一种新型射流自吸装置的制作方法

本发明涉及自吸装置技术领域，尤其涉及一种新型射流自吸装置。

背景技术：

离心泵作为一种重要的水利机械，在化工运输、抗洪救灾、农业灌溉、南水北调等众多大型工程中占有重要的地位。

然而，离心泵在每次启动前，都需要向泵腔内进行灌水，确保泵内达到一定的水量，不仅能够使得离心泵进行正常运转，同时避免对离心泵的密封部件造成损坏。若人工进行灌水，操作复杂，效率低，并且，每次启动前都进行灌水，显著增大了工人的工作量，降低了泵运行启动效率。与此同时，传统自吸装置无法根据启动过程中压力和含气率，调整气液分离速率以及气液两相流流量，整个启动过程中自吸机理单一，自吸形式较为固定，灵活度较低。若想实现自吸过程各阶段的气液分离速率调节，则需要人工在各阶段进行手动操作，实施繁琐。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种新型射流自吸装置，不仅可以降低启动过程中操作程序，并且能够根据启动过程中的压力和含气率，调整气液分离速率以及气液两相流流量，实现启动过程中各阶段采用相应调节方式的模式，提高自吸效率，有效排出泵内气体，降低自吸过程消耗的能量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种新型射流自吸装置，安装于泵进口管上，包括：

气水分离室；

U形管，倾斜设置于所述气水分离室的上方，所述U形管的U形管进口与所述气水分离室连通；

射流进口管，所述射流进口管的一端与所述U形管的U形管弯口连通；

密闭腔体，位于所述气水分离室的下方；

文丘室喷嘴，竖直设置于所述密闭腔体的下方，所述文丘室喷嘴的顶端与所述密闭腔体连通，底端与泵进口管连通；

辅助排气管，位于所述密闭腔体的外侧，所述辅助排气管的顶端与所述密闭腔体连通，底端与所述文丘室喷嘴连通，所述密闭腔体靠近顶部的侧壁上设有内腔排气孔，所述内腔排气孔连通所述辅助排气管与所述密闭腔体；

其中，所述密闭腔体内设有上启闭圆盘、下启闭圆盘、上弹簧、下弹簧、弹性止推装置和半球塞，所述上启闭圆盘和所述下启闭圆盘相互平行，且能够沿所述密闭腔体的内壁滑动，并将所述密闭腔体分隔为内腔上室、内腔中室和内腔上室，所述上弹簧的顶端与所述上启闭圆盘连接，所述上弹簧的底端与所述下弹簧的顶端连接，所述下弹簧的底端与所述下启闭圆盘连接，所述上启闭圆盘上设有上启闭圆盘泄露孔，所述下启闭圆盘上设有下启闭圆盘泄露孔，所述上启闭圆盘泄露孔和下启闭圆盘泄露孔的轴线均与所述密闭腔体的轴线倾斜，且倾斜方向相反；所述弹性止推装置位于所述上启闭圆盘的上表面，所述半球塞位于所述下启闭圆盘的下表面，初始状态时，所述上弹簧和所述下弹簧均处于压缩状态，所述半球塞位于所述文丘室喷嘴内，且所述半球塞的外表面能够与所述文丘式喷嘴内表面贴合，阻断所述文丘式喷嘴与所述密闭腔体以及所述辅助排气管连通。

优选地，所述密闭腔体内还设有上支撑环面和下支撑环面，所述上支撑环面和所述下支撑环面均为弧形套筒，且截面为半圆环形，所述上支撑环面包裹所述上启闭圆盘的边缘，所述下支撑环面包裹所述下启闭圆盘，所述上支撑环面和所述下支撑环面外表面均与所述密闭腔体的内壁相切。

优选地，所述气水分离室内设有多个交错格栅，所述交错格栅采用多孔介质材料制成，所述交错格栅包括两个格栅片，两个所述格栅片相互交叉，形成的锐角为50°，两个所述格栅片的交叉点与所述交错格栅顶端的距离为整个交错格栅高度的三分之一。

优选地，所述上弹簧的直径自上到下逐渐增大，所述上弹簧底端的外表面与所述密闭容腔的内壁相切接触，所述下弹簧的直径自上而下逐渐减小，所述下弹簧顶端的外表面与所述密闭容腔的内壁相切接触。

优选地，所述下弹簧与所述上弹簧的弹性模量之比为1：1.5，所述上弹簧的扩张角与所述下弹簧的收缩角之比为1.5：1，所述上弹簧的纵向高度与所述下弹簧的纵向高度之比为1.5：1。

优选地，所述弹性止推装置为弹性止推碗，所述弹性止推碗为半球碗形，所述弹性止推碗的球内径为12mm，球外径为20mm。

优选地，所述文丘式喷嘴与所述密闭容腔同轴设置，所述文丘式喷嘴的内壁面为弧形面，所述文丘式喷嘴自上至下包括收缩段和扩散段，所述收缩段和所述扩散段的曲率比例为2.4:1。

优选地，所述上启闭圆盘泄露孔轴线与所述密闭腔体的轴线之间的夹角为25°，所述下启闭圆盘泄露孔的轴线与所述密闭腔体的轴线之间的夹角为30°，所述上启闭圆盘泄露孔的直径与所述下启闭圆盘泄露孔的直径比为1：1.5。

优选地，所述射流进口管的轴线与所述U形管的中心线的之间的夹角为140°，所述U形管的中心线与所述气水分离室的上表面之间的夹角为20°。

优选地，所述半球塞的球径为25mm，所述半球塞的球心高出下启闭圆盘的下表面3mm。

本发明的有益效果：

1)本发明在泵启动的第一阶段，由于射流进口管内进入高压气体，使得气水分离室内的负压不断夹带辅助排气管内的空气排出，从而使得上启闭圆盘和下启闭圆盘不断抬起，带动半球塞的表面与文丘式喷嘴逐渐分离，进而使得泵进口管与辅助排气管进口形成连通，泵内空气被气水分离室内的负压环境小流量的夹带进U形弯管排入到大气中；第二阶段，半球塞完全脱离文丘式喷嘴，泵进口管内空气进入密闭腔体并泵进口内空气；第三阶段，泵内的水位不断增高，气液两相流从文丘室喷嘴进入，由于上弹簧、下弹簧、上启闭圆盘泄露孔和下启闭圆盘泄露孔的作用，使得气液两相流经过二次分离后进入至气水分离室，进一步清除气液两相流中的水，分离出的空气随射流进口管中的高压空气排入到大气中，第四阶段，U形弯管中分离出的水回落到气水分离室中，气水分离室积累的水分两部分回流至泵进口管，且上启闭圆盘和下启闭圆盘恢复至初始状态，因此，本发明阻断了进口管前的空气进入到泵内，减少了泵发生汽蚀以及由气液两相流产生的噪声，同时，本发明不仅可以降低启动过程中操作程序，并且能够根据启动过程中的压力和含气率，调整气液分离速率以及气液两相流流量，实现启动过程中各阶段采用相应调节方式的模式，提高自吸效率，有效排出泵内气体，降低自吸过程消耗的能量。

2)本发明采用上启闭圆盘与下启闭圆盘，当流经两圆盘上不同倾斜形式的启闭圆盘泄露孔的方向不同时，进而引起上启闭圆盘与下启闭圆盘产生不同形式的相反方向扭矩，使得两圆盘之间连接的上弹簧和下弹簧发生不同程度的收缩间距，或者不同程度的增大间距，从而加快气液分离或者加快液体回流，提升启动效率。

3)本发明中气水分离室内错乱分布着多个交错格栅，有效对没有彻底气液分离的两相流进行扰动，使其进行充分分离。同时，交错格栅的交叉点位于整个交错格栅高度的距离顶端三分之一处，由于此时气水分离室内的两相流含水量较低，气液两相流主要分布在气水分离室上部。因此，将交叉点位于整个交错格栅高度的距离顶端三分之一处，有利于进一步清除气液两相流中的水。

4)本发明启动过程中，气液两相流经过交错格栅后，进入到U形管中，在U形管弯口处由于水的密度较大，在离心力的作用下水被分离出，回落至气水分离室内，而分离出的空气随射流进口管中的高压空气排入到大气中，降低了启动过程中水的排量，有效缩短启动时间。

5)本发明中下启闭圆盘的起落，可以有效调整半球塞与文丘式喷嘴之间的相对位置，从而调整文丘式喷嘴的开度，以及泵进口管与气水分离室之间的连通方式，进而改变整个装置的排气速率。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种新型射流自吸装置的结构示意图。

附图标记：

1-射流进口管；2-U形管弯口；3-交错格栅；4-辅助排气管出口；5-内腔排气孔；6-内腔上室；7-上支撑环面；8-辅助排气管；9-上启闭圆盘泄露孔；10-上弹簧；11-下弹簧；12-外壳体；13-下启闭圆盘；14-内腔下室；15-辅助排气管进口；16-U形管出口；17-U形管进口；18-气水分离室；19-弹性止推碗；20-上启闭圆盘；21-内腔中室；22-下启闭圆盘泄露孔；23-下支撑环面；24-半球塞；25-文丘式喷嘴；26-泵进口管。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种新型射流自吸装置。

根据本发明实施例的一种新型射流自吸装置，安装于泵进口管26上，包括：外壳体12、以及位于外壳体12内的气水分离室18、U形管、射流进口管1、密闭腔体、文丘室喷嘴25和辅助排气管8。

具体地，请参阅图1，射流进口管1的一端与U形管的U形管出口16形成连通，射流进口管1的轴线与U形管的中线之间的形成140°的夹角。U形管向右下方倾斜安装在气水分离室18上方，气水分离室18的上表面为水平面，U形管的中线与气水分离室18的上表面呈20°夹角。当新型射流自吸装置启动时，高压空气通过射流进口管1注入到U形管弯口2，流经U形管出口16后排入到大气中，由于高压空气高速流经U形管弯口2，在U形管弯口2处形成显著负压，从而导致U形管进口17处的空气不断被高压空气夹带，随U形管出口16排入到大气中，进一步使得U形管进口17内逐渐形成负压环境。

U形管进口17与气水分离室18连通，随着启动过程的进行，在压差的作用下气水分离室18内的空气不断进入到U形管进口17中，最终排入到大气中，并使得气水分离室18内形成负压环境。

所述气水分离室18内设有多个交错格栅3，所述交错格栅3采用多孔介质材料制成，所述交错格栅3包括两个格栅片，两个所述格栅片相互交叉，形成的锐角为50°，两个所述格栅片的交叉点与所述交错格栅3顶端的距离为整个交错格栅3高度的三分之一，交错格栅3在气水分离室18内沿各个方向错乱分布。密闭腔体位于气水分离室18的下方，密闭腔体中设置有水平并且平行放置的上启闭圆盘20与下启闭圆盘13，上启闭圆盘20与下启闭圆盘13将内腔整体分割为内腔上室6、内腔中室21、内腔下室14三部分，上启闭圆盘20的边缘包裹有多个上支撑环面7，下启闭圆盘13的边缘包裹有多个下支撑环面23，上支撑环面7外表面和下支撑环面23外表面采用树脂材料进行加工，并均与内腔壁面相切抵接，上支撑环面7和下支撑环面23均为截面是半圆环形的弧形套筒，上支撑环面7的弧度为40°，下支撑环面23的弧度35°。

上启闭圆盘20开设有向左倾斜的上启闭圆盘泄露孔9，上启闭圆盘泄露孔9与竖直方向成25°倾角，并向左倾斜。下启闭圆盘13开设有向右倾斜的下启闭圆盘泄露孔22，下启闭圆盘泄露孔22与竖直方向成30°倾角，并向右倾斜，上启闭圆盘泄露孔9与下启闭圆盘泄露孔22直径比为1：1.5。

上启闭圆盘20下表面与上弹簧10连接，上弹簧10自上到下直径逐渐增大使得上弹簧10呈扩张形，上弹簧10最大直径处的外表面与密闭腔体的内壁相切接触，上弹簧10底端与下弹簧11顶端连接，下弹簧11直径逐渐减小，呈收缩形，下弹簧11顶端最大直径处，下弹簧11的外表面与内腔壁面相切接触，而下弹簧11与上弹簧10的弹性模量之比为1：1.5，同时上弹簧10的扩张角与下弹簧11的收缩角之比为1.5：1，且上弹簧10纵向高度与下弹簧11纵向高度之比为1.5：1。

上启闭圆盘20在上升的过程中，为防止上启闭圆盘20与密闭容腔的顶部发生碰撞，上启闭圆盘20上表面圆心处设置弹性止推装置，本实施例中弹性止推装置为弹性止推碗19，弹性止推碗19为半球碗形，球内径为12mm，球外径为20mm。上启闭圆盘20上升时，弹性止推碗19与内腔顶部接触，并逐渐被压缩，缓冲上启闭圆盘20对密闭容腔的顶部的冲击。

下启闭圆盘13下表面安装有半球塞24，半球塞24球径为25mm，半球塞24球心向下高出下启闭圆盘13下表面3mm。半球塞24表面能够完全与文丘式喷嘴25内表面贴合，以封闭文丘式喷嘴25。文丘式喷嘴25自上至下收缩段、扩散段的曲率比例为2.4:1。

气水分离室18的底部与两根辅助排气管8连通，辅助排气管8的底端与文丘室喷嘴25连通，辅助排气管8设置在外壳体12与密闭腔体之间，密闭腔体靠近顶部的侧壁上设有内腔排气孔5，内腔排气孔5连通辅助排气管8与密闭腔体。

本发明的工作过程：

启动刚开始时，半球塞24与文丘式喷嘴25完全贴合，文丘式喷嘴25处于封闭状态，随着启动过程进入第一阶段，气水分离室18内的负压不断夹带辅助排气管8内的空气排出，从而使得通过内腔排气孔5与内腔上室6连通的空气不断减少，压力逐渐降低，上启闭圆盘20向上抬起，由于在上启闭圆盘20侧边周向均匀分布有树脂材料的上支撑环面7，表面光滑，同时上支撑环面7与内腔壁面切向接触，故上启闭圆盘20抬起过程的阻力较小，且不容易产生翻转。

随着上启闭圆盘20不断抬起，上启闭圆盘20连接的上弹簧10与下弹簧11由原来的压缩状态逐渐恢复至自然状态，随着射流进口管1内的高压气体不断输送，内腔上室6的负压逐渐增大，上启闭圆盘20继续提升，上弹簧10与下弹簧11转换为拉伸状态，从而带动下启闭圆盘13上的半球塞24表面与文丘式喷嘴25分离，但未完全脱离文丘式喷嘴25，仅使得泵进口管26与辅助排气管进口15形成连通，泵内的空气被气水分离室18内的负压环境小流量的夹带进U形弯管排入到大气中。

随后启动过程不断进行，新型射流自吸装置进入启动的第二阶段，此时，半球塞24完全脱离文丘式喷嘴25，泵进口管26通过文丘式喷嘴25与内腔下室14形成连通，泵进口管26内空气通过下启闭圆盘13上的下启闭圆盘泄露孔22，依次流经下弹簧11、上弹簧10、上启闭圆盘泄露孔9进入到内腔上室6，最终被夹带进入到U形弯管排出装置，整个过程中输送的介质均为空气。

而后，启动过程进入第三阶段，此时泵内大部分气体已经排出，泵内的水位不断增高，从文丘式喷嘴25进入到本发明装置内的介质不再为单一的空气，而是携带有大量水的气液两相流。气液两相流一部分经过文丘式喷嘴25进入到内腔下室14，由下启闭圆盘泄露孔22进入到内腔中室21，由于下启闭圆盘泄露孔22向右倾斜与竖直方向成30°倾角。因此，气液两相流从下向上进入下启闭圆盘泄露孔22时产生冲击，使得下启闭圆盘13产生了水平面上绕中心轴顺时针的扭矩，而气液两相流从下向上进入上启闭圆盘泄露孔9时同样产生冲击，但上启闭圆盘泄露孔9与竖直方向成25°倾角，并向左倾斜，因此，气液两相流流经上启闭圆盘泄露孔9后，使得上启闭圆盘20产生了水平面上绕中心轴逆时针的扭矩，由于上启闭圆盘20与下启闭圆盘13按照相反的方向发生转动，从而使得连接两启闭圆盘的上弹簧10和下弹簧11产生变形，相邻两个弹簧之间的间距明显缩小，而由于下弹簧11的截面圆形直径是上弹簧10的截面圆形直径的1.5倍，而下弹簧11与上弹簧10的弹性模量之比为1：1.5，同时上弹簧10扩张形的扩张角与下弹簧11收缩形的收缩角之比为1.5：1，且上弹簧10纵向高度与下弹簧11纵向高度之比为1.5：1。因此，通过设置上弹簧10之间间距大于下弹簧11之间的间距，使得气液两相流在穿过直径较大且间距较小的下弹簧11时，极易发生碰撞，气液两相流碰撞后，液体聚集回落至内腔中室21，气体通过下弹簧11之间间隙，经过上弹簧10之间间隙，由于上弹簧10之间间距要明显大于下弹簧11之间的间距，因此空气在经过上弹簧10间隙后，经过上弹簧10的二次分离后迅速进入内腔上室6，由内腔排气孔5进入气水分离室18中。

由于气水分离室18内错乱分布着交错格栅3，有效对没有彻底气液分离的两相流进行扰动，使其进行充分分离。设置交过格栅3的交叉点与整个交错格栅3顶端的距离为交错格栅3高度的三分之一，由于此时气水分离室18内的两相流含水量较低，气液两相流主要分布在气水分离室18上部。因此，设置交过格栅3的交叉点与整个交错格栅3顶端的距离为交错格栅3高度的三分之一，有利于进一步清除气液两相流中的水。

与此同时，另外一部分气液两相流则通过文丘式喷嘴25、辅助排气管8进入到气水分离室18进行气液分离。当高速的气液两相流在辅助排气管8中流经内腔排气孔5时，由于速度较快，在内腔排气孔5处产生负压，实现了对内腔上室6内气体的二次夹带，提升了排气效率，气液两相流经过交错格栅3后，进入到U形管中，在U形管弯口2处由于水的密度较大，在离心力的作用下水被分离出，回落至气水分离室18内，而分离出的空气随射流进口管1中的高压空气排入到大气中。

启动第四阶段，泵内仅剩下少量的空气，此时停止对射流进气管1内输送高压空气，U形弯管中分离出的水回落到气水分离室18中，气水分离室18积累的水分为两部分回流至泵进口管26，一部分通过辅助排气管8回流到文丘式喷嘴25，进入泵进口管26；而另一部分通过辅助排气管8后，流经内腔排气孔5回落到上启闭圆盘20，由上启闭圆盘泄露孔9排入到内腔中室21，上启闭圆盘20上表面积累的水增多，上启闭圆盘20逐渐下降。同时，水流从上向下经过上启闭圆盘泄露孔9时，由于上启闭圆盘泄露孔9与竖直方向成25°倾角，并向左倾斜，因此，气液两相流流经上启闭圆盘泄露孔9后，使得上启闭圆盘20产生了水平面上绕中心轴顺时针的扭矩，而回流水从下向上进入下启闭圆盘泄露孔22时产生冲击，由于下启闭圆盘泄露孔22与竖直方向成30°倾角，并向右倾斜，使得下启闭圆盘13产生了水平面上绕中心轴逆时针的扭矩。由于上启闭圆盘20与下启闭圆盘13按照相反的方向发生转动，从而使得连接两启闭圆盘的上弹簧10和下弹簧11产生变形，上弹簧10和下弹簧11之间的间距明显增大，水能快速穿过上弹簧10和下弹簧11，回落至下启闭圆盘13，经下启闭圆盘泄露孔22、文丘式喷嘴25回落至泵进口管26内。

此时上启闭圆盘20和下启闭圆盘13上分别积累一定量的水，在水的重量以及上启闭圆盘20、下启闭圆上弹簧10和下弹簧11自身的重力作用下，上启闭圆盘20和下启闭圆盘13逐渐下落至内腔底端，半球塞24表面与文丘式喷嘴25内表面紧密贴合，文丘式喷嘴25自上至下收缩段、扩散段的曲率比例为2.4:1，采用较大曲率的收缩段有利于两者的密封。下启闭圆盘13回落后，下启闭圆盘13下表面并未与内腔底面贴合，由于下支撑环面23的作用，使得下支撑环面23处于压缩状态，方便下次启动时下启闭圆盘13能够及时弹起，提高再次启动时的速率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。