一种基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵

技术领域

本发明涉及一种射流泵技术，尤其涉及一种基于中心射流和环形射流相结合的复合新型射流泵,属于流体机械技术领域。

背景技术

射流泵是一种利用射流剪切和湍流扩散作用，进行传质传能的流体输送机械及混合反应设备。射流泵自身没有运动部件，具有结构简单、加工容易、维护方便、密封性好、工作可靠、便于综合利用等一系列独特优点。射流泵被广泛应用于动力、机械等国民经济各领域，特别适合于水下、放射、腐蚀等场合,能产生巨大的经济和社会效益。

根据射流泵喷嘴和吸入室位置的不同，射流泵可分为中心射流和环形射流两种形式，目前应用较多的有中心射流泵和环形射流泵两种传统射流泵。其中，所述中心射流泵的喷嘴布置在其中心轴线处，被吸液管道环绕在喷嘴周围形成环形吸入室，如图1所示，其结构由工作水管、中心喷嘴、吸水管、吸入室、喉管入口段、喉管、扩散管和出水管等组成。所述环形射流泵的喷嘴和吸入室位置与中心射流泵相反，其喷嘴环绕在被吸液管道周围，形成环形射流，如图2所示，其结构由工作水管、环形喷嘴、吸水管、吸入室(该环形射流泵吸入室与喉管入口段位置重合)、喉管、扩散管和出水管等组成。

对于所述中心射流泵而言，作用于被吸液的接触面为射流的圆柱面，作用面积相对较小，当工作液与被吸液两股流体混合时产生的能量损失较大。对于所述环形射流泵而言，作用于被吸液的接触面为射流的内圆柱面，作用面积相对较大、故卷吸能力较强，但由于射流紧贴喉管内壁且速度较大，因此，喉管的摩擦损失相对较大。总之，不管是传统的中心射流泵还是环形射流泵，在实际应用时都存在效率不高的缺点。另外，无论中心射流泵还是环形射流泵，均存在运行工况变化后其性能容易变差的不足之处。这些因素一直制约着射流泵技术的发展和应用。

因此，提高射流泵效率是设计理论中的核心问题，国内外学者也提出了不少改进技术和结构形式，如：现有的脉冲射流泵、多喷嘴射流泵等。实践表明：采用脉冲射流泵可以提高射流泵的效率，但却需要增加脉冲装置系统，既结构复杂又增加成本费用。采用多喷嘴可以增加工作液和被吸液的接触面，并能缩短喉管长度，从而提高射流泵的效率，但多喷嘴结构对射流泵运行性能的影响较大，且其设计及加工要求也高。

发明内容

本发明的目的正是为了克服现有技术中所存在的缺陷和不足，提供一种基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵，该复合射流泵通过将中心射流泵和环形射流泵二者结合起来，在工作水管上安装喷嘴控制阀门，从而解决了单一中心射流和单一环形射流的射流泵效率不高、工况变化后其性能变差等问题。

为实现本发明的目的，本发明是由以下技术措施构成的技术方案来实现的：

本发明所述基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵的设计思路是：就是提供一种将中心射流泵和环形射流泵单独产生的中心射流和环形射流相结合起来的运行机制和工作状态的复合射流泵，用以提高射流泵效率，以及解决使用传统射流泵时工况变化后其性能变差问题。首先，在复合射流泵工作水管上分别安装中心喷嘴控制阀门和环形喷嘴控制阀门来控制复合射流泵的运行。当中心喷嘴控制阀门和环形喷嘴控制阀门二者都为开启状态，此时作为复合射流泵工作运行；当中心喷嘴控制阀门开启且环形喷嘴控制阀门处于关闭状态，此时为中心射流泵工作运行；当中心喷嘴控制阀门关闭且环形喷嘴控制阀门处于开启状态，此时为环形射流泵工作运行。因此可以通过调整所述两个阀门的开启与关闭状态来控制复合射流泵的工作状态，进而改善复合射流泵运行性能。第二，可以通过调整中心喷嘴控制阀门、环形喷嘴控制阀门的开度，来满足复合射流泵运行需要，并实现较高的效率。第三，所述复合射流泵结构的设计增大了工作液与被吸液的接触面，即为中心射流的圆柱面和环形射流的内圆柱面两者均有，且为内外同时提携被吸液的方式，则可明显提高对被吸液的卷吸能力，因此复合射流泵的效率将会提高。第四，充分发挥传统中心射流泵和环形射流泵的优点，复合射流泵可采用较大的中心面积比(即喉管面积与中心喷嘴出口面积的比值)，以增大吸入室的过流断面，从而可以抽吸较大尺寸颗粒物；同时，环形射流的流量可以有所减小，进而能减小其与喉管内壁摩擦的能量损失。第五，由于所述复合射流泵的设计加快了工作液与被吸液两股流体的掺混，从而可减小喉管长度，进而减少喉管内的能量损失，亦有利于射流泵效率的提高。

本发明所述一种基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵，包括工作水管，中心喷嘴，环形喷嘴，吸水管，吸入室，喉管入口段，喉管，扩散管和出水管；按照本发明，还包括中心喷嘴控制阀门和环形喷嘴控制阀门；所述中心喷嘴控制阀门安装在中心喷嘴上游侧的工作水管上，所述环形喷嘴控制阀门安装在环形喷嘴上游侧的工作水管上，而中心喷嘴安装在环形喷嘴中心；所述吸入室连接吸水管，吸入室、喉管入口管、喉管、扩散管和出水管依次连接；所述复合射流泵工作时，工作液通过工作水管分成两股，分别经中心喷嘴控制阀门和环形喷嘴控制阀门分别流入中心喷嘴喷射和环形喷嘴喷射，所述中心喷嘴控制阀门控制中心喷嘴的喷射状态，所述环形喷嘴控制阀门控制环形喷嘴的喷射状态。

上述技术方案中，所述中心喷嘴采用的断面为圆形断面。

本发明所述基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵，具有以下优点和有益的技术效果：

(1)本发明所述基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵，其工作液与被吸液的接触面为中心射流的圆柱面和环形射流的内圆柱面两者均兼顾，因此，增加了工作液与被吸液的作用面积。

(2)本发明所述基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵，工作液分别从中心和环周同时内外提携被吸液，将明显增大对被吸液的卷吸能力，从而可以提高射流泵的效率。

(3)本发明所述基于中心射流和环形射流合的复合射流泵，通过中心喷嘴控制阀门和环形喷嘴控制阀门分别控制中心射流和环形射流，进而可以改善复合射流泵的运行性能。

(4)本发明所述基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵，与目前使用较多的传统中心射流泵和环形射流泵相比较，其结构变化不大、所需部件增加不多，且工艺加工容易实现，因此复合射流泵有较为广泛的应用前景。

附图说明

图1传统中心射流泵的剖面结构示意图；

图2传统环形射流泵的剖面结构示意图；

图3本发明实施例所述基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵的剖面结构示意图。

图中：1工作水管；2-1中心喷嘴；2-2环形喷嘴；3吸水管；4吸入室；5喉管入口段；6喉管；7扩散管；8出水管；9-1中心喷嘴控制阀门；9-2环形喷嘴控制阀门。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明做进一步的详细说明,但并不意味着是对本发明保护范围的任何限定。

本发明所述一种基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵，其剖面结构如图3所示，包括工作水管1，中心喷嘴2-1，环形喷嘴2-2，吸水管3，吸入室4，喉管入口段5，喉管6，扩散管7和出水管8；按照本发明，还包括中心喷嘴控制阀门9-1和环形喷嘴控制阀门9-2；所述中心喷嘴控制阀门9-1安装在中心喷嘴2-1上游侧的工作水管1上，所述环形喷嘴控制阀门9-2安装在环形喷嘴2-2上游侧的工作水管1上，而所述中心喷嘴2-1设置在环形喷嘴2-2中心；所述吸入室4连接吸水管3，所述吸入室4、喉管入口管5、喉管6、扩散管7和出水管8依次连接；该复合射流泵工作时，工作液通过工作水管1分成两股,分别经中心喷嘴控制阀门9-1和环形喷嘴控制阀门9-2分别流入中心喷嘴2-1喷射和环形喷嘴2-2喷射，中心喷嘴控制阀门9-1控制中心喷嘴2-1的喷射状态，环形喷嘴控制阀门9-2控制环形喷嘴2-2的喷射状态；从而形成中心喷嘴2-1和环形喷嘴2-2同时喷射状态，因而工作液与被吸液的接触面为中心射流的圆柱面和环形射流的内圆柱面两者均有；因此增加了工作液与被吸液的作用面积，且为内外同时提携被吸液的方式，这样将明显增大对被吸液的卷吸能力，从而可大幅提高复合射流泵的工作效率。

实施例

本实施例采用所述基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵工作时，所述复合射流泵的中心面积比，即喉管6面积与中心喷嘴2-1出口面积的比值为25，所述复合射流泵的环形面积比，即喉管6面积与环形喷嘴2-2出口面积的比值为3.05，复合射流泵面积比，即喉管6面积与中心喷嘴2-1出口、环形喷嘴2-2出口面积之和的比值为2.72；喉管6长径比，即喉管6长度与喉管6直径的比值为2.5；喉管入口段5形式为圆锥形喉管入口，其收缩角α＝20°；喉管6形式为圆柱形喉管；扩散管7形式为均匀扩散，其扩散角β＝6°。

本实施例所述基于中心射流和环形射流相结合的复合射流泵的工作过程如下：

1、按照如图3所示结构连接好各部件,该复合射流泵做复合射流泵工作运行时，即中心喷嘴控制阀门9-1和环形喷嘴控制阀门9-2二者均为开启状态，工作液通过工作水管1分成两股,分别经中心喷嘴控制阀门9-1和环形喷嘴控制阀门9-2分别流入中心喷嘴2-1和环形喷嘴2-2喷射，喷射出的工作液与被吸液在吸入室4相接触，然后经喉管入口段5进入喉管6并在喉管6内混合、进行能量交换，经扩散管7使混合流体速度降低、压力升高，最后经出水管8排出。

2、在所述复合射流泵出水管的流量、压力变化时，可以根据工况需要调节中心喷嘴控制阀门9-1、环形喷嘴控制阀门9-2的开度，来满足复合射流泵运行需要，使复合射流泵保持较好的运行状态；并实现较高的效率。

3、当中心喷嘴控制阀门9-1开启且环形喷嘴控制阀门9-2处于关闭状态，此时为中心射流泵工作运行，工作液从中心喷嘴2-1喷出提携被吸液；当中心喷嘴控制阀门9-1关闭且环形喷嘴控制阀门9-2处于开启状态，此时为环形射流泵工作运行，工作液从环形喷嘴2-2喷出提携被吸液。

通过本实施例，所述复合射流泵结构相比单一中心射流泵或单一环形射流泵结构增大了工作液与被吸液的接触面，即为中心射流的圆柱面和环形射流的内圆柱面两者均有，且为内外同时提携被吸液的方式，则明显提高了对被吸液的卷吸能力，因此复合射流泵的效率将会有所提高。同时充分发挥传统中心射流泵和环形射流泵的优点，复合射流泵可采用较大的中心面积比，以增大吸入室4的过流断面，从而可以抽吸较大尺寸颗粒物。由于复合射流泵工作液通过工作水管1分成两股提携被吸液,加快了工作液与被吸液两股流体的掺混，从而可减小喉管长度，进而减少喉管内的能量损失，亦有利于射流泵效率的提高。