Расчет геометрических размеров СН.

Выходное сечение рабочего сопла находят по формуле

. (6.12)

Осевые размеры СН определяются по тем же формулам, что и в случае расчета СА. Однако, согласно [14], опытная константа для водоструйных насосов а = 0,16.

При работе СН на замкнутый контур, например, в качестве смесительного аппарата в узлах присоединения отопительных установок к водяным тепловым сетям, либо диспергатора для приготовления водотопливной эмульсии, или в установках с лопастными насосами (см.рис. 6.4), р_с можно представить в виде:,

, (6.13)

где s — сопротивление системы, в которой струйный насос создает циркуляцию жидкости, Па · с²/м⁶; V_c — объемная подача СН, м³/с.

Совместное решение уравнений (6.7), (6.10), (6.12), и (6.13) или (6.1), (6.12), (6.13) дает

; (6.14)

, (6.15)

где .

На основе этих зависимостей в [14] приведена номограмма для подбора размеров СН конструкции ВТИ—Теплосеть Мосэнерго, широко используемых на практике. Там же приведены конструкция и основные размеры СН.

Рис. 6.4.Принципиальные схемы работы СН на замкнутый контур:
а)— присоединение отопительной установки к тепловой сети по зависимой схеме;
б)— система подготовки к утилизации нефтешлама в котельной установке; в) — установка для подъема жидкости с большой глубины
1 — СН; 2 — радиатор; 3 — воздухосборник; 4 — грязевик; 5 — центробежный насос; 6 — емкость для перемешивания;
7 — бак; 8 — источник (резервуар); РР — регулятор расхода; РД — регулятор давления до себя; ГМГ — газомазутная горелка

При установке сопла, рассчитанного по (6.15), затрачивается минимальный перепад давлений рабочей среды на работу СН. На основе (6.15) основан производится пересчет диаметра сопла СН, работающего на замкнутый контур. Если СН имеет диаметр сопла d₁ и развивает при этом коэффициент инжекции u, то для получения на этом же насосе при работе на тот же контур другого коэффициента инжекции u¢ необходимо установить новое сопло диаметром :

. (6.16)

Из совместного решения (6.1), (6.12), (6.13) выводится также формула для расчета ожидаемого коэффициента инжекции

, (6.17)

где ; ;

.

Это соотношение оказывается весьма полезным при работе насоса с заданными сечениями камеры смешения f₃ и сопла f_p1 на замкнутую систему с заданным сопротивлением s. Из анализа (6.17) следует, что при уменьшении f_p1 растет абсолютное значение с, а с ним и коэффициент инжекции СН. В реально возможном диапазоне изменения f_p1 отношение практически не меняется,. и на этом Поэтому на основе этой зависимости основано применение СН с регулируемым сечением рабочего сопла для местного количественного регулирования отопительной нагрузки. Уменьшение полезной площади выходного сечения сопла ведет к снижению объемного расхода рабочего потока, однако благодаря увеличению при этом коэффициента инжекции расход циркулирующей жидкости снижается не столь значительно. Коэффициент скорости сопла с регулирующей иглой определяется эмпирической формулой , где f_р1и — площадь сечения сопла при введенной в него игле.

Наличие иглы приводит также к увеличению потерь во входном участке камеры смешения, в результате чего рекомендуется, согласно [14], принимать j₄ = 0,9.

Пример 6.1.Подобрать СН для присоединения отопительной установки здания к тепловой сети, определить требующийся перепад давлений в сопле Dр_р, построить характеристику СН Dр_с = f (V_с) и рассмотреть режимы работы отопительной установки при изменении действующего рабочего перепада давлений в сети перед СН, а также при изменении сопротивления отопительной установки (пример заимствован из [14], где при расчете допущены ошибки).

Расчетный массовый расход воды в отопительной установке G_c = 11 кг/с. При этом гидравлические потери составляют Dр_с = 10⁴ Па. Расчетный коэффициент инжекции u = 2,2. Удельные объемы воды u_р = u_н = u_с = 1,03 ∙ 10^–3.

Из (5.23) нетрудно выразить необходимый массовый расход рабочего потока . В соответствии с (6.13) сопротивление отопительной установки s = 7,79 · 10⁴ кПа ∙ с²/м⁶.

В результате совместного решения методом итераций (6.14), (6.15) и с учетом (6.8) определим ( f₃)_опт = 2,188∙10^–3 м², (f_p1)_опт = 2,711 ∙ 10^–4 м², n = 1,141 и и n = 1,141. Тогда, соответственно: d₃ = 0,053 м и d_р1 = 0,0186 м. В этом случае необходимый перепад давлений в сопле найдем из (6.12): .

Согласно [14], ближайший размер серийного СН: d₃ = 0,047 м, что дает f₃ = 1,735 ∙ 10^–3 м². Тогда в соответствии с (6.8), (6.15) будем иметь f_p1 = 2,672 ∙ 10^–4 м², d_р1 = 0,0184 м, n = 1,182 и . Уменьшение по отношению к вызывает снижение достижимого коэффициента инжекции при одновременном увеличении относительного перепада давлений (см. рис. 6.2 и 6.3). Для обеспечения заданных условий уменьшение диаметра рабочего сопла естественно приводит к увеличению p_p  9,446 10⁴ Па.

На основе (6.1) легко построить характеристику Dр_с = f (V_с) для разных значений Dр_р, а также характеристику отопительной установки Dр_с = sV_с² при двух значениях s (см. рис. 6.5).

Анализ рис. 6.5 достаточно наглядно показывает закономерности и возможности регулирования работы СН на замкнутый контур.

Рис. 6.5. Совмещенные характеристики D р_с  f (V_c) СН и отопительной установки
при различных D р_р и сопротивлении s