第6章 射流泵

295第六章 射流泵6.1 概述射流泵是一种流体机械，它是以一种利用工作流体的射流来输送流体的设备。

根据工作流体介质和被输送流体介质的性质是液体还是气体，而分别称为喷射器、引射器、射流泵等不同名称，但其工作原理和结构式基本相同。

通常把工作液体和被抽送液体是同一种液体的设备称为射流泵。

射流泵的工作原理如图6-1所示。

工作液体从动力源沿压力管路1引入喷嘴2，在喷嘴出口处由于射流和空气之间的粘滞作用，把喷嘴附近空气带走，使喷嘴附近形成真空，在外界大气压力作用下，被抽送液体从吸入管路3被吸上来，并随同高速工作液体一同进入喉管4内，在喉管内两股液体发生动量交换，工作液体将一部分能量传递给被抽送液体。

这样，工作液体速度减慢，被抽送液体速度渐加快，到达喉管末端两股液体的速度渐趋一致，混合过程基本完成。

然后进入扩散管5，在扩散管内流速渐降低压力上升，最后从排出管6排出。

工作液体的动力源可以是压力水池，离心泵及其它类型泵或压力管路。

如果对断面I-I 和Ⅱ-Ⅱ平面列伯诺利方程，并经简化后得到在喉管入口前形成的真空度⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ξ+-π=404221s d 1D 1g q 8H(6-1)图6-1 射流泵的工作原理１，压力管路 ２，喷嘴 ３，吸入管路 ４，喉管５，扩散管 ６，排出管式中q---- 动力源提供给喷嘴的流量（m3/s）；1D ---- 压力管直径(m);d---- 喷嘴直径(m);---- I-I和Ⅱ-Ⅱ断面之间局部阻力系数。

由上述工作过程看出，射流泵内没有运动部件，所以它具有结构简单，工作可靠，无泄露，有自吸能力，加工容易和便于综合利用等优点。

在很多技术领域，采用射流泵技术可以使整个工艺流程和设备大为简化，并提高其工作可靠性。

特别是在高温、高压、真空、强辐射及水下等特殊工作条件下，更显示出其独特的优越性。

目前射流泵技术在国内外已被应用于水利、电力、交通、冶金、石油化工、环境保护、海洋开发、地质勘探、核能利用、航空及航天等部门。

例如，把射流泵和离心泵组合一起作为深井提水装置。

在水电站中射流泵用于水轮机尾水管和蜗壳检修时的排水。

在火电站中射流泵用于汽轮发电机组为冷凝器抽真空以及输送含有固体颗粒的液体。

在原子能电站中，大型射流泵可用作为水循环泵。

在化工设备中，射流泵用于真空干燥、蒸馏、结晶提纯、过滤等工艺过程，由于它有较好的密封性能，因此，它适于输送有毒、易燃、易爆等的介质。

在通风、制冷方面，目前广泛应用蒸汽喷射制冷的空气调节装置等。

由于射流泵是依靠液体质点间的相互撞击来传递能量的，因此在混合过程中产生大量旋涡、在喉管内壁产生磨擦损失以及在扩散管中产生扩散损失都会引起大量的水力损失，因此射流泵的效率较低，特别是在小型或输送高粘度液体时效率更低，一般情况下射流泵的效率为25%-30%，这是它的缺点。

但由于射流泵的使用条件不同，它的效率也不一样。

在有些情况下，它的效率不低一其它类型泵，因此如何合理使用射流泵，以便得到尽可能高的效率是一个很重要的问题。

目前国内采用的多股射流泵、多级喷射、脉冲射流和旋流喷射等新型结构射流泵，在提高传递能量效率方面取得了一定进展。

2962976.2 射流泵的理论基础及射流泵基本方程射流技术在许多工程技术部门都得到应用。

只有当射流速度不太大，雷诺数非常小时的射流为层流射流。

一般来说工程上所遇到的液体射流大都为湍流射流。

湍流射流理论是射流泵的理论基础，随着电子计算机和计算流体力学的发展，用射流理论可以更深刻地揭示射流泵内液体运动规律，并对它的性能及几何尺寸给出较精确的定量解答。

6.2.1 湍流射流的分类射流从喷嘴射出后，射入与它本身相同的介质，如水射流射入水中，称为淹没射流，射入与本身不同的介质中，如水射流射入空气中，称为非淹没射流。

射流射入空间很大，以致距离射流较远的地区，很少受到射流的影响，这种射流称为无限空间射流，反这称为有限空间射流，或称为有界射流。

射流射入流动的流体，称为伴随射流。

射流射入静止的液体称为自由射流。

射流泵内的液体运动情况，是属于有界伴随射流。

对液体的单相流射流泵是属于淹没射流。

图6-2 有界伴随射流流动结构简图2986.2.2 射流流动结构在射流泵内的有界伴随射流流动结构如图6-2所示。

它由起始段和基本段组成。

起始段分为流核区和边界层区。

流核区的流速等于喷嘴出口流速。

边界层区的内表面流速与流核区流速相同，其外表面速度与周围的流体流速（伴随流速）相等。

基本段的各个横断面的速度分布都不相同，沿射流轴向其速度递减，每个断面的速度沿径向向外递减直到与伴随流速相等。

6.2.3 主要无量纲参数及系数定义 射流泵的基本参数为1q ――工作液体的体积流量； 2q ―― 被抽送液体的体积流量；q ――射流泵的排出液体体积流量，21q q q +=；1H ――工作扬程，它指每公斤工作液体在射流泵入口处所具有的能量；2H ――射流泵的扬程，它指每公斤被抽送液体流过射流泵所得到的能量；o f ―― 喷嘴出口断面面积； b f ―― 喉管断面面积； 1ϕ ―― 喷嘴流速系数； 2ϕ ――喉管流速系数；2993ϕ ―― 扩散管流速系数； 4ϕ ――喉管入口段流速系数； η ――射流泵的效率，η=被抽送液体所得到的有用功率／工作流体所付出的功率=()2111222H H gq H gq -ρρ。

通常在描述射流泵的性能、性能曲线、射流泵基本方程以及射流泵的相似律时均采用无量纲参数比较方便。

下面就主要的无量纲参数及系数给以说明：流量比q = 被抽送液体流量／工作流体流量=12q q ; 扬程比h = 射流泵的扬程／工作扬程=12H H ; 面积比m = 喉管断面面积／喷嘴出口断面面积=0b f f , 1m m f f f n o b b -=-=。

当工作液体与被抽送液体为同一种液体时，效率为：h1hq-=η (6-2)6.2.4 射流泵基本方程射流泵基本方程()mq f h =以无量纲参数扬程比h ，流量比q 和面积比m 来表征射流泵内的能量变化，以及各基本零件（喷嘴、喉管、扩散管和喉管进口）对性能的影响。

它的作用和叶片泵基本方程相似，是设计、制造、运行与改进射流泵的理论依据。

图6-3射流泵内流速压力变化图液流在射流泵内的运动比较复杂，是属于有界伴随射流。

推导射流泵基本方程的方法是根据射流泵的边界条件，运用水力学和流体力学基本定理，导出基本方程，并通过一定数量的试验资料确定方程中的流速系数或阻力系数。

在近百年对射流泵研究的历史中，国内外的学者根据对实际流动做不同的简化假设，而得出形式不同的基本方程表达式，但其本质是相同的。

根据图6-3，运用水力学基本原理，即对射流泵沿着液体流动方向分段应用动量方程、能量方程和连续性方程分五步导出射流泵基本方程。

1) 先对喉管进口a-a断面与它的出口b-b断面列出动量方程3003012ϕρ(q 1υ1a +q 2υ2a )- ρ(q 1+q 2)υb =[(p b +ρgz a )-(p a +ρgz a )]f b (6-3)式中υ1a =n 11f q =υ1n , υ2a =a 22f q =n1b 2f f q -,υb =b 21f q q +。

2) 对n-n 断面和a-a 断面用动量方程，再对e-e 断面与n-n 断面用能量方程，求出a-a 断面被抽送液体平均流速υ2a =4ϕ)z gp (]g 2z )g p [(g 2a a 2222+ρ-υ++ρ (6-4)3) 对n-n 断面与m-m 断面用能量方程，求出n-n 断面的工作液体平均流速n 1v 的表达式n 1υ=ρ∆ϕp21(6-5) 4) 对b-b 断面与c-c 断面用能量方程，求出b-b 断面平均流速b v 的表达式)]z gp ()z g p [(g 21b b 2c c c 2cb +ρ-υ++ρϕ=υ （6-6） 5) 将已知的a 1v ，a 2v 和b v 的表达式代入式（6-3），整理后得射流泵基本方程]m )q 1()2(q mn )n 2(m 2[h 222322242221+ϕ--ϕ-ϕ+ϕϕ= （6-7） 上列诸式中的流速系数4321,,,ϕϕϕϕ可以根据相应部分的各阻力系数ξ 用水力学方法进行计算，或通过试验测出。

在一般计算中可以采用975.01=ϕ~0.95，,9.0,975.032=ϕ=ϕ8.04=ϕ 85.0~。

302图6-5 ()m f q 0=，()m f h 0=曲线6.2.5 本方程的简化式实验和计算表明，液体射流泵的基本方程()mq f h =可以给成以m 为参变量的性能曲线，在工作区内h=f(q)基本呈直线变化，如图6-4所示。

且直线部分随面积比m 的增大，由陡峻渐趋平缓，因此为了简化计算，基本方程可以近似用下述直线方程表达21h ϕ=)q q (q h 00- （6-8） 上式中性能系数 0h 及q 0 的表达式为0q =(5m-0.945)0.5 –1.75(1.5<m<3)图6-4 射流泵的无量纲特性曲线30320)07.26m (00253.0667.2h +-= (1.5<m<3)7.1)94.0m 5(q 2/10--= (3≤m<25) 892.00m 45.1h -=(3≤m<25)上述()m f h 0=，()m f q 0=曲线如图6-5所示，适用于喉嘴距（喷嘴出口断面与喉管进口断面之间的距离）为以下()0c d 25.0L -=情况（0d 为喷嘴出口断面直径）。

6.3 射流泵的相似律 6.3.1 几何相似如有两台射流泵，它们相应的线性尺寸成比例，相应的角度相等，则此两台射流泵几何相似。

射流泵的主要几何形状如图6-6所示。

例如有两台射流泵Ⅰ和Ⅱ，如果它们几何相似，则有q Ⅰ=q Ⅱ=====kIIkI cII cI cII cI bII bI II 0I 0L LL L d d d d d d 在射流泵中最主要的是决定射流泵性能的喉管过水断面面积与喷嘴出口断面面积之比m ，而其它尺寸的比例对射流泵性能影响不是太大。

因此我们认面积比m 是射流泵的相似准则，若两种射流泵的m 相似，则认为它们是几何相似的。

3046.3.1 运动相似几何相似的射流泵，如其相对应的给水量亦成同一的比例，即const q qq q II2I 2II 1I 1== 则此两射流泵运动相似，将上式变换后即为无量纲参数q 。

const q q q q q II1II2II 1I 2=== 因此，两射流泵运动相似，则首先此两射流泵几何相似，其次无因次参数流量比q 相等，则此两射流泵运动相似。

6.3.3 动力相似设有两台几何相似的射流泵，它们的工况也相似（即运动相似），而液体作用在射流泵中各相应地方的力成比例，则此两射流泵动力相似，在这里最主要的力是摩擦力，也就是射流泵中的粘性力。