旋流式射流泵的制作方法

本实用新型涉及流体动力设备技术领域，特别是涉及一种旋流式射流泵。

背景技术：

射流泵是利用工作流体通过喷嘴形成高速射流，利用剪切流卷吸作用带动被引流体流动，达到输运被引流体和增压效果，并具有一定的混合作用。射流泵的工作原理是，首先将工作流体通过喷嘴高速喷出，从而在喷嘴出口处形成低压区，被引流体被卷吸进入射流泵内；然后工作流体和被引流体在喉管中混合并进行动量交换，工作流体速递减小，被引流体速度增大，在喉管出口处两股流体的速度趋于一致；混合流体经过扩压管后，流速逐渐降低，压力上升，最后从出流管排出。

由上述工作过程可以看出，射流泵内没有运动部件，所以它具有结构简单、容易密封、工作可靠、便于维护等优点，在矿业、农业、水利、石化能源、安全工程、海洋工程、船舶工业以及环保等领域等均有应用。但是由于射流泵依靠流体间的相互碰撞来传递能量，因此其效率较低一直是困扰其工业应用的一大问题。对于一些空间受限和可靠性要求高的应用场合，如矿井、海洋工程以及船舶工业，一些会增加射流泵体积或增加复杂度的增效技术不便于应用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种引射能力强、效率高的旋流式射流泵，以解决现有的射流泵效率低、增效技术复杂或者受限于空间的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种旋流式射流泵，包括依次连接的引射流体管、混合管、喉管、扩压管和出流管，以及嵌入所述引射流体管的工作流体管；所述工作流体管的出口端依次连接喷嘴和旋流管，所述旋流管的出口端位于所述混合管内；所述旋流管的外壁面沿周向设有多个第一凹槽，所述第一凹槽的中心线与所述旋流管的中心线之间具有正向偏转角；所述旋流管的内壁面沿周向设有多个第二凹槽，所述第二凹槽的中心线与所述旋流管的中心线之间具有反向偏转角；所述正向偏转角和所述反向偏转角的方向相反。

其中，所述第一凹槽的深度和所述第二凹槽的深度均沿所述旋流管的入口端至所述旋流管的出口端的方向逐渐递增。

其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽在所述旋流管的出口端处的深度均小于或者等于所述旋流管的出口端的厚度的三分之二。

其中，所述第一凹槽在所述旋流管的入口端处的正向偏转角为第一正向偏转角，所述第一凹槽在所述旋流管的出口端处的正向偏转角为第二正向偏转角，所述第一正向偏转角小于所述第二正向偏转角；所述第二凹槽在所述旋流管的入口端处的反向偏转角为第一反向偏转角，所述第二凹槽在所述旋流管的出口端处的反向偏转角为第二反向偏转角，所述第一反向偏转角小于所述第二反向偏转角。

其中，所述第一凹槽的中心线和所述第二凹槽的中心线均为弧线，且所述第一正向偏转角和所述第一反向偏转角均为零。

其中，所述第二正向偏转角的范围为15度至30度，所述第二反向偏转角的范围为15度至30度。

其中，多个所述第一凹槽沿所述旋流管的周向均匀分布，多个所述第二凹槽沿所述旋流管的周向均匀分布。

其中，所述第一凹槽的数量等于所述第二凹槽的数量，且所述第一凹槽的数量为4-12个。

其中，所述第一凹槽在所述旋流管的出口端处的开口和所述第二凹槽在所述旋流管的出口端处的开口之间存在间隙。

其中，所述旋流管的内壁面为圆柱面，所述旋流管的外壁面为所述喷嘴的外壁面的延伸面，且所述旋流管的内壁面的中心线与所述喉管的中心线重合。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的一种旋流式射流泵，在不改变射流泵基本构型的前提下，通过在喷嘴的出口端连接旋流管，利用旋流管的外壁面设置的具有正向偏转角的第一凹槽使得被引流体发生正向偏转，同时利用旋流管的内壁面设置的具有反向偏转角的第二凹槽使得工作流体发生反向偏转，因而被引流体和工作流体在旋流管的出口处形成交叉缠绕流动，极大地增强了两者形成剪切层的流向涡旋强度，大幅提高了剪切层的卷吸效果，进而提升了工作流体的引射能力，提高了射流泵效率。同时，旋流管的结构简单、安装方便，降低了对射流泵的增效改进成本，特别适用于一些改进空间受限和可靠性要求高的工作场合。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的一种旋流式射流泵的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中喷嘴的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中旋流管的结构示意图；

图4是本实用新型实施例中正向偏转角和反向偏转角的示意图；

图5是本实用新型实施例中旋流管的俯视图；

图6是本实用新型实施例中旋流管的内壁面和外壁面的展开图；

附图标记说明：

1：引射流体管； 2：工作流体管； 3：喷嘴；

4：旋流管； 41：旋流管的外壁面； 42：旋流管的内壁面；

43：第一凹槽； 44：第二凹槽； 5：混合管；

6：喉管； 7：扩压管； 8：出流管。

具体实施方式

为使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施例，对实用新型中的技术方案进行清楚地描述。显然，所描述的实施例是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”等等是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”均以附图所示方向为准。“内”“外”均以常规对产品结构认知为准。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实用新型中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

图1是本实用新型实施例中的一种旋流式射流泵的结构示意图，图2是本实用新型实施例中的喷嘴的结构示意图，如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的一种旋流式射流泵，包括从左至右依次连接的引射流体管1、混合管5、喉管6、扩压管7和出流管8，以及嵌入引射流体管1的工作流体管2。工作流体管2的出口端依次连接喷嘴3和旋流管4，且旋流管4的出口端位于混合管5内。

其中，喷嘴3采用渐缩喷嘴，其进口的内径大于出口的内径，工作流体经过喷嘴3后流速会增大。旋流管4用于使工作流体和被引流体同时产生旋流。混合管5采用渐缩管，用于混合工作流体和被引流体，且混合管5的锥度与喷嘴3的锥度相等或相近。喉管6采用圆柱管，在喉管6内工作流体将一部分能量传递至被引流体，因而到达喉管6的出口端时两股流体的速度渐趋一致。扩压管7采用渐扩管，混合后的流体在扩压管7内的流速降低，压力上升。出流管8也采用圆柱管，用于连接下游管路。

具体地，工作流体管2、喷嘴3、旋流管4、混合管5、喉管6、扩压管7和出流管8的中心线重合。喷嘴3的入口端螺纹连接工作流体管2，喷嘴3的出口端螺纹连接或者焊接旋流管4的入口端。

图3是本实用新型实施例中的旋流管的结构示意图，图4是本实用新型实施例中的正向偏转角和反向偏转角的示意图，其中，图4中的a图是正向偏转角的示意图，图4中的b图是反向偏转角的示意图。如图3和图4所示，旋流管的外壁面41沿周向设有多个第一凹槽43，第一凹槽43的中心线与旋流管4的中心线之间具有正向偏转角α。同时旋流管的内壁面42沿周向设有多个第二凹槽44，第二凹槽44的中心线与旋流管4的中心线之间具有反向偏转角β。

图5是本实用新型实施例中的旋流管的俯视图，如图4和图5所示，正向偏转角α和反向偏转角β的方向相反，本实施例中的正向偏转角α为逆时针旋转的夹角，反向偏转角β为顺时针旋转的夹角。除此之外，正向偏转角α和反向偏转角β也可以同时反转方向设置，只要保证彼此的偏转方向相反即可。正向偏转角α和反向偏转角β的大小可以相同，也可以不同。

本实施例提供的一种旋流式射流泵，在不改变射流泵基本构型的前提下，通过在喷嘴的出口端连接旋流管，利用旋流管的外壁面设置的具有正向偏转角的第一凹槽使得被引流体发生正向偏转，同时利用旋流管的内壁面设置的具有反向偏转角的第二凹槽使得工作流体发生反向偏转，因而被引流体和工作流体在旋流管的出口处形成交叉缠绕流动，极大地增强了两者形成剪切层的流向涡旋强度，大幅提高了剪切层的卷吸效果，进而提升了工作流体的引射能力，提高了射流泵效率。同时，旋流管的结构简单、安装方便，降低了对射流泵的增效改进成本，特别适用于一些改进空间受限和可靠性要求高的工作场合。

进一步地，如图3和图5所示，旋流管的外壁面41为圆锥面，且为喷嘴3的外壁面的延伸面，即喷嘴3的外壁面与旋流管的外壁面41形成一个连续的平面，旋流管的外壁面41的锥度与喷嘴3的外壁面的锥度相同。因而被引流体经过喷嘴3和旋流管4时可以平稳过渡，不会产生流动损失。旋流管的内壁面42为圆柱面，且旋流管的内壁面42的中心线与喉管6的中心线重合，因而工作流体可以平行地喷射出去，获得最大的轴向速度。

进一步地，如图3所示，第一凹槽43的深度和第二凹槽44的深度均沿旋流管4的入口端至旋流管4的出口端逐渐递增。具体地，本实施例中以旋流管4连接喷嘴3的一端为旋流管4的入口端，第一凹槽43在旋流管4的入口端处的深度为零，因而被引流体可以从喷嘴3的外壁面平缓地过渡至第一凹槽43内。同样地，第二凹槽44在旋流管4的入口端处的深度为零，因而工作流体可以从喷嘴3的内壁面平缓地过渡至第二凹槽44内。第一凹槽43和第二凹槽44的深度从零开始逐渐递增，使得被引流体和工作流体能够平稳地从喷嘴3过渡至旋流管4，降低流体能量损失。

更进一步地，第一凹槽43和第二凹槽44在旋流管4的出口端处的深度均小于或者等于旋流管4的出口端的厚度的三分之二。第一凹槽43和第二凹槽44在旋流管4的出口端处的深度可以相等，也可以不相等。第一凹槽43具体的深度值可以根据被引流体需要获得的涡旋强度而定，第一凹槽43的深度越大，产生的涡旋强度越大。同样地，第二凹槽44具体的深度值也可以根据工作流体需要获得的涡旋强度而定。

进一步地，如图4所示，第一凹槽43在旋流管4的入口端处的正向偏转角为第一正向偏转角α1，第一凹槽43在旋流管4的出口端处的正向偏转角为第二正向偏转角α2，第一正向偏转角α1小于第二正向偏转角α2。被引流体从第一凹槽43流出时，获得更大的正向偏转角，因而切向的流速更大，旋流程度更大。同样地，第二凹槽44在旋流管4的入口端处的反向偏转角为第一反向偏转角β1，第二凹槽44在旋流管4的出口端处的反向偏转角为第二反向偏转角β2，第一反向偏转角β1小于第二反向偏转角β2。工作流体从第二凹槽44流出时，获得更大的反向偏转角，因而旋流程度更大。第二正向偏转角α2和第二反向偏转角β2可以相等，也可以不相等，具体地，可根据实际需求而定。

在旋流管4的出口端，旋流状态的工作流体和旋流状态的被引流体交汇，形成交叉缠绕流动，极大地增强了两者形成剪切层的流向涡旋强度，大幅提高了剪切层的卷吸效果，进而提升了工作流体的引射能力。

更进一步地，如图4所示，第一凹槽43的中心线和第二凹槽44的中心线均为弧线，且第一正向偏转角α1和第一反向偏转角β1均为零。即第一凹槽43的中心线的起始方向平行于旋流管4的中心线，因而被引流体可以平滑过渡至第一凹槽43内。同时，第一凹槽43的中心线为弧线，因而正向偏转角α从零开始均匀增加，被引流体的切向速度随着第一凹槽43的偏转逐渐增大，扰动和损失更小。

同样地，第二凹槽44的中心线的起始方向也平行于旋流管4的中心线，工作流体平滑地过渡至第二凹槽44内，反向偏转角β也从零开始均匀增加。

再进一步地，第二正向偏转角α2的范围为15度至30度，第二反向偏转角β2的范围为15度至30度。第二正向偏转角α2和第二反向偏转角β2的具体值根据实际需要而定，可以相等，也可以不相等。若偏转角过小，其两股流体产生交叉缠绕流动的效果较差；而若偏转角过大，则会导致轴向流速的降低。

进一步地，图6是本实用新型实施例中的旋流管的内壁面和外壁面的展开图，图6中的a图是旋流管外壁面的展开图，图6中的b图是旋流管内壁面的展开图，如图6所示，多个第一凹槽43沿旋流管4的周向均匀分布，多个第二凹槽44沿旋流管4的周向均匀分布。具体地，在本实施例中，旋流管的外壁面41为锥面，故展开后是一个扇形；旋流管的内壁面42为圆柱面，故展开后是一个矩形。

更进一步地，第一凹槽43的数量等于第二凹槽44的数量，且范围均为4-12个。第一凹槽43和第二凹槽44始终成对布置，因而可以实现多组交叉缠绕流动，旋流效果更加稳定。

进一步地，如图3和图5所示，第一凹槽43在旋流管4的出口端处的开口和第二凹槽44在旋流管4的出口端处的开口之间存在间隙。即第一凹槽43末端的开口与第二凹槽44末端的开口不发生交叉，避免相邻的凹槽之间发生干涉，影响流体的旋流效果。

进一步地，旋流管4采用钛合金材料制成，也可以采用其他抗汽蚀材料。常规的射流泵中由于存在低压区域，掺杂在流体中的气体易产生汽泡，汽泡破裂时，不仅汽泡周围的流体会以冲击管道内壁面，而且汽泡中所包含的活泼气体，还会对金属产生腐蚀。而旋流式射流泵的卷吸和掺混能力更强，产生汽蚀的可能性更高，采用抗汽蚀材料能够很好的预防汽蚀危害，保持旋流式射流泵的稳定运行。

进一步地，工作流体与被引流体为同相介质，因而交叉缠绕旋流的效果更佳。

下面结合具体的工作过程来进一步说明本实施例中的旋流式射流泵。

工作时，工作流体从动力源引入，经工作流体管2由喷嘴3高速喷出，并把喷嘴3外周围附近的流体带走，使该处压强降低形成真空；然后被引流体经引射流体管1被吸入，两种流体在旋流管4的出口形成两股旋流，汇合后进入混合管5中，再进入喉管6，两种流体发生动量交换，工作流体的速度减慢，而被引流体的速度加快，最后趋于一致；最后混合后的流体经扩压管7扩压后，从出流管8排出。具体地，工作流体的动力源可以是离心泵或其他类型的泵，也可以是压力管路或者压力水池。

通过以上实施例可以看出，本实用新型提供的旋流式射流泵，在不改变射流泵基本构型的前提下，通过在喷嘴的出口端连接旋流管，利用旋流管的外壁面设置的具有正向偏转角的第一凹槽使得被引流体发生正向偏转，同时利用旋流管的内壁面设置的具有反向偏转角的第二凹槽使得工作流体发生反向偏转，因而被引流体和工作流体在旋流管的出口处形成交叉缠绕流动，极大地增强了两者形成剪切层的流向涡旋强度，大幅提高了剪切层的卷吸效果，进而提升了工作流体的引射能力，提高了射流泵效率。同时，旋流管的结构简单、安装方便，降低了对射流泵的增效改进成本，特别适用于一些改进空间受限和可靠性要求高的工作场合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。