CN106837822B - 一种水平出水的脉冲射流真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平出水的脉冲射流真空泵，包括依次连接的吸入室、混合室、喷射管，吸入室内安装叶轮分配器、方形导叶和叶轮，叶轮分配器一侧开口，且该开口与方形导叶入口相连接，方形导叶出口与叶轮入口相对应，叶轮上安装多个叶片，相邻叶片之间形成喷嘴；叶轮由电机驱动，将工作水经叶轮分配器、方形导叶和叶轮从喷嘴中形成非连续射流进入混合室内，进入混合室的方向与喷射管的轴线平行或重合，喷射管为水平设置。本发明水平出水的脉冲射流真空泵综合了离心泵和脉冲射流泵的结构和优势，具有水平出水、效率高、工作可靠、汽蚀性能良好、噪声低及成本低廉等优点。

Description

一种水平出水的脉冲射流真空泵

技术领域

本发明涉及一种射流泵，尤其涉及一种水平出水的脉冲射流真空泵。

背景技术

射流真空泵是利用射流的剪切和紊流扩散作用进行传质传能，没有转动部件，具有结构简单、工作可靠、造价低、运行和维护成本低，常用于电厂、化工、烟草、制盐等需要抽真空的场合。射流真空泵的工作原理决定其效率较低，研究表明采用脉冲流体作为其工作动力能够有效提高射流泵效率，这种形式的射流真空泵称作脉冲射流真空泵。

专利CN103967810B公开了一种离心式真空泵，从结构上将离心泵和射流泵真空泵结合，但仍属于脉冲射流真空泵的一种。然而该专利中的真空泵为斜向下出水方式，与水平面成45°，使得出水口大大低于泵的底座，因此不能用于需要水平出水的场合。专利CN103967810B中给出该泵与水池结合使用的方式，但水池投资大、占地大，且不适用于直接排放的场合。

射流真空泵工作时需要将压力较高的工作水通过喷嘴转化为高速射流，而较高压力的工作水通常由离心泵来提供，如果直接将离心泵内的高速旋转叶轮作为射流真空泵的喷嘴来使用，将能够取消离心泵和射流真空泵之间的转换、过渡环节，并产生脉冲射流效果，从而大幅提升工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以水平出水、效率高、工作可靠、结构紧凑、造价和维护成本低的水平出水的脉冲射流真空泵。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发提供了一种水平出水的脉冲射流真空泵，包括依次连接的吸入室、混合室、喷射管，所述吸入室内安装叶轮分配器、方形导叶和叶轮，所述叶轮分配器一侧开口，且该开口与所述方形导叶入口相连接，所述方形导叶出口与所述叶轮入口相对应，所述叶轮上安装多个叶片，相邻所述叶片之间形成喷嘴；所述叶轮与电机连接，由所述电机驱动所述叶轮高速旋转，将工作水经叶轮分配器、方形导叶和叶轮从所述喷嘴中形成非连续射流进入所述混合室内，进入所述混合室内的方向与所述喷射管的轴线平行或重合，所述喷射管为水平设置。

进一步地，在所述的水平出水的脉冲射流真空泵上，所述方形导叶的中心线与水平面的夹角α在45±4°范围内，其中顺时针转动为正值，逆时针转动为负值，以保证叶轮的进流角在±10°范围内。

进一步地，在所述的水平出水的脉冲射流真空泵上，所述方形导叶的进水口与出水口的面积之比为1:1-2，所述方形导叶的进水口和/或出水口为锥形或流线形或由直段和锥段组成。

进一步地，在所述的水平出水的脉冲射流真空泵上，所述叶片为直叶片，数量为15-35片。

进一步地，在所述的水平出水的脉冲射流真空泵上，所述叶片的内弧和背弧均为流线型或均由直线段和弧段组成。

进一步地，在所述的水平出水的脉冲射流真空泵上，所述混合室右侧的入口为椭圆形，与所述吸入室的出口相连；所述混合室左侧的出口为圆形。

进一步地，在所述的水平出水的脉冲射流真空泵上，所述混合室的长度为所述混合室出口直径的1-5倍。

进一步地，在所述的水平出水的脉冲射流真空泵上，所述喷射管是依次由收缩段、平直段和扩散段三部分组成。

更进一步优选地，在所述的水平出水的脉冲射流真空泵上，所收缩段、平直段和扩散段为同轴且水平连接。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明的水平出水的脉冲射流真空泵综合了离心泵和脉冲射流泵的结构和优势，取消了中间转换、过渡环节，并实现了水平出水，因此具有水平出水、效率高、工作可靠、汽蚀性能良好、震动小、噪声低及成本低廉等优点；而且其设计先进、结构紧凑、操作简单，拆装方便，便于维护，性能价格比高，有利于推广运用。

附图说明

图1为本发明一种水平出水的脉冲射流真空泵的结构主视图；

图2为本发明一种水平出水的脉冲射流真空泵中叶轮和导叶的装配示意图；

图3为本发明一种水平出水的脉冲射流真空泵中导叶的结构示意图；

图4为本发明一种水平出水的脉冲射流真空泵中叶轮的结构示意图。

其中，1-吸入室，2-叶轮分配器，3-方形导叶，4-混合室、5-叶轮，6-叶片，7-喷射管，71-收缩段，72-平直段，73-扩散段。

实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

如图1-2所示，本发明实施例提供了一种水平出水的脉冲射流真空泵，包括依次连接的吸入室1、混合室4、喷射管7，吸入室1内安装叶轮分配器2、方形导叶3和叶轮5，叶轮分配器2一侧开口，且该开口与方形导叶3入口相连接，方形导叶3出口与叶轮5入口相对应，二者之间留有一定间隙，保证叶轮5的旋转不受干扰，在叶轮5上安装有多个叶片6，相邻叶片6之间形成凹槽状喷嘴；此外，叶轮5环心一端由一圆形孔板封闭，另一端敞开，叶轮分配器2和方形导叶3依次通过叶轮5的敞开口放入，电机转动轴与圆形孔板连接，而叶轮分配器2和方形导叶3固定在泵体上，由电机驱动叶轮5高速旋转，将工作水经叶轮分配器2、方形导叶3和叶轮5从喷嘴中形成非连续射流进入混合室4内，从喷嘴高速甩出的工作水的速度大小与进入混合室4的角度与叶轮5的转速和叶片6之间的流道形状相关，为使水平出水的脉冲射流真空泵的效率最大化，应使工作水进入混合室4的方向与喷射管7的轴线平行或重合，且喷射管7为水平设置。

具体地，从喷嘴中形成非连续射流进入混合室4内的工作水的速度大小和方向是叶轮5圆周速度和径向速度的合成速度，叶轮5出水口工作水的水流方向与叶轮分配器2的角度、工作流量三因素有关，可通过调节进水量、叶轮5的转速、方形导叶3角度来实现，调整轮分配器2的角度的目的是从叶轮5出水口射出的高速脉冲射流工作水以撞击损失最小的方式进入混合室4内，从而使水平出水的脉冲射流真空泵的效率最大化。

于上述技术方案的基础上，在本实施例的水平出水的脉冲射流真空泵上，如图1和图2所示，其中，图2是方形导叶3与叶轮5的装配示意图，为使工作水进入混合室4的方向与喷射管7的轴线平行或重合，将方形导叶3的中心线与水平面的夹角α设置在45±4°范围内，其中顺时针转动为正值，逆时针转动为负值，以保证叶轮5的进流角在±10°范围内，减小叶轮5前缘位置的工作水流损失，从而保证脉冲射流真空泵具有最大射流量。

于上述技术方案的基础上，在本实施例的水平出水的脉冲射流真空泵上，如图3所示为方形导叶3的结构示意图，方形导叶3为方形可以保证由于叶轮5作用流过的工作水的流速，也易于加工生产；方形导叶3的进水口与出水口面积之比为1:1-2，优选地方形导叶3的进水口与出水口面积之比为1:1.6-2，方形导叶3的进水口和/或出水口由直段和/或锥段组成，或将方形导叶3的进水口和/或出水口加工为锥形或流线形；优选地，方形导叶3进水口宽度h1为93mm，出水口宽度h2为81mm，由直段和锥段两部分组成，也可加工成锥形或流线形。优选地，采用方形导叶3进水口宽度h1为95mm，出水口宽度h2为85mm，由直段和锥段两部分组成。

于上述技术方案的技术上，在本实施例的水平出水的脉冲射流真空泵上，叶轮5的进水口面积大，出水口面积小，保证在脉冲射流真空泵工作过程中依靠水做工质时靠叶轮5射出一个个非连续的水束表面挟带走空气建立真空，所以水束越多、越细越好，这样抽吸的气量也将大大增多。

于上述技术方案的基础上，在本实施例的水平出水的脉冲射流真空泵上，叶片6为直叶片，为达到较高效率应取15-35片，优选地也可根据脉冲频率调整叶片数量，如为降低工作水喷射的脉冲频率将叶片6的数量设置为10-15片，或为了增大工作水喷射的脉冲频率将叶片6的数量设置为25-40片。更优选地，本申请发明人创造性的研究发现，采用方形导叶3进水口宽度h1为72mm，出水口宽度h2为95mm，由直段和锥段两部分组成，能够提高气液混合传送效率，同时将吸入室入口由上方对称地改为由下方进入，能够有效降低汽蚀，提高泵的性能和安全运行。

此外，叶片6的内弧和背弧均由直线段和弧段组成，或加工成锥形或流线形。本发明的水平出水的脉冲射流真空泵的吸入室更为紧凑，相比现有离心式真空泵的吸入室缩小三分之一至二分之一，优选地，如图4所示为叶轮5和叶片6的结构示意图，叶片6进水边宽度b1为0.8mm，出水边弧长度为22.35mm；叶片6内弧由直线段和弧段组成，直线段与水平面的夹角α为45°，弧段半径R1为19mm；叶片6背弧由直线段和弧段组成，直线段与水平面的夹角β为78.3°，弧段半径R2为13.1mm。这样，水在叶片6之间形成槽道式喷嘴具有加速作用，非连续射流工作水射入混合室4的大小和方向是叶轮5的圆周速度和径向速度的合成速度，本发明测试中方形导叶3的中心线与混合室4的轴线平行或重合，叶片6数目为24片，运转后水流径向速度约为36m/s，圆周速度为45m/s，最终水流的合成速度约为58m/s，使得脉冲射流真空泵有较高的射水速度。

于上述技术方案的技术上，在本实施例的水平出水的脉冲射流真空泵上，混合室4右侧的入口为椭圆形，与吸入室1的出口相连；混合室4左侧的出口为圆形；混合室4的长度为混合室4出口直径的1-5倍，优选地，混合室4的长度为混合室4出口直径的3-4.5倍，用于使工作水和被抽吸水在混合室4内充分混合均匀，并减小混合水在混合室4内的压力损失；更为优选地，混合室4右侧的入口为椭圆形，与吸入室1的出口相连；混合室4左侧的出口同样为椭圆形，相应的喷射管7也为椭圆形管道。

于上述技术方案的技术上，在本实施例的水平出水的脉冲射流真空泵上，如图1所示，喷射管7是依次由收缩段71、平直段72和扩散段73三部分组成，从从叶片6之间的喷嘴喷出的工作水造成不连续射流，形成具有较高流速的脉冲射流，此时在收缩段71的入口处因周围的空气被脉冲射流卷走而形成真空，被输送的吸入水流体即被从吸水管吸入，两股流体在收缩段71中混合并进行动量交换，使被输送流体的动能增加，由于收缩段71进口部分直接与混合室4出口和叶轮5外壳相连接，所以，收缩段71进口截面为方形与圆弧形的组合形状；随着混合水流流向收缩段71出口，收缩段71截面形状逐渐向圆形过渡，水流经过收缩段加速后进入半径不变的平直段72区域；收缩段71和平直段72的作用是使工作水与被吸水在进入扩散段73前混合均匀，以均匀流速进入扩散段73，使动能以能量损失最小的形式变为压能。因此，为了提高脉冲射流真空泵的性能，由收缩段71和平直段72扩散段73组成的喷射管7采用同轴水平安装，既能使两股流体在收缩段71和平直段72内混合均匀，又能使用较短的混合长度，以减少混合水流与喷射管7之间的摩阻损失。

此外，在混合流体以均匀的速度场进入扩散段73的条件下，动能转换为压能的过程是在最小能量损失的情况下进行的，即此时脉冲射流真空泵具有较高的效率，混合平直段72的主要用途是在混合流体进入扩散段73之前均衡混合流体的速度场。所以，一定的混合长度时必不可少的，本发明中平直段72的混合长度约为平直段72处直径的2-8倍。

本发明水平出水的脉冲射流真空泵的工作原理为：在电机启动前，混合室4内空间未形成真空状态，被抽吸入水无法利用大气压的压力差进入混合室4内，脉冲射流真空泵也无法正常工作；当电机启动时，电机通过转轴带动叶轮5高速旋转，使得工作水依次流经叶轮分配器2和方形导叶3进入高速旋转的叶轮5内，经一定角度和速度从叶片6之间间隙构成的喷嘴中甩出，由于叶片6间隙所构成的喷嘴之间有一定间距，因此当叶轮5高速旋转时，从喷嘴喷出的工作水造成不连续射流，形成具有较高流速的脉冲射流，此时在收缩段71入口处因周围的空气被脉冲射流卷走而形成真空，被输送的吸入水流体即被从吸水管吸入，两股流体在混合室4中混合并进行动量交换，因工作水进入混合室4的方向与水平设置的喷射管7的轴线平行或重合，使得混合水流与喷射管7之间的摩阻损失最小，实现了脉冲射流真空泵的水平出水以直接排放，以及保证了脉冲射流真空泵的效率最大化。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种用于液液混合传送的水平出水的脉冲射流真空泵，包括依次连接的吸入室（1）、混合室（4）、喷射管（7），其特征在于，所述吸入室（1）内安装有叶轮分配器（2）、方形导叶（3）和叶轮（5），所述叶轮分配器（2）一侧开口，且该开口与所述方形导叶（3）入口相连接，所述方形导叶（3）的中心线与水平面的夹角α为45±4°；所述方形导叶（3）的进水口与出水口的面积之比为1:1.6-2；

所述方形导叶（3）出口与所述叶轮（5）入口相对应，所述叶轮（5）上安装多个叶片（6），相邻所述叶片（6）之间形成喷嘴，所述叶片（6）为直叶片，数量为15-35片；所述叶轮（5）与电机连接，由所述电机驱动所述叶轮（5）高速旋转，将工作水经所述叶轮分配器（2）、方形导叶（3）和叶轮（5）从所述喷嘴中形成非连续射流进入所述混合室（4）内，所述混合室（4）右侧的入口为椭圆形，与所述吸入室（1）的出口相连，所述混合室（4）左侧的出口为圆形，所述混合室（4）的长度为所述混合室（4）出口直径的3-4.5倍；且进入所述混合室（4）的方向与所述喷射管（7）的轴线平行或重合，所述喷射管（7）为水平设置。

2.根据权利要求1所述的水平出水的脉冲射流真空泵，其特征在于，所述方形导叶（3）的进水口和/或出水口为锥形或流线形或由直段和锥段组成。

3.根据权利要求1所述的水平出水的脉冲射流真空泵，其特征在于，所述叶片（6）的内弧和背弧均为流线型或均由直线段和弧段组成。

4.根据权利要求1所述的水平出水的脉冲射流真空泵，其特征在于，所述喷射管（7）是依次由收缩段（71）、平直段（72）和扩散段（73）三部分组成。

5.根据权利要求4所述的水平出水的脉冲射流真空泵，其特征在于，所收缩段（71）、平直段（72）和扩散段（73）为同轴且水平连接。