Resumo: Este artigo apresenta uma unidade de bomba autoescorvante para motor diesel que utiliza o fluxo de gases de escape do motor diesel para gerar vácuo, incluindo bomba centrífuga, motor diesel, embreagem, tubo Venturi, silenciador, tubo de escape, etc. O eixo de saída do motor diesel é composto por embreagem e acoplamento. O silenciador é conectado ao eixo de entrada da bomba centrífuga, e uma válvula de gaveta é instalada na porta de escape do silenciador do motor diesel; um tubo de escape é adicionalmente disposto ao lado do silenciador e conectado à entrada de ar do tubo Venturi, cuja interface com a porta de escape da câmara da bomba centrífuga é conectada. Uma válvula de gaveta e uma válvula de retenção de vácuo são instaladas na tubulação, e um tubo de saída é conectado à porta de escape do tubo Venturi. Os gases de escape expelidos pelo motor a diesel são descarregados no tubo Venturi, e o gás presente na câmara da bomba centrífuga e na tubulação de entrada de água da mesma é bombeado para fora, criando um vácuo. Dessa forma, a água abaixo da entrada da bomba centrífuga é aspirada para dentro da câmara da bomba, permitindo a drenagem normal.
A bomba com motor a diesel é uma unidade de bombeamento de água movida por um motor a diesel, amplamente utilizada em drenagem, irrigação agrícola, combate a incêndios e transferência temporária de água. As bombas com motor a diesel são frequentemente utilizadas em situações onde a água é captada abaixo da entrada da bomba. Atualmente, os seguintes métodos são comumente utilizados para bombear água nessas condições:
01. Instale uma válvula de fundo na extremidade do tubo de entrada da bomba d'água no tanque de sucção: antes de ligar o conjunto motobomba a diesel, encha a câmara da bomba com água. Após a remoção do ar da câmara da bomba e do tubo de entrada de água, ligue o conjunto motobomba a diesel para restabelecer o fornecimento normal de água. Como a válvula de fundo é instalada no fundo do tanque, a manutenção em caso de falha torna-se muito inconveniente. Além disso, para conjuntos motobomba a diesel de grande vazão, devido à grande câmara da bomba e ao grande diâmetro do tubo de entrada de água, é necessária uma grande quantidade de água, o que resulta em baixo grau de automação e em uso bastante inconveniente.
02. O conjunto de bomba de vácuo com motor a diesel é equipado com um conjunto de bomba de vácuo também com motor a diesel: ao ligar primeiro o conjunto de bomba de vácuo com motor a diesel, o ar na câmara da bomba e na tubulação de entrada de água da bomba é expelido, gerando assim um vácuo. A água da fonte entra na tubulação de entrada da bomba e na câmara da bomba sob a ação da pressão atmosférica. Em seguida, o conjunto de bomba de vácuo com motor a diesel é reiniciado para restabelecer o fornecimento normal de água. A bomba de vácuo neste método de absorção de água também precisa ser acionada por um motor a diesel e precisa estar equipada com um separador de vapor-água, o que não só aumenta o espaço ocupado pelo equipamento, como também eleva o seu custo.
03. A bomba autoescorvante é combinada com o motor a diesel: a bomba autoescorvante tem baixa eficiência e grande volume, e a bomba autoescorvante tem um pequeno fluxo e baixa altura de elevação, o que não atende aos requisitos de uso em muitos casos. Para reduzir o custo do equipamento do conjunto bomba-motor diesel, diminuir o espaço ocupado pelo conjunto, ampliar a gama de utilização do conjunto bomba-motor diesel e aproveitar ao máximo o gás de escape gerado pelo motor diesel em alta velocidade através do tubo Venturi [1], o gás presente na tubulação de água é descarregado através da interface de sucção do tubo Venturi conectado à porta de escape da câmara da bomba centrífuga, criando um vácuo na câmara da bomba centrífuga e na tubulação de entrada de água da bomba centrífuga. A água na fonte, abaixo da entrada de água da bomba centrífuga, sob a ação da pressão atmosférica, entra na tubulação de entrada de água da bomba e na câmara da bomba centrífuga, preenchendo-as. Em seguida, a embreagem é acionada para conectar o motor diesel à bomba centrífuga, que então inicia o fornecimento normal de água.
II: o princípio de funcionamento do tubo de Venturi
O Venturi é um dispositivo para obtenção de vácuo que utiliza um fluido para transferir energia e massa. Sua estrutura comum é mostrada na Figura 1. Consiste em um bocal de trabalho, uma área de sucção, uma câmara de mistura, uma garganta e um difusor. É um gerador de vácuo. O principal componente do dispositivo é um elemento de vácuo novo, eficiente, limpo e econômico que utiliza uma fonte de fluido de pressão positiva para gerar pressão negativa. O processo de obtenção de vácuo é o seguinte:
01. O trecho do ponto 1 ao ponto 3 corresponde ao estágio de aceleração do fluido dinâmico no bocal de trabalho. O fluido motriz de alta pressão entra no bocal de trabalho do venturi a uma velocidade menor na entrada do bocal de trabalho (ponto 1). Ao fluir na seção cônica do bocal de trabalho (seção 1 para seção 2), pode-se observar, a partir da mecânica dos fluidos, que, para a equação da continuidade de um fluido incompressível [2], a relação entre a vazão do fluido dinâmico Q1 da seção 1 e a força dinâmica da seção 2 é dada por Q1 = Q2.
Scilicet A1v1= A2v2
Na fórmula, A1, A2 - a área da seção transversal do ponto 1 e do ponto 2 (m2);
v1, v2 — a velocidade do fluido que flui através da seção do ponto 1 e da seção do ponto 2, em m/s.
Pela fórmula acima, pode-se observar que, com o aumento da seção transversal, a velocidade do fluxo diminui; com a redução da seção transversal, a velocidade do fluxo aumenta.
Para tubos horizontais, de acordo com a equação de Bernoulli para fluidos incompressíveis.
P1+(1/2)*ρv12=P2+(1/2)ρv22
Na fórmula, P1, P2 - a pressão correspondente na seção transversal do ponto 1 e do ponto 2 (Pa)
v1, v2 — velocidade do fluido (m/s) que flui através da seção no ponto 1 e no ponto 2.
ρ — densidade do fluido (kg/m³)
Pela fórmula acima, observa-se que a velocidade do fluxo do fluido dinâmico aumenta continuamente e a pressão diminui continuamente da seção do ponto 1 para a seção do ponto 2. Quando v2 > v1, P1 > P2; quando v2 aumenta até um certo valor (atingindo a velocidade do som), P2 será menor que a pressão atmosférica, ou seja, uma pressão negativa será gerada na seção do ponto 3.
Quando o fluido motriz entra na seção de expansão do bocal de trabalho, ou seja, na seção do ponto 2 ao ponto 3, a velocidade do fluido motriz continua a aumentar e a pressão continua a diminuir. Quando o fluido dinâmico atinge a seção de saída do bocal de trabalho (ponto 3), sua velocidade atinge o máximo, podendo alcançar velocidade supersônica. Nesse momento, a pressão no ponto 3 atinge o mínimo, ou seja, o vácuo atinge o máximo, podendo chegar a 90 kPa.
02. O trecho do ponto 3 ao ponto 5 corresponde à fase de mistura do fluido motriz com o fluido bombeado.
O fluido de alta velocidade formado pelo fluido dinâmico na seção de saída do bocal de trabalho (seção no ponto 3) criará uma área de vácuo próxima à saída do bocal de trabalho, de modo que o fluido aspirado próximo à área de pressão relativamente alta será sugado para a câmara de mistura pela ação da diferença de pressão. O fluido bombeado é aspirado para a câmara de mistura na seção do ponto 9. Durante o fluxo da seção do ponto 9 até a seção do ponto 5, a velocidade do fluido bombeado aumenta continuamente e a pressão continua a cair até atingir o valor máximo durante o trecho da seção do ponto 9 até a seção do ponto 3. A pressão do fluido na seção de saída do bocal de trabalho (ponto 3) é determinada.
Na seção da câmara de mistura e na seção frontal da garganta (seção do ponto 3 ao ponto 6), o fluido motriz e o fluido a ser bombeado começam a se misturar, havendo troca de momento e energia. A energia cinética, convertida da energia potencial de pressão do fluido motriz, é transferida para o fluido bombeado, de modo que a velocidade do fluido dinâmico diminui gradualmente, a velocidade do corpo aspirado aumenta gradualmente e as duas velocidades diminuem gradualmente até se aproximarem. Finalmente, na seção do ponto 4, as duas velocidades se igualam e o fluido é descarregado pela garganta e pelo difusor do venturi.
三:Composição e princípio de funcionamento do grupo de bombas autoescorvantes que utiliza o fluxo de gases de escape do motor diesel para obter vácuo.
O termo "gases de escape de motor a diesel" refere-se aos gases emitidos por um motor a diesel após a queima de óleo diesel. Embora pertençam à categoria de gases de escape, estes possuem uma certa quantidade de calor e pressão. Após testes realizados por departamentos de pesquisa relevantes, a pressão dos gases de escape expelidos por um motor a diesel equipado com turbocompressor [3] pode atingir 0,2 MPa. Sob a perspectiva do uso eficiente de energia, da proteção ambiental e da redução dos custos operacionais, a utilização dos gases de escape provenientes da operação do motor a diesel tornou-se um tema de pesquisa. O turbocompressor [3] utiliza esses gases de escape. Como componente de potência, ele aumenta a pressão do ar que entra no cilindro do motor a diesel, permitindo uma combustão mais completa e, consequentemente, melhorando o desempenho do motor, aumentando a potência específica, a economia de combustível e reduzindo o ruído. O seguinte descreve um método de utilização dos gases de escape provenientes da operação de um motor a diesel como fluido de potência. O gás presente na câmara de bombeamento da bomba centrífuga e no tubo de entrada de água da mesma é aspirado através do tubo Venturi, gerando vácuo na câmara de bombeamento e no tubo de entrada de água da bomba centrífuga. Sob a ação da pressão atmosférica, a água, abaixo do nível da fonte de entrada de água da bomba centrífuga, entra no tubo de entrada e na câmara de bombeamento da bomba, preenchendo-os e iniciando o funcionamento da bomba centrífuga, o que permite o fornecimento normal de água. Sua estrutura é mostrada na Figura 2, e o processo de operação é o seguinte:
Conforme mostrado na Figura 2, a entrada de água da bomba centrífuga está conectada à tubulação submersa na piscina abaixo da saída da bomba, e a saída de água está conectada à válvula de saída da bomba e à tubulação. Antes do motor diesel entrar em funcionamento, a válvula de saída de água da bomba centrífuga é fechada, a válvula de gaveta (6) é aberta e a bomba centrífuga é separada do motor diesel por meio da embreagem. Após o motor diesel entrar em funcionamento normal, a válvula de gaveta (2) é fechada e o gás de escape expelido pelo motor diesel entra no tubo Venturi através do tubo de escape (4) proveniente do silenciador, sendo expelido pelo tubo de escape (11). Nesse processo, de acordo com o princípio do tubo Venturi, o gás na câmara da bomba centrífuga entra no tubo Venturi através da válvula de gaveta e do tubo de escape, misturando-se com o gás de escape do motor diesel e sendo então expelido pelo tubo de escape. Dessa forma, cria-se um vácuo na câmara de bombeamento da bomba centrífuga e na tubulação de entrada de água da bomba centrífuga, e a água da fonte, abaixo da entrada de água da bomba centrífuga, entra na câmara de bombeamento da bomba centrífuga através da tubulação de entrada de água sob a ação da pressão atmosférica. Quando a câmara de bombeamento da bomba centrífuga e a tubulação de entrada de água estiverem cheias de água, feche a válvula de comporta (6), abra a válvula de comporta (2), conecte a bomba centrífuga ao motor diesel através da embreagem e abra a válvula de saída de água da bomba centrífuga, para que o conjunto bomba-motor diesel comece a funcionar normalmente. Após o teste, o conjunto bomba-motor diesel consegue aspirar água até 2 metros abaixo da tubulação de entrada da bomba centrífuga para dentro da câmara de bombeamento da bomba centrífuga.
O grupo de bombas autoescorvantes para motores a diesel mencionado acima, que utiliza o fluxo de gases de escape do motor a diesel para obter vácuo, possui as seguintes características:
1. Resolver eficazmente o problema da capacidade de autoescorvamento do conjunto da bomba do motor a diesel;
2. O tubo Venturi é pequeno, leve e compacto, com um custo inferior ao dos sistemas de bombas de vácuo convencionais. Portanto, o conjunto de bomba com motor a diesel baseado nessa estrutura economiza espaço ocupado pelo equipamento e reduz os custos de instalação, além de diminuir os custos de engenharia.
3. O conjunto de bomba para motor a diesel com esta estrutura torna o uso do conjunto de bomba para motor a diesel mais amplo e melhora a gama de aplicações do mesmo;
4. O tubo Venturi é fácil de operar e de manter. Não requer pessoal em tempo integral para gerenciá-lo. Como não possui peças de transmissão mecânica, o ruído é baixo e não há consumo de óleo lubrificante.
5. O tubo de Venturi possui uma estrutura simples e uma longa vida útil.
O motivo pelo qual o conjunto de bomba para motor a diesel com essa estrutura consegue aspirar água abaixo da entrada de água da bomba centrífuga e aproveitar ao máximo os gases de escape liberados pelo motor a diesel para fluir em alta velocidade através do tubo Venturi, componente central, faz com que o conjunto de bomba para motor a diesel, que originalmente não possuía função de autoescorvamento, passe a tê-la.
IV: Melhorar a altura de absorção de água do conjunto da bomba do motor a diesel
O conjunto de bomba autoescorvante para motor a diesel descrito acima possui uma função de autoescorvamento utilizando o gás de escape expelido pelo motor a diesel para fluir através do tubo Venturi e obter vácuo. No entanto, o fluido de potência no conjunto de bomba para motor a diesel com essa estrutura é o gás de escape expelido pelo motor a diesel, e a pressão é relativamente baixa, resultando em um vácuo também relativamente baixo. Isso limita a altura de sucção da bomba centrífuga e, consequentemente, a faixa de uso do conjunto. Para aumentar a altura de sucção da bomba centrífuga, é necessário aumentar o grau de vácuo na área de sucção do tubo Venturi. De acordo com o princípio de funcionamento do tubo Venturi, para melhorar o grau de vácuo na área de sucção, o bocal de trabalho do tubo Venturi deve ser projetado. Ele pode ser do tipo sônico ou mesmo ultrassônico, aumentando também a pressão inicial do fluido dinâmico que flui através do Venturi.
Para aumentar a pressão original do fluido motriz Venturi que flui no conjunto da bomba do motor diesel, um turbocompressor pode ser instalado no tubo de escape do motor diesel [3]. O turbocompressor [3] é um dispositivo de compressão de ar que utiliza o impulso inercial dos gases de escape expelidos pelo motor para impulsionar a turbina na câmara de combustão. A turbina aciona o impulsor coaxial, que comprime o ar. Sua estrutura e princípio de funcionamento são mostrados na Figura 3. O turbocompressor é dividido em três tipos: alta pressão, média pressão e baixa pressão. As pressões de saída do gás comprimido são: alta pressão superior a 0,3 MPa, média pressão entre 0,1 e 0,3 MPa e baixa pressão inferior a 0,1 MPa. A pressão do gás comprimido na saída do turbocompressor é relativamente estável. Se o gás comprimido proveniente do turbocompressor for utilizado como fluido de potência Venturi, pode-se obter um maior grau de vácuo, ou seja, a altura de absorção de água do conjunto da bomba do motor diesel é aumentada.
Exemplo: conclusões:O conjunto de bomba autoescorvante para motor a diesel, que utiliza o fluxo de gases de escape do motor para gerar vácuo, aproveita ao máximo o fluxo de alta velocidade dos gases de escape, o tubo Venturi e a tecnologia de turbocompressão gerada durante a operação do motor a diesel para extrair o gás da cavidade da bomba e do tubo de entrada de água da bomba centrífuga. Assim, é gerado um vácuo, e a água abaixo do nível da fonte de água da bomba centrífuga é aspirada para o tubo de entrada de água e para a cavidade da bomba, conferindo ao conjunto de bomba autoescorvante ao motor a diesel. Este conjunto de bomba para motor a diesel apresenta as vantagens de estrutura simples, operação conveniente e baixo custo, além de ampliar a gama de aplicações do conjunto de bomba para motor a diesel.
Data da publicação: 17 de agosto de 2022