CN1097679C - 液力泵叶轮进气运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及泵运行领域内叶轮进气运行方法，利用泵内进气对泵性能的显著影响，通过泵的性能曲续理论推导出，叶轮进气量Q_o与液相流量Q满足dQ_o/dQ≥Q_o/Q的关系是进气稳定运行的充分条件，提出相应的进气装置，实现了普通泵的进气调节，自吸与真空抽气。其优点是节能，通用，简单易实施；易实现由吸水池水位自动调节泵出力，为泵的连续自动运行提供了新方法。

Description

液力泵叶轮进气运行方法

本发明涉及液力泵(包括离心式、混流式和轴流式等)运行领域内一种新的运行方法。

目前泵的调节方法比较多，较普遍的有节流调节和变速调节，但节流调节节流损失大，变速调节结构复杂，造价高，使用范围并不广泛；目前除专门的自吸泵外普通泵无法实现自吸和真空抽气。

本发明的目的是：提供泵的叶轮进气稳定运行方法，使普通泵可实现叶轮进气调节，自吸和真空抽气。

本发明的技术方案是：

泵的叶轮进气运行方法，使用进气装置，使气流按泵的叶轮进气稳定运行规律随工作液体一起进入叶轮，以改变泵的工作性能，实现对泵的稳定有效的调节、泵的自吸和泵的真空抽气。其工作原理描述如下：

泵在工作时如果叶轮进入少量气体，因叶轮的高速旋转和工作液的高速流动，气体将以小气泡的形式混和于液流中，相对叶轮通道来说体积很小，不会影响液流的连续性，只是改变了叶轮工作液的性质，使其成为气液两相混和物，比重减小，使泵对液体的工作性能改变。设液相比重为γ，以H(Q)表示叶轮在进气前扬程H相对工作液流量Q的函数，则叶轮出口全压为：

             P＝γH(Q)，

当叶轮进气后，叶轮相对气液混和物的H-Q性能曲线不变，出口全压变为：

            P＝γ_sH(Q_s)式中：

γ_s---叶轮出口气液混和物比重；

Q_s---叶轮出口气液混和物体积流量；

根据混和物性质，上式可变为： $P=\frac{\mathrm{Q\γ}+Q_1{\mathrm{\γ}}_1}{Q+Q_1}H(Q+Q_1)$ 式中：Q₁---叶轮出口气相体积流量；

  γ₁---叶轮出口气相比重；因γ₁很小，式中Q₁γ₁可近似认为O，即 $P=\frac{\mathrm{Q\γ}}{Q+Q_1}H(Q+Q_1)$

令h＝P/γ，即h为叶轮出口液相具有的扬程，可得叶轮进气后h-Q方程式： $h=\frac{Q}{Q+Q_1}H(Q+Q_1)-----\left(1\right)$

分析上式可知，如果已知叶轮在非进气状态的H-Q性能曲线，当已知气相流量Q₁后就可以知道进气后叶轮的h-Q性能曲线的变化结果，并且可知当Q₁为定值时，如果Q减小到0，h也将减小到0，如果Q增大到最大时，h将逐渐接近H值，也就是说，泵在进气运行后，不仅液相扬程下降，而且h-Q性能曲线将变为驼峰状，这对泵的运行极其不利，这也是生产实践中泵内进气后出现运行不稳甚至泵不打水的根本原因，因此为实现叶轮进气的稳定调节，必须使进气量Q₁有一定的限制条件。设泵在工作时对应管路性能曲线为H_c-Q，因为泵稳定运行工况点的平衡条件是dH/dQ＜dH_c/dQ，而一般的泵和管路总是有dH/dQ＜0和dH_c/dQ＞0，因此一般泵在运行时总是能满足平衡条件而稳定运行。显然，对于具有dH/dQ＜0条件的泵来说，如果采用叶轮进气调节后，dh/dQ＜0仍成立，就可实现叶轮进气的稳定运行，依此对(1)式求导分析(以下加上角标′表示对Q求导)： $\frac{\mathrm{dh}}{\mathrm{dQ}}=\frac{Q_1-Q{\·Q^{\′}}_1}{{(Q+Q_1)}^2}H(Q+Q_1)+\frac{Q}{Q+Q_1}(1+{Q^{\′}}_1)H^{\′}(Q+Q_1)$

分析上式可知当Q₁-QQ′₁＜0即Q′₁>Q₁/Q时，右边两项代数式都为非正，这说明

Q′₁≥Q₁/Q是dh/dQ＜0的充分条件。考虑到气体在泵内的压缩性，设气体以流量Q₀压力P₀的状态从进气装置进入泵内，被液流压缩到叶轮出口后，体积流量变为Q₁，压力变为P₁，整个过程都是与工作液充分混和的，接近定温压缩，因Q₀与Q₁有如下关系：

Q₁=P₀Q₀/P₁当压力P₀为常数时有： ${Q^{\′}}_1=P_0({Q^{\′}}_0{P}_1-{P^{\′}}_1{Q}_0)/P_1^2$ 又 $\frac{Q_1}{Q}=\frac{P_0{Q}_0}{P_{1}Q}$ 由Q’1≥Q₁/Q得： $\frac{P_0({Q^{\′}}_0{P}_1-{P^{\′}}_1{Q}_0)}{P_1^2}\≥\frac{P_0{Q}_0}{P_{1}Q}$ 化筒后得：  Q’₀>Q₀/Q+P’₁·Q₀/P₁

也就是进气量Q₀满足上式的条件时，可使dh/dQ＜0恒成立，同时使P’₁＜0也恒成立(根据扬程h等于静压P₁与动压之和)，进而使P’₁·Q₀/P₁＜0成立。所以使dh/dQ＜0恒成立的充分条件可简化为：

Q’₀≥Q₀/Q    (2)

这说明，当进气压力P₀保持不变，进气量Q₀满足上式时，就可实现泵的叶轮进气稳定运行。

最基本的进气装置就是直接通过进气管将气源导入叶轮入口，通过进气管上的气阀调节进气量，设气源压力为P₀，进气量为Q₀，泵吸水池压力为P_x，吸水池液面到泵入口中心的距离为Z(吸水池液面高于泵入口中心为正，反之为负)，并设泵在运行时，叶轮入口压力为P_x，当压力单位都为水柱高度时，根据流体力学原理可确立下面两式：

P_x+Z=P_r+k₁Q² $P_0=P_r+k_2{Q}_0^2$ 式中：k₁：泵入口管路系统总的流量系敷：

k₂：泵进气管略系统总的流量系数；

将两式合并消掉P_r得： $Q_0=\sqrt{(P_0-P_x-Z+k_1{Q}^2)/k_2}$ 一般而盲，P_x，Z，P₀随变量Q不变化或变化甚微，因此可得： ${Q^{\′}}_0=\frac{k_{1}Q}{\sqrt{(P_0-P_x-Z+k_1{Q}^2)k_2}}$ $Q_0/Q=\sqrt{(P_O-P_x-Z+k_1{Q}^2)/k_2}/Q$

由(2)式Q’₀≥Q₀/Q将上面两式联立后化简得：

P_x+Z≥P₀    (3)

这就是P_x，Z，P₀不随变量Q变化，将气源直接用进气管导入泵内的叶轮进气运行的稳定条件，它与k₁，k₂无关。

当泵入口直接装一进气管与大气相通，当吸水池为敞口时，气源和吸水池的压力都等于大气压，则(3)式将变为：

Z≥0    (4)因此，当敞口的吸水池水位Z满足上式时，也就是当敞口的吸水池水位不低于泵人口中心时．泵就可以稳定运行。当Z值大到一定程度时，泵入口压力P_r将达到或超过大气压值，这时可通过调节泵入口阀门来使其出现真空，通过进气管上的空气阀调节进气量。

综上所述，液力泵可通过增设进气装置使进气量满足对应稳定条件，并增设进气阀和泵入口门调节进气量进行泵的运行调节而不影响泵的稳定性。既可通过进气阀改变进气量调节泵流量，也可以将进气装置与真空气源相通，使泵在叶轮进气运行中实现真空抽气，也可使泵实现自吸，即泵通过循环打水或利用其他水源工作时在泵入口产生真空，由进气装置将泵入口管路内气体导入泵入口，待入口管内气体抽完充满液流后切换为正常打水。

本发明的优点是：

(1)用于调节泵流量时调节能力强，与节流调节比，节能效果显著，调节装置简单，造价低，易实施推广，必将得到广泛应用。

(2)可用于消除汽蚀，因当泵发生汽蚀后经进气装置向泵内注入空气可直接降低泵入口真空度。

(3)可使普通泵实现自吸和真空抽气。

(4)可集自吸与进气调节为一身，具有打空泵后自恢复能力，易实现由吸水池水位自动调节泵出力，为泵的连续自动运行提供了新的方法。

附图说明：

图1：一种泵的进气调节装置简图；

图2：一种泵自吸装置简图；

结合实施例及附图进一步说明如下：

实施例1(如附图1)：一种进气运行方法，气源经进气管4进入封闭容器2，再经导气管5进入泵9叶轮内，封闭容器2底部有连通管1与吸水池相通，水漂子7通过控制调节阀3保持封闭容器内水位在一定范围内，这时进入泵入口的气源压力P₀变为封闭容器内的压力，由吸水池内水位高度决定。显然只要封闭容器内水位等于或高于泵入口中心，泵在运行时就可满足(3)式P_x+Z≥P₀的稳定条件，气源可以是大气，但当吸入池压力或水位很高时也可以用压缩气源。这样，可通过气阀8调节泵的运行，也可将导气管5入口端伸入封闭容器底部液体中，而管侧开一段窄缝6通气，使导入泵入口的通气量因泵吸水池液位改变引起的封闭容器内水位变化而变化，吸水池水位涨，封闭容器内水位也涨，通气窄缝6变短，泵内进气量减少，泵出力增加，反之亦然，从而实现吸水池水位变化自动调节泵出力。

实施例2(如附图2)：一种泵的自吸方法，泵在启动前通过加水杯13向泵18内注足水，泵在启动后入口管10内水位下降，当降到泵入口时泵内开时进气，气水混和物被打到气水分离器15，速度降低，气体从水中分离经出口管14与加水杯13排出，水经回水管17再次进入泵入口循环工作，直到入口管内气体抽完，泵出口压力恢复，回水逆止阀16受压关闭，胶球12被水浮到加水杯内受压将杯口封闭，泵恢复正常工作。泵入口管10采用″乙″形管和加装逆止阀11是为确保泵在启停过程中泵内充满水。在泵自吸过程中泵入口管相当于进气管，气水分离器相当于吸水池，泵在启动后，整个系统完全符合(4)式Z≥0的进气运行稳定条件，虽然泵入口管内气体压力是下降过程，但这对泵的稳定运行更有利，说明此方法完全可行。

Claims (7)

1、一种液力泵的叶轮进气运行方法，使用进气装置，其特征是：进气装置使气流按液力泵的稳定运行条件，随液流一起进入泵的叶轮内，以实现叶轮进气的稳定运行。

2、如权利要求1所述方法，其特征是：所述进气装置包括，由封闭容器、水漂子、进气管、导气管和气阀等组成进气装置，气源经进气管进入封闭容器后再经导气管导入泵内，容器底部的液体通过管路与泵的吸水池相通，容器内部设置水漂子自动控制进气管上气阀的开度。

3、如权利要求1所述方法，其特征是：泵流量降为零时泵内无真空，即进气管直接将大气通入泵内。

4、权利要求1所述方法，其特征是：通过进气管路中节流件改变进气量调节泵流量。

5、如权利要求1所述方法，其特征是：将进气装置与真空气源相通，使液力泵在叶轮进气运行中实现真空抽气。

6、如权利要求1所述方法，其特征是：液力泵通过循环打水或利用其他水源工作时在泵入口产生真空，由进气装置将泵入口管路内气体导入泵内，待入口管内充满液流后切换为正常打水。

7、如权利要求1和2所述方法，其特征是：封闭容器内导气管入口端伸入容器底部液体中，而管侧开一段窄缝通气，使导入液力泵内的通气量因泵吸入池液位改变引起的封闭容器内液位变化而变化。