辅助射流技术用于提高排水泵自吸功能

周军

摘 要：该文通过对电厂排水自吸泵型式分析，说明其在运行中存在的问题，提出利用辅助射流技术集成离心泵，加快离心泵自吸过程中进口气液混合速度和出口气液分离速度，实现快速排除离心泵吸入段空气的目的，有效缩短自吸时间，提高自吸能力，确保其可靠运行。

关键词：辅助射流技术 排水自吸泵 自吸功能

中图分类号：TB75 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0069-02

在火电厂日常运行过程中，水泵是非常重要的设备，广泛应用于各类系统，水泵是否正常运转关系到整个电厂的安全运行。在电厂排水系统中，由于其运行的环境较差和传输的介质有污水、雨水、废水等，较为复杂，需要高效、快速自吸、低能耗的自吸離心泵。基于此，该文提出将辅助射流技术应用于排水泵，提高排水泵运行的可靠性。

1 排水自吸泵主要型式及存在问题

排水自吸泵是指在吸入管内不需要充满水的情况下启动泵，具有自动排除吸入管内气体的功能，经短时间运转后即可进入正常工作。目前各种排水自吸泵主要包括气液混合式（包括内混式和外混式）、水环轮式、射流式（包括液体射流及气体射流）及其他型式[1]。气液混合式由于水和空气在不同部位混合，将其分为内混式和外混式，其中外混式的循环水经过回流孔回流到叶轮外周，内混式的循环水流道则由外置的回流装置将泵腔和叶轮进口连通；水环轮式自吸泵是将水环轮和水泵叶轮组合在一个壳体内，借助水环轮将气体排出，实现自吸，当泵正常工作后，可通过阀截断水环轮和水泵叶轮的通道，并且放掉水环轮内的液体；射流式自吸泵，由离心泵和射流泵（或喷射器）组合而成，依靠喷射装置，在喷嘴处造成真空实现抽吸。

设计院在电厂低位排水系统选用排水泵时，由于运行工况条件限制，导致选择泵型存在局限性，一般选用常规的排水泵，大都采用自吸泵或液下泵，其结构简单，可靠性好，能够满足一般工程需要，但在电厂低位排水系统实际运行过程中，由于一般自吸泵效率低，自吸时间长，吸程也普偏低，一般为3～4 m，而液下泵扬程偏低，混浊的液体容易被抽吸，不能满足安全、快捷要求，性能需要改进。该文应用辅助射流技术，集成离心泵设计出高效射流式自吸装置，有效加快气液混合和分离速度，缩短自吸时间，有效提升泵自吸功能。

2 工作原理和实际应用

该文在系统总结国内外研究成果的基础上，将辅助射流技术应用到排水泵，提出利用电厂便捷的低压汽源作为射流抽吸，来增加排水泵的吸程和自吸功能：射流器利用汽（水或气）作为工作流体，通过喷嘴进行高速喷射，静压能部分转化为动能，在喷嘴周围形成真空[2]，低压液体被吸入管内两股液体在喉管中进行混合和能量交换，工作液体速度减小，被吸液体速度增大，压力逐渐增大，在喉管出口处速度趋于一致。混合液体通过扩散管时，随着流道的增大，速度逐渐降低，动能转化为压力能，混合液体压力随之升高，从而抽吸输送流体（气体或气液混合物）。技术方案设计如下。

利用电厂厂区低压蒸汽做原动力，设定蒸汽压力为0.8 MPa，接射流口通过喷嘴造成高速喷射，在喷嘴周围形成真空，从而抽吸泵管道内空气，当管道内真空度达-0.035 MPa时，管道内形成绝对真空，即充满液体，当液体接触到液体的上触点，主泵开始启动运行。

所设计的射流器像一个管件，设有转动部件，主要由喷嘴吸入室混合段，喉段和压缩段组成，其工作原理如上所述，结构示意图见图1。

射流器结构形式说明如下。

喷嘴：将工作液体的压力能转换成高速流体的动能，常用形式锥形收缩型喷嘴、流线型喷嘴、多孔型喷嘴。

吸入室：吸入室与被吸流体吸入管相连接，中间安置喷嘴连通高压工作流体，吸入室一般为圆形或半螺旋型，其面积为喷嘴出口面积的6～10倍。

混合段：一般为逐渐收缩的圆锥形式或者收缩的圆弧段，其长度一般是喉部直径的2～3倍，收缩角一般为15°～30°。

压缩段：其结构形式为逐渐扩散的圆锥段，一般渐扩角为5°～8°。

基本参数和公式如下。

配有射流装置的离心泵，投入运行后可以实现以下功能。

（1）能够迅速排出泵管道内空气，自吸响应快、时间短，能在10 s内形成负压（真空），实现主泵自吸，提高吸程2～3 m。

（2）通过专属PLC程控技术手段，能实现自动液位控制的转换，停止动力源，而开启主泵运行。

（3）使选择泵型的范围扩大，有效提升吸程和自吸功能，远优于现有技术制造的一般自吸泵（无射流装置）。

（4）投运后，通过测试其性能曲线稳定、平坦，高效率区范围宽、工况佳，各项技术指标满足设计要求。

3 结语

综合国内外各种研究分析表明，虽然该文对射流式自吸离心泵做了一定的研究工作并取得了一定成果，但是在水力设计、结构设计方面研究尚有很多不够完善之处，在后续研究过程中要通过优化对比分析、数值模拟选择最优模型方案，并进行试验验证，找出影响射流式自吸离心泵自吸时间的主要因素[3]，对这些因素进行组合试验，找出最佳尺寸，以及最佳几何配比，更要兼顾泵运行的智能性、可靠性、节能性、制造技术、经济性，设计出自吸泵运行时自吸时间最短、操作更加简便的自吸结构，从而不断提高泵效率，提升射流式自吸离心泵的综合性能，确保了射流式自吸离心泵安全、智能、可控、高效运行。

参考文献

[1] 杨凤鸽，刘厚林，谈明高，等.新型离心泵射流式自吸装置及试验[J].排灌机械工程学报，2007，25（4）：14-17.

[2] 刘建瑞，周贵平，施卫东，等.轻小型射流式自吸喷灌泵设计与研究[J].水泵技术，2006（3）：1-4.

[3] 李伟，常浩，刘建瑞，等.射流式自吸离心泵研究现状与前景展望[J].排灌机械工程学报，2016，34（11）：947-952.