CN110685964B - 一种自动均匀补气减蚀的射流泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动均匀补气减蚀的射流泵，涉及射流泵领域，包括吸水管，吸入室，喉管入口段，喉管，扩散管、出水管、工作水管、喷嘴，还包括环周均气槽，环周均气槽包括锥筒和环形端板，锥筒与喉管同心设置并密封套接在喉管上，喉管入口段的外锥面与锥筒的内锥面平行设置，其间形成环周均气通道，喉管上呈圆周均布开设有若干与环周均气通道连通的掺气口，环形端板的外圆周侧壁与锥筒密封连接，其内圆周侧壁与喉管入口段的外壁密封连接，环形端板上呈圆周均布开设有若干与环周均气通道连通的进气孔。该射流泵可以自动对射流泵喉管内进行对称均匀的补气，从而降低射流泵空蚀时危害，提高射流泵效率，同时该装置结构简单、成本低，且使用方便快捷。

Description

一种自动均匀补气减蚀的射流泵

技术领域

本发明涉及射流泵领域，具体为一种自动均匀补气减蚀的射流泵。

背景技术

射流泵是一种将高速流体作为工作流体，利用射流紊动扩散作用来传递能量和质量的流体输送机械和混合反应设备。现有技术中，常规射流泵一般由工作水管、吸入室、吸水管、喷嘴、喉管、扩散段、出水管等连接而成。其在工作时，高压工作流体通过喷嘴射出，压能转化为动能使喷嘴出口处流体处于高速低压状态，该高速低压流体将被吸流体卷吸入射流泵内。由于工作流体与被吸流体的流速不同，高速工作流体与被吸流体在喉管入口段及喉管内发生动量交换，使得二者速度压力等参数在喉管出口段趋于一致。之后在扩散管的扩压作用之下，混合流体将动能转化为压能，沿出水管流出。

射流泵没有运动部件，对工作流体要求低，其具有结构简单、成本低、安全可靠、综合效益高等优点。在很多技术领域中，使用射流泵可使得工艺流程大为简化。特别是对于在水下、高温、高压、放射、腐蚀等特殊环境下工作，射流泵有独特的优越性，在农牧渔业、水利、电力、交通运输、环境保护、给排水、矿山冶金、石油及地质勘探等国民生产生活的各个部门应用广泛。

然而，现有技术中的射流泵在使用时所存在的缺陷也十分明显：在能量与质量交换过程中，液体剪切层内存在较大的压力脉动，当局部压力降低到接近液体的汽化压力时，液体开始汽化，射流泵内出现气泡，干扰流体的连续性，会造成射流泵效率降低。随着局部压力的持续降低，气泡数量增多，与液体形成混合气液二相流，随着液体一起流动，当混合气液二相流达到极限状态时，在出口压力减少的情况下，吸入流量保持在一定数值上、不再增加，此时，射流泵内部出现空蚀现象，大量气泡堆积在喉管内部，严重减少有效过流面积，降低射流泵的效率。当混合气液二相流进入喉管末端，随着管内压力升高，混合流体中的气泡大量溃灭，从而产生强烈的振动和噪声，严重威胁射流泵的正常运行。

现有技术中，为了降低射流泵空蚀时产生的危害，通常采取的措施有：增加淹没深度，降低工作压力，增加射流泵的面积比，改进射流泵喉管入口结构形式以减少吸入口的阻力，在射流泵喉管内低压区补给一定量的压力水或者空气。但上诉措施各自存在一定的问题：增加射流泵的淹没深度会增加施工的难度和成本；增大射流泵的面积比或者降低射流泵的工作压力会导致射流泵运行时偏离最优工况、效率降低：而改进射流泵的入口结构形式，对于降低空蚀危害作用有限；补充压力水的操作比补充空气复杂，其可行性相对较低。现有技术中，在对射流泵喉管内低压区补气时一般采用单侧补气的结构形式(如实用新型专利一种降低振动和噪声的液体射流泵，申请号200720084915.0；和发明专利一种降低射流泵汽蚀振动和噪声的自动补气装置，申请号200710052818.8)，其在补气时，进入喉管的不对称空气会导致喉管内的流体偏离主轴方向，从而导致喉管内出现水力不对称的问题，进而影响射流泵的效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自动均匀补气减蚀的射流泵，可以自动对射流泵喉管内进行对称均匀的补气，从而降低射流泵空蚀时危害，提高射流泵效率，同时，其结构简单、成本低，且使用方便快捷。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种自动均匀补气减蚀的射流泵，包括依次连接的吸水管，吸入室，喉管入口段，喉管，扩散管和出水管，所述吸入室内插入设置有工作水管，所述工作水管的一端连接有喷嘴，所述喷嘴设置于所述喉管入口段内并正对所述喉管设置，还包括环周均气槽，所述环周均气槽包括锥筒和环形端板，所述锥筒上开设有贯穿的锥形孔，所述锥形孔与所述喉管同心设置，所述锥筒密封套接在所述喉管上，所述喉管入口段呈锥体结构，所述喉管入口段的外锥面与所述锥孔的内锥面平行设置，所述喉管入口段与所述锥筒之间形成有环周均气通道，所述喉管上呈圆周均布开设有若干掺气口，所述喉管的内腔通过所述掺气口与所述环周均气通道连通，所述环形端板的外圆周侧壁与所述锥筒密封连接，所述环形端板的内圆周侧壁与所述喉管入口段的外壁密封连接，所述环形端板上呈圆周均布开设有若干与所述环周均气通道连通的进气孔。

进一步的，还包括主进气管、控制阀和空气阀，若干所述进气孔均与所述主进气管的一端连通，所述主进气管的另一端依次连接有控制阀和空气阀，所述空气阀的另一端与外界大气连通。

进一步的，所述锥筒的锥孔斜面长度等于所述喉管内径的二至三倍，所述锥筒与喉管连接处与所述喉管入口段之间的距离等于所述喉管内径的一至二倍，所述掺气口设置于所述锥筒与喉管连接处与所述喉管入口段之间的中心位置。

进一步的，所述进气孔设有四至九个。

进一步的，所述掺气口设有三至六个。

本发明的有益效果是：

本发明一种自动均匀补气减蚀的射流泵，采用掺气减蚀的原理，当射流泵喉管内部产生局部负压、发生空化空蚀现象时，外界空气自动补入，可提高喉管内部压力、避免局部压力过低造成空化，达到有效减免空蚀破坏的目的；通过对空化区进行及时补气，避免空化空蚀带来的强烈噪声以及剧烈的振动的产生，保障系统安全稳定运行。

设置环周均气槽，使吸入空气经过环周均气槽的均气作用，在环周均气槽中实现自动环周均匀分布。沿喉管环对称设置若干掺气口，使环周均气槽内均匀分布的气体对称均匀的进入喉管进行补气，确保射流泵水力结构对称，从而有效提高射流泵的运行效率。

采用自动补气方法，当射流泵喉管内出现负压且低于空气阀预设压力时，空气阀自动开启，使得外界空气自动进入，无需人工操作，方便快捷。

该自动均匀补气减蚀的射流泵结构简单、成本低。相比于现有技术中常规的射流泵，本发明仅需要增设环周均气槽和对喉管的掺气口进行加工即可实现均匀对称的补气过程，加工工艺简单，制作成本低；而为实现自动补气所需的配件材料在市面上均有成熟产品购买，获取亦简单方便。该种自动均匀补气减蚀的射流泵可广泛应用于射流泵，具有极高的推广运用价值。

附图说明

图1为本发明一种自动均匀补气减蚀的射流泵的结构示意图；

图2为本发明一种自动均匀补气减蚀的射流泵中环周均气槽的结构示意图；

图3为图1中A部的放大示意图及尺寸关系示意图；

图4为本发明一种自动均匀补气减蚀的射流泵的气路示意图；

图5为掺气口为三个的实施例中掺气口分布位置示意图；

图6为掺气口为六个的实施例中掺气口分布位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，现有技术中的射流泵包括依次连接的吸水管3，吸入室2，喉管入口段5，喉管7，扩散管8和出水管9，吸入室2内插入设置有工作水管1，工作水管1的一端连接有喷嘴4，喷嘴4设置于喉管入口段5内并正对喉管7设置。如图1至图6所示，本发明一种自动均匀补气减蚀的射流泵，在现有射流泵的基础上增加了环周均气槽6。

如图1至图3所示，环周均气槽6包括锥筒61和环形端板62，锥筒61上开设有贯穿的锥形孔，锥形孔与喉管7同心设置，锥筒61密封套接在喉管7上，喉管入口段5呈锥体结构，喉管入口段5的外锥面与锥孔的内锥面平行设置，喉管入口段5与锥筒61之间形成有环周均气通道63。喉管7上呈圆周均布开设有若干掺气口71，喉管7的内腔通过掺气口71与环周均气通道63连通。环形端板62的外圆周侧壁与锥筒61密封连接，环形端板62的内圆周侧壁与喉管入口段5的外壁密封连接，环形端板62上呈圆周均布开设有若干与环周均气通道63连通的进气孔64。

当射流泵内出现局部压力降低而形成过大负压时，外界空气可经过进气孔64进入环周均气通道63内，因环周均气通道63的实质结构为锥形环状结构，气体在流经该环周均气通道63的过程中，环周均气通道63的环形断面逐渐收缩，断面面积逐渐减小，气体逐步实现环周均匀分布。其后，气体从呈中心对称的若干掺气口71进入射流泵的喉管7内，提高其内部的压力，避免液体因压力过低空化，实现补气减蚀的目的。该射流泵可利用补气的方式消除泵内空蚀现象，且通过环周均气槽6实现了环周均匀对称补气，相比于现有的射流泵，其不影响喉管内的流体运行方向，保证喉管内水力对称，继而确保射流泵的效率。而相比于现有技术，本发明一种自动均匀补气减蚀的射流泵仅需要增设环周均气槽6和对掺气口71进行加工即可，其可方便应用于现有的射流泵的改进，以解决均匀对称补气的问题，提高现有射流泵的效率，具备极高的推广应用价值。

进一步的，如图4所示，该自动均匀补气减蚀的射流泵，还包括主进气管11、控制阀12和空气阀13。上述若干进气孔64均与主进气管11的一端连通，主进气管11的另一端依次连接有控制阀12和空气阀13，空气阀13的另一端与外界大气连通。上述空气阀13选用供水管路上防负压常用的快吸慢排阀，当管内压力降低到低于空气阀预先设定的最小压力(负压)时，空气阀可自动打开让空气流入；当管内水压增加到大气压力以上时，允许空气逐渐排出，该空气阀不允许液体流入大气，从而可以避免射流泵内液体外流。在实施时，上述控制阀12处于常开状态，根据实际需要调节控制阀开度以控制补气量；另外，关闭控制阀可以方便对空气阀维护检修。

上述设置可实现射流泵的自动补气功能，当射流泵喉管7内压力大于大气压力时，环周均气槽6的内部充满流体，安装在主进气管11上的空气阀13允许管内的空气逐渐流出，但管内的液体不能通过主进气管外流。当射流泵内部产生负压且到达预先设定最小压力时，空气阀13自动开启，使得外界的空气能够流入环周均气槽6并在其内实现环周均匀分布，随后通过掺气口71对称进入射流泵喉管完成自动补气的过程。

该自动均匀补气减蚀的射流泵，利用掺气减蚀的原理，当射流泵喉管内部产生局部过低负压、发生空化空蚀现象时，外界空气自动补入，以提高喉管内部压力、避免局部压力过低造成空化，达到有效减免空蚀破坏的目的，提高射流泵的效率。同时，通过对空化区进行及时补气，有效的避免空化空蚀带来的强烈噪声以及剧烈的振动的产生，可以保障系统安全稳定运行。而且该自动补气过程无需人工操作，其使用更为方便快捷。

研究表明：在射流泵接近极限流量比工况下，当掺入空气的流量为出水管流量的0.5％～1％时，可以有效改善射流泵空化性能，噪声、振动明显减小。此时，喉管和出水管内的压力有所提高、压力恢复变快，射流泵的压力比有所提升，增幅可达到3％左右，而因掺入的空气量少，对流量比影响很小、可以忽略不计。

故如图3所示，经现场实验，在实施时，若射流泵喉管内径为D_t，则锥筒61的锥孔斜面长度L₁＝(2～3)D_t，锥筒61与喉管7连接处与喉管入口段5之间的距离L₂＝(1～2)D_t，掺气口71设置于锥筒61与喉管7连接处与喉管入口段5之间的中心位置。根据几何关系，环周均气槽6的环周均气通道宽度

α为喉管入口收缩角、一般在20度左右。同时，综合考虑掺气效果与加工工艺，掺气口71的宽度b＝(0.02～0.05)D_t,使得补气过程均匀稳定，而不会造成环周均气槽6内均匀分布的气体在补气过程中出现紊乱不均的情况。采用上述要求设置环周均气槽6，气体进入环周均气槽6后有个均气过程，在其内均匀分布，其后通过掺气口71完成对称均匀的补气，达到更为有效的掺气减蚀效果，同时因射流泵的空蚀现象最易产生于喉管7前部，环周均气槽6设置于上述位置直接针对空蚀现象多发处，可以达到较佳的掺气减蚀效果。

优选的，上述进气孔64设有四至九个，若进气孔64的个数仅两个或三个时，其自动补气过程中各进气孔补气量会出现不均衡的状态，难以实现环周均气槽6内气体的均匀分布；若进气孔64的数量设置在十个及以上时，自动补气过程中主进气管11会有过多的支管进行分流，结构上也不便于布置。本实施例中设置有六个进气孔64，分别通过进气支管与主进气管11连通，可在需要补气时于主进气管11抽取气体并对称的送入环周均气槽6内，在环周均气槽6内形成均匀分布的气体，通过对称设置的掺气口71实现均匀补气。

优选的，掺气口71设有三至六个，该掺气口71开设于喉管7上，从喉管断面看，掺气口71呈弧状。如果掺气口71设置少于三个，对称均匀补气效果不理想，掺气口所处的喉管断面结构也不稳定；如果掺气口71设置过多，将增加工艺难度，并影响喉管断面结构。经研究分析和实验对比，在实施时，如图5、图6所示，若设置三个掺气口，则掺气口所对应的圆心角θ可取20°～40°；若设置六个掺气口，则掺气口所对应的圆心角θ可取10°～20°；此时均可达到较为理想的补气效果。

下述为一个具体实施例：

射流泵喉管7的内径D_t为40mm；

锥筒61的锥孔斜面长度L₁为100mm；

锥筒61与喉管7连接处与喉管入口段5之间的距离L₂为80mm；

喉管入口段5收缩角α为20°；

环周均气槽6的环周均气通道B由公式

计算、取14mm；

设置3个掺气口71，呈中心对称布置，掺气口71对应的圆心角θ为30°；

掺气口71宽度b取为2mm；

环周均气槽6进口环面上设置6个中心对称的进气孔64，进气孔64外接的进气管采用DN8管，进气管汇合后连接的主进气管11采用DN15管(四分管)，主进气管11上安装DN15的控制阀12和空气阀13。

本实施例的射流泵在使用时，空气阀13预设压力为-40kPa，当液体射流泵喉管7内压力低于空气阀13预设压力时，空气阀13自动开启，使得外界空气自动进入，外界空气通过主进气管11、各支进气管进入环周均气槽6，空气通过环周均气槽6分布均匀，然后通过掺气口71向喉管7断面自动对称地补充空气，从而提高射流泵喉管内的压力，避免由于喉管内部局部压力过低造成空化空蚀，改善射流泵性能。控制阀12控制进入主进气管11的总补气量，调节补入合适的进气量。相比于现有技术的射流泵，增加环周均气槽6后，该射流泵可实现自动均匀对称补气，其效率有了显著的提高，且实施工艺简单、操作方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种自动均匀补气减蚀的射流泵，包括依次连接的吸水管（3），吸入室（2），喉管入口段（5），喉管（7），扩散管（8）和出水管（9），所述吸入室（2）内插入设置有工作水管（1），所述工作水管（1）的一端连接有喷嘴（4），所述喷嘴（4）设置于所述喉管入口段（5）内并正对所述喉管（7）设置；其特征在于，还包括环周均气槽（6），所述环周均气槽（6）包括锥筒（61）和环形端板（62），所述锥筒（61）上开设有贯穿的锥形孔，所述锥形孔与所述喉管（7）同心设置，所述锥筒（61）密封套接在所述喉管（7）上，所述喉管入口段（5）呈锥体结构，所述喉管入口段（5）的外锥面与所述锥形孔的内锥面平行设置，所述喉管入口段（5）与所述锥筒（61）之间形成有环周均气通道（63）；

所述喉管（7）上呈圆周均布开设有若干掺气口（71），所述喉管（7）的内腔通过所述掺气口（71）与所述环周均气通道（63）连通；

所述环形端板（62）的外圆周侧壁与所述锥筒（61）密封连接，所述环形端板（62）的内圆周侧壁与所述喉管入口段（5）的外壁密封连接，所述环形端板（62）上呈圆周均布开设有若干与所述环周均气通道（63）连通的进气孔（64）。

2.根据权利要求1所述的一种自动均匀补气减蚀的射流泵，其特征在于，还包括主进气管（11）、控制阀（12）和空气阀（13），若干所述进气孔（64）均与所述主进气管（11）的一端连通，所述主进气管（11）的另一端依次连接有控制阀（12）和空气阀（13），所述空气阀（13）的另一端与外界大气连通。

3.根据权利要求2所述的一种自动均匀补气减蚀的射流泵，其特征在于，所述锥筒（61）的锥形孔斜面长度等于所述喉管（7）内径的二至三倍，所述锥筒（61）与喉管（7）连接处与所述喉管入口段（5）之间的距离等于所述喉管（7）内径的一至二倍，所述掺气口（71）设置于所述锥筒（61）与喉管（7）连接处与所述喉管入口段（5）之间的中心位置。

4.根据权利要求2所述的一种自动均匀补气减蚀的射流泵，其特征在于，所述掺气口（71）设有三至六个。

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