CN1740574A - 一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器。它依次设有引射进口、混合段、扩散段和引射出口，在引射进口周边设有环形腔，在环形腔上设有引射接口、在环形腔侧壁设有多个均匀分布的轴向斜引射喷嘴，轴向斜引射喷嘴与轴向夹角为10°～45°。或者在引射接口上接有垂直于引射进口侧壁的轴向直引射单喷嘴，轴向直引射单喷嘴的喷射方向与引射器中心轴线重合。对于高速离心泵，采取诱导轮和引射器的组合结构；对于普通转速的离心泵，直接采用引射器来获得最佳的汽蚀性能。具有引射器的离心泵可输送温度范围为－200～400℃的酸类、碱类、盐类、醇类、苯类、烷类、药液类以及水类等含有固体颗粒的液态介质，特别是对汽蚀性能要求严格的易汽化液态介质。

Description

一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器

技术领域

本发明涉及流体输送机械，尤其涉及一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器。它是采用引射技术来提高离心泵的汽蚀性能，是射流泵与离心泵的有机结合。

背景技术

汽蚀破坏是离心泵故障的重要原因。离心泵一旦发生汽蚀破坏，不仅导致泵的性能不能满足要求，而且产生抽空和振动破坏，致使泵不能正常工作。随着离心泵向高速化发展以及输送易汽化介质的多样性，对泵的汽蚀性能提出了越来越高的要求。

提高离心泵的汽蚀性能有两个途径，一是提高装置汽蚀余量NPSH_a，二是减小泵必需汽蚀余量NPSH_r。提高装置汽蚀余量主要是通过增加入口压力或增加进口安装高度来实现，这在实际应用中给泵的安装和管路的布局带来相当的麻烦。国外曾经采用在主离心泵前增添了类似于前置诱导轮的轴向流增压泵，这种结构可以在一定程度上提高主离心泵的汽蚀性能，但是一方面靠轴向叶轮提高汽蚀性能是有限度的，另一方面这种方法导致泵的结构复杂，增加了投资和运行成本，因此不是理想的办法。

减小泵必需汽蚀余量NPSH_r是提高泵汽蚀性能的根本措施。影响泵汽蚀余量的主要因素是泵叶轮进口部分的几何形状，如叶轮进口直径，叶轮进口安放角，叶片进口边的形状，叶片数，叶轮进口流道形状等。为了提高泵的汽蚀性能，采用叶轮的优化设计，改进工艺在一定程度上也可以提高泵的汽蚀性能。但采用合理的叶轮结构和形状来减小NPSH_r是很有限的，设计很好的径向流离心叶轮的汽蚀比转速为1800～2200。目前，诱导轮技术是提高离心泵汽蚀性能的有效途径之一。采用诱导轮设计的离心泵的汽蚀比转速能够达到4000～5000。虽然在离心泵主叶轮前增加前置诱导轮在一定程度上满足了工业领域对泵抗汽蚀性能的要求。但是，若要取得更高的汽蚀比转速，则靠设计单个诱导轮是不够的，可采用第一级变螺距诱导轮和第二级锥形等螺距诱导轮的串联结构使高速离心获取优越的汽蚀性能。虽然两级诱导轮获得比单级诱导轮更高的汽蚀性能，但是其工作范围比单级诱导轮要窄一些，而且使轴向长度变长，结构复杂。同时有些离心泵的参数也不适合做成高速离心泵的结构，对于普通转速的离心泵设计诱导轮几乎对提高汽蚀性能没有起到作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器。

一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器依次设有引射进口、混合段、扩散段和引射出口，在引射进口周边设有环形腔，在环形腔上设有引射接口、在环形腔侧壁设有多个均匀分布的轴向斜引射喷嘴，轴向斜引射喷嘴与轴向夹角为10°～45°。

另一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器依次设有引射进口、混合段、扩散段和引射出口，在引射进口的侧壁设有引射接口，引射接口上接有垂直于引射进口侧壁的轴向直引射单喷嘴，轴向直引射单喷嘴的喷射方向与引射器中心轴线重合。

本发明通过离心泵出口排放管和引射器引射接口之间的引射回路把泵出口的部分高能流体引回到引射器的引射接口；在引射器中引射接口引回的高能量的喷射流与低能量的工作流在引射器的混合段进行混合后一起进入扩散段，将动压能转化为静压能，然后进入离心泵的进口；提高了泵入口处的压力来提高离心泵的汽蚀性能。对于高速离心泵，采取诱导轮和引射器的组合结构；对于普通转速的离心泵，直接采用引射器来获得最佳的汽蚀性能。具有引射器的离心泵可用于输送温度范围为-200～400℃的酸类、碱类、盐类、醇类、苯类、烷类、药液类以及水类等含有固体颗粒的液态介质，特别是对汽蚀性能要求严格的易汽化液态介质。

引射器的引射技术是射流泵与离心泵的有机结合，有点类似于喷射泵，前者主要是从泵本身的出口引出一小部分高压液流进入到泵进口，其目的是提高泵进口的汽蚀余量；而后者则主要是其它处引进高压液流作为动力源，其目的是为了输送所要输送的液体。引回的流量就相当于利用加大流量加大比转速进行设计，对低比转速离心泵还可以适当地提高效率，因此在参数合理的情况下，采用引射技术对效率的影响是很小的，而对汽蚀性能的提高却是很明显的。

附图说明

图1是安装有本发明的离心泵结构示意图；

图2是一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器结构示意图；

图3是另一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器结构示意图；

图中：水箱1、引回管道2、阀3、泵出口排放管4、离心泵5、引射器6、进口管道7、引射进口8、引射接口9、环形腔10、轴向斜引射喷嘴11、混合段12、扩散段13、引射出口14、轴向直引射单喷嘴15。

具体实施方式

如图1所示，安装有本发明的离心泵中，离心泵5的出口部分高能液体，通过引射回路上的引回管道2从泵出口排放管4引回到泵进口前的引射器6，引射器6的前端通过进口管道7与水箱1相连，后端与泵的进口相连。引回流量的大小通过阀3调节。引射器和离心泵的泵体之间通过螺栓相连。

本发明安装在离心泵5进口前，通过离心泵5出口排放管4和引射器6的引射接口9之间的引射回路把离心泵出口的部分高能液体引回到引射器6的引射接口9，引射接口9的引回流体经过喷嘴后和引射进口8进入的工作流体在引射器6的混合段12混合后一起进入扩散段13，然后进入离心泵5的进口，提高了泵入口处的压力，从而提高离心泵的汽蚀性能。

如图2所示，一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器依次设有引射进口8、混合段12、扩散段13和引射出口14，在引射进口8周边设有环形腔10，在环形腔10上设有引射接口9、在环形腔10侧壁设有多个均匀分布的轴向斜引射喷嘴11，轴向斜引射喷嘴11与轴向夹角为10°～45°。

如图3所示，另一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器依次设有引射进口8、混合段12、扩散段13和引射出口14，在引射进口8的侧壁设有引射接口9，引射接口9上接有垂直于引射进口侧壁的轴向直引射单喷嘴15，轴向直引射单喷嘴15的喷射方向与引射器中心轴线重合。

在工程实际设计中，在引射回路的管道上安装能精确调节流量的阀门。为保证工作流体和引射流体之间能够均匀地混合经过喷嘴并扩大，喷嘴到诱导轮或是叶轮之间的距离L应大于混合段和扩散段的距离，同时应满足：

$L\≥\frac{D_t}{2}\mathrm{ctg\θ}$

式中：θ——喷嘴的射流方向角；

       D_t——离心泵进口直径。

L取较大值将有利于提高混合的效率系数，但会增加整台离心泵的轴向长度。在设计时应综合考虑。

引射器射流效率系数ε的计算公式如下式：

$\mathrm{\ϵ}=(\frac{Q}{Q_1}+1)\sqrt{\frac{{\mathrm{NPSH}}_a-{\mathrm{NPSH}}_a}{H-{\mathrm{NPSH}}_a}}$

式中：NPSH_a——装置给定的汽蚀余量

NPSHa——经引射混合后诱导轮或叶轮进口前缘所能达到的汽蚀余量；

H——离心泵的扬程；

Q——实际工作流量；

Q₁——引回流量，即从泵出口引出的液流流量

工作时，工作流体从引射器6的进口8进入引射器的混合段12，引回流量通过引射接口9、轴向直引射单喷嘴15或环形腔10和轴向斜引射喷嘴11把泵出口的高能流量引入引射器的混合段12，将到混合段末端时两股液流的速度趋于一致，混合基本完成。混合液流进入扩散段13，在扩散段13内混合液流的流速逐渐降低，压力上升，完成从动能向压能的转化。然后液流进入离心泵的进口。引回流量的大小通过阀3调节。

本发明的可以提高离心泵汽蚀性能的引射器包括下列一般设计参数：

温度T＝-200～400℃

引射器进口直径D_N＝离心泵进口直径D_t

喉部直径D_k

混合段长度 $L_c\≤\frac{L}{2}$

扩散段长度 $L_d\≤\frac{L}{2}$

喷嘴到诱导轮或叶轮前的长度 $L\≥\frac{D_t}{2}\mathrm{ctg\θ}$

喷嘴的直径：φ＝2～5mm

其中：

轴向斜引射多喷嘴引射器

喷嘴的射流方向角的角度10°≤θ≤45°

喷嘴的个数：4、6、8、12或16，沿周向均匀分布。

Claims (3)

1一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器，其特征在于：它依次设有引射进口(8)、混合段(12)、扩散段(13)和引射出口(14)，在引射进口(8)周边设有环形腔(10)，在环形腔(10)上设有引射接口(9)、在环形腔(10)侧壁设有多个均匀分布的轴向斜引射喷嘴(11)，轴向斜引射喷嘴(11)与轴向夹角为10°～45°。

2.根据权利要求1所述的一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器，其特征在于所述的多个均匀分布的轴向斜引射喷嘴(11)为4、6、8、12或16个。

3一种可以提高离心泵汽蚀性能的引射器，其特征在于：它依次设有引射进口(8)、混合段(12)、扩散段(13)和引射出口(14)，在引射进口(8)的侧壁设有引射接口(9)，引射接口(9)上接有垂直于引射进口侧壁的轴向直引射单喷嘴(15)，轴向直引射单喷嘴(15)的喷射方向与引射器中心轴线重合。

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