船用泵-旋涡泵-喷射泵

1、船 舶 辅 机,船舶辅机教研室,船用泵与空气压缩机,Marine Pumps and Air Compressors,第一篇,第五章 旋涡泵 vortex pump,一、闭式漩涡泵,二、开式漩涡泵,第一节 漩涡泵结构和工作原理,第二节 漩涡泵性能和特点,闭式叶轮,开式叶轮,叶轮,叶轮,开式流道,普通开式流道,流道两端不直接与进、排口相通,向心开式流道,闭式流道,普通开式流道效率高，闭式流道效率低！ Why？,一、闭式漩涡泵,采用闭式叶轮*、开式流道#。 ：叶片部分设有中间隔板或端盖板。 #：两端或一端直通吸排口的流道。,液体流动形成纵向漩涡，液体运动轨迹是圆周运动和纵向漩涡的叠加：对泵壳是前进

2、螺线；对叶轮式后退螺线。总体看相当于多级离心泵。,1叶轮、2泵体、3泵盖、 4流道、5平衡孔、6隔舌,环形流道中液体的圆周速度小于叶轮的圆周速度，使得流道中液体产生的离心力小于叶轮中液体的离心力，液体就会从叶片间甩出，迫使流道中的液体产生向心流动，再次从叶片根部进入叶片之间形成了纵向旋涡（螺旋线）,纵向旋涡,工作原理,相对叶轮是后退螺旋线；相对泵壳是前进螺旋线。,纵向旋涡,纵向旋涡越强，液体质点进入叶轮的次数越多，泵所能产生的扬程就越高。 纵向旋涡的强弱与叶轮内液体和流道内液体的离心力之差有关，也与流动阻力大小有关，即与叶片和流道的形状及叶片的数目有关。,闭式旋涡泵特点 1）效率较高，可达35

3、45。 2）但因这种泵入口处的液流是从叶轮外缘进入叶间，该处圆周速度较大，且液流情况复杂，速度分布不均，故闭式旋涡泵汽蚀性能差，汽蚀余量必须大一些。 3）泵吸入气体时，气体密度小，会聚集在叶片的根部，以致在转到流道出口时不易排出，又经过隔舌被带回吸入端，故闭式旋涡泵一般不能抽送气液混合物，也无自吸能力。,4）要使其能够自吸，必须在排出端设气液分离室，并设回液口使分离室中分离出来的液体能在排出端挤入叶片根部驱赶气体，然后又被带回吸入端重新裹携气。 5）闭式旋涡泵多为单级或二级。,二、开式漩涡泵,1吸入口，2排出口， 3叶轮，4流道,带闭式流道,1）液流进入叶轮处叶片的圆周速度较小，汽蚀性能比闭式

4、旋涡泵好。 2）采用闭式流道的开式旋涡泵只要将吸、排口朝上安装，并在初次起动前向泵内灌满液体，就具有自吸和抽送气液混合物的能力。 3）采用闭式流道虽然能够排送气体和提高泵的自吸能力，但因液体必须在排出口处急剧地改变运动方向，并克服离心力做功，故能量损失较大，以致使泵的总效率仅为2027。,开式旋涡泵特点：,4）开式旋涡泵也可以采用吸入端为闭式，排出端为普通开式的流道，以保持较高的效率，但这会使它失去自吸能力。 5）为了既保持自吸能力，同时又尽量减少排出端的水力损失，可采用向心开式流道的形式，这样泵的效率可提高到2735。,带向心开式流道,或者是采用开式流道并附加辅助闭式流道，即在主流道的排出端

5、让大部分液体从排出口a排出，而使其余的一部分液体进入辅助闭式流道c，以便让这部分液体能够在辅流道的末端进人叶片间，把气体从泵体侧面与压出室相通的气体压出口b排出。 6）开式旋涡泵可做成单级，也可做成径向剖分的分段式多级，最多可至6级。,带开式流道及附加辅助闭式流道,漏泄 开、闭式旋涡泵内部的漏泄途径主要是叶轮端面与泵体和泵盖之间的轴向间隙，其次是叶轮外圆与隔舌之间的径向间隙。,第二节旋涡泵的性能特点,一、旋涡泵的性能1、流量和扬程,旋涡泵的额定流量： Q=cA=KQuA c：液体在流道中的平均圆周速度m/s； KQ：流量系数； u：叶轮在流道截面重心处的圆周速度m/s； A：流道截面积m2;,

6、旋涡泵的额定扬程： H=KH(u2/2g) KH ：扬程系数 所能产生的扬程H与叶轮的直径和转速成正比。,旋涡泵与离心泵的比较： 旋涡泵的扬程大于离心泵，效率低于离心泵。,2、特性曲线,液体在流道中的圆周速度越小(流量越小），纵向旋涡越强，泵的压头也就越高；反之相反。,当排量为零时，液体在流道内的平均圆周速度c亦为零，此时，从叶片间甩出的液体与流道内的液体在速度差达到最大值，液体的动量交换最剧烈，所获得的能量及压头亦达到最大值，但因无输出，故功率皆化为热。 当排量达到最大时，从叶片间甩出的液体与流道内液体的速度差甚小，液体间的动量交换很小，产生的压头亦低。也即Q大，液体在流道内的圆周速度就大，

7、减弱了形成纵向旋涡的能力，所以H低。,HQ,Q,PQ,3、径向力和轴向力 径向力时刻存在；轴向力理论上不存在，单侧流道则存在。,二、旋涡泵的特点（和离心泵比较） （1）流量小，扬程高，比转小； （2）扬程、功率曲线陡降，应开排出阀启动，不能节流调节，需要调节流量时如不能用变速调节法，宜采用回流调节法。 （3）效率低，适用功率小；水力效率极低。,（4） 闭式旋涡泵不具有自吸能力，但可借助于简单装设气水分离室来实现自吸。开式旋涡泵具有自吸能力，但初次使用泵内部必须灌满液体。 （5）气蚀性能较差； （6）不宜含固体颗粒或黏度过大的液体。,离心旋涡泵：,第一级：离心叶轮，必需汽蚀余量小，汽蚀性好,第二

8、级：漩涡叶轮，扬程高又能自吸。,常用作日用海水泵、日用淡水泵等。,例.开式旋涡泵是指（ ） A.泵与电机不在同一壳体内； B.流道两端直通吸口或排口； C.叶轮中间无隔板或端盖板； D.流道有一端直通吸口或排口；,例.旋涡泵（ ）情况可能存在 A.闭式叶轮配闭式流道； B.开式叶轮配闭式流道； C.开式叶轮配开式流道； D.或；,例.旋涡泵中效率最差的是（ ），效率最好的是（）。 A.闭式流道； B.普通开式流道； C.向心开式流道； D.开式流道加辅助闭式流道；,例.旋涡泵的额定扬程与（ ）关系不大 A.叶轮直径； B.转速； C.流道截面积； D.叶片数目；,例.旋涡泵运转时关小排出阀（

9、） A.功率增大，扬程减小； B.与相反； C.功率增大，扬程提高； D.与相反；,例.旋涡泵与离心泵相比（ ） A.必需气蚀余量小； B.效率较高； C.比较容易实现自吸； D.适用功率范围较大；,例.离心旋涡泵的目的是（ ） A.增加排出压头； B.提高效率； C.改善吸入性能； D.；,喷射泵,第一节 水射水泵 一、水射水泵的结构和工作原理,Ejector,Jet Pump,图61水射水泵 1喷嘴primary nozzle，2吸入室inhale chamber， 3混合室mixchamber或喉管，4扩压室diffuser,喷嘴： 喷嘴采用收缩圆锥形、流线形和孔板等形式，出口处有一圆柱

10、段长度为喷孔直径的0.25倍，使射流从喷嘴喷出时保持一定的方向。 喷嘴的作用是把工作水流的压力能转变为动能。 喷嘴引起的水力损失称为喷嘴损失。,吸入室:喷嘴后的射流流束由于其外围部分逐渐与周围介质掺混，使保持V1流速的流核区逐渐缩小，以至最终消失，形同收缩的圆锥体；与此同时，流束的边界层在射流方向则逐渐扩大，使流束形成扩张的圆锥体。边界层的流束在内表面处与流核区的流速相同，并沿径向递减，在其外表面处则与周围介质的流速相等。当这圆锥体状的流束与混合室的壁面相遇后，流束的横截面积就不再扩大。这时，横截面上的流束分布很不均匀。,混合室(又称喉管)：混合室的作用在于使流体充分的进行动量交换，使其出口外

11、的液流速度尽可能趋于均匀。实验表明，进入扩压室时的液流速度越均匀，扩压室中的能量损失就越小。混合室通常做成圆柱形或者是圆锥形与圆柱形的组合形式。 当混合室进口部分做成圆锥形时，其进口能量损失最小。混合室长度过短，会使出口速度不均，这样，扩压室中的流动损失就会增大；而混合室长度过长，不仅没有必要，还会使摩擦损失增加。混合室的长度通常为其圆柱段直径线的610倍。,扩压室又称扩散室 ： 扩压室一般采用一段均匀扩散的锥管，扩散角为810，也可采用分段扩散，扩散角分别为2、4、13。它的作用是使液流在其中降低流速，增加压力，从而将动能转换为压力能。实验证明，扩压室的扩张角做成810时，扩压过程的能量损失

12、最小。,二、水射水泵的性能,1. 特性曲线,水射水泵的特性用无因次特性曲线表示。使用无因次量是：流量比(因射系数)、扬程比。,体积流量比： 质量流量比： 扬程比：,工作流体与被引射流体相同时：,效率,1）m值较小时，较小，h较高，特性曲线比较陡峭，反之相反； 2）喷射泵的效率很低。 m值不同，泵的最佳工况的效率及各部分损失所占的比例也不同。,当泵扬程比h降低到一定程度后，泵的流量比就不再增加，同时效率也急剧下降，这时泵的流量比称为临界流量比（或临界喷射系数），用cr表示。相应的扬程比称临界扬程比，用hcr表示。,图63水射水泵的实测无因次特性曲线（m6.25）,3. 喷射泵的特点,(1)效率较

13、低； 存在大量损失，包括喷嘴损失、混合室进口损失、混合室摩擦损失和混合损失、扩压损失。中高m，混合损失大，低m扩压损失大。,(2)结构简单，体积小；,(3)无运动部件，工作可靠，寿命长；,(4)吸入性能好(自吸能力强)。,(5)可运送污浊液体。,4、管理要点,1)工作流体的压力要适中； 2)排出口背压不能过大； 3)吸入压力不能太低； 4)工作流体与被输送流体的温度不宜过高； 5)喷嘴出口至混合室口的距离要合适。过大使引射量太多，以至排不出去；过小使引射量减少，泵效率降低；,6)注意喷嘴、混合室与扩压室三者间的同心度； 7)喷嘴出口截面冲蚀变大后要及时换新。,一、水射抽气器,二、蒸汽喷射器和空气喷射器,第二节 其它喷射器,工作流体是水，抽送空气或空气与水蒸气的混合物。用来产生真空时，称为水射真空泵。常为多喷嘴结构，提高被引射流体质量流量。,m小真空度高，流量比小； m大真空度低，流量比大； 水蒸发，与温度有关。,水射抽气器,二、蒸汽喷射器和空气喷射器,蒸汽射水器,蒸汽喷射器使用过热蒸汽(过热度1020C)。蒸汽喷射器常用作蒸汽动力装置的抽气器。蒸汽与水应有足够温差 空