輔助射流技術(shù)用于提高排水泵自吸功能

周軍

摘 要：該文通過對電廠排水自吸泵型式分析，說明其在運(yùn)行中存在的問題，提出利用輔助射流技術(shù)集成離心泵，加快離心泵自吸過程中進(jìn)口氣液混合速度和出口氣液分離速度，實(shí)現(xiàn)快速排除離心泵吸入段空氣的目的，有效縮短自吸時(shí)間，提高自吸能力，確保其可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：輔助射流技術(shù) 排水自吸泵 自吸功能

中圖分類號：TB75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（a）-0069-02

在火電廠日常運(yùn)行過程中，水泵是非常重要的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各類系統(tǒng)，水泵是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系到整個(gè)電廠的安全運(yùn)行。在電廠排水系統(tǒng)中，由于其運(yùn)行的環(huán)境較差和傳輸?shù)慕橘|(zhì)有污水、雨水、廢水等，較為復(fù)雜，需要高效、快速自吸、低能耗的自吸離心泵?；诖?，該文提出將輔助射流技術(shù)應(yīng)用于排水泵，提高排水泵運(yùn)行的可靠性。

1 排水自吸泵主要型式及存在問題

排水自吸泵是指在吸入管內(nèi)不需要充滿水的情況下啟動(dòng)泵，具有自動(dòng)排除吸入管內(nèi)氣體的功能，經(jīng)短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后即可進(jìn)入正常工作。目前各種排水自吸泵主要包括氣液混合式（包括內(nèi)混式和外混式）、水環(huán)輪式、射流式（包括液體射流及氣體射流）及其他型式[1]。氣液混合式由于水和空氣在不同部位混合，將其分為內(nèi)混式和外混式，其中外混式的循環(huán)水經(jīng)過回流孔回流到葉輪外周，內(nèi)混式的循環(huán)水流道則由外置的回流裝置將泵腔和葉輪進(jìn)口連通；水環(huán)輪式自吸泵是將水環(huán)輪和水泵葉輪組合在一個(gè)殼體內(nèi)，借助水環(huán)輪將氣體排出，實(shí)現(xiàn)自吸，當(dāng)泵正常工作后，可通過閥截?cái)嗨h(huán)輪和水泵葉輪的通道，并且放掉水環(huán)輪內(nèi)的液體；射流式自吸泵，由離心泵和射流泵（或噴射器）組合而成，依靠噴射裝置，在噴嘴處造成真空實(shí)現(xiàn)抽吸。

設(shè)計(jì)院在電廠低位排水系統(tǒng)選用排水泵時(shí)，由于運(yùn)行工況條件限制，導(dǎo)致選擇泵型存在局限性，一般選用常規(guī)的排水泵，大都采用自吸泵或液下泵，其結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，能夠滿足一般工程需要，但在電廠低位排水系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，由于一般自吸泵效率低，自吸時(shí)間長，吸程也普偏低，一般為3～4 m，而液下泵揚(yáng)程偏低，混濁的液體容易被抽吸，不能滿足安全、快捷要求，性能需要改進(jìn)。該文應(yīng)用輔助射流技術(shù)，集成離心泵設(shè)計(jì)出高效射流式自吸裝置，有效加快氣液混合和分離速度，縮短自吸時(shí)間，有效提升泵自吸功能。

2 工作原理和實(shí)際應(yīng)用

該文在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，將輔助射流技術(shù)應(yīng)用到排水泵，提出利用電廠便捷的低壓汽源作為射流抽吸，來增加排水泵的吸程和自吸功能：射流器利用汽（水或氣）作為工作流體，通過噴嘴進(jìn)行高速噴射，靜壓能部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，在噴嘴周圍形成真空[2]，低壓液體被吸入管內(nèi)兩股液體在喉管中進(jìn)行混合和能量交換，工作液體速度減小，被吸液體速度增大，壓力逐漸增大，在喉管出口處速度趨于一致?；旌弦后w通過擴(kuò)散管時(shí)，隨著流道的增大，速度逐漸降低，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，混合液體壓力隨之升高，從而抽吸輸送流體（氣體或氣液混合物）。技術(shù)方案設(shè)計(jì)如下。

利用電廠廠區(qū)低壓蒸汽做原動(dòng)力，設(shè)定蒸汽壓力為0.8 MPa，接射流口通過噴嘴造成高速噴射，在噴嘴周圍形成真空，從而抽吸泵管道內(nèi)空氣，當(dāng)管道內(nèi)真空度達(dá)-0.035 MPa時(shí)，管道內(nèi)形成絕對真空，即充滿液體，當(dāng)液體接觸到液體的上觸點(diǎn)，主泵開始啟動(dòng)運(yùn)行。

所設(shè)計(jì)的射流器像一個(gè)管件，設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，主要由噴嘴吸入室混合段，喉段和壓縮段組成，其工作原理如上所述，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

射流器結(jié)構(gòu)形式說明如下。

噴嘴：將工作液體的壓力能轉(zhuǎn)換成高速流體的動(dòng)能，常用形式錐形收縮型噴嘴、流線型噴嘴、多孔型噴嘴。

吸入室：吸入室與被吸流體吸入管相連接，中間安置噴嘴連通高壓工作流體，吸入室一般為圓形或半螺旋型，其面積為噴嘴出口面積的6～10倍。

混合段：一般為逐漸收縮的圓錐形式或者收縮的圓弧段，其長度一般是喉部直徑的2～3倍，收縮角一般為15°～30°。

壓縮段：其結(jié)構(gòu)形式為逐漸擴(kuò)散的圓錐段，一般漸擴(kuò)角為5°～8°。

基本參數(shù)和公式如下。

配有射流裝置的離心泵，投入運(yùn)行后可以實(shí)現(xiàn)以下功能。

（1）能夠迅速排出泵管道內(nèi)空氣，自吸響應(yīng)快、時(shí)間短，能在10 s內(nèi)形成負(fù)壓（真空），實(shí)現(xiàn)主泵自吸，提高吸程2～3 m。

（2）通過專屬PLC程控技術(shù)手段，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)液位控制的轉(zhuǎn)換，停止動(dòng)力源，而開啟主泵運(yùn)行。

（3）使選擇泵型的范圍擴(kuò)大，有效提升吸程和自吸功能，遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)制造的一般自吸泵（無射流裝置）。

（4）投運(yùn)后，通過測試其性能曲線穩(wěn)定、平坦，高效率區(qū)范圍寬、工況佳，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

綜合國內(nèi)外各種研究分析表明，雖然該文對射流式自吸離心泵做了一定的研究工作并取得了一定成果，但是在水力設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面研究尚有很多不夠完善之處，在后續(xù)研究過程中要通過優(yōu)化對比分析、數(shù)值模擬選擇最優(yōu)模型方案，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，找出影響射流式自吸離心泵自吸時(shí)間的主要因素[3]，對這些因素進(jìn)行組合試驗(yàn)，找出最佳尺寸，以及最佳幾何配比，更要兼顧泵運(yùn)行的智能性、可靠性、節(jié)能性、制造技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)出自吸泵運(yùn)行時(shí)自吸時(shí)間最短、操作更加簡便的自吸結(jié)構(gòu)，從而不斷提高泵效率，提升射流式自吸離心泵的綜合性能，確保了射流式自吸離心泵安全、智能、可控、高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊鳳鴿，劉厚林，談明高，等.新型離心泵射流式自吸裝置及試驗(yàn)[J].排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007，25（4）：14-17.

[2] 劉建瑞，周貴平，施衛(wèi)東，等.輕小型射流式自吸噴灌泵設(shè)計(jì)與研究[J].水泵技術(shù)，2006（3）：1-4.

[3] 李偉，常浩，劉建瑞，等.射流式自吸離心泵研究現(xiàn)狀與前景展望[J].排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2016，34（11）：947-952.