1 第 3 章 其它泵与风机 第 3 章 其它泵与风机 3.1 射流泵 射流泵也称水射器基本结构如图 3-1 所示，由喷嘴 1，吸入室 2，混合管 3 以及 扩散管 4 等部分所组成构造简单，工作可靠，在给水排水工程中经常应用 3.1.1 工作原理 3.1.1 工作原理 如图 3-2 所示， 高压水以流量 1 Q由喷嘴高速射出时， 连续挟走了吸入室 2 内的空气， 在吸入室内造成不同程度的真空，被抽升的液体在大气压力作用下，以流量 2 Q由管 5 进入 吸入室内，两股液体（ 1 Q+ 2 Q）在混合管 3 中进入能量的传递和交换，使流速、压力趋于 拉平，然后，经扩散管 4 使部分动能转化为压能后，以一定流速由管道 6 输送出去在图 3-2 中： 1 H——喷 嘴 前 工 作 液 体 具 有 比 能 （mH2O） ； 2 H——射流泵出口处液体具有比能， 也即 射流泵的扬程（mH2O） ； 1 Q——工作液体的流量（m3/s） ； 2 Q——被抽液体的流量（m3/s） ； 1 F—— 喷嘴的断面积（m2） ； 2 F——混合室的断面积（m2） 射流泵的工作性能一般可用下列参数表 示： 流量比 2 1 Q Q α== 被抽液体流量 工作液体流量 压头比 2 12 H HH β== − 射流泵扬程 工作压力 Q 5 Q 12 3 46 Q H 2 1 1 2 + Q 2 2 P1 H1 v1 2 2 v2 2 P2 图 3-2 射流泵工作原理 1—喷嘴；2—吸入室；3—混合管；4—扩 散管；5—吸水管；6—压出管 1 234 图 3-1 射流泵构造 1—喷嘴；2—吸入室；3—混合管；4—扩散管 2 断面比 1 2 F m F == 喷嘴断面 混合室断面 3.1.23.1.2 射流泵计算射流泵计算 射流泵的计算通常是按已知的工作流量和扬程，以及实际需要抽吸的流量和扬程来确 定射流泵各部分的尺寸。
计算常采用试验数据和经验公式来进行目前，这方面的公式与 图表甚多，实际中有时因适用条件的差异，加工精度的不同，使用数据彼此出入还较大 因此， 在实用中可按运行情况作适当调速 表3-1所示为射流泵效率较高时 （达30%左右） ， 其参数α、β、m之间的关系 射流泵射流泵α、、β、、m参数参数 表表 3-1 m 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 α 2.00 1.30 0.95 0.78 0.55 0.38 0.30 0.24 0.20 0.17 0.15 β 0.15 0.22 0.30 0.38 0.60 0.80 1.00 1.20 1.45 1.70 2.00 下面举例说明利用表3-1的参数来计算射流泵尺寸的方法 【例】 如图3-2所示，已知抽吸流量 2 Q=5L/s，射流泵扬程 2 H=7mH2O，喷嘴前工 作液体所具比能 1 H=33mH2O求射流泵各部分尺寸 【解】 （1）工作液体流量 1 Q： 2 12 77 0.27 33726 H HH β==== −− 查表3-1得：流量比α=1.12，断面比m=0.23，因此： 2 1 0.005 0.0045 1.12 Q Q α ===m3/s （2）喷嘴及混合室断面积： 由水力学中管嘴计算公式得知： 111 2QFgH=Φ 式中 Φ—— 喷嘴的流量系数，取Φ=0.95； 1 F—— 喷嘴断面积（ 2 m） 。
所以 1 1 1 0.0045 20.95 29.8 33 Q F gH == Φ×× =0.000186 2 m=186mm2 喷嘴直径 11 1.131.13 18615.4dF===mm 混合管断面积 1 2 186 807 0.23 F F m ===mm2 混合管直径 22 1.131.13 80732dF===mm （3）喷嘴与混合管的间距l： 一般资料提出： 1 (1-2)ld=较为合适，这里可取16 ~ 30l =mm 3 （4）混合管型式及长度 2 L： 混合管有圆柱型和圆锥型两种，经过试验对比，在技术条件相同条件下，圆柱型混合 管射流泵的效能普遍优于圆锥型混合管，这是因为前者混合管较长，工作液体与被抽吸液 体在其中能充分混合，能量传递也很充分，因而效能较高本例题采用圆柱型混合管长 度 2 L根据许多试验资料表明按 22 6 ~ 7Ld= （）较佳， 本例题采用 22 6632192Ld==×=mm （5）扩散管长度 3 L及扩散管圆锥角θ： 按实验推荐扩散管圆锥角θ以不超过8 ~10 oo 为佳，扩散管长度 32 3 2 2 dd L tg θ − = 如取8θ= o ， 3 d取67mm（公称管径为70mm） ，则： 3 673217.5 250 240.0699 L tg − === o mm （6）喷嘴长度 1 L： 收缩圆锥角一般不大于40o，喷嘴的另一端与压力水管相连接。
这里 1 4.5Q=L/s，压力 水管管径取 50mm,则： 1 501517.5 45 2200.364 L tg − === o mm （7）射流泵效率η： 22 112 1.120.270.3 () Q H Q HH γ ηαβ γ ===×= − （8）关于吸入室的构造，应保证实现l值的调整范围，同时吸水口位于喷口的后方， 吸入口处被吸水的流速不能太大，务使吸入室内真空值7 s H时，水气乳液就能沿扬水管上升至管口而溢出，气升泵就能正常工 作将（3-1）式移项可得： 1 1 w m hh ρ ρ ⎛⎞ =− ⎜⎟ ⎝⎠ （3-2） 由上式可知，要使水气乳液上升至某高度h时，必须使喷嘴下至动水位以下某一深度 1 h，并需供应一定量得压缩空气，以形成一定得 m ρ值水气乳液得上升高度h越大，其密 度 m ρ就越小， 需要消耗得气量也应越大， 而喷嘴下至动水位以下的深度也就应越大 因此， 压缩空气量和喷嘴淹没深度是与水气乳液上升高度h值直接有关的两个因素 实际上，根据上述液体平衡条件得到的关系，在运动的气水混合物条件下并不正确 因为，在气升泵中，能量的消耗不仅是把液体从低处提到高处，而且还要克服运动中的阻 力和传给液体以动能。
重量比水小得多的气泡上升运动是液体能够上升得一个重要原因 但是，气体与液体在管内的混合运动情况是比较复杂的在许多情况下，需凭借试验数据 来分析和解决问题 （3-2）式中，当 1 h为常数时，可以作出如图3-5所示的升水高度h和水气乳液密度 m ρ 3 6 1 Ⅰ 00 2 4 7 5 Ⅰ h1 H h h0 图 3-4 气升泵构造 1—扬水管；2—输气管；3—喷嘴；4—气水分离箱； 5—排气孔；6—井管；7—伞形钟罩 升水高度与较佳 m 值关系 表 3-2 升水高度与较佳 m 值关系 表 3-2 升水高度 h（m） 较佳的 m 值 ＜40 70～65 40～45 65～60 45～75 60～55 90～120 55～50 120～180 45～40 h h 0ˊ ˊ 图 3-5 h—ρ曲线 6 之间的理论关系曲线如图中实线所示，在 m ρ接近于零时，升水高度将趋向于无穷大，当 w ρ= m ρ时，即没有通入空气时，升水高度h为零从试验可知，如果 m ρ小到某一个临界 值 m ρ ′时，再减小 m ρ就会引起升水高度h的减小，这是因为水力阻耗很快增长和空气泡过 大使水流发生断裂的缘故。
因此，实际的 m hfρ=（） 的关系曲线将如图3-5上的虚线所示 根据许多试验结果指出，要使气升泵具有较佳的工作效率η，必须注意h、 1 h和H三 者之间应有一个合理的配合关系 1 h与H的关系一般用淹没深度百分数m来表示，即： 1 100 % h m H =（ ） （3-3） 根据升水高度h选择较佳的m值时，可参照表3-2所示的试验资料，由表3-2可看出： 在升水高度很小时，淹没深度大大地超过了升水高度故气升泵在抽升地下水时，要求井 打得比较深，以便满足喷嘴淹没深度得要求例如：已知抽水高度30h =m得，查表3-2 得0.7m =，代入（3-3）式可求出 1 70h=m也就是说，该装置在升水高度为30m时， 喷嘴淹没在动水位以下要70m 3.2.2 气升泵装置总图气升泵装置总图 图3-6为气升泵装置得总图现以空气流径为序，对各组成部件作一简要介绍 1．空气过滤器：它是空气压缩机的吸气口，其作用是防止灰尘等侵入空气压缩机内 常用的结构形式是多块油浸穿孔板，以一定的间距排列在框架上，邻板之间的孔眼相互错 开，空气穿过前一块的孔眼后就碰到后一块板的油壁上，空气中尘土就被粘在油壁上，这 样就达到过滤目的。
一般空气过滤器安装在户外离地2~4m高的背阳地方 2．风罐：风罐功用是使空气在罐内消除脉动，能均匀地输送到扬水管中去（如往复式 空气压缩机的输气量是不均匀的） 另外， 风罐还起着分离压缩空气中携带的机油和潮气的 作用考虑到罐内油挥发的气体遇到高温产生爆炸的可能性，风罐应置于室外风罐构造 如图3-7所示风罐容积近似可采取如下值[W表示空气压缩机风量（m3/min） ，V表示风 罐容积（m3）]： 风量小于6m3/min时：V=0.2W（m3） 风量为6~30m3/min时：V=0.15W（m3） 10 2 9 3 1 4 7 6 5 8 图 3-6 气升泵装置总图 1—空气过滤器；2—空气压缩机；3—风罐；4—输气管；5—井管；6—扬水管；7—空气分离管； 8—清水池；9—吸水管；10—泵 7 风量大于30m3/min时：V=0.1W（m3） 3．输气管：管内气流速度不大于15~20m/s，一般采用7~14m/s计算输气管直径在 实际工作压力为3~8kg/cm2时，可根据每分钟所需气量值查表3-3来确定输气管直径 输气管直径的确定输气管直径的确定 表表 3-3 所需气量 （m3/min） 直 径 （mm） 所需气量 （m3/min） 直 径 （mm） 0.17~0.50 0.50~1.00 1.00~1.70 1.70~3.40 3.40~6.70 6.70~11.70 15~20 20~25 25~32 32~38 38~51 51~63 11.70~16.70 16.70~27.00 27.00~38.40 38.40~50.00 50.00~70.00 63~76 76~89 89~102 102~114 114~127 为了排去输气管中的凝结水，管路应向井倾斜，坡度为0.01~0.05。
4．喷嘴：喷嘴的作用是扬水管内造成水气乳液为了使空气与水充分混合，汽泡的直 径不宜大于6mm，由于空气不应集中在一处喷出，需设布气管，按布气管与扬水管的布置 方式，喷嘴在扬水管中的位置有并列布置、同心布置及同心并列组合式布置3种，如图3-8 中(a)、(b)、(c)所示同心布置是一段钻有小孔眼的布气管，长为1.5～2.0m左右，下端“焊 死” ，上端与输气管连接于扬水管中央位置 一般喷嘴上小孔眼的直径均在3～6mm间，小孔是向上倾斜的，这样能使压缩空气向 上喷射，升水效果更好 5．扬水管：扬水管直径过小时，井内水位降落大，抽水量将受到限制；扬水管直径过 大时，升水产生间断，甚至不能升水扬水管直径的决定与水气乳液的流量（即抽水量和 气量之和） 、 流速和升水高度以及布气管的布置形式等因素有关， 一般可按水气乳液流出管 口前流速6～8m/s；来计算管径，也可由表3-4查得扬水管长度应比喷嘴的管段底长3～ 5m，以免气泡溢出管外为防止锈蚀，管壁内外应作防锈处理扬水管与布气管并列布置 6 5 43 2 1 图 3-7 风罐 1—接安全阀；2—接输气管；3—接进气管； 4—接压力表；5—检查孔；6—排污阀 1 2 3 4 1 2 3 4 1 3 2 4 图 3-8 喷。