文丘里管计算

瑚懈 萌 　 秘 豌ｊ

管 线 式 负压 比例 混合 器 的设计 方法 探讨　
吴海卫 摘 要 朱立 强 套安部 上 海消防科 学研 究所 （ ０ ０ ２　 ２０３ ）

基 于流体 力 学基 本理论 ， 通过理 论 分析 ， 　

沫 浓缩液 吸＾供 水 系统 ， 与旁 通调 节 闻配合 ， 证旁 通　 保

管 内通过 相对稳 定 的流 量　 设计 压 力范 围为 ０ ４ＭＰ 　 ．　 ａ
～

提 出了能够适 应较 大流 量 、 力范 围的 管线 式 负压 比 压 　
例 混 合 嚣 的设 计 方 法　

１ ２Ｍ Ｐ ， 力 降 小 于 ２　 。 ．　 ａ 压 ５ 　
啊节　

关键词
合 器　

文丘 里管　 比例 混合 器　 负压 式 比例 混　

比例混合 器是一 种使水 与 泡沫液按 规定 比例混 合　 成 混合 液 以供 泡沫产生 设备 发泡 的装置 。我 国 目前 常　 用 的 比例 混合器 形式有 ： 环泵 式负 压 比例混 合器 ； 线　 管 式负压 比例 混合 器 ； 压力 比例 混合器 ； 平衡式 压力 比例　 混 合器 等 。本文讨 论 的是管 线式负 压 比例混合 器 。 　 管线 式 负压 比例 混 合器 实 质上 是 一种 文 丘里 泵 ． 　 结 构简 单 ， 用 方便 ， 沫浓 缩 液为 常 压贮 存 ． 使 泡 主要 适　
用 于 移 动 式 或 半 固 定 式 灭 火 系 统 ， 常 用 产 品 的 性 能　 现
图 ｌ 井 联 式 比 倒 混 旨 器 培 构 田　

参数如表 １ 。但 是 它 的 流量 范 围较 小 ． 口处压 力 较　 进

１ １ 设 计 参 数　 ． 主 管 道 进 水 口压 力 Ｐ．ＭＰ ； ， ａ　 吸八 高度 ｈｍ； ． 　
混 合 液 流 量 Ｑ， ／ ； ｍ。ｓ　

高 ， 力降 较大 （０ 以上） 比例调 节 困难 ， 品柔 性　 压 ４　 ， 产
差． 这些 缺点 无疑 限制 了它 的应 用范 围 。 　
裹 ｌ Ｐ 　 ＨＦ 系列 管 缝 式 负 压 比倒 混 台 器 的 主要 性 能 参 数　
型　 项　 目 　
ＰＨＦ 　 Ｐ Ｈｎ 　 ＰＨＦ　 ＰＨＦ１ 　

文丘里 管 流量 ， 　 Ｑ； 　 混合 比 Ｋ： 　 吸 液 量 ｑ ｍ。ｓ　 ， ／； 进 出 口压 力 损 失 △ ，， ａ　 ＪＭＰ 。

号　

进 口水 压　
ｚ　 Ｋ 混 合 比　
３ 　

Ｍ　 ０ ６ １ 　 　 ～ 　２

Ｏ６ １２ ． ～ ＿　

１ ２ 设 计程序 分 析　 ．
Ｌ Ｔｌ １ ０ ２ ０ 】０ ２ ０ ５ ～ ｊ０ 　Ｉ ¨ 　 ～ １ ７ ～ ６ 　３ ０ ２ 　 ｌ ３ ３６ 　　
４ ８ ～ 　

比例混 合器 能否在 规定 的工况 范 围内有确 定 的混　 合 比例 ． 提供 不 同的泡沫 产生设 备 ， 定浓 度 的泡沫混　 一
合液 ， 检验其 质 量优劣 的重要 指标 。 是 　 由流 体 力 学 理 论 不 难 推 出 ： 　
＿＿＿＿ ＿＿ ＿＿ ＿＿＿ ●●　 — 　

３６ ．　
１ ～ １　 ０ 　 ７ ２ ０～ ３ 　 ０

６ 　

～ １　 ４

１ ０～ １ 　 　 ７

２ ～　 ｃ

４ ０～ ６ 　 。
— 　

２ ＾十 Ｐ　 ７） ｇ（ ／ 　

… … （） １　

为 了克服现 有产 品的上述 缺点 ， 降低 进 口压 力 ， 扩　 大流 量 范 围． 减少 压 力损 失 ． 强 比例 可 调 节性 ． 们　 加 我 借鉴 了国 内外 相关 产 品 的有关 资 料 ． 行 了管线 式 负　 进 压 比例混合器 的设 计方 法研究　 在此介 绍给 大家 ， 图　 试
抛 砖 引玉 。 　

式中： 　

一

为 吸 ＾ 流 量 ， ／　 ｍ。ｓ

， — — 喉 管 压 力 ，ａ　 Ｊ 　 Ｐ ； ｇ —— 为 重 力 加 速 度 ； 　 ７ 　 流 体 比 重 ， ｍ。 Ｎ／ ； 　 尸 ／ —— 文丘 里管喉 管处 的液 体静水 头 ， 。 ，７ ｍ 　

１ 基 本 结 构 及 设 计 程 序 分 析　 　

显然 ， 吸＾流 量是 随喉管 真空 度 的变化而 变化 的。 　 当＾ Ｊ７ ＋， ／ ＜０时 ． 　 文丘 里管才 可能 吸液　 满足 正常抽　 吸条 件 只对文 丘 里管 的设 计 提 出 了 以上要 求 ． 不直　 却 接影 响其设计 。 以 ． 所 考虑 比例 混合器 的设 计程 序应该　 是 ： 确定 文丘 里 管 的流 量 ， 算 文 丘里 管参 数 ． 设　 先 计 再 计 主管道 ． 最后计 算吸八 量 。 　
３　 ５

设计 的管 线 式 负压 比 例 混合 器为 并 联式 ， 构 如　 结 图ｌ 所示　它 由两 大部分组 成 。 是较 粗的 主管道 ， 一 联　
接 一个调 节阀并 通过 主流量 ； 是较 细 的旁通管 道 ， 二 通　

过旁通调节 阀连接文 丘里管 并与 主管道 并联 。调 节 阀　
用 以产生 与文 丘里 管 内相 等 的压 降 ， 文 丘里 管将 泡　 使
请防井 晕与扯 求 ２ ０ ０ １年 ３月第 ２期　

２ 文丘里 管 结构参数 的计 算　 ２ １ 旁通 管路 流量 ０ 的确 定　 ． 　 为使 文 丘里管具 有 稳定 的工 作状 态 ，且对 于 不 同 　 的泡沫 产生 设备 ． 置具有 较好 的调节性 能 ． 希望 旁　 装 故
通 管 即 文 丘 里 管 通 过 的 流 量 与 总 管 道 流 量 相 比较 小 。 　
可 取 ０　 ０／　 一 ４

３ １ 调 节 阀 型 式 及 流 量 特 性 选 择　 ． 为 使 调 节 阀 便 于 调 节 ， 用 的 阀 具 有 直 线 流 量 特　 选

性， 使得 阀产 生单位 位 移 变化 引起 的 流 量变 化是 一 个　 常数 ． 因此 宜选 用直通单 座 凋节 阉。 　
３ ２ 压 差 的 确 定　 ．

压 差 的确定 是调节 阎计算 中最 关键 问题　 考虑调　
节 阀 与 并 联 的 文 丘 里 管 具 有 相 同 的 压 力 损 失 ， 根 据　 且 设 计 要求 可 得 ： 　
△ Ｐ… 一 Ｐ… × ２ 　 ５ △ Ｐ… 一 Ｐ … × ２ 　 ５ ， 　

２ ２ ｄ 及 喉 管径 ｄ 的计算 。 ．　 　 　 ｄ 一 般 选 用 普 通 钢 管 的标 准 管 径 ， 流 量 ０ 不 大　 　 如
于 ３ 　 ｓ 可 选 ｄ 一２ 　 ２Ｌ／ ． ５ ｍｍ。 　

由伯 努 利 方 程 可 推 得 ： 　

Ｑ． √ ｔ　 　 ｍ ｉ 一
管 中通过 的流量 ． ／； ｍ。ｓ 　 ｄ —— 文 丘 里 管进 口直 径 ． 　 ． ｍ； Ｐ 　

… 　

３ ３ 主 管 道 通 径 选 择　 ．
ｆ ｖ　 　

式 中 ： 　 —— 下 临 界 流 量 ． 文 丘 里 管 开 始 吸 液 时 ， ０… 指 　

Ｇ Ｑ √ＡＰ …一 ± 　 　
式 中 ： 一 ～ 所需 的流通 能力 ． ／ ； Ｇ 　 ｍ。ｓ　 ０± ～ 主 管 道 通 过 的 最 大 流 量 ： 　 △Ｐ ～调 节 阀两端压 差 ，ａ Ｐ　

…“５ （） 　

文 丘 里 管进 口压 力 ， 略 沿 程 损 失 近　 忽 似 等 于 主 管 道 进 口 压 力 ． ａ　 Ｐ ；

根据 所 得 的 Ｇ… 查 得 所选 用 的直 通 单 座 调节 闲　
的 主 要 参 数 ， 流 通 能 力 及 相 应 的 阀 的 口径 Ｄ ． 时　 得 ｇ此 主 管管径 也确 定 了。 　

ｄ —— 喉 管 直 径 ， 　 　 ｍ；
７ 　 流 体 比重 ． ｍ　　 Ｎ／ 。

由 ＱＪ ｎ ２　 ０ ， 最 小 设 计 流 量 及 其 它 已 　一 ５ … Ｑ… 　 知 条件 ， 可求 出 。 即 　 　

４ 混合 比计算　 根 据式 （ ） 式 （ ） ． 通管 中 的混 合 比 Ｋ　为 ： １及 ２知 旁 　

２ ３ 喉管处液 体 高度 的计算　 ． 考 虑在 稳 定 的抽 吸过 程 中 ． 丘里 管 管路 中的水　 文
流 可 视 为 恒 定 流　 根 据 伯 努 利 方 程 ： 　
Ｐ！ 　
ｙ 　 ９ ｇ

Ｋ＝ 　 ＿ 　子＝ （ 　
取ｃ 　 一 ！ 生　 　

＝ 　 两
１ 　

…

?

（ ） ６　

ｉ．Ｐ 　
。 ｙ 　

… 　
… 　

式中： ／ 　 ７—— 文 丘 里 管 进 口 的 静 水 头 ． 　 ｍ； Ｖ 、 一 分 别 为 文 丘 里 管 进 口 处 、 管 处 的 液　 　Ｖ『 一 喉 体 流 速 ， ｓ　 ｍ／ 。

｛ 　

眦㈣ ｉ √ 为Ｋ Ｃ　 －
则为 ： 　
Ｋ　 Ｋ　?Ｑ　 Ｋ ｉ
＾

… ， 　　
了］ 　 … ?（ ） ?８　

用 Ｑ 、 　 以及 ｄ 　 Ｐ 　等 代 人 式 （ ） 计 算 （ ／ ３． Ｐ， 　
７　 检 查 是 否 满 足 ｈ 　 ｙ ０ 如 果 不 满 足 ． 整 ｄ ） ＋Ｐ ／ ＜ 。 调 　 或　 ． 至 满 足 要 求 为 止 。 足 要 求 时 的 ｄ 、 　 为 计　 直 满 　ｄ 称 算　 、 。再 计 算 Ｐ … 时 的 Ｑ…　 （ 　　　 值　 　 、Ｐ ／ ）． 　 ２４ 最大 流量 Ｑ 　 ． … 的计 算　 通 常 ， 喉 管 真 空 度 大 于 ９　 Ｐ 当 ０ｋ ａ时 ， 能 出 现 汽　 可

又 由于 Ｑ 一Ｑ／ ． 　 ４ 则整 个 比例 混 合器 的混合 比 Ｋ 　

由式 （ ） （ ） （ ） 看 出 ． ６ 、７ 、８可 混合 比 Ｋ 与 主管 、 旁通　 管、 文丘 里 管 结 构 参 数 ｄ 、 ， 　 　 以及 人 口压 力 都 有 关　 系 对一 个现有 的 比例混 合器 来讲 ． 、 。ｈ都是 不变　 　 　 ｄ、 的　 我们 只需调 节 主管 、 通管 上的调 节 闲 ， 旁 即可 调 出 　 所需 的混 合 比 ， 而这 种调节 也是较 容 易实 现的 。 　
小 结　

化 ， 时文丘 里 管则无 法抽 吸 ． 这 按这 一 点计 算 的流量 称　
最 大 流 量　 最 大 流 量 按 下 式 计 算 ： 　
一 　

ａ√ － 型　 ｄ 　

…刊　 ５ ）

将 Ｐ …、 　 等 代人 式 （ ） 求文 丘 里 管在最 大 可　 　 Ｐ ４． 能 的极 限 工 作压 力情 况 下 的 ０…。再 根 据 式 （ ） 算　 ． ３计 对应 于 Ｑ… 的 （ 　 ７ 一 值 ． Ｐ ／） 若算 得 （ ！ｙ … ＜ 一９ｍ． Ｐ／） 　 　
则减 小 Ｑ一 　重 新 验 算 。 ， 　 ３ 调 节 阊 及 主 管 道 选 择　
３　 ６

本文 推荐 的管 线式 负 压 比例 混 合器 的设计 方 法 ． 　 将 混 合 器设 计 为并 联式 ． 有 调节 阀调 节 主管 道及 旁　 并
通管 中 的流量 ． 而整 个 比例混合 器不 仅过 流能力强 、 因 　 不 易 堵 塞 ． 且 具 有 很 强 的 可 调 节 性 ， 别 适 用 于 要 求　 而 特 泡 沫 混 合 液 比例 有 变 化 的 场 所 ， 有 较 好 的 推 广 前 景 。 具 　
请侍科 学 与技 术 ２ ０ 年 ３月第 ２ ０１ 期　

： 　

骥 　

囊器　

压 力式空 气 泡 沫 比例 混 合器 的 结构 设 计 与计 算　
闵 永 林　 公 安 部 上 海 消 防 科 学研 究 所　 （ ０ ４ ８　 ２０３ ）
摘 要 本 文 对 压 力 式 空 气 泡 沫 比 倒 混 舍 嚣 的 工　

具有混 合 比精度 高 ， 应流 量 范围宽 ． 适 压力 损失小 等优　
点。 　

作 原 理 、 构 进 行 了 分 析 ， 出 了压 力 式 空 气 泡 沫 比例　 结 提 混 夸 器 的 结 构 设 计 与 计 算 方 法　 关 键 词　 泡 沫 比例 混 合 嚣　 压 力 式 空 气 泡 沫 比例　

尽 管压 力式 空气泡 沫 比例 混合装 置在 我国 已有较　
多 应 用 ， 有 多 家 生 产 该 类 产 品 的 企 业 ， 是 由于 缺 少　 且 但 对 该 类 产 品 的 理 论 研 究 和 设 计 方 法 研 究 ， 品 性 能 不　 产 稳 定 ， 接影 响 到产品使 用效 果 。 此进 行该 类产 品 的 直 因 　 理 论 研 究 和设 计 方 法 研 究 ． 定 其 设 计 计 算 方 法 ， 产　 确 对 品 质 量 的 提 高 和 系 列 产 品 的 开 发 具 有 重 要 的 现 实 意　
义。 　

混合 嚣

喷 嘴　

压 力 式 空 气 泡 沫 比例 混 合 器 是 压 力 式 空 气 泡 沫 比　

例混 合 装置实 现泡 沫 自动 比例混 合 功 能 的核 心组件 ． 　
也 是 泡 沫 灭 火 系 统 的关 键 部 件 。 　

目前 ． 内外 消防 界一 些 人士 推 荐 在 固定式 或半　 国 固定式泡 沫灭 火系统 中使用 压力 式和平衡 式 空气泡 沫　 比例混 合 装置 ． 由于平 衡 式 空气 泡 沫 比例混 合 装 置　 但 结 掏复 杂 ， 成本 高 ， 安装 使 用不 便 ， 因此 目前 在 国内外　 的消防工 程 中均较少使 用 。而压力 式空气 泡沫 比例混　 合装 置 由于 结构 简 单 、 本 较 低 、 装 使 用方 便 ， 成 安 已在　
国 内外 的石 油 化 工 、 口码 头 、 库 等 易 燃 易 爆 场 所 消　 港 机 防 工 程 中得 到 广 泛 应 用　 压 力 式 空 气 泡 沫 比例 混 合 装 置 是 指 用 一 定 压 力 的　 水 流 过 一 文 丘 里 管 ． 压 力 水 的 作 用 下 ， 泡 沫 液 从 密　 在 将

１ 压 力 式 空 气 泡 沫 比 倒 混 台 器　 １ １ 结 构 与 功 能　 ． 主 要 由压 紧 螺 母　 散 管　 板 和 喷 嚆 组 成　 压 紧　 扩 孔 螺 母 用 以 固 定 孔 板 和 连 接 进 液 管 ； 散 管 用 以 能 量 转　 扩

换 ． 液体 由速 度能转 换 为压力 能 ； 板用 以控 制泡 沫　 使 孔 液 的流量 ； 喷嚆 使水 流 速 度增 大 ， 向扩散 管进 口， 喷 中　
间形成 低压 区 。 　 １ ２ 工 作 原 理　 　 如 图 １所 示 ， 消 防 水 泵 压 力 水 沿 供 水 管 道 进 人　 当

压 力 式空 气 泡沫 比例 混 合 器时 ， 部 分 水经 喷 嚆 向扩　 大
散 管 喷 出　 进 人 喷 嘴 时 ． 速 增 大 ， 于 射 流 质 点 的 横　 流 由 向 紊 动 扩 散 作 用 ． 喷 嘴 出 口 与 扩 散 管 之 间 形 成 低 压　 在 区 混 合 室 ． 经 压 力 水 管 的 小 股 压 力 水 经 进 水 管 路 进　 流

闭的储罐 （ 体型 、 整 分隔型 或隔膜 型 ） 内挤 出 ． 在文丘 里　 的喷嘴 （ 或孔板 ） 与水实 现 比例 混合 的装 置　 由于压　 后 力式空 气 泡 沫 比例 混合 器 与 泡沫 液储 罐 组 合在 一 起 ． 　
不 需单独 的泡 沫液 泵配套 ， 使用 方便 。 力 式泡 沫 比 故 压 　 例混合装 置适 用于 固定式或 半 固定式 泡沫灭 火系统 ， 　 当 然 ， 于 有 关 设 计 剐 开 始 ， 些 地 方 考 虑 还 不 够 完　 由 有 善 ， 待进一 步探 索 、 究 。 有 研 　
参 考 文 献　

入 泡 沫液储 罐 内， 将泡 沫 液 从 出液 管路 压 出进入 压 力　 式 空气 泡沫 比例 混合 器 ， 后从 孔 板进 入 低 压 区混 合　 然 室 与流经 压力式 空气 泡 沫 比例混 合 器喷 嘴的大 股 水流　
汇合 形 成泡 沫 混合 液 ， 送 给泡 沫 炮 、 沫产 生器 、 输 泡 泡　 沫 枪 、 沫 管 钩 等 设 备　 泡
孔板　 喷嘴　 扩 散管　

１ 上 海 工 业 自动 化 仪 表 研 究 所 流 量 测 量 节 流 装 置 的 理 论 与 设 计 机　 　
槭 工业 出 板杜 ． ９ １ １ ７　 　

２ 屠 大 燕 流体 力学 与 流体 机 槭 中 国建 筑 工 业 出版 杜 ．鲫４ １ 　

３ 侯 索 娟 两段 式 文丘 里 泵 施肥 器 的设 计 排 罐 机 械 ， ；５ ｌ ９　

第一作 者筒　 ： 海卫 ， 吴 岱安部 上海 消防科 学研 究 　
所 上 海 浦 东 特 种 装 备 厂 厂 长 ， 程 师 ， 海 市 中 山南 二 工 上 　
路 ５ ｌ号 ． ０ ０ ２ ｏ ２０３　

联 系 电话 ： ２ — ５ ９ ２ ０ 　 ｏ １ ８ ６３２
（ 稿 日期 ： ０ ０ １ —０ ） 收 ２０ — ２ ２　
消防科 学与拄 求 ２０ 年 ３ 第 ２期　 ０１ 月
图 ｌ 压 力 式 空 气 泡 沫 比例 混 合 器 工 作 原 理 围　

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