喷射泵是通过阀芯和文丘里管改变流体流速及压力达到混流效果的。可调控喷射泵是喷射泵和调控阀门的有机结合,既保留了喷射泵的混流效果,又具有调控阀门的可调控性。
图 1 描述了可调控喷射泵的结构。射流以静态压力P01在射流喷嘴①中被加速,直至到达混流管③入口处,也就是抽吸流喷嘴②的末端,此时达到其最大速度Vt。由于其速度高,射流通过涡流切向应力将抽吸流带走。抽吸流以静态压力P03在抽吸流喷嘴中加速,至混流管入口处达到速度Vs。两介质在混流管中相互混合,并相互交换动量、动能及热能。混流在混流管末端速大小介于Vt与Vs之间。在扩散管中混流速度下降到满足实际需要的数值。
使用可调控喷射泵对比使用调控阀具备以下优点:用热系统中蒸汽平均流速更高,提高了用热设备的导热系数K;进汽流量加大,增加了有效的交换面积;稀薄的冷凝水膜,增进了换热效果,提高生产效率并改善了烘干质量;降低了单位产品的蒸汽用量。
可调控喷射泵在以下的领域中具备良好的功效:在滚筒干燥器中可帮助冷凝水更简易地排放;在双层反应器中可通过喷射泵使上下温度从始至终保持一致;板式换热器中使板式换热器的热负荷从上到下均匀有序,排除了由热应力导致的对板换密封件的损坏。
从图 2、图 3 中可以清楚地看出使用喷射泵代替调控阀后,设备在节能及提高效率方面获得改善。
在图 2 中,调控阀根据用热系统(2a)的负荷对消耗的蒸汽量m01的大小进行调节。蒸汽供热系统的温度及压力与阀门的开度及供给蒸汽压力相关联。消耗的蒸汽量m01通过自身的压力流入用热系统(2a)中,并在此完全冷凝。在出口处蒸汽速度 = 0 m/s。疏水阀③安置于用热系统之后,保证了只有冷凝水的排放作用,从而避免蒸汽泄漏。
在用蒸汽作为加热介质的生产控制管理系统中,可以用可调控蒸汽喷射泵代替直通调控阀,下面通过纺织行业中的实例对采用喷射泵和调控阀的两种控制方案作比较。采用喷射泵的控制技术早在 60 年前就开始得到应用,在造纸行业中其节约能源的效果显著,后来此项技术又被大范围的应用于别的工业领域中,特别是在纺织工业、化工业等。
方案A:传统方案。进入滚筒的蒸汽量没有增加,滚筒内部热量不均匀,而且内部水膜较厚,影响换热效果,导致滚筒表面温度低,而且有较大的温差(15 ℃),在烘干物料时,会出现烘干不均匀的现象。施工时须要安装 7 个疏 水阀。
方案B:可调控喷射泵方案。在消耗蒸汽量不变的情况下,进入滚筒的蒸汽量通过回吸提高了 42.3%,使滚筒内部受热均匀。由于抽吸,水膜厚度大幅度的降低,同时蒸汽流速升高,改善了换热效果。滚筒表面温度高,温差小,提高生产效率及烘干质量。而且只需要 2 个疏水阀,能够减少投资。表 1 总结了A、B两种方案的性能差别。
在射流喷嘴和抽吸流喷嘴中,根据伯努利方程流体压力会下降,此压力在混流管入口处达到最低值,也就是共同压力P。此压力在混流管中由于上面提到的动量交换升高,并在扩散管中由于速度降低继续升高。
在调节范围的全量程内拥有非常良好的控制特性是喷射泵的一大特点,而与调控阀工作原理相比他只受到很小的压力差冲击,而且噪音要小得多。
在图 3 中,当用热系统(2b)使用可调控喷射泵④时,蒸汽供热系统的温度及压力与可调控喷射泵的开度以及供给蒸汽压力有关。其不同之处在于以下几点。
? 蒸汽量不再只通过自身压力流入用热系统,在用热系统(2b)中流动着两股汽流,驱动蒸汽量m01和被抽吸蒸汽量m03。
? 在(2b)出口处不需要疏水阀,这在某种程度上预示着,蒸汽m03和冷凝水m01离开用热系统后只在分离器⑤中分离。回流蒸汽 m03从分离器⑤直接回流至喷射泵的抽吸入口,同时冷凝水m01由疏水阀排出。当多个用热系统并联时,可大量减少疏水阀数量,由此减少投资成本。
通过对可调控喷射泵结构和原理的了解,以及与直通阀门的对比,显而易见,在烘干等蒸汽加热控制管理系统中使用可调控喷射泵,能大大的提升生产效率,保证产品质量和达到良好的节能效果。
如果想进一步了解喷射泵技术,欢迎在中国国际纺织机械展览会暨ITMA亚洲展览会期间莅临E3B07展台,或联系贝尔茨公司。
[1] 贝尔茨热能自动化设备(北京)有限公司. 产品手册BPC22[Z].
