专利名称：一种降低射流泵汽蚀振动和噪声的自动补气装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体射流泵，尤其涉及一种能降低射流泵因汽蚀诱发振动和噪声的自动补气装置。
背景技术：
液体射流泵(简称射流泵)是一种利用湍射流的紊动扩散作用来传递能量与质量的流体输送机械及混合反应设备。
如图1，常规射流泵的典型结构由工作水接管(1)、吸入室(2)、吸水管(3)、喷嘴(4)、喉管入口管(5)、喉管(6)、扩散管(7)和出水管(8)组成；工作水接管(1)、喷嘴(4)相连并安装在吸入室(2)中；吸入室(2)连接有吸水管(3)，吸入室(2)、喉管入口管(5)、喉管(6)、扩散管(7)、出水管(8)依次连接。
由于其本身没有运动部件，射流泵具有结构简单、加工容易、密封性好、便于维护等优点，现已被广泛地应用于国民经济各部门。尤其在水下、放射、易燃、易爆等特殊场合，射流泵具有独特的优势，能产生巨大的经济和社会效益。
射流泵的汽蚀问题是射流泵研究的重要课题之一。射流泵的汽蚀不同于其它类型泵。汽蚀发生时射流泵不会断流，而是在一定的工作压力下，随着出口压力的降低，射流泵的吸入流量不再增加，且保持在一定值上。汽蚀发生时，射流泵会产生强烈的噪声和振动，引起射流泵和系统效率的急剧降低，甚至会严重影响整个系统的安全和经济运行。
具体地说，射流泵工作时，由于泵内局部压力的降低会首先在喷嘴(4)的出口附近及喉管(6)内的射流边界层中形成微汽泡。微汽泡随主流向下游流动，在喉管(6)前端至中部区域溃灭。当射流泵出口压力降低(或工作压力增大)时，汽泡数量明显增多，形成形状基本稳定的空化云(汽泡团)，随着出口压力的进一步降低，空化云向喉管(6)出口附近扩展，并形成混合较好的汽液二相流。在射流泵汽蚀发生时，该二相流达到极限状态，从而阻塞液体在喉管(6)内的流动，因而射流泵出口压力进一步下降时，其吸入流量不再增加，而是保持在一定值上。此时，汽泡在喉管末端大量溃灭，从而产生剧烈的振动和噪声。
为了解决射流泵的汽蚀问题，前人进行了很多研究。目前解决的方法归纳起来主要为①增加射流泵的淹没深度；②增大射流泵的面积比；③降低射流泵的工作压力；④优化射流泵喷嘴与喉管入口的形状，改善入流条件。
其中方法①会大大增加工程造价；方法②和③则会使射流泵偏离最优工况工作，降低其性能和效率；方法④改善的范围有限。总之，上述方法可从一定程度上改善射流泵的汽蚀性能，但并未从根本上解决问题。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种降低射流泵汽蚀振动和噪声的自动补气装置，该装置是通过自动补气的方法形成气垫来降低射流泵因汽蚀诱发的振动和噪声。
本发明的目的是这样实现的如图2，本发明是在如图1所示的常规射流泵的基础上，设置了自动补气装置，该装置包括压力传感器(9)、PLC控制器(10)、接触器(11)、主进气管(12)、常开阀(13)、电磁阀(14)；主进气管(12)设置在射流泵喉管(6)的中部，在主进气管(12)上设置有常开阀(13)和电磁阀(14)来控制进气与否；电磁阀(14)与220V电源相连接，其动作则由PLC控制器(10)控制；PLC控制器(10)的输入端通过信号线与安装在喉管(6)末端的压力传感器(或振动传感器)(9)相连接；PLC控制器(10)的输出端通过信号线与安装在220V电路中的接触器(11)相连接。
本发明的工作原理是正常工作时，主进气管(12)上的常开阀门(13)打开。安装在喉管(6)末端的压力传感器(9)感知该处负压的大小(或振动传感器感知该处振动强度的大小)，并将相应信号输入PLC控制器(10)。
汽蚀发生时，喉管(6)内部特别是其末端为较大的负压，同时射流泵产生很大的振动和噪声。一旦压力传感器(9)装设部位的负压达到设定值，则连接压力传感器(9)输入信号的PLC控制器(10)通过运算，发出信号，接通与其相连接的接触器(11)，接触器(11)动作后，与电磁阀(14)连接的220V电源接通，此时电磁阀(14)打开，外界空气在负压作用下自动地通过主进气管(12)被吸入喉管(6)内，随主流向下游运动，在喉管(6)末端空化泡外围形成一层气垫，该气垫可大大减小空化泡溃灭时的冲击，从而降低射流泵的噪声和振动。
本发明与常规射流泵不同之处在于，喉管(6)的中部设置有主进气管(12)，主进气管(12)上设置有常开阀门(13)和电磁阀(14)来控制吸入喉管(6)内部的空气。电磁阀(14)与220V电源相连接，其动作则由PLC控制器(10)控制。
喉管末端部位装设的压力传感器(9)将实测值输入PLC控制器(10)，PLC控制器(10)将输入信号值与预设值进行比较来决定是否触发接触器(11)。
射流泵正常工作时，压力传感器(9)的实测值小于预设值，PLC控制器(10)不发出信号，接触器(11)不动作，电磁阀(14)关闭，切断通过进气管(12)吸入到喉管(6)内部的气体流动。
一旦射流泵发生汽蚀，产生剧烈的振动和噪声，喉管末端产生很大的负压，则传感器(9)的实测值大于预设值，PLC控制器(10)经过运算，发出信号触发接触器(11)，与电磁阀(14)连接的220V电源接通，电磁阀(14)打开，外界空气在负压的作用下通过主吸气管(12)自动吸入喉管(6)内部，形成气垫，就可以大幅减小射流泵的振动和噪声，从而改善射流泵的汽蚀性能。此时传感器(9)的实测值大小回归到正常值，经PLC控制器(10)运算，此时不向接触器(11)发出信号，电磁阀(14)继续打开，气体继续吸入。
此时，若射流泵工况发生变化，则传感器(9)实测值也随之发生变化，一旦其变化大小超过PLC控制器(10)预定值的大小，则PLC控制器(10)向接触器(11)发出信号，接触器(11)动作，220V电路断开，电磁阀(14)因失电而关闭，气体停止吸入，射流泵转入正常工作。
装设在主吸气管(12)上的常开阀(13)，可以调节通过主吸气管(12)吸入气体流量的大小。在电磁阀(14)不能正常关闭时可以切断主吸气管(12)。
本发明具有下列优点和积极效果1、只在常规射流泵的基础上设置了自动补气装置，结构简单，成本低廉；2、工作可靠，既能自动也能手动，能大幅减小射流泵发生汽蚀时所产生的振动和噪声，有效地改善射流泵的汽蚀性能。
3、由于性能价格比高，可广泛应用于各类液体射流泵之中。
图1是常规射流泵的结构图；图2为本发明结构图；图3为PLC控制器(10)结构图；图4为PLC控制器(10)工作流程图。
其中1-工作水接管；2-吸入室；3-吸水管；4-喷嘴；5-喉管入口管；6-喉管；7-扩散管；8-出水管；9-压力传感器；10-PLC控制器(可编程控制器)，10.1-CPU(中央处理器)，10.2-A/D(模数转换器)，10.3-DO(开关量输出模块)，10.4-电源模块；11-接触器；12-主进气管；13-常开阀；14-电磁阀(常闭)；15-旁通阀；16-旁通进气管。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例进一步说明一、总体如图2，本发明是在常规射流泵的基础上，设置了自动补气装置。
自动补气装置包括压力传感器(9)、PLC控制器(10)、接触器(11)、主进气管(12)、常开阀(13)、电磁阀(14)；*在主进气管(12)上通过三通管连接了设置有旁通阀(15)的旁通进气管(16)。一旦射流泵发生汽蚀时，220V电源失电，或出现其它故障，电磁阀(14)不能正常打开，外界空气不能由主吸气管(12)吸入，则可手动打开旁通阀(15)，外界空气同样可以通过旁通管(16)吸入喉管内，从而降低射流泵的振动和噪声。
*主进气管(12)的位置安放在距喉管入口端部约1/4至3/4的部位较佳。从进气管吸入的空气在喉管中的流动类似横流中的射流流动，由于主流流速较高，吸入的气体很快随主流向下游流动。如果进气管安放的位置距喉管入口端部太近，在汽蚀时该处的负压不大，吸入的空气量较少，并且会与主流混合，气垫的作用有限；如果进气管安放的位置距喉管入口端部太远，在汽蚀时吸入的空气会随主流迅速流入扩散管中，产生的气垫的效果也不理想。
二、各部件1、PLC控制器(10)PLC控制器(10)为普通可编程控制器，有上市产品。
如图3，PLC控制器(10)包括CPU(10.1)及与CPU(10.1)连接的A/D(10.2)、DO(10.3)，还有电源模块(10.4)；CPU(10.1)主要对数字化后的压力信号进行运算、决策，并控制开关量输出；A/D(10.2)主要将压力传感器(9)所实测的压力进行采集并将其转换为数字量；DO(10.3)为开关量输出，主要控制触发器(11)的触发与否；电源模块(10.4)主要为PLC(10)提供所需的工作电源。
上述PLC控制器(10)也可以由具有相同功能的其它控制设备，如单片机等来替代。
如图4，PLC控制器(10)的工作流程是①启动本装置，设定对应的压力值p1，p2及电磁阀工作延时t0。其中p1为补气装置的启动压力，p2为补气装置启动后停止工作的压力，t0为补气装置启动后最短工作时间；②射流泵开始工作，压力传感器(9)采集喉管(6)末端的压力值p，将其输入PLC控制器(10)，PLC控制器(10)经过A/D(10.2)转换，将p值变换为数字量并在一定周期内进行平均，得到相应平均值 ③PLC控制器(10)将 值与设定值p1进行比较，若p‾<p1]]>，即实测的喉管(6)末端的负压值已低于设定值，射流泵汽蚀很严重，则PLC控制器(10)检测DO(10.3)的输出状态，并通过DO(10.3)的输出，触发接触器(11)工作，220V电源接通，电磁阀(14)打开，外界空气经主进气管(12)和常开阀(13)自动吸入喉管，汽蚀所诱发的振动和噪声得到很大的减轻；一旦电磁阀(14)打开，外界空气吸入后，喉管(6)末端的压力值 会有所恢复，而大于p1。为了避免补气装置反复动作，按设定的延时时t0，保持DO(10.3)的输出转态，使电磁阀(14)在该时段内一直打开，补气工作一直进行；一旦补气时间超过t0，则返回到压力信号的采样及平均，重复前述步骤；④如果p‾<p1]]>，即由于补气使喉管(6)末端压力有所恢复，实测的喉管(6)末端的负压值高于设定值，射流泵汽蚀不严重，此时则进行 与p2的大小比较；⑤如果此时p‾<p2]]>，喉管(6)末端压力未达到补气停止压力，则返回到压力信号的采样及平均，接触器(11)和电磁阀(14)的状态不变，补气继续进行；⑥如果由于外界条件变化，射流泵的工作参数发生改变，则可能p‾>p2]]>，说明此时喉管(6)末端压力恢复较好，此时检测并使DO(10.3)的输出改变，接触器(11)断开，电磁阀(12)关闭，补气停止；⑦由于补气停止， 值又会有所下降。此时，再重新检测并比较 与p1的大小，程序回到开始的第二步，并周而复始地工作，直到射流泵停止工作。
2、主进气管(12)和旁通进气管(16)主进气管(12)和旁通进气管(16)为常用金属管，有上市产品。
3、电磁阀(14)
电磁阀(14)为常规零压启动能在负压下工作的常闭电磁阀，有上市产品。
4、压力传感器(9)压力传感器(9)为普通压力传感器，输出为标准4～20mA电流信号或0～5V电压信号，有上市产品。
5、接触器(11)接触器(11)为普通接触器，有上市产品。
6、常开阀(13)和旁通阀(15)常开阀(13)和旁通阀(15)为普通阀门，有上市产品。
权利要求
1.一种降低射流泵汽蚀振动和噪声的自动补气装置，包括常规液体射流泵；其特征在于设置有自动补气装置，该装置包括压力传感器(9)、PLC控制器(10)、接触器(11)、主进气管(12)、常开阀(13)、电磁阀(14)；主进气管(12)设置在射流泵喉管(6)的中部，在主进气管(12)上设置有常开阀(13)和电磁阀(14)来控制进气与否；电磁阀(14)与220V电源相连接，其动作则由PLC控制器(10)控制；PLC控制器(10)的输入端通过信号线与安装在喉管(6)末端的压力传感器(9)相连接；PLC控制器(10)的输出端通过信号线与安装在220V电路中的接触器(11)相连接。
2.按权利要求1所述的自动补气装置，其特征在于在主进气管(12)上通过三通管连接设置有旁通阀(15)的旁通进气管(16)。
3.按权利要求1所述的自动补气装置，其特征在于主进气管(12)安放在距喉管(6)入口端部约1/4至3/4的部位。
4.按权利要求1所述的自动补气装置，其特征在于PLC控制器(10)的结构是包括CPU(10.1)及与CPU(10.1)连接的A/D(10.2)、DO(10.3)，还有电源模块(10.4)；CPU(10.1)主要对数字化后的压力信号进行运算、决策，并控制开关量输出；A/D(10.2)主要将压力传感器(9)所实测的压力进行采集并将其转换为数字量；DO(10.3)为开关量输出，主要控制触发器(11)的触发与否；电源模块(10.4)主要为PLC(10)提供所需的工作电源。
5.按权利要求1所述的自动补气装置，其特征在于PLC控制器(10)可由具有相同功能的其它控制设备替代。
全文摘要
本发明公开了一种降低射流泵汽蚀振动和噪声的自动补气装置，涉及一种液体射流泵。本发明在常规液体射流泵的基础上设置有自动补气装置，自动补气装置包括压力传感器(9)、PLC控制器(10)、接触器(11)、主进气管(12)、常开阀(13)、电磁阀(14)；PLC控制器(10)包括CPU(10.1)及与CPU(10.1)连接的A/D(10.2)、DO(10.3)，还有电源模块(10.4)。本发明结构简单，成本低廉，工作可靠，既能自动也能手动，能大幅减小射流泵发生汽蚀时所产生的振动和噪声，有效地改善射流泵的汽蚀性能。由于性能价格比高，可广泛应用于各类液体射流泵之中。
文档编号F04F5/00GK101092979SQ200710052818
公开日2007年12月26日 申请日期2007年7月24日 优先权日2007年7月24日
发明者龙新平 申请人:武汉大学