Лабораторне заняття №6 експериментальне визначення характеристики струминного насоса

6.1 Мета і задачі

6.1.1 Вивчити конструкцію установки для дослідження роботи струминного насоса.

6.1.2 Визначення відносного напору, коефіцієнта інжекції та ККД насоса.

6.1.3 Побудова характеристики струминного насоса.

6.2 Обладнання та прилади

6.2.1 Повнорозмірна діюча установка для дослідження роботи струминного насоса.

6.2.2 Пружинні манометри.

6.2.3 Мановакууметр.

6.2.4 Витратоміри.

6.2.5 Секундомір.

6.3 Теоретичні відомості

Відсутність рухомих частин, простота передачі та перетворення енергії, можливість працювати в широкому діапазоні зміни витрат, малі габаритні розміри та невисока вартість дозволяють використовувати струминні насоси в багатьох технологічних процесах нафтогазової галузі. На сьогоднішній день практично всі процеси розробки нафтових і газових родовищ можуть реалізовуватись з використанням ежекційних систем:

• буріння свердловин;

• ліквідація аварій при бурінні;

• цементування обсадних колон;

• освоєння та дослідження свердловин, їх експлуатація;

• інтенсифікація методів нафтогазовилучення;

• підземний ремонт свердловин;

• збір та підготовка нафти і газу.

В струминних насосах, які називають також інжекторами, ежекторами, гідроелеваторами, потік корисної подачі Q₀ перемішується та отримує енергію завдяки змішуванню з робочим потоком Q₁, що має більшу енергію.

Повна подача на виході з насоса визначається за формулою:

,

(6.1)

Енергія цього потоку більша енергії потоку корисної подачі Q₀, але менша енергії робочого потоку Q₁ перед входом в насос.

Струминний насос (рис. 6.1) складається із робочої насадки 3 з підводом 2 робочого потоку, камери змішування 5, дифузора 6 та приймальної камери 1 потоку корисної подачі.

1 – приймальна камера ; 2 – підведення робочого потоку;

3 – робоча насадка; 4 – вхідна ділянка камери змішування;

5 – камера змішування; 6 – дифузор

Рисунок 6.1 – Схема струминного насоса

Режим роботи струминного насоса характеризують п'ять параметрів:

1 Витрата робочої рідини:

,

(6.2)

де – швидкість робочого потоку у вихідному перерізі робочої насадки, м/с;

– площа вихідного перерізу робочої камери, м²;

– діаметр вихідного перерізу робочої насадки, м.

2 Корисна подача:

.

(6.3)

де – швидкість інжектованого потоку у вхідному перерізі камери змішування, м/с;

– площа інжектоваого потоку у вхідному перерізі камери змішування, м²;

– діаметр камери змішування, м.

3 Робочий напір, що витрачається в насосі рівний різниці напорів робочого потоку на вході в насос (переріз b-b) та на виході з нього (переріз с-с):

.

(6.4)

4 Корисний напір, що створюється насосом, рівний різниці напорів рідини, що подається за насосом (переріз с-с) та перед ним (переріз а-а):

.

(6.5)

де – тиск у характерних перерізах струминного насоса, Па;

– швидкість потоку у характерних перерізах струминного насоса, м/с;

– густина рідини, кг/м³.

5 ККД струминного насоса рівний відношенню корисної потужності до витраченоїї:

.

(6.6)

Максимальне значення ККД насоса невелике та складає = 0,2…0,35. Проте струминні насоси поширені широко завдяки простій конструкції, малим габаритним розмірам та відсутності рухомих частин. Вони надійні, легко розміщуються у важкодоступних місцях, здатні подавати агресивні та забруднені рідини та виконувати функції змішувачів.

Характеристику струминного насоса зображають у відносній безрозмірній формі, як сукупність залежностей та (рис.6.2).

а	б

Рисунок 6.2 – Характеристики струминного насоса

Відносний напір:

.

(6.7)

Відносна витрата (коефіцієнт інжекції):

.

(6.8)

Вираз для ККД має вигляд:

(6.9)

Розміри проточної частини у відносній формі характеризуються відносною площею, рівною відношенню площі входу в камеру змішування до площі робочого сопла:

.

(6.10)