CN1904390A

CN1904390A - 离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的方法和装置

Info

Publication number: CN1904390A
Application number: CN 200610115878
Authority: CN
Inventors: 武善东; 武征; 张建华; 武善斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2007-01-31

Abstract

本发明公开了一种离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的方法和装置，从离心泵扬程中取出少量高压液体，或以其它方式外加高压液体，向离心泵吸程管提供能量用于混合入泵流体，克服了吸程解析气体对离心泵的影响，使离心泵也具有往复泵的高吸程、低管阻特性，并能最大限度地提高对含气液体的连续稳定输送。本发明简便、节能、易于实施。

Description

离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的方法和装置

所属技术领域：

本发明涉及离心泵的应用，确切地说，涉及离心泵在应用中如何提高吸程和流量并防止汽蚀的方法和装置。

背景技术：

往复泵和离心泵这两大类水泵，在其吸程范围内都遵循伯努里方程的数学关系式，即：

P_a/γ-P₁/γ＝H+Δh_fs+V₁ ²/2g

式中P_a是泵吸入液面上的压强，单位kgf/m²；P₁是泵吸入口处压强，单位kgf/m²；γ是液体吸入温度下的比重，单位kgf/m³；H是吸程管的吸上高度，单位m；Δh_fs是吸程管的管道阻力总和，单位m；V₁是吸程管内液体平均流速，单位m/s；g是重力加速度，单位m/s²。

往复泵和离心泵都有能力让P₁压强降到液体吸入温度下的汽化压力之下，即产生汽蚀的能力，但往复泵的吸上高度一般都远大于离心泵。由伯努里方程式可知，两种类型泵的吸程区别主要是Δh_fs项不同，Δh_fs是吸程管路阻力的总和，不但与管路长度成正比，而且还与液体平均流速V₁ ²成正比。往复泵的V₁一般在1m/s左右，而离心泵一般在3-5m/s，因此离心泵的管路阻力总和Δh_fs项比往复泵大许多倍，在相同的压差下(P_a/γ-P₁/γ)，Δh_fs项的增大，必定减少H(吸上高度)或V₁ ²/2g(速度头)，由于V₁是液体入泵线速度，V₁的减少直接影响水泵的排水量。

由于离心泵不具有往复泵直接抽吸气体的能力，不得不用提高吸程线速度的方式来减少液体在吸程管的停留时间，从而减少液体因负压而自发解析气体的总量，而且较高的线速度也能顺利及时地将解析的气体通过液体夹带进入泵腔，使少量连续的夹带气体不致产生断流。因此离心泵在抽吸安装时，总是把吸程管的最高点作为吸入口，以最大限度地减少解析气体的聚集。由于离心泵把吸上高度的最高点和液体能量的最低点重合在泵吸入口，汽蚀恰就在流体能量的最低点产生。

离心泵抽吸含气液体时，气体以夹带方式入泵腔比气体以溶解方式入泵腔要多增加1倍的泵效率损失(参见《化工设计手册》276页，美国N·P乔佩，T·G·希克思编。化学工业出版社1988年12月出版)。而且当溶解性气体的解析或泄漏进入吸程管的气体聚集到一定程度后，还会引起汽蚀而断流。

离心泵对气体进入泵腔有二重性。一是气体进入泵腔明显降低泵效率，特别是夹带性气体要加倍降低泵效率；二是水泵有排出部分气体的能力，其量达体积比在15％时仍能在较高真空下运行。

发明内容

由于气体溶解在液体中是液体的特性所决定的，是水泵使用中无法避免的现实，本发明仅是最大限度地减少这种损失，尽可能发挥水泵排出部分气体的功能，防止因气体导致水泵振动或断流。

因此，本发明的目的在于提供一种离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的方法，可以克服离心泵吸程内因溶解性气体的自发解析而导致的两大缺陷，即吸程高线速导致的高阻力损失和夹带解析气体导致泵效率的加倍降低。

该方法的特征在于：

a.向吸程管内提供能量，

b.对吸程管内流体进行混合。

所述的能量，可以来自扬程部分高压液流或外供高压液流，或两者任意比例的组合。

所述的对吸程管内液体进行混合，是利用高压液流以冲击方式进行混合或是利用高压液流在内置于吸程管的气液混合装置内进行混合，或是两者的组合式混合。

所述的气液混合装置是置于吸程管内的水力喷射器。

本发明的另一目的还在于提供一种离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的装置，其特征在于在吸程管内内置气液混合装置。

所述的气液混合装置是水力喷射器，其高压水进口接在离心泵的扬程管，吸气口置于吸程管内最高端的气体聚集区，排出口朝向离心泵的吸入口。

本发明从离心泵扬程中取出少量高压液体，或以其它方式外加高压液体，用于将已解析的气体或泄漏进入的或人为加入到吸程的气体进行搅拌混合，使其形成微气泡组成的均质流体，从而使入泵腔流体均匀连续，就实现了本发明的目的。

水力喷射器有良好的气液混合特性，比如现行浮选工艺就是用来制取微气泡进行选矿，气液混合能耗低，混合效率非常高，每方液体可抽吸3方气体，而且很容易抽吸形成约97％的真空度(23mmHg绝对压力)，因其简易可靠成为本发明优选的气液混合装置。

更简易的做法是将少量扬程高压水直接喷入离心泵吸入口，使解析气体形不成大气泡也能较好的实现气液混合功能。

引入带能量的高压液体进行混合，比吸程管加机械装置进行混合要简便易行。

本发明的有益效果在于：

1、流体进入吸程管自发解析的气体又重新强制返混回液体，进入泵腔的流体近似待输送流体。

2、向吸程管提供的能量除混合流体外(气体和液体)，还增加了泵腔流体的动能，即部分扬程能量迁移到吸程，补充了吸程能量，也提高了防汽蚀的能量。

3、因不受解析气体的影响，离心泵吸程平均线速度V₁可以大幅度降低，有限的吸程推动力能最大限度地用于提高吸程和流量，使泵效率大幅度提高。这样，离心泵也就具有了往复泵的吸程特性，即低线速、低管阻、高吸程。

4、离心泵能最大限度地发挥携带气体过泵的能力，这一特点可以用于气液混合物的输送，能简化工艺和设备，降低设备投资和运行成本。

5、气液混合装置简便，易于实施。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2、3是图1的简化形式。

图4是无吸程的潜水泵用于远吸和输送含气液体的示意图。

图5是本发明用于输送含气固液混合流体的示意图。

图中，1.水力喷射器，2.负压容器，3.吸程管，4.止回阀，5.气液进口阀，6.扬程管，7.离心泵，8.潜水泵，9.循环泵，10.高压输送泵，11.旋转切换阀，12.往复管，13.单向排气阀，14.进口止回阀，15.出口止回阀，16.吸头。

具体实施方式：

为了清楚完整地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见附图1，附图2，附图3，本发明用于远吸远送和输送含气液体。

实施目的：

在离心泵用于液体的远吸远送中，溶解于液体中的气体进入吸程后极易因负压而解析气体。为了实现较远距离的抽吸，必须最大限度降低吸程管道阻力。

设水平抽吸500m，管道阻力Δh_fs限定在5mH₂O内，每米管道阻力只有5000mmH₂O÷500＝10mmH₂O，当吸程流速V₁限定在1m/s左右，选用Φ200mm管线，流量最低可达110m³/h。当线速度V₁为3m/s时Δh_fs仍限定为5mH₂O，流量若为110m³/h，吸程管只能选Φ100mm，每米管道阻力为193mmH₂O，水平抽吸距离5000÷193＝26m。由此可见同样一台水泵仅是因为吸程线速度V₁的不同，水平抽吸距离相差约19倍。流速降低，同流量下管径增大，解析气体成倍增加，若按1％的解析气体计气体聚集量为0.12×3.14×1×500×1％＝0.16m³/秒。这样多的气体即使再降低10倍，也足以让离心泵断流。在本发明人03272704.6实用新型专利技术中，离心泵的远吸远送是用小型真空泵排出这些解析气体，而本发明是利用从扬程返混约1％的高压水到吸程中，使解析后的气体再高度分散到泵入口处的液体中，利用水泵的叶轮排出这些气体，在连续的均质排气下，防止了离心泵因汽蚀而断流。

附图1说明：内置于吸程负压容器2内的水力喷射器1有三个进出口，上端的高压水进口通过管道接在扬程管6上，上端吸入口置于负压容器2内的上部，以便顺利抽吸上部聚集的气体，下端出口正对水泵7的吸入口。

工作原理：负压容器2从气液进口阀5注满水启动水泵7后，负压容器2内的水被抽吸后上部形成真空，扬程中的高压水返回约1％进入水力喷射器1，从水力喷射器1的吸入口吸入空气和水蒸气，从喷出口喷射出来后，水蒸气被高速水力吸收，空气被分散成微气泡，到达水泵7的吸入口，与负压容器2底部的水混合一并吸入水泵7的泵腔并被加压后排出。由于微气泡没有聚集成大气泡的时间，气体以近似溶解方式伴随液体一起排出，从而使负压容器2的上部形成更高的负压抽吸力，使液体从吸程管3经止回阀4源源不断地进入负压容器2，并形成均质液体对水泵7供液。当负压容器2内无气体时，水力喷射器1形成液—液喷射，能将返混高压水流转变成动能，供给水泵7的吸入口。

因离心泵在常温下能抽吸溶解性含气量达15％的液体，只要供给水力喷射器1约5％的返混高压水就能实现气液高度分散混合，水泵7对含气15％的均质流体可以形成大于85％的真空度而不产生汽蚀。这一特征在图1装置中获得了理想的体现，这使得图1装置不但可以远距离抽吸液体，还可以用在真空蒸发系统抽吸含少量不凝气体的含气液体，气体可从气液进口阀5均匀吸入负压容器2内经均质后排出，与现行的真空蒸发系统的排液装置比较，具有能耗非常低，工艺设备更简单的优点。

负压容器2的体积越大，对吸程进气不均匀而产生的吸程波动越小，对吸程的稳定性也起了缓冲作用。

对只作抽吸排液的流程中，本发明主要是节能降耗，负压容器2可以大幅度减少体积，在图2中水力喷射器1内置于一个收集气体的小容器，并连在吸程管3上。在图3中，水力喷射器1放在吸程管3内。这两种方式都能对解析气体能起到连续稳定的混合均质作用。

本发明的应用举例：

应用例1、本发明用于潜水泵实现远吸和输送含气液体(参见附图4)

实施目的：

现行的潜水泵因其体积小，无轴封，易于携带，用途十分广泛，不过使用时必须将潜水泵潜入水下，该种泵也具有输送固体物的能力，但大粒径固体物易卡住叶轮，这为使用带来不便。本发明图1中的离心泵7改换为潜水泵并置于负压容器2之内就能克服以上不足。

在图4中，潜水泵8置于负压容器2中，利用潜水泵排液的能力排出负压容器2中的液体，负压容器2上部形成真空，其真空度可低于常温下水的气化压力之下，这种真空度能使液体从吸程管3经止回阀4吸入负压容器2内，形成连续的吸液排液，而从液体中解析出来的气体聚集在负压容器2的上部并降低其真空度。从扬程管6返混少量高压水到水力喷射器1中，将负压容器2上部的气体抽吸混合后，冲击到潜水泵8的吸入口，利用叶轮将含微气泡的液体排出。只要负压容器2内无气体聚集，负压容器2就有极强的吸液能力，这种无吸程的潜水泵8借助负压容器2间接地取得了吸程。水力喷射器1的运行是确保负压容器2内不形成气体聚集的关键。负压容器2上部的气液进口阀5，用于静态加注引水或停泵时排气，还可以人为地用于连续吸入部分需要抽吸的气体，形成对含气液体的输送。

在抽吸含固液体时，只要在吸程管加装一个限定大粒度固体物进泵的网状吸头，就能克服固体物卡泵问题。使用吸程管抽吸液体，比移动潜水泵要具有更多的机动灵活性和便利性。

应用例2、本发明用于流体变送装置输送含气固液混合物(参见附图5)

实施目的：

在水力方式输送固体物的流程中，固体物与水混合时，其固体表面吸附的气体和裂缝中的气体并不能及时从水中析出，再加上水流的湍动使大量小气泡也悬浮在固液混合物中，当被吸入负压容器后，便大量地解析出来，使整个负压通道内连续的解析出气体并聚集成较大的气体空间。为此使用本发明可以防止因气体的干扰而影响水泵的正常运行。

图5是本发明人200510130922.5专利申请技术中流体变送方法用于输送固液混合物的流程装置。抽吸固体物的循环泵9和高压输送泵10采用了图1介绍的防汽蚀措施。高压输送泵10是为了获得尽可能远的抽吸能力以便于取水，循环泵9是为了防止负压工况下解析气体量大而导致断流。

图5流程简介：旋转切换阀11的转子内有一个正压水出口和一个负压水进口，两个开口互差180°。当顺时针旋转时，能均匀连续地将正压水和负压水依次分配到A、B、C3个容器，使3个容器能象往返运动的柱塞泵进行抽吸和排液。在图示状态，固体物和来自循环泵9的水连续的进入地下池，被吸头16吸入负压总管经进口止回阀14进入容器A，固体沉于底部，解析的大部分气体存于最上部，液体从中上部经往复管12进入旋转切换阀11的a区，再进入旋转切换阀11的转子负压水道而流向循环泵9。负压循环按容器A、B、C顺序依次吸入固体，每个容器只有在负压时，进口止回阀14才打开，出口止回阀则关闭。高压输送泵10抽吸清水，经旋转切换阀11的转子正压水道出口过c区从往复管12进入容器C，高压水自动关闭进口止回阀14，顶开排气阀13，自动排出上部聚集的气体，当其压力大于输送管道压力时，自行顶开下部出口止回阀15，排出固液混合物使容器C充满水，高压水按容器C、A、B顺序依次排出固体物并充满水，每个容器正负压交替进行，互差180°。

Claims

1、一种离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的方法，其特征在于：

a.向吸程管内提供能量，

b.对吸程管内流体进行混合。

2、如权利要求1所述的离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的方法，其特征在于：

所述的能量来自于离心泵扬程部分高压液流，和/或外供高压液流；

所述的对吸程管内流体进行混合，是利用高压流液在内置于吸程管的气液混合装置内进行，和/或利用高压液流以冲击方式进行。

3、如权利要求2所述的离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的方法，其特征在于：所述的气液混合装置是置于吸程管内的水力喷射器。

4、一种离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的装置，其特征在于：在吸程管(3)内置气液混合装置。

5、如权利要求4所述的离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的装置，其特征在于：所述的气液混合装置是水力喷射器(1)，其高压水进口接在离心泵(7)的扬程管(6)，吸气口置于吸程管(3)内最高端的气体聚集区，排出口朝向离心泵(7)的吸入口。

6、如权利要求4、5所述的离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的装置在远吸和输送含气液体中的应用。

7、如权利要求4、5所述的离心泵提高吸程和流量并防止汽蚀的装置在输送含气固液混合流体中的应用。