rohr des Kernbauteils strömen lassen kann, ist, dass die ursprünglich nicht selbstansaugende Dieselmotorpumpenanlage nun selbstansaugend ist.
IV: Verbesserung der Wasseraufnahmehöhe des Dieselmotorpumpensatzes
Die oben beschriebene selbstansaugende Dieselmotorpumpe nutzt die Abgase des Dieselmotors, um durch das Venturi-Rohr ein Vakuum zu erzeugen. Da das Fördermedium in dieser Pumpenkonstruktion jedoch die Abgase sind und deren Druck relativ niedrig ist, ist auch das erzeugte Vakuum relativ gering. Dies begrenzt die Ansaughöhe der Kreiselpumpe und somit ihren Einsatzbereich. Um die Ansaughöhe der Kreiselpumpe zu erhöhen, muss der Vakuumgrad im Ansaugbereich des Venturi-Rohrs gesteigert werden. Gemäß dem Funktionsprinzip des Venturi-Rohrs muss zur Verbesserung des Vakuumgrads im Ansaugbereich die Arbeitsdüse des Venturi-Rohrs entsprechend ausgelegt werden. Hierfür kann eine Schalldüse oder sogar eine Überschalldüse verwendet werden, die gleichzeitig den Vordruck des durch das Venturi-Rohr strömenden Fluids erhöht.
Um den ursprünglichen Druck des Venturi-Antriebsmediums im Dieselmotor-Pumpenaggregat zu erhöhen, kann ein Turbolader im Abgasrohr des Dieselmotors installiert werden [3]. Der Turbolader [3] ist ein Luftverdichtungsgerät, das den Trägheitsimpuls des aus dem Motor austretenden Abgases nutzt, um die Turbine in der Turbinenkammer anzutreiben. Die Turbine treibt das koaxiale Laufrad an, welches die Luft verdichtet. Aufbau und Funktionsprinzip sind in Abbildung 3 dargestellt. Turbolader werden in drei Typen unterteilt: Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdrucklader. Die Ausgangsdrücke des verdichteten Gases sind wie folgt: Hochdruck > 0,3 MPa, Mitteldruck 0,1–0,3 MPa, Niederdruck < 0,1 MPa. Der vom Turbolader abgegebene Druck ist relativ stabil. Wird das vom Turbolader zugeführte verdichtete Gas als Venturi-Antriebsmedium verwendet, lässt sich ein höherer Unterdruck erzielen, wodurch die Wasseransaughöhe des Dieselmotor-Pumpenaggregats erhöht wird.
五: Schlussfolgerungen:Die selbstansaugende Dieselmotor-Pumpengruppe nutzt den Abgasstrom des Dieselmotors zur Vakuumerzeugung. Dabei werden die hohe Abgasgeschwindigkeit, das Venturi-Rohr und die Turboaufladung des Dieselmotors optimal genutzt, um die Abgase im Pumpengehäuse und im Wassereinlassrohr der Kreiselpumpe anzusaugen. Durch das entstehende Vakuum wird Wasser, dessen Stand unterhalb des Wassereinlasses der Kreiselpumpe liegt, in das Wassereinlassrohr und das Pumpengehäuse gesaugt. Dadurch wird die Dieselmotor-Pumpengruppe selbstansaugend. Diese Bauart zeichnet sich durch einfache Konstruktion, bequeme Bedienung und geringe Kosten aus und erweitert das Einsatzspektrum von Dieselmotor-Pumpen.
Veröffentlichungsdatum: 17. August 2022