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利用工作流體來(lái)傳遞能量和質(zhì)量的流體輸送機(jī)械。包括射流器和工作泵。射流器由噴嘴、喉管、擴(kuò)散管及吸入室等部件組成。
射流泵是依靠一定壓力的工作流體通過(guò)噴嘴高速?lài)姵鰩ё弑惠斔土黧w的泵。工作流體Qo從噴嘴高速?lài)姵鰰r(shí),在喉管入口處因周?chē)目諝獗簧淞骶碜叨纬烧婵眨惠斔偷牧黧wQS即被吸入。兩股流體在喉管中混合并進(jìn)行動(dòng)量交換,使被輸送流體的動(dòng)能增加,最后通過(guò)擴(kuò)散管將大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能。1852年,英國(guó)的D.湯普森首先使用射流泵作為實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)抽除水和空氣。20世紀(jì)30年代起,射流泵開(kāi)始迅速發(fā)展。按照工作流體的種類(lèi)射流泵可以分為液體射流泵和氣體射流泵,其中以水射流泵和蒸汽射流泵最為常用。射流泵主要用于輸送液體、氣體和固體物。它還能與離心泵組成供水用的深井射流泵裝置,由設(shè)置在地面上的離心泵供給沉在井下的射流泵以工作流體來(lái)抽吸井水。射流泥漿泵用于河道疏浚、水下開(kāi)挖和井下排泥。射流泵沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的工作元件,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,無(wú)泄漏,也不需要專(zhuān)門(mén)人員看管,因此很適合在水下和危險(xiǎn)的特殊場(chǎng)合使用。此外,它還能利用帶壓的廢水、廢汽(氣)作為工作流體,從而節(jié)約能源。射流泵雖然效率較低,一般不超過(guò)30%,但新發(fā)展的多股射流泵、多級(jí)射流泵和脈沖射流泵等傳遞能量的效率已有所提高。
射流泵的全特性方程表示射流泵在任意可能運(yùn)行工況下的特性。在流體過(guò)渡過(guò)程中,射流泵可能出現(xiàn)正壓正流、正壓反流(或稱(chēng)正壓倒流)和負(fù)壓正流的運(yùn)行特性。所謂靜態(tài)混合器正壓是指射流泵的壓力大于0,正流是指吸入流量大于0。
表示射流泵處于正壓正流運(yùn)行工況下的特性,或者稱(chēng)為正常運(yùn)行工況的特性。射流泵處于正壓倒流和負(fù)壓正流的運(yùn)行工況的性能稱(chēng)為非正常(或反常)運(yùn)行工況的特性。射流泵的全特性方程是指射流泵在正常或反常運(yùn)行工況下的特性。射流泵的全特性方程用射流泵的壓力比hJ和流量比qJ來(lái)描述。由上述分析射流泵各種運(yùn)行工況特性可知,射流泵的全特性分布在第Ⅰ、第Ⅱ和第Ⅳ象限。第Ⅰ象限為正常運(yùn)行工況區(qū),第Ⅱ象限為反向(或倒流)運(yùn)行工況區(qū),第Ⅳ象限為負(fù)壓運(yùn)行工況區(qū),第Ⅰ和第Ⅳ象限運(yùn)行工況區(qū)為反常運(yùn)行工況區(qū)。
液體溫度對(duì)射流泵性能的影響主要表現(xiàn)在:
(1)當(dāng)流體的溫度降低時(shí),流體的汽化壓力降低,從而使噴射器的汽蝕性能改善。
(2)當(dāng)流體的溫度降低時(shí),其粘度增大,從而使泵的性能下降。其中第二種影響是主要的。
射流泵也稱(chēng)水射器,基本結(jié)構(gòu)由噴嘴,吸入室,混合管以及擴(kuò)散管等部分所組成。構(gòu)造簡(jiǎn)單,工作可靠,在給排水工程中經(jīng)常應(yīng)用。射流泵工作的機(jī)理是利用湍射流的紊動(dòng)擴(kuò)散作用來(lái)達(dá)到傳質(zhì)、傳能的目的。即速度較高的工作流體從噴嘴射出,在喉管內(nèi)被吸流體相互摻混,彼此流體質(zhì)點(diǎn)或微團(tuán)間發(fā)生動(dòng)量、熱量和質(zhì)量交換,從而使二者的質(zhì)量和動(dòng)量趨于一致。流體微團(tuán)或質(zhì)點(diǎn)間的能量、質(zhì)量交換過(guò)程實(shí)質(zhì)上是紊流中大、小渦體間相互摻混,相互交換的過(guò)程。大渦主要通過(guò)分解為小渦來(lái)傳能,混合器小渦則通過(guò)粘性切力作用來(lái)耗能。這樣,當(dāng)流體粘性很大時(shí),渦體的分解和渦體間相互摻混受到限制,流體質(zhì)點(diǎn)火微團(tuán)間的傳質(zhì)、傳能過(guò)程不能充分進(jìn)行,從而引起射流泵性能的下降。
高壓水以流量Q1由噴嘴高速射出時(shí),連續(xù)挾走了吸入室2內(nèi)的空氣,在吸入室內(nèi)造成不同程度的真空,被抽升的液體在大氣壓力作用下,以流量Q2由管5進(jìn)入吸入室內(nèi),兩股液體(Q1+Q2)在混合管3中進(jìn)行能量的傳遞和交換,使流速、壓力趨于拉平,然后,經(jīng)擴(kuò)散管4使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能后,以一定流速由管道輸送出去:
H1——噴嘴前工作液體具有比能,mH20;
H2——射流泵出口處液體具有比能,也即射流泵的揚(yáng)程,mH2O;
Q1——工作液體的流量,m3/s;
Q2——被抽液體的流量,m3/s。
射流泵的工作性能一般可用下列參數(shù)表示:
流量比a=被抽液體流量/工作液體流量=Q2/Q1
壓頭比β=射流泵揚(yáng)程/工作壓力=H2/H1-H2
優(yōu)點(diǎn)及其應(yīng)用
(1)構(gòu)造簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕、價(jià)格便宜。
(2)便于就地加工,安裝容易,維修簡(jiǎn)單。
(3)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,啟閉方便,當(dāng)吸水口露出水面后,斷流時(shí)無(wú)危險(xiǎn)。
(4)可以抽升污泥或其他含顆粒液體。
(5)可以與磁力泵聯(lián)合串聯(lián)工作從大口井或深井中取水。
射流泵的缺點(diǎn)是效率較低,最高也只有30%。
在給排水工程中一般用于以下幾個(gè)方面。
(1)用做離心泵的抽氣引水裝置,在離心泵泵殼頂部接一射流泵,當(dāng)水泵啟動(dòng)前,可用外接給水管的高壓水,通過(guò)射流泵來(lái)抽吸泵體內(nèi)空氣,達(dá)到離心泵啟動(dòng)前抽氣引水的目的。
(2)在水廠(chǎng)中利用射流泵來(lái)抽吸液氯和礬液,俗稱(chēng)“水老鼠”。
(3)在地下水除鐵曝氣的充氧工藝中,利用射流泵作為帶氣、充氣裝置,射流泵抽吸的始終是空氣,通過(guò)混合管進(jìn)行水氣混合,以達(dá)到充氧目的。這種水、氣射流泵一般稱(chēng)為加氣閥。
(4)在排水工程中,作為污泥消化池中攪拌和混合污泥用泵。近年來(lái),用射流泵作為生物處理的曝氣設(shè)備及氣浮凈化法的加氣水設(shè)備發(fā)展異常迅速。
(5)與離心泵聯(lián)合工作以增加離心泵裝置的吸水高度。如圖2—26所示,在離心泵的吸水管末端裝置射流泵,利用離心泵壓出的壓力水作為工作液體,樣可使離心泵從深達(dá)30m、40m的井中提升液體。目前,這種聯(lián)合工作的裝置已常見(jiàn),它適用于地下水位較深的地區(qū)或牧區(qū)解決人民生活用水、畜牧用水和小面積農(nóng)田灌溉用水。
(6)在土方工程施工中,用于井點(diǎn)來(lái)降低基坑的地下水位等。
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