船舶輔機(jī)-(哈工程出版社)漩渦泵、噴射泵

第三章旋渦泵、噴射泵第一節(jié)旋渦泵

一、主要結(jié)構(gòu)、工作原理和分類(lèi)1主要結(jié)構(gòu)葉輪、泵殼、蓋板和泵軸等2工作原理

液體在葉輪的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，進(jìn)入流道，與流道中的液體進(jìn)行動(dòng)量交換，并將部分動(dòng)能變?yōu)閴毫δ?。液體從入口至出口，多次進(jìn)入和流出葉片，多次獲得能量和轉(zhuǎn)換能量。

液體質(zhì)點(diǎn)在泵中的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓周運(yùn)動(dòng)和縱向旋渦疊加形成的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。對(duì)固定的泵殼而言，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是前進(jìn)的螺旋線旋渦泵能量的傳遞主要是通過(guò)以下三個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)的：1)葉輪的引導(dǎo)作用

葉輪帶動(dòng)流道中的液體一起轉(zhuǎn)動(dòng)。一般認(rèn)為流道中液體轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方向一致，轉(zhuǎn)速約為葉輪轉(zhuǎn)速的一半。2)縱向旋渦的作用

葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于葉輪葉片間液體的離心力大于流道中運(yùn)動(dòng)液體的離心力，這樣產(chǎn)生一個(gè)旋渦，其軸線沿流道縱長(zhǎng)方向，稱(chēng)為縱向旋渦。

3)徑向旋渦的作用

在高速運(yùn)動(dòng)的葉輪葉片后面，因液體分離而形成旋渦，這種旋渦的軸線與葉片的進(jìn)口邊是平行的，故稱(chēng)為徑向旋渦。（占主要部分）3分類(lèi)（1）按葉輪形式分開(kāi)式葉輪：葉片較長(zhǎng)，葉片左右兩側(cè)相通。閉式葉輪：葉片較短，葉片左右兩側(cè)互不相通。（2）按流道形式分開(kāi)式流道：吸入口和排出口沿徑向布置，直接與流道相通。閉式流道：吸入口和排出口位于葉輪一側(cè)，流道位于另一側(cè)。圖1.2-9閉式旋渦泵和開(kāi)式旋渦泵（a）閉式旋渦泵；（b）開(kāi)式旋渦泵。1-泵殼；2-葉輪；3-流道；4-葉片。閉式旋渦泵：閉式旋渦泵如圖所示。它采用的是閉式葉輪和開(kāi)式流道。閉式旋渦泵的效率相對(duì)較高，一般約為30～50%，但抗汽蝕性能差，沒(méi)有自吸能力。開(kāi)式旋渦泵：開(kāi)式旋渦泵采用的是開(kāi)式葉輪和閉式流道。如圖所示。開(kāi)式旋渦泵的抗汽蝕性能較好，并且有自吸能力，但效率較低，約為20～40%。二、旋渦泵的性能1

性能參數(shù)旋渦泵的壓頭表3－1壓頭系數(shù)K與比轉(zhuǎn)數(shù)ns的關(guān)系旋渦泵的流量

Q=vA

式中：

v——液體在流道中的平均圓周速度，

A——流道面積。在最佳工況時(shí)，液體在流道中的平均圓周速度約為流道重心處圓周速度的一半左右。（3.1—1）式中：K——壓頭系數(shù)(如表3—1表示)；

u——流道截面重心處的圓周速度。（3.1—2）

2

性能曲線圖1.2—11所示為旋渦泵的性能曲線，從圖中可以看出：

H—Q曲線：曲線較為陡降且上凹，流量對(duì)壓頭不敏感。在相同轉(zhuǎn)速下，閉式旋渦泵的壓頭要比開(kāi)式旋渦泵高0.5～2倍。

η—Q曲線：曲線也較尖陡，調(diào)節(jié)范圍不大，效率一般較低。

Nb—Q曲線：當(dāng)流量減小時(shí)，功率將增大，并且曲線上凹，流量為零時(shí)，軸功率最大。因此，旋渦泵啟動(dòng)時(shí)應(yīng)打開(kāi)排出閥，并且不宜采用節(jié)流調(diào)節(jié)的方法來(lái)調(diào)節(jié)流量，應(yīng)采用旁通調(diào)節(jié)的方法來(lái)調(diào)節(jié)流量，同時(shí)應(yīng)設(shè)置安全閥。圖1.2—12所示為這種調(diào)節(jié)方法的管路系統(tǒng)圖。通過(guò)調(diào)節(jié)閥將排出管內(nèi)的部分液體送回吸入管來(lái)調(diào)節(jié)排出管內(nèi)的流量。管路中的安全閥限制了泵的最高工作壓力，以防止電動(dòng)機(jī)過(guò)載。旋渦泵啟動(dòng)時(shí)．排出管路上的排出閥應(yīng)完全打開(kāi)。3特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊、體積小，重量輕，制造容易，造價(jià)低。（2）在流量較小的范圍內(nèi)具有較高的壓頭。在相同的葉輪直徑和轉(zhuǎn)速下，旋渦泵的壓頭比離心泵高2～4倍。（3）要求輸送液體的液體應(yīng)清潔．不含有固體顆粒。要求輸送液體的粘度不大于114cm2／s。液體粘度過(guò)大，旋渦泵的壓頭和效率則下降較多。（4）效率較低。旋渦泵因其小流量、高壓頭、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并具有一定的自吸能力，在船舶上常用作輔鍋爐的給水泵、壓力水柜給水泵和衛(wèi)生水泵等。三、離心旋渦泵

離心旋渦泵由離心泵和閉式旋渦泵組合而成。即第一級(jí)為離心泵，第二級(jí)為閉式旋渦泵，如圖所示。離心旋渦泵改善了閉式旋渦泵的吸入性能，提高了泵的壓頭。同時(shí)，除了初次啟動(dòng)須灌水外，以后不需再進(jìn)行灌水。第二節(jié)噴射泵一、基本組成、工作原理和分類(lèi)1基本組成：噴嘴、吸入室、混合室和擴(kuò)壓室2工作原理

利用高能量的工作流體（vp、pp）抽送低能量的被引射流體（vs、ps）。主要由三個(gè)過(guò)程組成：噴射過(guò)程、引射過(guò)程和擴(kuò)壓過(guò)程。噴射泵的工作原理：(1)、噴射過(guò)程在漸縮形的噴嘴中，工作流體的壓力由Pa降到噴嘴出口處的P1，同時(shí)流速由Va急增至V1。將壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，并在噴嘴出口周?chē)纬傻蛪簠^(qū)。(2)、引射混合過(guò)程由于噴嘴出口周?chē)纬傻蛪簠^(qū)，被引射流體在壓差作用下被吸入，與高速工作流體一起進(jìn)入混合室，在混合室中兩種不同速度的流體互相碰撞、混合，進(jìn)行動(dòng)量交換。工作流體的速度由V1降至V2；而被引射流體的速度由V1增大到V2。最后在混合室出口處形成一混合流體，達(dá)到速度上的一致。(3)、擴(kuò)壓過(guò)程流體從混合室出來(lái)進(jìn)入擴(kuò)壓室，擴(kuò)壓室是一段漸擴(kuò)的錐形管。在擴(kuò)壓室中流體速度逐漸由V2降至Vc，將流體的速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。3分類(lèi)工作流體被引射流體氣體液體液體液體噴射泵

氣體氣體液體氣體噴射器

工作流體可以是，如：水、油、水蒸氣、空氣、煙道氣、空氣和水蒸氣的混合物。船上常以水或氣作為工作流體，水或氣體作為被引射流體。二、噴射泵的性能1性能參數(shù)（1）流量比（又稱(chēng)為容積噴射系數(shù))u0：被引射液體的體積流量Qs與工作液體的體積流量Qp之比(3.1—3)噴射系數(shù)u：抽吸液體的質(zhì)量流量Mi。與工作液體的質(zhì)量流量Mp之比。(3.1—4)（2）揚(yáng)程比（又稱(chēng)為相對(duì)壓力差）h：噴射泵所形成的壓力差Δpd與工作液體的壓力降Δpp的比值。

（3）效率

輸出功率Ne：被引射流體得到的能量。輸入功率Nb：工作流體輸入的能量。

（4）面積比m：噴射泵的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

m=

混合室圓柱體截面積/噴嘴出口截面積實(shí)際噴射泵的面積比m<252特性曲線（無(wú)因次特性）（1）～h曲線（面積比m為參數(shù)）

(3.1—5)(3.1—6)面積比m較小時(shí)，～h曲線較陡傾；面積比m較大時(shí)，～h曲線較平緩；

m<3：高揚(yáng)程水噴射泵；m>7：低揚(yáng)程水噴射泵；3<m<7:中揚(yáng)程水噴射泵.包絡(luò)線表示了不同m值的水噴射泵對(duì)應(yīng)不同流量比u所能達(dá)到的最大揚(yáng)程比h。

（2）～曲線（面積比m為參數(shù)）水噴射泵不存在v和m，但h很大。水力損失有噴嘴損失、混合室進(jìn)口損失、混合室摩擦損失、混合損失、擴(kuò)壓室損失。圖中包絡(luò)線表示了不同值下，采用m值時(shí)所能達(dá)到的最高值。（3）面積比m為定值時(shí)的特性曲線從圖中可以看出：

，但當(dāng)達(dá)到一定值后急劇下降，揚(yáng)程比h也急劇下降。這時(shí)為臨界狀態(tài)，這時(shí)的流量比稱(chēng)為臨界流量比cr

。

對(duì)于一定面積比的水噴射泵存在相應(yīng)的極限過(guò)流能力。實(shí)際上，即使水噴射泵在臨界狀態(tài)下，工作仍然很平穩(wěn)。水射水泵的綜合無(wú)因次特性曲線3壓力對(duì)被引射液體的體積流量Qs的影響（1）排出壓力pd的影響由式(1.3—4)可知排出壓力pdh

，由～h曲線可知，h，即Qs；反之pdQs。因此，在水噴射泵運(yùn)行時(shí)應(yīng)避免排出管堵塞。（2）工作壓力pp的影響由式(1.3—4)可知工作壓力pph，由～h曲線可知，h，即Qs

；反之ppQs。當(dāng)增加到一定程度時(shí)，將達(dá)到臨界狀態(tài)，這時(shí)pp，Qs。這說(shuō)明水噴射泵存在極限流量Qcr。（3）吸入壓力ps的影響由式(1.3—4)可知工作壓力psh，由～h曲線可知，h，即Qs

；反之psQs。m值較大的泵，ps對(duì)Qs的影響也較大。4特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，工作可靠，檢修方便（沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，不易損壞）；（2）啟動(dòng)