Струйные насосы (гидроэлеваторы или эжекторы) относятся к группе насосов-аппаратов, т. е. насосов, не имеющих движущихся частей. Они действуют по принципу передачи кинетической энергии от потока рабочей жидкости к потоку перекачиваемой жидкости, при этом передача энергии от одного потока к другому происходит непосредственно без промежуточных механизмов (рис. 4.5).
Струйный насос состоит из четырех основных узлов: сопла, всасывающей камеры, камеры смешения и диффузора. Рабочая жидкость под давлением подается в сопло (суживающую насадку) и оттуда в смесительную камеру.
Согласно уравнению Д. Берлулли, для идеальной жидкости
H = p/pg+v2/2g= const, (4.2)
т. е. сумма удельной потенциальной и кинетической энергий потока во всех его сечениях постоянна. В сопле жидкость приобретает большую скорость, кинетическая энергия ее возрастает, а потенциальная, следовательно, уменьшается. При этом давление снижается и при определенной скорости становится меньше атмосферного, т. е. во всасывающей камере возникает вакуум. Под действием вакуума вода из приемного резервуара по всасывающей трубе поступает во всасывающую камеру и далее в камеру смешения. В камере смешения происходит перемешивание потока рабочей и засасываемой жидкости, при этом рабочая жидкость отдает часть энергии жидкости, поступившей из приемного резервуара.
Пройдя камеру смешения, поток поступает в диффузор, где его скорость постепенно уменьшается, а статический напор увеличивается. Далее по напорному трубопроводу жидкость с расходом Qo + Qi (см. рис. 4.6) попадает в сборный резервуар.
Пренебрегая потерями напора на трение и преодоление местных сопротивлений, можно определить мощность, затраченную на перекачивание жидкости,
N3 = 9,8lQ1H1pg (4.3)
и полезную мощность
Nп= 9,81QHpg. (4.4)
Тогда КПД струйного насоса
η= QH/Q1H1, (4.5)
где Qo — подача водоструйного насоса, л/с; Н — высота подъема перекачиваемой жидкости, м; Q1— расход рабочей жидкости, л/с; Н1 — рабочий напор, м.
Отношение расхода перекачиваемой жидкости к расходу рабочей называют коэффициентом инжекции (подмешивания):
a = Qa/Q1, (4.6)
а отношение высоты подъема жидкости к рабочему напору — коэффициентом напора
β= H/H1. (4.7)
Сопоставляя выражения (4.5) — (4.7), можно написать, что КПД струйных насосов
η = аβ (4.8)
В зависимости от значения коэффициентов подмешивания и напора значения КПД струйных насосов лежат в пределах 0,15 — 0,25.
Расчет струйных насосов при заданных Q0 и Q1 H и H1 сводится к нахождению оптимального диаметра отверстия сопла, диаметра и длины камеры смешения, а также размеров диффузора.
Существует несколько методов расчета струйных насосов, которые освещены в специальной литературе. Приближенно расход рабочей жидкости, который необходимо подать к соплу струйного насоса, можно определить по формуле
Струйные насосы используются для подъема воды из артезианских скважин, для водоотлива и водопонижения при производстве строительных работ, для подмешивания горячей воды в системах отопления. На канализационных сооружениях их используют, например, для удаления осадка из песколовок и перемешивания ила в метантенках. Струйные насосы можно применять также для откачивания воздуха из центробежных насосов перед их пуском.
На рис. 4.6 показаны схемы чугунного струйного насоса (гидроэлеватора) типа ВСН-50 с подачей 14—17 л/с и сварного гидроэлеватора конструкции Союзводоканалпроекта с подачей 15—30 л/с при высоте подъема жидкости от 4 до 20 м. Конструкции струйных насосов, применяемых для подъема воды из скважин и колодцев, будут приведены далее.
Достоинствами струйных насосов являются простота конструкции, надежность в работе, небольшие габаритные размеры и невысокая стоимость. К недостаткам можно отнести низкий КПД и необходимость подачи к соплу относительно больших расходов жидкости под высоким давлением.