3 Pumpar

Strålpump

I en strålpump eller ejektorer kan vätskor eller gaser pumpas genom att impulsöverskottet hos en drivstråle direkt överföres till det pumpade mediet utan insats av rörliga mekaniska hjälpmedel. Drivmediet kan vara en gas, t ex luft, vattenånga, eller en vätska som exempelvis vatten. Olika kombinationer drivmedium, pumpat media, förekommer där de vanligaste kombinationerna utgörs av vattenånga och luft, vattenånga och vatten, vatten och luft och vatten-vatten.

Figur 3.118 Schematisk uppbyggnad av en strålpump

Genom att tillämpa impulsekvationen – ekv 11.7 – på en kontrollvolym, som just precis omsluter mediet i blandningsröret, erhålles

Ekv 3.40

eller

Ekv 3.41

Från ekvation 3.41 kan vissa egenskaper hos strålpumpar utläsas. För att trycket p6 skall bli större än p4 måste hastigheten ut ur munstycket c4 vara avsevärt större än c6 och C5. Därmed är också avsevärda blandningsförluster oundvikliga. Tryckökningen blir som störst då mp = 0. Skjuvspänningen vid blandningsrörets vägg tenderar att reducera tryckökningen. Efter blandningsröret följer en diffusor där hastigheten nedsätts och statiska trycket ökar. Förhållandet mellan pumpat massflöde mp och drivmassflöde md kallas flödesförhållandet och tecknas

Ekv 3.42

Vidare definieras strålpumpens tryckförhållande

Ekv 3.43

Med dessa beteckningar blir strålpumpens verkningsgrad η = q · z (Ekv 3.44)

Figur 3.119 Prestandakurvor för en strålpump

Strålpumpens förluster består av strömningsförluster i drivdysan, inloppskammaren, blandningsröret och diffusorn, varav blandningsförlusterna är de största. Blandningsförlusterna är i första hand beroende av areaförhållandet

Ekv 3.45

För varje kombination av tryckförhållandet z och flödesförhålllandet q existerar ett optimalt areaförhållande a.

Figur 3.120 Exempel på prestanda för en oljestrålpump vid olika areaförhållanden a.

Andra viktiga konstruktionsparametrar är avståndet mellan drivdysans mynning och blandningsrörets början, blandningsrörets längd och diffusorvinkeln. Det lägsta trycket i en vätskestrålpump inträffar i blandningsrörets uppströmsdel. Om lägsta trycket når vätskans ångbildningstryck, kaviterar strålpumpen. Kavationstalet definieras

Ekv 3.46

Om för en given vätskestrålpump p02 minskas, samtidigt som p01 och p03 justeras så att tryckförhållandet z förblir konstant, kommer kavitationstalet a att minska med till en början oförändrade värden på q och η. Minskas P02 ytterligare inträder efter hand en alltmer omfattande ångbildning i blandningsröret och verkningsgraden sjunker starkt. Detta värde på kavitationstalet betecknas σk.

Figur 3.121 Kavitation vid vätskestrålpumpar

Ett annat sätt att illustrera inträdande kavitation i en vätskestrålpump är att vid konstant drivoch mottryck (p01 resp p03) reducera p02. Pumpens dirftspunkt kommer då att vandra längs prestandakurvan – z ökar, q minskar och σ minskar. För σ > σk arbetar pumpen utan störande kavitation. Vid σ = σk försämras prestanda i förhållande till kavitationsfritt förlopp. Vid långvarig kaviterande drift kan blandningsröret och diffusorn skadas. Strålpumpar har vissa fundamentala fördelar:

• Inga rörliga delar- inget behov av smörjning
• Inga tätningsproblem
• Självsugande (kan evakuera sugledningen)
• Ingen elektrisk drivning – explosionssäkerhet

Den mest påtagliga nackdelen är den låga verkningsgraden. Maximal verkningsgrad uppgår till 25-35 %.

Ångstrålpumpen användes vanligen vid, eller för att skapa, låga tryck på inloppssidan. För inloppstryck ner till 103 Pa absoluttryck användes som regel vattenånga som drivmedium. Vid ännu lägre tryck, ner till hundradels Pa, utnyttjas oljeånga som drivmedium.

Användningsexempel: Avluftning av kondensorer, bortsugning av brandfarliga gaser, vätsketransport vid samtidigt uppvärmningsbehov.

Tryckluft finns ofta tillgänglig och är det vanligaste drivmediet för en gasstrålpump.

Några vanliga användningsexempel för vätskestrålpumpar- oftast med vatten som drivmedium är t.ex. djupbrunnspumpning, slamsugning, evakuering av sugledning och start av hävert vilket illustreras i figur 3.122.

Figur 3.122 Användningsexempel för vattenstrålpumpar

Speciellt fördelaktiga ställer sig strålpumpar med olika drivmedium och pumpmedium, om ett samtidigt behov av blandning av de olika medierna föreligger. Sådana fall är exempelvis ventilation med samtidig luftbefuktning, ångstrålpump och transport av vätskor med samtidig utspädning samt vätskestrålpump.