CN1063833C - 液体脉冲射流泵装置 - Google Patents

Abstract

一种由脉冲发生器，液体脉冲射流泵，管路及闸阀组成的液体脉冲射流泵装置。其中脉冲发生器由往复泵，或可调转速的球阀组成。由脉冲发生器产生一定压力及频率的液体射流，通过液体脉冲射流泵，吸入被抽流体，在高效紊动混合及液体活塞的联合作用下，将混合流体通过排出管路输送到用户。本发明的特点是它的传能效率高，与常用的液体射流泵相比其效率提高1.2到1.6倍。它结构简单，工作可靠，广泛适用于深井提水，深井采油，水下开挖以及流体输送等场合。

Description

液体脉冲射流泵装置

本发明是一种液体脉冲射流泵装置。

射流泵是一种利用射流的紊动扩散作用来输送流体的流体机械和混合反应设备。它本身没有转动部件，具有结构简单、工作可靠、密封性好、成本低廉、维护方便等一系列独特的优点，在许多工艺流程中应用具有显著的优越性和不可替代性，特别适合水下、放射、易燃、易爆等场合。但射流泵有一个明显的缺点，即其效率较低。研究表明：采用脉冲流体作为其工作动力是提高射流泵效率的有效途径之一。

采用脉冲流体作为其工作动力的射流泵一般称为脉冲射流泵。目前国内外常用的脉冲射流泵分为两类，一类是工作流体为气体，称为气体脉冲喷射器，另一类是工作流体为液体，称为脉冲射流泵。1972年法国学者G.Binder等对不稳定射流气体喷射器进行了试验研究(见“Flapping jet Flow induced structural vibration,I.U.T.A.H.R.SympKarisruhe,Aug.1972)，在提高喷射器效率方面取得了一定进展。1967～1972年英国通用电力公司中心试验室A.J.Walkden等，研制了用于输送高温熔化钾盐的脉冲式双级射流泵(见“Pneumatically driven reciprocating-jetpump:performance of a servo-controlled valve sysytem and of a pump operation witha molten salt at 15000K”,1st Symp.on Jet Pumps and Ejectors,BHRA,Fluid Eng1972)。80年代J.Grant等与Sheffield和Cardiff大学合作进行了脉冲射流泵(免维修泵)的研究(见“Power fluidics technology and its application in the nuclearindustry”,Nuclear Energy,1984(4))。上述两项研究，均利用气体作为射流泵的动力，利用气体通过某种脉冲装置，将能量传递给工作液体，并通过液体来抽吸液体。虽然其动力为气体所提供，但直接用来抽吸被吸流液体的介质还是液体，故还是称其为脉冲射流泵。这两种装置利用脉冲气体传递能量给液体，形成脉冲的工作液体，其目的主要是为了方便输送高温带腐蚀性的熔盐和放射线的物料，并不在意其效率。实际上，这两种特殊的射流泵装置的效率比一般的射流泵装置还要低。中国专利91203399.1公开的“脉冲真空抽吸装置”，该装置通过脉冲机构产生旋转和脉冲的射流，作为喷射泵的工作动力。与一般射流泵装置相比，其主要特点是可以用较低的气压产生较高的真空度。该装置能提高真空度应归功于脉冲和旋转两种效应，而且两种效应的主次问题还有待于进一步的确定。实际上，该装置用压缩空气作为动力时，可以用较低的气压产生较高的真空度，而用高压水作为动力时，尽管也可以正常工作，但由于气体和液体物理性质的差别，在同样的工作压力下，不会比其它装置产生更大的真空度，也就是说，其优点显示不出来。另外该装置仅仅是一个真空抽吸装置，没有输送能力，当需要将抽吸的流体输送到用户时，它无能为力。

总的说来，采用脉冲气体作为工作动力的气体脉冲喷射器在提高效率方面有较大的进展，但脉冲液体作为工作动力的脉冲液体射流泵在提高效率方面则进展不大。

本发明的发明目的在于，从机理上作手，提出一种提高射流泵效率的有效途径，给出了关键参数相应的取值范围，并在相应的装置上予以实现。

本发明是由脉冲发生器2，液体脉冲射流泵1，管路3,6及闸阀4组成的液体脉冲射流泵装置。其中脉冲发生器由往复泵，或可调转速的球阀组成。实现上述发明目的而提出的液体脉冲射流泵，其工作液体的最佳脉冲频率为f=1～3Hz，最佳面积比为m=2～8。本发明的目的是这样来实现的，液体通过脉冲发生器，产生一定频率的脉冲流动，并从射流泵喷嘴射出，该脉冲射流卷吸被抽吸的流体，二者在喉管内混合后，通过扩散管增压，并通过管路输送到用户。由于液体惯性，在喉管内产生液柱活塞效应，会产生比普通射流泵大得多的卷吸能力，从而在同样的工作压力下，抽吸更多的流体，因而提高了射流泵的效率。经测试其效率与常用的液体射流泵相比，要提高1.2到1.6倍。

本发明液体脉冲射流泵的基本性能方程以压力比h，流量比q，面积比m，容重比 γ_s 表示。其表达式如下： $h=\mathrm{\α}{\mathrm{\φ}}_1^2(1-A_1+A_2)[\frac{2{\mathrm{\φ}}_2{k}_1^{\′}}{m}+(2{\mathrm{\φ}}_2{k}_2-\frac{c^{2}n}{{\mathrm{\φ}}_4^2})\frac{n}{m^2}{q}^2\stackrel{\‾}{{\mathrm{\γ}}_s}-(2-{\mathrm{\φ}}_3^2-\mathrm{\δ})\frac{(1+q{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_s)}{m^2}(1+q)-A_2\stackrel{\‾}{{\mathrm{\γ}}_s}-A_3(1+q{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_s)\frac{B}{2}$ $-(A_4-A_5)\frac{(1+q\stackrel{\‾}{{\mathrm{\γ}}_s})}{1+q}]$ 上式中 $h=\frac{\mathrm{\Δ}{p}_c}{\mathrm{\Δ}{p}_0},$ $q=\frac{Q_s}{Q_1},$ $\stackrel{-}{{\mathrm{\γ}}_s}=\frac{{\mathrm{\γ}}_s}{{\mathrm{\γ}}_o},$ $c=\frac{f_3-f_1}{f_{s1}}$ $m=\frac{f_3}{f_{\mathrm{sl}}},n=\frac{m}{m-1}$ $\mathrm{\α}=\frac{1}{1-\frac{{\mathrm{\φ}}_1^2{q}^2{c}^2\stackrel{-}{{\mathrm{\γ}}_s}}{{\mathrm{\φ}}_4^2{(m-1)}^2}},$ $A_1=\frac{P_{\mathrm{io}-1}}{\mathrm{\Δ}{p}_0},$ $A_2=\frac{P_{\mathrm{il}-5}}{\mathrm{\Δ}{p}_0},$ $A_3=\frac{P_{\mathrm{il}-2}}{\mathrm{\Δ}{p}_0}$ $A_4=\frac{p_{i3-c}}{\mathrm{\Δ}{p}_0}$ $A_5=\frac{P_{i2-3}}{\mathrm{\Δ}{p}_0}$ 其中γ为射流泵工作及吸入压力差，Δp_c为射流泵出口及吸入压力差，γ_o为工作液体容重，γ_s为吸入流体容重，Q_l为工作液体体积流量，Q_s为吸入流体体积流量，φ₁为喷嘴流速系数，φ₂为喉管流速系数，φ₃为扩散管流速系数，φ₄为喉管入口流速系数，p_i0-1为工作管惯性压力，P_i1-s为吸入管惯性压力，p_i1-2为喉管入口惯性压力，P_i3-c为扩散管惯性压力，p_i2-3为喉管惯性压力，k₁′,k₂′为喉管入口断面流速分布不均匀动量修正系数，δ为喉管出口断面流速分布不均匀动量修正系数，f₁为喷嘴出口断面积，f₃为喉管断面积，f_s1为吸入口断面积，B为喉管入口面积修正系数。

本发明中液体脉冲射流泵的喷嘴出口直径为： $d_1=\sqrt{\frac{4Q_1}{3.14\mathrm{\μ}\sqrt{2g(\frac{p_0}{{\mathrm{\γ}}_0}-\frac{p_s}{{\mathrm{\γ}}_s})}}}$ 上式中μ为喷嘴流量系数，μ=0.9～0.95,p_o为射流泵工作压力，p_s为射流泵吸入压力，

而射流泵的喉管直径为： $d_3=d_1\sqrt{\mathrm{m\ϵ}}$ 上式中ε为喷嘴出口收缩系数，ε=0.95～1.0。

根据本发明制成的液体脉冲射流泵装置，工作时由液体脉冲器产生一定频率的压力射流，通过液体脉冲射流泵1吸入被抽流体，在高效紊动混合及液体活塞的联合作用下，混合流体通过排出管6输送到用户。其特点在于传能效率是普通射流泵装置的1.2到1.6倍，结构简单，工作可靠，脉冲发生器构成简单，操作方便，易于实现。该装置广泛适用于深井提水，深井采油，水下开挖及流体输送等场合。下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

附图1为本发明的一个具体实施例。附图2为本发明的又一个具体实施例。附图1和附图2中，1为液体脉冲射流泵，2为脉冲发生器，3和6为管路，4是闸阀，5为出水池。

如附图1所示，液体脉冲发生器由往复泵2组成。往复泵2产生一定频率的脉冲射流Q_l，通过液体脉冲射流泵1吸入被抽吸流体Q_s，混合流体通过排出管6输送到出水池5。

如附图2所示，液体脉冲发生器由可调转速的球阀2组成。压力水Q_l通过可调转速的球阀2，产生一定频率的脉冲射流，通过液体脉冲射流泵1吸入被抽吸流体Q_s，混合流体通过排出管6输送到用户。

Claims (4)

1．一种由脉冲发生器(2)，液体脉冲射流泵(1)，管路(3,6)及闸阀(4)组成的液体脉冲射流泵装置，其特征在于：所述脉冲发生器(2)由往复泵，或可调转速的球阀组成，实现上述发明目的而提出的液体脉冲射流泵，其最佳面积比为m=2～8，最佳脉冲频率为f=1～3Hz。

2．如权利要求1所述的液体脉冲射流泵装置，其特征在于：所述液体脉冲射流泵喷嘴出口直径为： $d_1=\sqrt{\frac{4Q_1}{3.14\mathrm{\μ}\sqrt{2g(\frac{p_0}{{\mathrm{\γ}}_0}-\frac{p_s}{{\mathrm{\γ}}_s})}}}$ 上式中μ为喷嘴流量系数，μ=0.9～0.95，p_o为射流泵工作压力，p_s为射流泵吸入压力，Q_l为射流泵工作流体体积流量，γ_o为工作液体容重，γ_s为吸入流体容重。喉管直径为： $d_3=d_1\sqrt{\mathrm{m\ϵ}}$ 上式中ε为喷嘴出口收缩系数，ε=0.95～1.0。

最优脉冲频率为f=1～3Hz，

最优面积比m=2～8。

3．如权利要求1所述的液体脉冲射流泵装置，其特征在于：所述往复泵(2)产生一定频率的压力射流Q_l，通过液体脉冲射流泵(1)吸入被抽流体Q_s，混合流体通过排出管(6)输送到出水池(5)。

4．如权利要求1所述的液体脉冲射流泵装置，其特征在于：所述可调转速的球阀(2)运行后，压力水Q_l可变为具有一定频率的压力射流，通过液体脉冲射流泵(1)吸入被抽流体Q_s，混合流体通过排出管(6)输送到用户。

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