輔助射流技術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，說明其在運行中存在的問題，提出利用輔助射流技術集成離心泵，加快離心泵自吸過程中進口氣液混合速度和出口氣液分離速度，實現快速排除離心泵吸入段空氣的目的，有效縮短自吸時間，提高自吸能力，確保其可靠運行。

關鍵詞：輔助射流技術 排水自吸泵 自吸功能

中圖分類號：TB75 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（a）-0069-02

在火電廠日常運行過程中，水泵是非常重要的設備，廣泛應用于各類系統，水泵是否正常運轉關系到整個電廠的安全運行。在電廠排水系統中，由于其運行的環境較差和傳輸的介質有污水、雨水、廢水等，較為復雜，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應用于排水泵，提高排水泵運行的可靠性。

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不需要充滿水的情況下啟動泵，具有自動排除吸入管內氣體的功能，經短時間運轉后即可進入正常工作。目前各種排水自吸泵主要包括氣液混合式（包括內混式和外混式）、水環輪式、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，將其分為內混式和外混式，其中外混式的循環水經過回流孔回流到葉輪外周，內混式的循環水流道則由外置的回流裝置將泵腔和葉輪進口連通；水環輪式自吸泵是將水環輪和水泵葉輪組合在一個殼體內，借助水環輪將氣體排出，實現自吸，當泵正常工作后，可通過閥截斷水環輪和水泵葉輪的通道，并且放掉水環輪內的液體；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現抽吸。

設計院在電廠低位排水系統選用排水泵時，由于運行工況條件限制，導致選擇泵型存在局限性，一般選用常規的排水泵，大都采用自吸泵或液下泵，其結構簡單，可靠性好，能夠滿足一般工程需要，但在電廠低位排水系統實際運行過程中，由于一般自吸泵效率低，自吸時間長，吸程也普偏低，一般為3～4 m，而液下泵揚程偏低，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。該文應用輔助射流技術，集成離心泵設計出高效射流式自吸裝置，有效加快氣液混合和分離速度，縮短自吸時間，有效提升泵自吸功能。

2 工作原理和實際應用

該文在系統總結國內外研究成果的基礎上，將輔助射流技術應用到排水泵，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，通過噴嘴進行高速噴射，靜壓能部分轉化為動能，在噴嘴周圍形成真空[2]，低壓液體被吸入管內兩股液體在喉管中進行混合和能量交換，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。混合液體通過擴散管時，隨著流道的增大，速度逐漸降低，動能轉化為壓力能，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）。技術方案設計如下。

利用電廠廠區低壓蒸汽做原動力，設定蒸汽壓力為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，從而抽吸泵管道內空氣，當管道內真空度達-0.035 MPa時，管道內形成絕對真空，即充滿液體，當液體接觸到液體的上觸點，主泵開始啟動運行。

所設計的射流器像一個管件，設有轉動部件，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，結構示意圖見圖1。

射流器結構形式說明如下。

噴嘴：將工作液體的壓力能轉換成高速流體的動能，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：其結構形式為逐漸擴散的圓錐段，一般漸擴角為5°～8°。

基本參數和公式如下。

配有射流裝置的離心泵，投入運行后可以實現以下功能。

（1）能夠迅速排出泵管道內空氣，自吸響應快、時間短，能在10 s內形成負壓（真空），實現主泵自吸，提高吸程2～3 m。

（2）通過專屬PLC程控技術手段，能實現自動液位控制的轉換，停止動力源，而開啟主泵運行。

（3）使選擇泵型的范圍擴大，有效提升吸程和自吸功能，遠優于現有技術制造的一般自吸泵（無射流裝置）。

（4）投運后，通過測試其性能曲線穩定、平坦，高效率區范圍寬、工況佳，各項技術指標滿足設計要求。

3 結語

綜合國內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，但是在水力設計、結構設計方面研究尚有很多不夠完善之處，在后續研究過程中要通過優化對比分析、數值模擬選擇最優模型方案，并進行試驗驗證，找出影響射流式自吸離心泵自吸時間的主要因素[3]，對這些因素進行組合試驗，找出最佳尺寸，以及最佳幾何配比，更要兼顧泵運行的智能性、可靠性、節能性、制造技術、經濟性，設計出自吸泵運行時自吸時間最短、操作更加簡便的自吸結構，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、高效運行。

參考文獻

[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[J].排灌機械工程學報，2007，25（4）：14-17.

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

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