Аннотация: В данной статье представлен самовсасывающий насосный агрегат дизельного двигателя, использующий поток отработавших газов дизельного двигателя для создания вакуума, включающий центробежный насос, дизельный двигатель, муфту, трубу Вентури, глушитель, выхлопную трубу и т. д. Выходной вал дизельного двигателя состоит из муфты и соединительного элемента. Глушитель соединен с входным валом центробежного насоса, а на выпускном патрубке глушителя дизельного двигателя установлен задвижной клапан; дополнительно на боковой стороне глушителя расположена выхлопная труба, которая соединена с воздухозаборником трубы Вентури, а боковой интерфейс трубы Вентури соединен с выпускным патрубком насосной камеры центробежного насоса, на трубопроводе установлены задвижной клапан и вакуумный обратный клапан, а выходной патрубок соединен с выпускным патрубком трубы Вентури. Выхлопные газы, отходящие от дизельного двигателя, поступают в трубку Вентури, а газ из насосной камеры центробежного насоса и водозаборного трубопровода центробежного насоса откачивается, создавая вакуум, благодаря чему вода, находящаяся ниже уровня водозабора центробежного насоса, всасывается в насосную камеру для обеспечения нормального дренажа.
Насосная установка с дизельным двигателем — это водонасосная установка, работающая от дизельного двигателя, широко используемая в водоотведении, сельскохозяйственном орошении, противопожарной защите и временной перекачке воды. Дизельные насосы часто используются в условиях, когда вода забирается из-под водозаборного отверстия насоса. В настоящее время для перекачки воды в таких условиях часто используются следующие методы:
01. Установите донный клапан на конце входного патрубка водяного насоса в бассейне всасывания: перед запуском дизель-насосной установки заполните камеру водяного насоса водой. После удаления воздуха из камеры насоса и входного патрубка водяного насоса запустите дизель-насосную установку для обеспечения нормального водоснабжения. Поскольку донный клапан установлен на дне бассейна, его выход из строя значительно затрудняет техническое обслуживание. Кроме того, для дизель-насосной установки с большим расходом, из-за большой камеры насоса и большого диаметра входного патрубка, требуется большой объем воды, а степень автоматизации низкая, что делает ее использование крайне неудобным.
02. Дизель-насосная установка оснащена дизель-вакуумным насосом: сначала запускается дизель-вакуумный насос, откачивается воздух из насосной камеры и водозаборного трубопровода насоса, создавая вакуум, и вода из источника воды поступает во водозаборный трубопровод и насосную камеру под действием атмосферного давления. Затем дизель-насосная установка перезапускается для обеспечения нормального водоснабжения. Вакуумный насос в этом методе водопоглощения также должен приводиться в движение дизельным двигателем, и вакуумный насос должен быть оснащен пароводоотделителем, что не только увеличивает занимаемую площадь оборудования, но и увеличивает его стоимость.
03. Самовсасывающий насос предназначен для использования с дизельным двигателем: самовсасывающий насос имеет низкую эффективность и большой объем, а также малый расход и низкую напорность, что во многих случаях не соответствует требованиям эксплуатации. Для снижения стоимости оборудования насосной установки дизельного двигателя, уменьшения занимаемого насосной установкой пространства, расширения области применения насосной установки дизельного двигателя и полного использования отработанных газов, образующихся при работе дизельного двигателя на высоких оборотах, через трубку Вентури [1], в камеру центробежного насоса и в центробежный насос поступает газ из водопровода, который отводится через всасывающий патрубок трубки Вентури, соединенной с выпускным отверстием камеры центробежного насоса. В камере центробежного насоса и в водопроводе центробежного насоса создается вакуум, и вода в источнике воды, расположенном ниже уровня воды на входе в центробежный насос, под действием атмосферного давления поступает в водопровод и камеру центробежного насоса, заполняя их, после чего запускается муфта, соединяющая дизельный двигатель с центробежным насосом, и центробежный насос начинает работать в обычном режиме. водоснабжение.
II: принцип работы трубки Вентури
Вентури — это устройство для получения вакуума, использующее жидкость для передачи энергии и массы. Его общая конструкция показана на рисунке 1. Оно состоит из рабочего сопла, зоны всасывания, смесительной камеры, горловины и диффузора. Это вакуумный генератор. Основным компонентом устройства является новый, эффективный, экологически чистый и экономичный вакуумный элемент, использующий источник избыточного давления жидкости для создания отрицательного давления. Процесс получения вакуума выглядит следующим образом:
01. Участок от точки 1 до точки 3 представляет собой стадию ускорения динамической жидкости в рабочем сопле. Жидкость с более высоким давлением поступает в рабочее сопло Вентури с меньшей скоростью на входе в рабочее сопло (участок в точке 1). При протекании в коническом участке рабочего сопла (участок от 1 до участка 2) из механики жидкости можно заключить, что для уравнения неразрывности несжимаемой жидкости [2] соотношение между расходом динамической жидкости Q1 на участке 1 и динамической силой на участке 2 равно Q1=Q2.
Scilicet A1v1= A2v2
В формуле А1, А2 — площадь поперечного сечения точки 1 и точки 2 (м2);
v1, v2 — скорость потока жидкости, протекающего через участок в точке 1 и участок в точке 2, м/с.
Из приведенной выше формулы видно, что с увеличением поперечного сечения скорость потока уменьшается; с уменьшением поперечного сечения скорость потока увеличивается.
Для горизонтальных труб, согласно уравнению Бернулли для несжимаемых жидкостей...
P1+（1/2）*ρv12=P2+(1/2)ρv22
В формуле P1, P2 — соответствующее давление на поперечном сечении точки 1 и точки 2 (Па).
v1, v2 — скорость потока жидкости (м/с) в сечении в точке 1 и точке 2.
ρ — плотность жидкости (кг/м³)
Из приведенной выше формулы видно, что скорость потока динамической жидкости непрерывно возрастает, а давление непрерывно уменьшается от точки 1 к точке 2. Когда v2 > v1, P1 > P2, и когда v2 увеличивается до определенного значения (достигает скорости звука), P2 становится меньше атмосферного давления, то есть в точке 3 создается отрицательное давление.
Когда рабочая жидкость поступает в расширительную секцию рабочего сопла, то есть в секцию от точки 2 до секции в точке 3, скорость рабочей жидкости продолжает возрастать, а давление продолжает падать. Когда динамическая жидкость достигает выходной секции рабочего сопла (секция в точке 3), скорость динамической жидкости достигает максимума и может достигать сверхзвуковой скорости. В это время давление в секции в точке 3 достигает минимума, то есть степень вакуума достигает максимума, которая может составлять 90 кПа.
02. Участок от точки 3 до точки 5 представляет собой стадию смешивания рабочей жидкости и перекачиваемой жидкости.
Высокоскоростной поток жидкости, образующийся в результате динамического движения жидкости на выходном участке рабочего сопла (участок в точке 3), создаст вакуумную зону вблизи выхода рабочего сопла, так что всасываемая жидкость, находящаяся вблизи относительно высокого давления, будет всасываться под действием разницы давлений в смесительную камеру. Перекачиваемая жидкость всасывается в смесительную камеру в точке 9. Во время потока от точки 9 до точки 5 скорость перекачиваемой жидкости непрерывно возрастает, а давление продолжает падать в течение участка от точки 9 до точки 3. Давление жидкости на выходном участке рабочего сопла (точка 3).
В секции смесительной камеры и передней секции горловины (секция от точки 3 до точки 6) начинается смешивание рабочей жидкости и перекачиваемой жидкости, происходит обмен импульсом и энергией, а кинетическая энергия, преобразованная из потенциальной энергии давления рабочей жидкости, передается перекачиваемой жидкости. В результате скорость рабочей жидкости постепенно уменьшается, скорость всасываемого тела постепенно увеличивается, и обе скорости постепенно уменьшаются и сближаются. Наконец, в секции в точке 4 обе скорости достигают одинакового значения, и происходит выход жидкости из горловины и диффузора Вентури.
三:Состав и принцип работы самовсасывающей насосной группы, использующей поток отработавших газов дизельного двигателя для создания вакуума.
Выхлопные газы дизельного двигателя — это отработанные газы, выделяемые дизельным двигателем после сгорания дизельного топлива. Они относятся к выхлопным газам, но обладают определенным количеством тепла и давления. После испытаний, проведенных соответствующими исследовательскими отделами, давление выхлопных газов, выходящих из дизельного двигателя, оснащенного турбокомпрессором [3], может достигать 0,2 МПа. С точки зрения эффективного использования энергии, защиты окружающей среды и снижения эксплуатационных расходов, использование выхлопных газов, выходящих из дизельного двигателя, стало актуальной темой исследований. Турбокомпрессор [3] использует выхлопные газы, выходящие из дизельного двигателя, в качестве силового элемента, повышая давление воздуха, поступающего в цилиндр дизельного двигателя, что позволяет двигателю сгорать более полно, тем самым улучшая его мощность, удельную мощность, экономию топлива и снижая уровень шума. Ниже описан способ использования отработанных газов, образующихся при работе дизельного двигателя, в качестве рабочего тела. Газ из насосной камеры центробежного насоса и водозаборного патрубка центробежного насоса отсасывается через трубку Вентури, и в насосной камере и водозаборном патрубке центробежного насоса создается вакуум. Под действием атмосферного давления вода, находящаяся ниже уровня воды на входе в центробежный насос, поступает во входной трубопровод и насосную камеру центробежного насоса, заполняя их и запуская центробежный насос для обеспечения нормального водоснабжения. Конструкция показана на рисунке 2, а процесс работы следующий:
Как показано на рисунке 2, вход воды центробежного насоса соединен с трубопроводом, погруженным в бассейн ниже выхода воды насоса, а выход воды соединен с выходным клапаном и трубопроводом водяного насоса. Перед запуском дизельного двигателя выходной клапан центробежного насоса закрывается, задвижка (6) открывается, и центробежный насос отключается от дизельного двигателя с помощью муфты. После запуска и нормальной работы дизельного двигателя задвижка (2) закрывается, и отработанные газы, выходящие из дизельного двигателя, поступают в трубу Вентури через выхлопную трубу (4) из глушителя и выходят через выхлопную трубу (11). В этом процессе, согласно принципу работы трубки Вентури, газ из насосной камеры центробежного насоса поступает в трубу Вентури через задвижку и выхлопную трубу, смешивается с отработанными газами дизельного двигателя и затем выходит через выхлопную трубу. Таким образом, в насосной камере центробежного насоса и в водопроводе центробежного насоса образуется вакуум, и вода из источника воды, расположенного ниже уровня входа центробежного насоса, поступает в насосную камеру центробежного насоса через водопроводную трубу центробежного насоса под действием атмосферного давления. Когда насосная камера центробежного насоса и водопроводная труба заполняются водой, закрывают задвижку (6), открывают задвижку (2), соединяют центробежный насос с дизельным двигателем через муфту и открывают выпускной клапан центробежного насоса, так что дизель-двигатель и насосная установка начинают нормально работать. После проверки дизель-двигатель и насосная установка могут засасывать воду на глубину 2 метра ниже входной трубы центробежного насоса в насосную камеру центробежного насоса.
Указанная выше группа самовсасывающих насосов дизельного двигателя, использующая поток отработавших газов дизельного двигателя для создания вакуума, обладает следующими характеристиками:
1. Эффективно решить проблему самовсасывания насосной установки дизельного двигателя;
2. Трубка Вентури имеет небольшие размеры, малый вес и компактную конструкцию, а ее стоимость ниже, чем у обычных вакуумных насосных систем. Поэтому дизель-насосная установка такой конструкции позволяет сэкономить место, занимаемое оборудованием, и затраты на монтаж, а также снизить инженерные издержки.
3. Дизель-моторно-насосная установка данной конструкции расширяет область применения дизель-моторно-насосной установки и увеличивает диапазон ее использования;
4. Трубка Вентури проста в эксплуатации и обслуживании. Для ее обслуживания не требуется постоянный персонал. Поскольку в ней отсутствуют механические элементы передачи, уровень шума низкий, и нет необходимости в расходе смазочного масла.
5. Трубка Вентури имеет простую конструкцию и длительный срок службы.
Причина, по которой насосная установка дизельного двигателя такой конструкции может всасывать воду ниже уровня входного отверстия центробежного насоса и в полной мере использовать отработанные газы, образующиеся при работе дизельного двигателя, для их высокоскоростного потока через трубку Вентури в главном компоненте, заключается в том, что насосная установка дизельного двигателя, изначально не обладающая функцией самовсасывания, приобретает эту функцию.
Четвертый: Улучшить высоту водопоглощения насосной установки дизельного двигателя.
Описанная выше самовсасывающая насосная установка с дизельным двигателем имеет функцию самовсасывания за счет использования отработавших газов, выходящих из дизельного двигателя, для создания вакуума через трубку Вентури. Однако рабочей жидкостью в насосной установке с дизельным двигателем такой конструкции являются отработавшие газы, и их давление относительно низкое, поэтому и результирующий вакуум также относительно низок, что ограничивает высоту всасывания центробежного насоса и ограничивает диапазон применения насосной установки. Если необходимо увеличить высоту всасывания центробежного насоса, необходимо увеличить степень вакуума в зоне всасывания трубки Вентури. В соответствии с принципом работы трубки Вентури, для повышения степени вакуума в зоне всасывания трубки Вентури необходимо разработать рабочее сопло трубки Вентури. Оно может быть звукового или даже сверхзвукового типа, а также увеличить исходное давление динамической жидкости, протекающей через трубку Вентури.
Для повышения исходного давления рабочей жидкости Вентури, протекающей в насосной установке дизельного двигателя, в выхлопную трубу дизельного двигателя может быть установлен турбокомпрессор [3]. Турбокомпрессор [3] — это устройство сжатия воздуха, которое использует инерционный импульс выхлопных газов, выходящих из двигателя, для толкания турбины в турбинной камере, турбина приводит в движение соосное рабочее колесо, а рабочее колесо сжимает воздух. Его конструкция и принцип работы показаны на рисунке 3. Турбокомпрессоры делятся на три типа: высокого давления, среднего давления и низкого давления. Выходное давление сжатого газа составляет: высокое давление более 0,3 МПа, среднее давление 0,1-0,3 МПа, низкое давление менее 0,1 МПа, при этом давление сжатого газа, выходящего из турбокомпрессора, относительно стабильно. Если сжатый газ, подаваемый турбокомпрессором, используется в качестве рабочей жидкости Вентури, можно получить более высокую степень вакуума, то есть увеличить высоту водопоглощения насосной установки дизельного двигателя.
五: выводы:Группа самовсасывающих насосов дизельного двигателя, использующая поток отработавших газов для создания вакуума, в полной мере использует высокоскоростной поток отработавших газов, трубку Вентури и технологию турбонаддува, создаваемые во время работы дизельного двигателя, для откачки газа из насосной камеры и водозаборного патрубка центробежного насоса. Создается вакуум, и вода, находящаяся ниже уровня воды в источнике центробежного насоса, всасывается в водозаборный патрубок и насосную камеру центробежного насоса, обеспечивая самовсасывающий эффект группы насосов дизельного двигателя. Такая конструкция группы насосов дизельного двигателя обладает преимуществами простоты конструкции, удобства эксплуатации и низкой стоимости, а также расширяет область применения группы насосов дизельного двигателя.
Дата публикации: 17 августа 2022 г.