CN108661919A - 具有气液分离装置的喷射泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有气液分离装置的喷射泵。本发明在喷射泵的气液分离室内安装有气液分离装置，所述气液分离装置由一层具有一定网格密度和分布形状的网状板构成，气液分离装置紧贴喷射器的外侧，并延伸至气液分离室壁面；所述气液分离装置呈环形的网状结构，贯穿整个泵壳气液分离腔体部分，与水平面成一定的夹角安装；气液分离装置的顶端介于喷射泵的出水口与喷射器回流入口之间；气液分离装置的底端正对喷射器回流入口的位置，留有一个大网孔。本发明从减小喷射器工作流体含气率出发，在气液分离室中增加一个气液分离装置，提高泵自吸能力的同时改善的抗汽蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷射泵，尤其涉及一种能提高气液分离效率的喷射泵，属于流体机械领域。
背景技术
泵是一种产量丰富、用途广泛，且对能量需求巨大的通用流体机械，凡是和工业流体相关的产业几乎都能看到泵的身影。它将原动机的机械能或者其他能量传送给液体，使液体能量增加，从而达到输送液体和液体增压的目的。其中，喷射泵是由离心叶轮、导叶、喷射器和引水腔（气液分离室）组成的具有强自吸能力的泵。喷射泵工作可靠、结构简单、使用安全方便，便于综合利用等优点，广泛地应用在农业、水利电力、化工、给排水及污水处理、供热和制冷等多个方面，尤其是在高温、高压、高真空和输送有毒、易爆、易燃和放射性物质的场合，更具独特的优点；喷射泵历经近80年的发展，无疑已经成为一个重要的水泵类型。
作为喷射泵核心的部件，喷射器主要结构包括喷嘴、混合室、喉管、扩散段。喷射泵与多级离心泵结构类似，具有两级的增压过程。喷射泵包括泵体和电机，泵体的一端和电机的一端通过主轴相连，且伸入到泵体内。泵体内设有离心叶轮，叶轮与主轴相连而电机带动主轴旋转带动叶轮转动。其基本工作原理是将工作流体在离心叶轮高速转动下获得动能后进入气液分离室，一部分工作流体通过喷嘴高速喷出，同时静压能部分转换成动能。在喷嘴出口附近的产生一个很强的负压，进口附近的流体（气、水或气液两相流）将在这个负压的作用下被吸入混合室，两股液体在喉管中进行混合和能量交换。在喉管出口处两股流体的速度基本趋于一致，混合流体最后通过扩散管，随着流道的增大，速度降低转化为势能，混合流体压力增高最后被喷出，最后一起进入离心叶轮，混合流体通过离心叶轮做功，压力增加，经导叶进入泵体。泵体内的高压流体一部分从泵的出口排除，另一部分则通过喷嘴进口进入下一循环。喷射泵做功部件主要有两部分:喷射器和离心叶轮。喷射器是通过紊动作用提高被吸流体的能量，而离心叶轮则通过离心力作用提高液体的能量。
事实上，尽管这种传统喷射泵的自吸速度和自吸高度相比同等功率下不同类型的泵，已具有不小的优势，但其自吸能力仍有相当的提升空间。传统喷射泵的自吸能力之所以比较强主要有以下两点：一是，喷射泵中喷射器在有压工作流体的驱动下，可以形成非常稳定和强劲的自吸能力；二是，在离心导叶的抑制下，泵内气液分离室内的轴向（平行于喷射器中心轴向）流动速度被控制在一个非常小的水平，这为气泡的上浮留足了充分的时间，同时可以确保尽可能少的气泡混入喷射器回流孔而削弱自吸。其中，喷射器工作流体的气体溶解量对泵的自吸能力有着重要的影响，换言之，当泵内的含气率越高时，它的自吸能力也就越差。本发明从减小喷射器工作流体含气率出发，在气液分离室中增加一个气液分离装置，提高泵自吸能力的同时改善的抗汽蚀性能。
发明内容
针对现有喷射泵内气液分离尚不彻底的问题，本发明的目的在于给传统喷射泵气液分离室内配备一种气液分离装置，以显著提升喷射泵的自吸能力和抗汽蚀性能。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
在喷射泵的气液分离室内安装有气液分离装置，所述气液分离装置由一层具有一定网格密度和分布形状的网状板构成，气液分离装置紧贴喷射器的外侧，并延伸至气液分离室壁面；所述气液分离装置呈环形的网状结构，贯穿整个泵壳气液分离腔体部分，与水平面成一定的夹角安装；气液分离装置的顶端介于喷射泵的出水口与喷射器回流入口之间，即在出水口远离离心导叶一侧，便于气泡从出水口排出；气液分离装置的底端正对喷射器回流入口的位置，留有一个大网孔，用以有效减小喷射器回流入口与离心导叶出口之间的流动阻力，最大限度保持喷射器工作流体的压力和气液分离效果。
通过采用以上技术方案，具有的有益效果是：
1、本发明中的气液分离装置中的网状结构使用的是亲水性材料。主要是由于，亲水材料表面容易被液体湿润，当流体与网构成一个连续相时，流体可以正常通过装置，气泡无法通过，阻隔气泡回流、加速气泡上浮，最大限度地加速气液分离和轴向流动阻力的减小，降低回流流体的气泡体积浓度，显著提升回流流体的动能和压力势能，加强对喷射泵进口管路内气体的抽吸能力。
2、相较于传统的分离装置，本发明中装置的网状结构是由亲水材料制成，利用了亲水材料本身的特性，使工作流体能直接通过装置，减小自回流的流动阻力，最大限度保证回流流体的能量损失，明显降低回流流体的含气率。避免了网孔被气泡堵塞时，流体无法正常回流，影响回流效率。
3、与传统的喷射泵相比，由于工作流体在回流时气泡无法通过气液分离装置，减小喷射器工作流体的含气率，提高气液分离效率，实现了喷射泵的自吸功能和抗汽蚀性能，最高吸程的增加，流量也随之增大。
4、气液分离效率的提高，在一定程度上，还可以降低噪音，改善泵的使用情况。
5、气液分离装置是与水平面成一定的夹角安装，避免了气泡在网上堆积造成工作流体回流受阻的情况，气泡能有效上浮，便于气泡的排除。
6、本发明的气液分离装置结构简单、安装方便、加工难度小、质量轻，不会对喷射泵的工作性能有影响，而且这种安装气液分离装置的喷射泵能适应不同的工况，增加了喷射泵的工作范围。
附图说明
图1为单个气泡在喷射泵中的速度分解图；
图2为本发明所述气液分离装置的喷射泵的结构示意图；
附图标记：1、进水口；2、注水孔；3、出水口；4、泵体外壳；5、泵体后盖；6、喷管；7、密封圈；8、喷管入口腔体；9、气液分离室；10、导叶；11、离心叶轮；12、扩散管；13、气液分离装置，14、喷射器回流入口，15、泵壳腔体；
图3为气液分离装置结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于发明保护的范围。
本发明采用的技术方案是：在喷射泵的气液分离室内安装气液分离装置。气液分离装置由一层具有一定网格密度和分布形状的网状板构成，紧贴喷射器的外侧，并延伸至气液分离室壁面，即这个装置是环形的网状结构，贯穿整个泵壳气液分离腔体部分，与水平面成一定的夹角安装，且装置的顶端介于喷射泵的出水口与喷射器回流入口之间，即在出水口远离离心导叶一侧，便于气泡从出水口排出；气液分离装置的底端正对喷射器回流入口的位置，留有一个大的网孔，用以有效减小喷射器回流入口与离心导叶出口之间的流动阻力，最大限度保持喷射器工作流体的压力和气液分离效果。气液分离装置可以加速气液分离室内气液分离，改善泵的抗气蚀性能，同时增强泵腔内流动均匀性。
本发明的工作原理主要是，混合流体从扩散段喷出后，通过离心叶轮做功，流体压力增加，经导叶进入泵体，泵体内的高压流体一部分从泵的出水口排出，另一部分工作流体先通过气液分离装置进行气液分离后回流再次进入喷管入口腔体，如此循环往复，周而复始。工作流体回流时，液体能够正常通过装置进入喷嘴，流体中大部分气泡则会被拦截下来，随着大部分高压流体从泵体出口排出，完成气液分离。其中，当喷射泵处于自吸排气阶段，入口的被吸流体为气体，在喷管出口强负压的作用下与预灌的工作流体一起在喷管出口相汇、在扩散管混合后进入叶轮增压，而后在气液分离室由于气泡的上浮发生气液分离，混合流体经过气液分离装置时再进行一次气液分离，完成排气。在网状结构的影响下，由于阻力作用，预灌的流体难以灌满整个泵壳腔体，装置下侧留的大网孔就是针对这种情况，能够有效减小喷射器回流入口与离心导叶出口之间的流动阻力，让工作流体能够及时回流，保证气液分离效果和保持喷射器工作流体的压力。其中，泵壳腔体是指泵壳内部除进口空间与离心叶轮及其导叶外的整体空间，包括气液分离室、气液分离装置空隙空间、气液分离装置与回流进口一侧的空间。
分离装置与水平面成一定夹角安装，是为了能让气泡更有效上浮，减少气泡在网上滞留。主要原理如图1所示，两相流通过离心叶轮做功，经导叶进入气液分离室，两相流中的气泡会在水平方向有一个速度，根据速度分解定理，这个速度可以分解为一个与装置表面平行的上升速度以及和这个装置表面垂直的一个分速度，当两相流通过分离装置时，由于气泡无法通过装置中的网孔，气泡会和装置产生一个撞击，损失一部分能量，分速度会消失，只留下一个与装置平行的上升速度，加速气泡的上浮。根据这个原理，通过调整倾斜角度，来减小撞击速度，增长气泡上升速度，让气泡可以更有效的上浮，从而提高气液分离的效率。装置中的网状结构是用亲水性材料做的，亲水性材料的特性是，其表面很容易被水湿润。当流体通过气液分离装置时，流体能透过网状结构形成一个连续相系统，避免了气泡在网上堆积时，切断连续相、导致工作流体回流受阻。
所述的气液分离装置布满喷射泵器外壁面与气液分离室壁面之间的环形空间，根据需要，调整分离装置和水平面的倾斜角度，角度主要由气泡轴向速度决定，即流向分离网的速度，选择效果最佳的倾斜角度，至于网格的疏密程度取决于气液分离室内气泡的系综平均尺度、浓度。
所述的气液分离装置与水平面成一定夹角θ，θ的范围可以根据需要在90°~135°调整，θ是装置和水平面的倾斜角度。
所述的分离装置安装于泵出口与回流室之间，距离泵出口为0.01D-1.0D，D为喷射泵的出口直径。
所述的网状结构单个网孔最小特征尺度约为0.8D 1~3.0D 1，D 1为泵壳腔体内最小可视气泡的尺度。
所述的装置底下所留的大网孔的特征尺度为1.0D~2.0D。
所述分离装置网的孔可以为任意一种形状或者多种形状的网孔的组合。
参照图2对本发明做进一步说明：本实施例中为了方便理解，气液分离装置与水平面垂直。泵体的一端和电机的一端通过主轴相连，且伸入到泵体内。泵体外壳4内设有离心叶轮11，离心叶轮11与主轴相连，电机带动主轴旋转带动离心叶轮11转动，离心叶轮11的另一侧与导叶10同轴松配合，导叶10又与扩散管12相连。喷管6与腔体连接处套有密封圈7。泵的前端设有进水口1，上端设有出水口3，出水口的前端设有注水口2，与泵体外壳4连接的是泵体后盖5。其中，喷管入口腔体8与喷射器回流入口14相连，工作流体从这里高速喷出，与被吸流体混合进入扩散管12。另外，在气液分离室9内部，设有一个气液分离装置13，适用于各个条件下，可以加速泵壳腔体内气液分离，提高气液分离的效率，同时增强泵腔内流动均匀性。气液分离装置固定在泵体外壳内部壁面上，安装在扩散管的外侧，把整个泵壳腔体15分开，该装置的环形网状结构，贯穿整个泵壳气液分离腔体部分。
以附图3所示的气液分离装置为例，说明气液分离装置的关键作用与用亲水性材料制造的优势所在。喷射泵处于自吸阶段时，扩散管12中内的气液两相流体经过离心叶轮11与导叶10的增压、提速与导流以后喷射进入气液分离室9，此时，由于泵壳腔体15内的流体在离心叶轮11高速旋转的作用下，预灌的流体通常难以灌满整个泵壳腔体15，加上离心叶轮11和导叶10对气液两相流的作用，流入气液分离室9的气液两相流体往往是沿类似于螺旋轨迹的运动流向泵入口方向。在气液分离装置13底端附近，气泡需要克服更大的阻力才能随轴向主流进入该区域，再加上气泡会受到浮力的作用，因此该区域内的气泡含量很少，故在该区域内可以不设置网格，让回流流体进入喷射器回流入口14受到阻力更小、流动更加顺畅，工作流体得到更加有效的回流；在工作阶段，由于气液分离装置中的网格部分覆盖了整个气液分离室9，可以有效地将气液两相流中的气泡从液体隔离开来，降低回流流体的含气率，稳定和加速自喷射泵泵内循环过程中的气液混合和提高气液分离的效率。同时，通过气液分离装置13后的流体流动均匀性显著增强，流速降低，压力增强，流体的动能转化成压力势能，加大入口腔体与叶轮入口之间的压差，有利于减小回流流体的动量损失，加速喷管入口腔体8内的气液混合，从而加快自吸。
该气液分离装置的网状结构用亲水材料制作比较合适。与其他材料相比，亲水性材料的优势显而易见。传统材料制成的网状结构，虽然能够将两相流中的气泡和流体分离开来，但是有很多气泡往往没有直接离开分离装置，滞留在网格中，没有被排除，导致装置中的网格被堵塞，使得工作流体无法正常回流，影响回流效率，而亲水材料的表面容易被液体湿润，被湿润后，流体能与网格组成一个连续相，利用流体自身的特性，即使装置中的网格被堵住，流体也可以直接通过网格穿过装置，不仅减小了自吸阶段回流的流动阻力，保证回流流体的能量损失，而且还能明显降低回流流体的含气率，提高气液分离效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.具有气液分离装置的喷射泵，其特征在于：在喷射泵的气液分离室内安装有气液分离装置，所述气液分离装置由一层具有一定网格密度和分布形状的网状板构成，气液分离装置紧贴喷射器的外侧，并延伸至气液分离室壁面；所述气液分离装置呈环形的网状结构，贯穿整个泵壳气液分离腔体部分，与水平面成一定的夹角安装；气液分离装置的顶端介于喷射泵的出水口与喷射器回流入口之间，即在出水口远离离心导叶一侧，便于气泡从出水口排出；气液分离装置的底端正对喷射器回流入口的位置，留有一个大网孔，用以有效减小喷射器回流入口与离心导叶出口之间的流动阻力，最大限度保持喷射器工作流体的压力和气液分离效果。
2.根据权利要求1所述的具有气液分离装置的喷射泵，其特征在于：所述气液分离装置由亲水性材料制造而成。
3.根据权利要求1所述的具有气液分离装置的喷射泵，其特征在于：所述的气液分离装置与水平面成一定夹角θ，θ的范围为90°~135°。
4.根据权利要求1所述的具有气液分离装置的喷射泵，其特征在于：所述的气液分离装置距离喷射泵出口为0.01D-1.0D，D为喷射泵的出口直径。
5.根据权利要求1所述的具有气液分离装置的喷射泵，其特征在于：所述的网状结构中单个网孔最小特征尺度为0.8D 1~3.0D 1，D 1为泵壳腔体内最小可视气泡的尺度。
6.根据权利要求1所述的具有气液分离装置的喷射泵，其特征在于：所述的大网孔的特征尺度为1.0D~2.0D，D为喷射泵的出口直径。
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- 2018-06-26 CN CN201810668666.2A patent/CN108661919A/zh active Pending
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