Основные теоретические сведения. Эжекторными (струйными, гидроэлеваторами) насосами называются устройства, обеспечивающие смешение двух потоков разных давлений с образованием смешанного

 

Эжекторными (струйными, гидроэлеваторами) насосами называются устройства, обеспечивающие смешение двух потоков разных давлений с образованием смешанного потока со средним значением давления.

Принципиальная схема эжекторного (водоструйного) устройства показана на рис. 10.1, а. Основными элементами устройства являются: рабочее сопло 1, приемная камера 2, камера смешения 3 и диффузор 4.

 

Рис. 10.1. Схема эжекторного устройства: а – центрального типа; б – кольцевого типа; 1 – сопло; 2 – приемная камера; 3 – камера смешения; 4 – диффузор; 5 – всасывающий канал; 6 – емкость; Q1 – поток рабочей жидкости; Q2 – поток эжектируемой жидкости; Q3 – поток смешанной жидкости

 

При движении рабочей жидкости через сопло 1 потенциальная энергия потока трансформируется в кинетическую энергию. Если давление в приемной камере 2 в результате такого изменения энергии ниже давления внешней среды, то через канал 5 в приемную камеру 2 из емкости 6 начнет поступать дополнительное количество эжектируемой жидкости. Через смесительную камеру 3, диффузор 4 будет двигаться уже смешанный поток из рабочей жидкости и жидкости поступившей, из емкости 6.

Различают два основных типа эжекторных устройств: центральный (рис. 10.1, а) и кольцевой (рис. 10.1, б), которые различаются по месторасположению активной струи в плоскости начального сечения камеры смешения.

Основными достоинствами эжекторных насосов по сравнению с насосами других типов являются:

- сравнительная простота конструкции, возможность изготовления в механических мастерских;

- отсутствие подвижных деталей, легкость замены быстроизнашиваемых деталей;

- возможность транспортировки густой пульпы, крупных твердых включений.

Преимущество эжекторных насосов по сравнению с эрлифтами при проведении пробных откачек заключается в следующем. Эрлифты обеспечивают откачку только тогда, когда воздухопроводные трубы можно опустить на глубину в 1,5 раза превышающую глубину расположения динамического уровня, что не всегда возможно. Кроме того, для прокачки скважины эрлифтом необходимо завозить на скважину компрессор. Водоструйные насосы лишены отмеченных недостатков и могут обеспечить проектную производительность откачки и в напорных и в безнапорных водах, если правильно выбраны рабочий насос и размеры основных элементов струйного насоса.

Эффективность работы эжекторных устройств во многом зависит от их расчета, который сводится к определению их конструктивных и гидравлических параметров. Основными параметрами эжекторных устройств являются:

 

1. Основной геометрический параметр

m = f₂/f₁=(d₂/d₁)², (10.1)

 

где d₁ и f₁ – соответственно диаметр и площадь выходного сечения сопла;

d₂ и f₂ – соответственно диаметр и площадь выходного сечения камеры смешения.

 

Эжекторные устройства считаются высоконапорными при т 3,5, средненапорными 3,5 < m < 6,5 и низконапорными при m 6,5.

2. Коэффициент эжекции

q=Q₂/Q₁, (10.2)

 

где Q₁ – поток рабочей жидкости;

Q₂ – поток эжектируемой жидкости.

 

3. Относительный напор нагнетания

h=(H₃– H₂)/ (H₁– H₂), (10.3)

 

где H₁ – напор рабочей жидкости;

H₂ – напор эжектируемой жидкости;

H₃ – напор смешанной жидкости.

4. Коэффициент полезного действия

h=qh, (10.4)

 

На практике к.п.д. достигает 20...25 %.

Томским политехническим институтом и трестом «Востокбурвод» создана конструкция водоструйного насоса типа НЭ-8-12. Данный насос состоит из двух основных частей (рис. 10.2, а): эжекторного узла с соплом 1, сменной камерой смешения 2, диффузором 3 и пакерного узла с корпусом 4, сменными фланцами 5 и 6, резиновым уплотнительным кольцом 7 и поджимной гайкой 8. Внутренняя полость корпуса пакера через отверстия 9 имеет выход под резиновое кольцо, а через обводные трубки 10 соединена с полостью рабочей камеры 11. Внешняя труба 12 нижней частью соединена с корпусом пакера, а верхней частью через переводник 13, хвостовик 14 и замковую муфту 15 присоединяется к колонне бурильных труб. Диффузор 3 через отводную трубу имеет выход в пространство между обсадной колонной и внешней трубой.

Техническая характеристика НЭ-8-12 приведена ниже.

Средняя подача поршневого насоса, л/с___________________ 4,5

Давление нагнетания поршневого насоса, МПа_____________ 3,0

Динамический уровень воды в скважине, м_____ <25 25-50 50-75 75-100

Подача насоса, м³/ч________________________ 34,2 23,4 16,2 10,8

Схема установки эжекторного насоса в скважине приведена на рис. 10.2, б. Эжекторный насос опускается в скважину на колонне бурильных труб_, при этом на последнюю трубу наворачивается превентор и устанавливается фланцем 1 на обсадную трубу. Предварительно в кольцевой зазор фланца закладывается уплотнительный элемент (сальниковая набивка).

Рабочая жидкость от бурового насоса поступает через трубу 2 превентора и колонну бурильных труб 3 в корпус 4 эжекторного насоса.

В связи с малым диаметром отверстия сопла в полости насоса создается значительное давление, передаваемое через отверстие 5 под резиновое кольцо 6, заключенное между фланцами 7 и 8. Резиновое кольцо раздувается и герметизирует эжекторный насос в обсадной колонне. Далее рабочая жидкость через обводные трубки 9 попадает в сопло 10 и истекает с большой скоростью в камеру смешения 11. При этом через окна между обводными трубками происходит засасывание жидкости из скважины. Смешанный поток из камеры смешения переходит в диффузор 12 и через отводную трубу 13 выходитв кольцевое пространство между корпусом насоса иобсадной трубой. Поднимаясь по обсадной колонне 14, смешанный поток выходит на поверхность через отвод 15 превентора.

 

а	б
Рис. 10.2. Эжекторный насос НЭ-8-12: а – конструкция; б – схема работы