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摘要：針對固定式熱水噴射泵的缺點(diǎn)，研制了一種新型的可調(diào)式水噴射泵，經(jīng)過供熱系統(tǒng)的現(xiàn)場測試，基本上達(dá)到了設(shè)計性能指標(biāo)。由于可調(diào)式水噴射泵的研制成功，論文還進(jìn)一步分析了在供熱系統(tǒng)中采用熱水噴射泵連接方式的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：熱水噴射泵可調(diào)式水噴射泵連接方式

一、引言

自從德國學(xué)者G.Zeuner于1860年提出射流理論以來，水噴射泵的應(yīng)用與研究已得到了廣泛發(fā)展，世界上一些集中供熱比較發(fā)達(dá)的國家如前蘇聯(lián)，熱用戶與室外供熱管網(wǎng)的連接，采用熱水噴射泵連接方式者占85%[1]，而用混水泵連接的只占9%。在我國熱水噴射泵的應(yīng)用，五、六十年代較為普遍。雖然噴射泵這種連接方式具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但在我國不但沒有進(jìn)一步推廣應(yīng)用，反而進(jìn)入七十年代以來，幾乎已經(jīng)淘汰。究其原因，主要是噴射泵的噴嘴直徑固定不變，不能適應(yīng)供熱系統(tǒng)供熱規(guī)模不斷變化的需要。在供熱系統(tǒng)運(yùn)行初期，因水噴射泵的噴嘴直徑（或混合比--進(jìn)入噴射泵的回水流量與一次網(wǎng)的供水流量之比）與供熱規(guī)模比較適應(yīng)，供熱效果一般都比較理想，但隨著供熱系統(tǒng)供熱規(guī)模的不斷擴(kuò)大，要求噴射泵本身的混合比也隨之變化，以滿足噴射泵前的一次網(wǎng)設(shè)計流量變化的情況下，二次網(wǎng)的流量基本保持不變，但是噴射泵的噴嘴是固定不變的，上述要求無法實(shí)現(xiàn)，結(jié)果導(dǎo)致供熱效果逐漸變壞，噴射泵以至致到了被淘汰的境地。

近幾年來，隨著供熱規(guī)模的多層次發(fā)展，從技術(shù)上希望有更多類型的供熱系統(tǒng)連接方式被應(yīng)用，可調(diào)式水噴射泵就是在這樣的背景下開始研制的。

二、可調(diào)式水噴射泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計

可調(diào)式水噴射泵的結(jié)構(gòu)原理如下（圖1）。其工作原理為：按照某一供熱規(guī)模運(yùn)行的噴嘴直徑固定。當(dāng)供熱系統(tǒng)的供熱規(guī)模增加時，假設(shè)原來二次網(wǎng)的供熱面積不變，熱力站的數(shù)目將增加。為了保證供熱效果，一次網(wǎng)的供水溫度得提高，此時調(diào)節(jié)噴針向內(nèi)移動，使得噴嘴的流通截面減小，通過噴嘴的外網(wǎng)供水流量減小，而混合比增大，二次網(wǎng)的流量和供水溫度基本保護(hù)不變，從而保證了二次網(wǎng)的供熱量不變。當(dāng)供熱規(guī)模減小時，調(diào)節(jié)噴針向相反方向運(yùn)動，即可適應(yīng)變化后的供熱要求。

圖1可調(diào)式水噴射泵結(jié)構(gòu)原理圖

1.引射水入口2.調(diào)節(jié)噴針3.引水室4.被引射水口5.混合室6.擴(kuò)散段7.混合水出口

前蘇聯(lián)的可調(diào)式水噴射泵[2]（如圖2），它的外網(wǎng)水流入方向與噴嘴調(diào)節(jié)方向成90度角，而圖1的結(jié)構(gòu)是同一方向，因此阻力較小。此外，圖2中的噴嘴出口與混合室入口間的距離是固定的，而圖1中的是變化的，變化的間距可以提高水噴射泵的效率。

圖2帶有可調(diào)節(jié)工作噴嘴出口截面的水噴射泵結(jié)構(gòu)圖

1.調(diào)節(jié)裝置2.噴口3.引水泵4.混合室5.擴(kuò)散段

三、可調(diào)式水噴射泵的性能

水噴射泵的性能方程采用索科洛夫方程[2]：

（1）

上式中：

Pg擴(kuò)壓管出口混合水壓力，Pa；

Po工作水流體流經(jīng)噴嘴時的壓力，Pa；

Ph被引射消耗引水室時的壓力，Pa；

ΔPg=Pg-Ph水噴射泵所提供的揚(yáng)程，等于克服供暖用戶系統(tǒng)的壓力損失值；

ΔPp=Po-Ph工作水流經(jīng)噴嘴時的壓降，亦即熱網(wǎng)供回水管的資用壓差，Pa；

μ混合比，μ=Gh/G0

Gh被引射水流體流量，kg/s；

G0工作水流體流量，kg/s；

Gg擴(kuò)壓管出口混合水流體流量，kg/s；

φ1、φ2、φ3、φ4分別為噴嘴出口、混合室、擴(kuò)壓管入口、混合室入口速度系數(shù)；

fp噴嘴出口截面積m2;

f3圓筒形混合室截面積m2;

f2被引射流體在混合室人口截面上所占的面積m2;

vp、vh、vg工作水、被引射水和混合水流體比容，m3/kg

筆者據(jù)此設(shè)計制造了兩臺可調(diào)式水噴射泵樣機(jī)，其規(guī)格分別為Dg100和Dg80。實(shí)驗(yàn)臺設(shè)在赤峰市熱力公司的某一熱力站，一次網(wǎng)所提供的供、回水資用壓差Pp=PO-Ph=0.8MPa，供水溫度t0=60℃，二次網(wǎng)的供熱面積為22000m2;實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖3。

圖3可調(diào)式水噴射泵實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.壓力表2.溫度計3.截止閥4.除污器5.調(diào)節(jié)閥6.可調(diào)式噴射泵

可調(diào)式水噴射泵基本性能實(shí)驗(yàn)的目的是截面比f3/fp，壓降比ΔPg/ΔPp和混合比μ三者之間的關(guān)系，其結(jié)果如圖4。

為了分析可調(diào)式水噴射泵的性能，先了解固定噴嘴的水噴射泵性能（如圖5）。圖5中下方的兩條線分別表示在固定截面比3.75和5.86下，壓降比與混合比之間的關(guān)系曲線，上方的一條線分別與下方的兩條線相切的點(diǎn)為該截面比所對應(yīng)的混合比下，水噴射泵在該截面比下的最高效率點(diǎn)。因此，上方的一條線為在任意截面比和混合比下，水噴射泵所能達(dá)到的最高效率點(diǎn)的包絡(luò)線。

圖4中曲線是由某一噴嘴出口速度系數(shù)φ1下，某一截面比所對應(yīng)的混合比下水噴射泵的最高效率點(diǎn)組成，從圖4中可以得出，可調(diào)式水噴射泵在改變噴嘴截面時是沿著噴嘴出口速度系數(shù)φ1為0.60～0.75間的水噴射泵最高效率點(diǎn)運(yùn)行。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，在噴嘴直徑的調(diào)節(jié)過程中，混合比可在0.4～1.7之間變化（混合比還可以減?。嗉凑f明，在一定的供熱規(guī)模下，二次網(wǎng)設(shè)計供、回水溫度為95℃和70℃，當(dāng)供熱規(guī)模擴(kuò)大時，二次網(wǎng)的流量不變，一次網(wǎng)的供水溫度提高。如上設(shè)計的混合比可以使得一次網(wǎng)的供水溫度在110～130℃之間變化，完全能滿足供熱要求。

圖4可調(diào)式水噴射泵基本性能實(shí)驗(yàn)曲線

圖5水噴射泵特性曲線圖

筆者在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：影響可調(diào)式水噴射泵效率的主要因素是噴嘴出口速度系數(shù)φ1，而噴嘴出口速度系數(shù)φ1主要與噴嘴出口的阻力有關(guān)。因此，為了提高可調(diào)節(jié)水噴射泵的效率，在研制過程中，特別對噴嘴的形狀、調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)、加工精度等進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計。

四、供熱系統(tǒng)中水噴射泵連接方式的適用范圍

在技術(shù)條件許可的范圍內(nèi)，熱水噴射泵在供熱系統(tǒng)中連接較混水泵連接和間接連接有很大的優(yōu)越性。除了水噴射泵結(jié)構(gòu)簡單、無轉(zhuǎn)動部件、使用和維護(hù)都比較方便，以及低成本、低運(yùn)行費(fèi)用以外，還有一個很重要的優(yōu)點(diǎn)：消耗供暖用戶的"富余"壓頭，提高供熱外網(wǎng)的水力穩(wěn)定性，提高供暖末端用戶的資用壓差。筆者曾對板式換熱器、混水泵和噴射泵三種連接方式進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性比較，以總年費(fèi)用（初投資折算到每一年報費(fèi)用）為目標(biāo)函數(shù)，采用遺傳算法對不同的供熱面積進(jìn)行熱力站數(shù)目的尋優(yōu)（具體算法另文介紹）。其結(jié)果如表1，從表中可以得到：在技術(shù)許可的范圍內(nèi)，當(dāng)總的供熱規(guī)模小于70萬平方米時，采用噴射泵連接比采用混水泵連接或間接連接的供熱系統(tǒng)總年費(fèi)用要小；噴射泵連接的供熱系統(tǒng)，熱力站最佳供熱面積為2～3萬平方米。

三種連接方式經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果

供熱規(guī)模板式換熱器連接方式混水泵連接方式噴射泵連接方式

萬M2最優(yōu)熱力站數(shù)目年費(fèi)用（萬元）最優(yōu)熱力站數(shù)目年費(fèi)用（萬元）最優(yōu)熱力站數(shù)目年費(fèi)用（萬元）

51124.2180.3252.7

101210.81183.74120.3

202395.72313.47255.9

402817.63687.518526.7

6021176.24932.627883.4

7031394.861089.1341121.6

8031527.961201.7391335.7

10031894.881497.5

15052534.6102167.3

20063107.4162745.9

25083754.7213356.0

30094312.0293870.6

400134895.6364301.1

由于可調(diào)式水噴射泵的研制成功，供熱系統(tǒng)中采用水噴射泵連接方式的因有優(yōu)勢得到了充分發(fā)揮。經(jīng)分析計算，在供熱面積70萬平方米的供熱規(guī)模范圍內(nèi)，采用水噴射泵連接方式具有明顯的優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)于熱水噴射泵在北京地區(qū)集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用問題，安英華、李祥所《區(qū)域供熱》1990，2

[2]《噴射器》，[蘇]索科洛夫科學(xué)出版社1977年