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(duì)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(hào)：TB75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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。基于此，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。混合液體通過擴(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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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.