專利名稱：離心泵提高吸程和流量并防止汽蝕的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及離心泵的應用，確切地說，涉及離心泵在應用中如何提高吸程和流量并防止汽蝕的方法和裝置。
背景技術：
往復泵和離心泵這兩大類水泵，在其吸程范圍內都遵循伯努里方程的數(shù)學關系式，即Pa/γ-P1/γ＝H+Δhfs+V12/2g式中Pa是泵吸入液面上的壓強，單位kgf/m2；P1是泵吸入口處壓強，單位kgf/m2；γ是液體吸入溫度下的比重，單位kgf/m3；H是吸程管的吸上高度，單位m；Δhfs是吸程管的管道阻力總和，單位m；V1是吸程管內液體平均流速，單位m/s；g是重力加速度，單位m/s2。
往復泵和離心泵都有能力讓P1壓強降到液體吸入溫度下的汽化壓力之下，即產生汽蝕的能力，但往復泵的吸上高度一般都遠大于離心泵。由伯努里方程式可知，兩種類型泵的吸程區(qū)別主要是Δhfs項不同，Δhfs是吸程管路阻力的總和，不但與管路長度成正比，而且還與液體平均流速V12成正比。往復泵的V1一般在1m/s左右，而離心泵一般在3-5m/s，因此離心泵的管路阻力總和Δhfs項比往復泵大許多倍，在相同的壓差下(Pa/γ-P1/γ)，Δhfs項的增大，必定減少H(吸上高度)或V12/2g(速度頭)，由于V1是液體入泵線速度，V1的減少直接影響水泵的排水量。
由于離心泵不具有往復泵直接抽吸氣體的能力，不得不用提高吸程線速度的方式來減少液體在吸程管的停留時間，從而減少液體因負壓而自發(fā)解析氣體的總量，而且較高的線速度也能順利及時地將解析的氣體通過液體夾帶進入泵腔，使少量連續(xù)的夾帶氣體不致產生斷流。因此離心泵在抽吸安裝時，總是把吸程管的最高點作為吸入口，以最大限度地減少解析氣體的聚集。由于離心泵把吸上高度的最高點和液體能量的最低點重合在泵吸入口，汽蝕恰就在流體能量的最低點產生。
離心泵抽吸含氣液體時，氣體以夾帶方式入泵腔比氣體以溶解方式入泵腔要多增加1倍的泵效率損失(參見《化工設計手冊》276頁，美國N·P喬佩，T·G·?？怂季?。化學工業(yè)出版社1988年12月出版)。而且當溶解性氣體的解析或泄漏進入吸程管的氣體聚集到一定程度后，還會引起汽蝕而斷流。
離心泵對氣體進入泵腔有二重性。一是氣體進入泵腔明顯降低泵效率，特別是夾帶性氣體要加倍降低泵效率；二是水泵有排出部分氣體的能力，其量達體積比在15％時仍能在較高真空下運行。

發(fā)明內容
由于氣體溶解在液體中是液體的特性所決定的，是水泵使用中無法避免的現(xiàn)實，本發(fā)明僅是最大限度地減少這種損失，盡可能發(fā)揮水泵排出部分氣體的功能，防止因氣體導致水泵振動或斷流。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種離心泵提高吸程和流量并防止汽蝕的方法，可以克服離心泵吸程內因溶解性氣體的自發(fā)解析而導致的兩大缺陷，即吸程高線速導致的高阻力損失和夾帶解析氣體導致泵效率的加倍降低。
該方法的特征在于a.向吸程管內提供能量，b.對吸程管內流體進行混合。
所述的能量，可以來自揚程部分高壓液流或外供高壓液流，或兩者任意比例的組合。
所述的對吸程管內液體進行混合，是利用高壓液流以沖擊方式進行混合或是利用高壓液流在內置于吸程管的氣液混合裝置內進行混合，或是兩者的組合式混合。
所述的氣液混合裝置是置于吸程管內的水力噴射器。
本發(fā)明的另一目的還在于提供一種離心泵提高吸程和流量并防止汽蝕的裝置，其特征在于在吸程管內內置氣液混合裝置。
所述的氣液混合裝置是水力噴射器，其高壓水進口接在離心泵的揚程管，吸氣口置于吸程管內最高端的氣體聚集區(qū)，排出口朝向離心泵的吸入口。
本發(fā)明從離心泵揚程中取出少量高壓液體，或以其它方式外加高壓液體，用于將已解析的氣體或泄漏進入的或人為加入到吸程的氣體進行攪拌混合，使其形成微氣泡組成的均質流體，從而使入泵腔流體均勻連續(xù)，就實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
水力噴射器有良好的氣液混合特性，比如現(xiàn)行浮選工藝就是用來制取微氣泡進行選礦，氣液混合能耗低，混合效率非常高，每方液體可抽吸3方氣體，而且很容易抽吸形成約97％的真空度(23mmHg絕對壓力)，因其簡易可靠成為本發(fā)明優(yōu)選的氣液混合裝置。
更簡易的做法是將少量揚程高壓水直接噴入離心泵吸入口，使解析氣體形不成大氣泡也能較好的實現(xiàn)氣液混合功能。
引入帶能量的高壓液體進行混合，比吸程管加機械裝置進行混合要簡便易行。
本發(fā)明的有益效果在于1、流體進入吸程管自發(fā)解析的氣體又重新強制返混回液體，進入泵腔的流體近似待輸送流體。
2、向吸程管提供的能量除混合流體外(氣體和液體)，還增加了泵腔流體的動能，即部分揚程能量遷移到吸程，補充了吸程能量，也提高了防汽蝕的能量。
3、因不受解析氣體的影響，離心泵吸程平均線速度V1可以大幅度降低，有限的吸程推動力能最大限度地用于提高吸程和流量，使泵效率大幅度提高。這樣，離心泵也就具有了往復泵的吸程特性，即低線速、低管阻、高吸程。
4、離心泵能最大限度地發(fā)揮攜帶氣體過泵的能力，這一特點可以用于氣液混合物的輸送，能簡化工藝和設備，降低設備投資和運行成本。
5、氣液混合裝置簡便，易于實施。


圖1是本發(fā)明裝置的結構示意圖。
圖2、3是圖1的簡化形式。
圖4是無吸程的潛水泵用于遠吸和輸送含氣液體的示意圖。
圖5是本發(fā)明用于輸送含氣固液混合流體的示意圖。
圖中，1.水力噴射器，2.負壓容器，3.吸程管，4.止回閥，5.氣液進口閥，6.揚程管，7.離心泵，8.潛水泵，9.循環(huán)泵，10.高壓輸送泵，11.旋轉切換閥，12.往復管，13.單向排氣閥，14.進口止回閥，15.出口止回閥，16.吸頭。
具體實施例方式
為了清楚完整地理解本發(fā)明，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
參見附圖1，附圖2，附圖3，本發(fā)明用于遠吸遠送和輸送含氣液體。
實施目的在離心泵用于液體的遠吸遠送中，溶解于液體中的氣體進入吸程后極易因負壓而解析氣體。為了實現(xiàn)較遠距離的抽吸，必須最大限度降低吸程管道阻力。
設水平抽吸500m，管道阻力Δhfs限定在5mH2O內，每米管道阻力只有5000mmH2O÷500＝10mmH2O，當吸程流速V1限定在1m/s左右，選用Φ200mm管線，流量最低可達110m3/h。當線速度V1為3m/s時Δhfs仍限定為5mH2O，流量若為110m3/h，吸程管只能選Φ100mm，每米管道阻力為193mmH2O，水平抽吸距離5000÷193＝26m。由此可見同樣一臺水泵僅是因為吸程線速度V1的不同，水平抽吸距離相差約19倍。流速降低，同流量下管徑增大，解析氣體成倍增加，若按1％的解析氣體計氣體聚集量為0.12×3.14×1×500×1％＝0.16m3/秒。這樣多的氣體即使再降低10倍，也足以讓離心泵斷流。在本發(fā)明人03272704.6實用新型專利技術中，離心泵的遠吸遠送是用小型真空泵排出這些解析氣體，而本發(fā)明是利用從揚程返混約1％的高壓水到吸程中，使解析后的氣體再高度分散到泵入口處的液體中，利用水泵的葉輪排出這些氣體，在連續(xù)的均質排氣下，防止了離心泵因汽蝕而斷流。
附圖1說明內置于吸程負壓容器2內的水力噴射器1有三個進出口，上端的高壓水進口通過管道接在揚程管6上，上端吸入口置于負壓容器2內的上部，以便順利抽吸上部聚集的氣體，下端出口正對水泵7的吸入口。
工作原理負壓容器2從氣液進口閥5注滿水啟動水泵7后，負壓容器2內的水被抽吸后上部形成真空，揚程中的高壓水返回約1％進入水力噴射器1，從水力噴射器1的吸入口吸入空氣和水蒸氣，從噴出口噴射出來后，水蒸氣被高速水力吸收，空氣被分散成微氣泡，到達水泵7的吸入口，與負壓容器2底部的水混合一并吸入水泵7的泵腔并被加壓后排出。由于微氣泡沒有聚集成大氣泡的時間，氣體以近似溶解方式伴隨液體一起排出，從而使負壓容器2的上部形成更高的負壓抽吸力，使液體從吸程管3經止回閥4源源不斷地進入負壓容器2，并形成均質液體對水泵7供液。當負壓容器2內無氣體時，水力噴射器1形成液—液噴射，能將返混高壓水流轉變成動能，供給水泵7的吸入口。
因離心泵在常溫下能抽吸溶解性含氣量達15％的液體，只要供給水力噴射器1約5％的返混高壓水就能實現(xiàn)氣液高度分散混合，水泵7對含氣15％的均質流體可以形成大于85％的真空度而不產生汽蝕。這一特征在圖1裝置中獲得了理想的體現(xiàn)，這使得圖1裝置不但可以遠距離抽吸液體，還可以用在真空蒸發(fā)系統(tǒng)抽吸含少量不凝氣體的含氣液體，氣體可從氣液進口閥5均勻吸入負壓容器2內經均質后排出，與現(xiàn)行的真空蒸發(fā)系統(tǒng)的排液裝置比較，具有能耗非常低，工藝設備更簡單的優(yōu)點。
負壓容器2的體積越大，對吸程進氣不均勻而產生的吸程波動越小，對吸程的穩(wěn)定性也起了緩沖作用。
對只作抽吸排液的流程中，本發(fā)明主要是節(jié)能降耗，負壓容器2可以大幅度減少體積，在圖2中水力噴射器1內置于一個收集氣體的小容器，并連在吸程管3上。在圖3中，水力噴射器1放在吸程管3內。這兩種方式都能對解析氣體能起到連續(xù)穩(wěn)定的混合均質作用。
本發(fā)明的應用舉例應用例1、本發(fā)明用于潛水泵實現(xiàn)遠吸和輸送含氣液體(參見附圖4)實施目的現(xiàn)行的潛水泵因其體積小，無軸封，易于攜帶，用途十分廣泛，不過使用時必須將潛水泵潛入水下，該種泵也具有輸送固體物的能力，但大粒徑固體物易卡住葉輪，這為使用帶來不便。本發(fā)明圖1中的離心泵7改換為潛水泵并置于負壓容器2之內就能克服以上不足。
在圖4中，潛水泵8置于負壓容器2中，利用潛水泵排液的能力排出負壓容器2中的液體，負壓容器2上部形成真空，其真空度可低于常溫下水的氣化壓力之下，這種真空度能使液體從吸程管3經止回閥4吸入負壓容器2內，形成連續(xù)的吸液排液，而從液體中解析出來的氣體聚集在負壓容器2的上部并降低其真空度。從揚程管6返混少量高壓水到水力噴射器1中，將負壓容器2上部的氣體抽吸混合后，沖擊到潛水泵8的吸入口，利用葉輪將含微氣泡的液體排出。只要負壓容器2內無氣體聚集，負壓容器2就有極強的吸液能力，這種無吸程的潛水泵8借助負壓容器2間接地取得了吸程。水力噴射器1的運行是確保負壓容器2內不形成氣體聚集的關鍵。負壓容器2上部的氣液進口閥5，用于靜態(tài)加注引水或停泵時排氣，還可以人為地用于連續(xù)吸入部分需要抽吸的氣體，形成對含氣液體的輸送。
在抽吸含固液體時，只要在吸程管加裝一個限定大粒度固體物進泵的網狀吸頭，就能克服固體物卡泵問題。使用吸程管抽吸液體，比移動潛水泵要具有更多的機動靈活性和便利性。
應用例2、本發(fā)明用于流體變送裝置輸送含氣固液混合物(參見附圖5)實施目的在水力方式輸送固體物的流程中，固體物與水混合時，其固體表面吸附的氣體和裂縫中的氣體并不能及時從水中析出，再加上水流的湍動使大量小氣泡也懸浮在固液混合物中，當被吸入負壓容器后，便大量地解析出來，使整個負壓通道內連續(xù)的解析出氣體并聚集成較大的氣體空間。為此使用本發(fā)明可以防止因氣體的干擾而影響水泵的正常運行。
圖5是本發(fā)明人200510130922.5專利申請技術中流體變送方法用于輸送固液混合物的流程裝置。抽吸固體物的循環(huán)泵9和高壓輸送泵10采用了圖1介紹的防汽蝕措施。高壓輸送泵10是為了獲得盡可能遠的抽吸能力以便于取水，循環(huán)泵9是為了防止負壓工況下解析氣體量大而導致斷流。
圖5流程簡介旋轉切換閥11的轉子內有一個正壓水出口和一個負壓水進口，兩個開口互差180°。當順時針旋轉時，能均勻連續(xù)地將正壓水和負壓水依次分配到A、B、C3個容器，使3個容器能象往返運動的柱塞泵進行抽吸和排液。在圖示狀態(tài)，固體物和來自循環(huán)泵9的水連續(xù)的進入地下池，被吸頭16吸入負壓總管經進口止回閥14進入容器A，固體沉于底部，解析的大部分氣體存于最上部，液體從中上部經往復管12進入旋轉切換閥11的a區(qū)，再進入旋轉切換閥11的轉子負壓水道而流向循環(huán)泵9。負壓循環(huán)按容器A、B、C順序依次吸入固體，每個容器只有在負壓時，進口止回閥14才打開，出口止回閥則關閉。高壓輸送泵10抽吸清水，經旋轉切換閥11的轉子正壓水道出口過c區(qū)從往復管12進入容器C，高壓水自動關閉進口止回閥14，頂開排氣閥13，自動排出上部聚集的氣體，當其壓力大于輸送管道壓力時，自行頂開下部出口止回閥15，排出固液混合物使容器C充滿水，高壓水按容器C、A、B順序依次排出固體物并充滿水，每個容器正負壓交替進行，互差180°。
權利要求
1.一種離心泵提高吸程和流量并防止汽蝕的方法，其特征在于a.向吸程管內提供能量，b.對吸程管內流體進行混合。
2.如權利要求1所述的離心泵提高吸程和流量并防止汽蝕的方法，其特征在于所述的能量來自于離心泵揚程部分高壓液流，和/或外供高壓液流；所述的對吸程管內流體進行混合，是利用高壓流液在內置于吸程管的氣液混合裝置內進行，和/或利用高壓液流以沖擊方式進行。
3.如權利要求2所述的離心泵提高吸程和流量并防止汽蝕的方法，其特征在于所述的氣液混合裝置是置于吸程管內的水力噴射器。
4.一種離心泵提高吸程和流量并防止汽蝕的裝置，其特征在于在吸程管(3)內置氣液混合裝置。
5.如權利要求4所述的離心泵提高吸程和流量并防止汽蝕的裝置，其特征在于所述的氣液混合裝置是水力噴射器(1)，其高壓水進口接在離心泵(7)的揚程管(6)，吸氣口置于吸程管(3)內最高端的氣體聚集區(qū)，排出口朝向離心泵(7)的吸入口。
6.如權利要求4、5所述的離心泵提高吸程和流量并防止汽蝕的裝置在遠吸和輸送含氣液體中的應用。
7.如權利要求4、5所述的離心泵提高吸程和流量并防止汽蝕的裝置在輸送含氣固液混合流體中的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離心泵提高吸程和流量并防止汽蝕的方法和裝置，從離心泵揚程中取出少量高壓液體，或以其它方式外加高壓液體，向離心泵吸程管提供能量用于混合入泵流體，克服了吸程解析氣體對離心泵的影響，使離心泵也具有往復泵的高吸程、低管阻特性，并能最大限度地提高對含氣液體的連續(xù)穩(wěn)定輸送。本發(fā)明簡便、節(jié)能、易于實施。
文檔編號F04D29/66GK1904390SQ200610115878
公開日2007年1月31日 申請日期2006年8月18日 優(yōu)先權日2006年8月18日
發(fā)明者武善東, 武征, 張建華, 武善斌 申請人:武善東, 武征