Resumen: Este documento presenta una unidad de bomba autocebante para motor diésel que utiliza el flujo de gases de escape del motor diésel para generar vacío, incluyendo bomba centrífuga, motor diésel, embrague, tubo venturi, silenciador, tubo de escape, etc. El eje de salida del motor diésel está compuesto por un embrague y un acoplamiento. El silenciador está conectado al eje de entrada de la bomba centrífuga, y se instala una válvula de compuerta en el puerto de escape del silenciador del motor diésel; se dispone adicionalmente un tubo de escape en un lateral del silenciador, y este tubo de escape está conectado a la entrada de aire del tubo venturi, y la interfaz de la carretera del lateral del tubo venturi está conectada al puerto de escape de la cámara de la bomba centrífuga, se instalan una válvula de compuerta y una válvula unidireccional de vacío en la tubería, y un tubo de salida está conectado al puerto de escape del tubo venturi. Los gases de escape del motor diésel se descargan en el tubo Venturi, y el gas de la cámara de bombeo de la bomba centrífuga y de la tubería de entrada de agua de la bomba centrífuga se extrae para crear un vacío, de modo que el agua que se encuentra por debajo de la entrada de agua de la bomba centrífuga sea aspirada hacia la cámara de bombeo para lograr un drenaje normal.
La bomba de agua diésel es un sistema de bombeo accionado por un motor diésel, ampliamente utilizado en drenaje, riego agrícola, protección contra incendios y transferencia temporal de agua. Las bombas diésel se utilizan con frecuencia en situaciones donde el agua se extrae desde debajo de la entrada de la bomba. Actualmente, se suelen emplear los siguientes métodos para bombear agua en estas condiciones:
01. Instale una válvula de fondo al final del tubo de entrada de la bomba de agua en el depósito de succión: antes de arrancar el grupo electrógeno diésel, llene la cavidad de la bomba con agua. Después de purgar el aire de la cámara de la bomba y del tubo de entrada de agua, arranque el grupo electrógeno diésel para lograr un suministro normal de agua. Dado que la válvula de fondo se instala en el fondo del depósito, si falla, el mantenimiento resulta muy complicado. Además, para un grupo electrógeno diésel de gran caudal, debido a la gran cavidad de la bomba y al gran diámetro del tubo de entrada de agua, se requiere una gran cantidad de agua y el grado de automatización es bajo, lo que dificulta su uso.
02. El conjunto de bomba con motor diésel está equipado con una bomba de vacío con motor diésel: al arrancar primero la bomba de vacío con motor diésel, se extrae el aire de la cámara de bombeo y de la tubería de entrada de agua de la bomba de agua, generando así un vacío. El agua de la fuente de agua entra en la tubería de entrada de agua de la bomba de agua y en la cámara de bombeo bajo la acción de la presión atmosférica. Dentro, se reinicia el conjunto de bomba con motor diésel para lograr un suministro normal de agua. La bomba de vacío en este método de absorción de agua también necesita ser accionada por un motor diésel y estar equipada con un separador de vapor y agua, lo que no solo aumenta el espacio que ocupa el equipo, sino también su costo.
03. La bomba autocebante se combina con el motor diésel: la bomba autocebante tiene baja eficiencia y gran volumen, y la bomba autocebante tiene un caudal pequeño y una elevación baja, lo que no puede cumplir con los requisitos de uso en muchos casos. Para reducir el costo del equipo del conjunto de bomba de motor diésel, reducir el espacio ocupado por el conjunto de bomba, ampliar el rango de uso del conjunto de bomba de motor diésel y aprovechar al máximo el gas de escape generado por el motor diésel que funciona a alta velocidad a través del tubo Venturi [1], la cavidad de la bomba centrífuga y la bomba centrífuga entran El gas en la tubería de agua se descarga a través de la interfaz de succión del tubo Venturi conectado al puerto de escape de la cámara de la bomba centrífuga, y se genera un vacío en la cámara de la bomba centrífuga y la tubería de entrada de agua de la bomba centrífuga, y el agua en la fuente de agua más baja que la entrada de agua de la bomba centrífuga está bajo la acción de la presión atmosférica, entra en la tubería de entrada de agua de la bomba de agua y la cavidad de la bomba centrífuga, llenando así la tubería de entrada de agua de la bomba centrífuga y la cavidad de la bomba centrífuga, y luego arranca el embrague para conectar el motor diésel con la bomba centrífuga, y la bomba centrífuga comienza a realizar el suministro normal de agua.
II: Principio de funcionamiento del tubo Venturi
El Venturi es un dispositivo para obtener vacío que utiliza fluido para transferir energía y masa. Su estructura común se muestra en la Figura 1. Consta de una boquilla de trabajo, una zona de succión, una cámara de mezcla, una garganta y un difusor. Es un generador de vacío. El componente principal del dispositivo es un elemento de vacío nuevo, eficiente, limpio y económico que utiliza una fuente de fluido a presión positiva para generar presión negativa. El proceso de funcionamiento para obtener vacío es el siguiente:
01 、La sección del punto 1 al punto 3 es la etapa de aceleración del fluido dinámico en la boquilla de trabajo. El fluido motriz de mayor presión entra en la boquilla de trabajo del venturi a una velocidad menor en la entrada de la boquilla de trabajo (sección del punto 1). Cuando fluye en la sección cónica de la boquilla de trabajo (sección 1 a sección 2), se puede saber por la mecánica de fluidos que, para la ecuación de continuidad de un fluido incompresible [2], la relación entre el caudal de fluido dinámico Q1 de la sección 1 y la fuerza dinámica de la sección 2 es Q1=Q2,
Scilicet A1v1= A2v2
En la fórmula, A1, A2 - el área de la sección transversal del punto 1 y del punto 2 (m2);
v1, v2 — la velocidad del fluido que fluye a través de la sección del punto 1 y la sección del punto 2, m/s.
Como se puede observar en la fórmula anterior, al aumentar la sección transversal, la velocidad del flujo disminuye; al reducir la sección transversal, la velocidad del flujo aumenta.
Para tuberías horizontales, según la ecuación de Bernoulli para fluidos incompresibles
P1+（1/2）*ρv12=P2+(1/2)ρv22
En la fórmula, P1, P2 - la presión correspondiente en la sección transversal del punto 1 y el punto 2 (Pa)
v1, v2 — velocidad del fluido (m/s) que fluye a través de la sección en el punto 1 y el punto 2
ρ — densidad del fluido (kg/m³)
Como se puede observar en la fórmula anterior, la velocidad de flujo del fluido dinámico aumenta continuamente y la presión disminuye continuamente desde la sección del punto 1 hasta la sección del punto 2. Cuando v2>v1, P1>P2, cuando v2 alcanza un cierto valor (puede llegar a la velocidad del sonido), P2 será menor que una atmósfera de presión, es decir, se generará una presión negativa en la sección del punto 3.
Cuando el fluido motriz entra en la sección de expansión de la boquilla de trabajo, es decir, la sección comprendida entre el punto 2 y el punto 3, su velocidad aumenta y la presión disminuye. Al llegar a la sección de salida de la boquilla de trabajo (punto 3), su velocidad alcanza el máximo, pudiendo llegar a ser supersónica. En ese momento, la presión en el punto 3 alcanza su valor mínimo, es decir, el vacío es máximo, pudiendo llegar a 90 kPa.
02.、La sección del punto 3 al punto 5 es la etapa de mezcla del fluido motriz y el fluido bombeado.
El fluido de alta velocidad formado por el fluido dinámico en la sección de salida de la boquilla de trabajo (sección en el punto 3) formará un área de vacío cerca de la salida de la boquilla de trabajo, de modo que el fluido succionado cerca de la presión relativamente alta será succionado bajo la acción de la diferencia de presión hacia la cámara de mezcla. El fluido bombeado es succionado hacia la cámara de mezcla en la sección del punto 9. Durante el flujo desde la sección del punto 9 hasta la sección del punto 5, la velocidad del fluido bombeado aumenta continuamente y la presión continúa cayendo a la potencia durante la sección desde la sección del punto 9 hasta la sección del punto 3. La presión del fluido en la sección de salida de la boquilla de trabajo (punto 3).
En la sección de la cámara de mezcla y en la sección frontal de la garganta (sección del punto 3 al punto 6), el fluido motriz y el fluido a bombear comienzan a mezclarse, intercambiando momento y energía. La energía cinética, convertida a partir de la energía potencial de presión del fluido motriz, se transfiere al fluido bombeado, de modo que la velocidad del fluido dinámico disminuye gradualmente, la velocidad del fluido aspirado aumenta gradualmente y ambas velocidades disminuyen gradualmente hasta aproximarse. Finalmente, en la sección del punto 4, ambas velocidades se igualan y el venturi se descarga a través de la garganta y el difusor.
三:La composición y el principio de funcionamiento del grupo de bomba autocebante que utiliza el flujo de gases de escape del motor diésel para obtener un vacío.
El escape de un motor diésel se refiere a los gases de escape emitidos por dicho motor tras la combustión del gasóleo. Si bien se trata de gases de escape, estos poseen cierta cantidad de calor y presión. Tras las pruebas realizadas por los departamentos de investigación pertinentes, se ha comprobado que la presión de los gases de escape de un motor diésel equipado con turbocompresor [3] puede alcanzar los 0,2 MPa. Desde la perspectiva del uso eficiente de la energía, la protección del medio ambiente y la reducción de los costes operativos, el aprovechamiento de los gases de escape generados por el motor diésel se ha convertido en un tema de investigación. El turbocompresor [3] utiliza estos gases de escape. Como componente de potencia, se emplea para aumentar la presión del aire que entra en el cilindro del motor diésel, permitiendo una combustión más completa, lo que mejora el rendimiento, la potencia específica, el consumo de combustible y reduce el ruido. A continuación se describe un método para utilizar los gases de escape generados por el motor diésel como fluido de propulsión. El gas presente en la cámara de bombeo de la bomba centrífuga y en la tubería de entrada de agua de la misma se extrae mediante un tubo Venturi, generando vacío en ambas cámaras. Bajo la acción de la presión atmosférica, el agua, cuyo nivel es inferior al de la entrada de la bomba centrífuga, ingresa a la tubería de entrada y a la cavidad de la bomba, llenándolas y poniendo en marcha la bomba para lograr un suministro normal de agua. Su estructura se muestra en la Figura 2, y el proceso de operación es el siguiente:
Como se muestra en la Figura 2, la entrada de agua de la bomba centrífuga está conectada a la tubería sumergida en la piscina debajo de la salida de la bomba, y la salida de agua está conectada a la válvula de salida de la bomba y a la tubería. Antes de que el motor diésel arranque, la válvula de salida de agua de la bomba centrífuga se cierra, la válvula de compuerta (6) se abre y la bomba centrífuga se separa del motor diésel mediante el embrague. Después de que el motor diésel arranca y funciona normalmente, la válvula de compuerta (2) se cierra y los gases de escape descargados por el motor diésel entran en el tubo venturi a través del tubo de escape (4) desde el silenciador, y se descargan por el tubo de escape (11). En este proceso, según el principio del tubo venturi, el gas en la cámara de la bomba centrífuga entra en el tubo venturi a través de la válvula de compuerta y el tubo de escape, se mezcla con los gases de escape del motor diésel y luego se descarga por el tubo de escape. De esta forma, se crea un vacío en la cavidad de la bomba centrífuga y en la tubería de entrada de agua de la misma. El agua de la fuente, situada a un nivel inferior a la entrada de la bomba centrífuga, entra en la cavidad de la bomba a través de la tubería de entrada de agua de la bomba centrífuga bajo la acción de la presión atmosférica. Cuando la cavidad de la bomba centrífuga y la tubería de entrada de agua se llenan de agua, se cierra la válvula de compuerta (6), se abre la válvula de compuerta (2), se conecta la bomba centrífuga al motor diésel mediante el embrague y se abre la válvula de salida de agua de la bomba centrífuga, de modo que el conjunto de bomba y motor diésel comienza a funcionar normalmente. Tras las pruebas, el conjunto de bomba y motor diésel puede aspirar agua hasta 2 metros por debajo de la tubería de entrada de la bomba centrífuga hacia la cavidad de la misma.
El grupo de bombas autocebantes para motores diésel mencionado anteriormente, que utiliza el flujo de gases de escape del motor diésel para obtener vacío, tiene las siguientes características:
1. Soluciona eficazmente el problema de la capacidad de autocebado del conjunto de bomba del motor diésel;
2. El tubo Venturi es pequeño, ligero y de estructura compacta, y su costo es menor que el de los sistemas de bombas de vacío comunes. Por lo tanto, el conjunto de bomba con motor diésel de esta estructura ahorra espacio y costos de instalación, y reduce el costo de ingeniería.
3. El conjunto de bomba de motor diésel de esta estructura hace que el uso del conjunto de bomba de motor diésel sea más amplio y mejora el rango de uso del conjunto de bomba de motor diésel;
4. El tubo Venturi es fácil de operar y de mantener. No requiere personal a tiempo completo para su gestión. Al no tener transmisión mecánica, genera poco ruido y no consume aceite lubricante.
5. El tubo Venturi tiene una estructura simple y una larga vida útil.
La razón por la cual el conjunto de bomba de motor diésel de esta estructura puede aspirar agua a un nivel inferior al de la entrada de agua de la bomba centrífuga, y aprovechar al máximo los gases de escape descargados durante el funcionamiento del motor diésel para que fluyan a alta velocidad a través del tubo Venturi del componente central, hace que el conjunto de bomba de motor diésel que originalmente no tenía la función de autocebado, ahora tenga dicha función.
IV: Mejorar la altura de absorción de agua del conjunto de bomba del motor diésel
El conjunto de bomba autocebante para motor diésel descrito anteriormente posee una función de autocebado mediante el uso de los gases de escape del motor diésel, que fluyen a través del tubo Venturi para generar vacío. Sin embargo, dado que el fluido de trabajo en este conjunto de bomba es el propio gas de escape, y la presión es relativamente baja, el vacío resultante también es relativamente bajo, lo que limita la altura de succión de la bomba centrífuga y, por consiguiente, el rango de uso del conjunto. Para aumentar la altura de succión de la bomba centrífuga, es necesario incrementar el grado de vacío en la zona de succión del tubo Venturi. De acuerdo con el principio de funcionamiento del tubo Venturi, para mejorar el grado de vacío en la zona de succión, se debe diseñar una boquilla de trabajo específica. Esta puede ser de tipo sónico o incluso supersónico, lo que también incrementa la presión inicial del fluido dinámico que fluye a través del Venturi.
Para aumentar la presión original del fluido motriz Venturi que fluye en el conjunto de la bomba del motor diésel, se puede instalar un turbocompresor en el tubo de escape del motor diésel [3]. El turbocompresor [3] es un dispositivo de compresión de aire que utiliza el impulso inercial de los gases de escape descargados del motor para empujar la turbina en la cámara de la turbina. La turbina impulsa el impulsor coaxial, y el impulsor comprime el aire. Su estructura y principio de funcionamiento se muestran en la Figura 3. El turbocompresor se divide en tres tipos: alta presión, presión media y baja presión. Las presiones de salida del gas comprimido son: alta presión es mayor de 0,3 MPa, presión media es de 0,1 a 0,3 MPa, baja presión es menor de 0,1 MPa, y la presión de salida del gas comprimido por el turbocompresor es relativamente estable. Si el gas comprimido de entrada del turbocompresor se utiliza como fluido de potencia Venturi, se puede obtener un mayor grado de vacío, es decir, se aumenta la altura de absorción de agua del conjunto de la bomba del motor diésel.
Ejemplo: conclusiones:El grupo de bombeo autocebante para motores diésel, que utiliza el flujo de gases de escape para generar vacío, aprovecha al máximo el flujo de alta velocidad de estos gases, el tubo Venturi y la tecnología de turbocompresión generada durante el funcionamiento del motor. Esto permite extraer el gas de la cavidad de la bomba y del tubo de entrada de agua de la bomba centrífuga. Al generarse el vacío, el agua, cuyo nivel es inferior al de la fuente de agua de la bomba centrífuga, es aspirada hacia el tubo de entrada de agua y la cavidad de la bomba, lo que confiere al grupo de bombeo un efecto de autocebado. Este conjunto de bombeo para motores diésel presenta las ventajas de una estructura simple, un funcionamiento sencillo y un bajo coste, ampliando así su rango de aplicación.
Fecha de publicación: 17 de agosto de 2022