1、船 舶 輔 機(jī),船舶輔機(jī)教研室,船用泵與空氣壓縮機(jī),Marine Pumps and Air Compressors,第一篇,第五章 旋渦泵 vortex pump,一、閉式漩渦泵,二、開式漩渦泵,第一節(jié) 漩渦泵結(jié)構(gòu)和工作原理,第二節(jié) 漩渦泵性能和特點(diǎn),閉式葉輪,開式葉輪,葉輪,葉輪,開式流道,普通開式流道,流道兩端不直接與進(jìn)、排口相通,向心開式流道,閉式流道,普通開式流道效率高，閉式流道效率低！ Why？,一、閉式漩渦泵,采用閉式葉輪*、開式流道#。 ：葉片部分設(shè)有中間隔板或端蓋板。 #：兩端或一端直通吸排口的流道。,液體流動形成縱向漩渦，液體運(yùn)動軌跡是圓周運(yùn)動和縱向漩渦的疊加：對泵殼是前進(jìn)

2、螺線；對葉輪式后退螺線?？傮w看相當(dāng)于多級離心泵。,1葉輪、2泵體、3泵蓋、 4流道、5平衡孔、6隔舌,環(huán)形流道中液體的圓周速度小于葉輪的圓周速度，使得流道中液體產(chǎn)生的離心力小于葉輪中液體的離心力，液體就會從葉片間甩出，迫使流道中的液體產(chǎn)生向心流動，再次從葉片根部進(jìn)入葉片之間形成了縱向旋渦（螺旋線）,縱向旋渦,工作原理,相對葉輪是后退螺旋線；相對泵殼是前進(jìn)螺旋線。,縱向旋渦,縱向旋渦越強(qiáng)，液體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入葉輪的次數(shù)越多，泵所能產(chǎn)生的揚(yáng)程就越高。 縱向旋渦的強(qiáng)弱與葉輪內(nèi)液體和流道內(nèi)液體的離心力之差有關(guān)，也與流動阻力大小有關(guān)，即與葉片和流道的形狀及葉片的數(shù)目有關(guān)。,閉式旋渦泵特點(diǎn) 1）效率較高，可達(dá)35

3、45。 2）但因這種泵入口處的液流是從葉輪外緣進(jìn)入葉間，該處圓周速度較大，且液流情況復(fù)雜，速度分布不均，故閉式旋渦泵汽蝕性能差，汽蝕余量必須大一些。 3）泵吸入氣體時，氣體密度小，會聚集在葉片的根部，以致在轉(zhuǎn)到流道出口時不易排出，又經(jīng)過隔舌被帶回吸入端，故閉式旋渦泵一般不能抽送氣液混合物，也無自吸能力。,4）要使其能夠自吸，必須在排出端設(shè)氣液分離室，并設(shè)回液口使分離室中分離出來的液體能在排出端擠入葉片根部驅(qū)趕氣體，然后又被帶回吸入端重新裹攜氣。 5）閉式旋渦泵多為單級或二級。,二、開式漩渦泵,1吸入口，2排出口， 3葉輪，4流道,帶閉式流道,1）液流進(jìn)入葉輪處葉片的圓周速度較小，汽蝕性能比閉式

4、旋渦泵好。 2）采用閉式流道的開式旋渦泵只要將吸、排口朝上安裝，并在初次起動前向泵內(nèi)灌滿液體，就具有自吸和抽送氣液混合物的能力。 3）采用閉式流道雖然能夠排送氣體和提高泵的自吸能力，但因液體必須在排出口處急劇地改變運(yùn)動方向，并克服離心力做功，故能量損失較大，以致使泵的總效率僅為2027。,開式旋渦泵特點(diǎn)：,4）開式旋渦泵也可以采用吸入端為閉式，排出端為普通開式的流道，以保持較高的效率，但這會使它失去自吸能力。 5）為了既保持自吸能力，同時又盡量減少排出端的水力損失，可采用向心開式流道的形式，這樣泵的效率可提高到2735。,帶向心開式流道,或者是采用開式流道并附加輔助閉式流道，即在主流道的排出端

5、讓大部分液體從排出口a排出，而使其余的一部分液體進(jìn)入輔助閉式流道c，以便讓這部分液體能夠在輔流道的末端進(jìn)人葉片間，把氣體從泵體側(cè)面與壓出室相通的氣體壓出口b排出。 6）開式旋渦泵可做成單級，也可做成徑向剖分的分段式多級，最多可至6級。,帶開式流道及附加輔助閉式流道,漏泄 開、閉式旋渦泵內(nèi)部的漏泄途徑主要是葉輪端面與泵體和泵蓋之間的軸向間隙，其次是葉輪外圓與隔舌之間的徑向間隙。,第二節(jié)旋渦泵的性能特點(diǎn),一、旋渦泵的性能1、流量和揚(yáng)程,旋渦泵的額定流量： Q=cA=KQuA c：液體在流道中的平均圓周速度m/s； KQ：流量系數(shù)； u：葉輪在流道截面重心處的圓周速度m/s； A：流道截面積m2;,

6、旋渦泵的額定揚(yáng)程： H=KH(u2/2g) KH ：揚(yáng)程系數(shù) 所能產(chǎn)生的揚(yáng)程H與葉輪的直徑和轉(zhuǎn)速成正比。,旋渦泵與離心泵的比較： 旋渦泵的揚(yáng)程大于離心泵，效率低于離心泵。,2、特性曲線,液體在流道中的圓周速度越小(流量越?。?，縱向旋渦越強(qiáng)，泵的壓頭也就越高；反之相反。,當(dāng)排量為零時，液體在流道內(nèi)的平均圓周速度c亦為零，此時，從葉片間甩出的液體與流道內(nèi)的液體在速度差達(dá)到最大值，液體的動量交換最劇烈，所獲得的能量及壓頭亦達(dá)到最大值，但因無輸出，故功率皆化為熱。 當(dāng)排量達(dá)到最大時，從葉片間甩出的液體與流道內(nèi)液體的速度差甚小，液體間的動量交換很小，產(chǎn)生的壓頭亦低。也即Q大，液體在流道內(nèi)的圓周速度就大，

7、減弱了形成縱向旋渦的能力，所以H低。,HQ,Q,PQ,3、徑向力和軸向力 徑向力時刻存在；軸向力理論上不存在，單側(cè)流道則存在。,二、旋渦泵的特點(diǎn)（和離心泵比較） （1）流量小，揚(yáng)程高，比轉(zhuǎn)?。?（2）揚(yáng)程、功率曲線陡降，應(yīng)開排出閥啟動，不能節(jié)流調(diào)節(jié)，需要調(diào)節(jié)流量時如不能用變速調(diào)節(jié)法，宜采用回流調(diào)節(jié)法。 （3）效率低，適用功率?。凰π蕵O低。,（4） 閉式旋渦泵不具有自吸能力，但可借助于簡單裝設(shè)氣水分離室來實現(xiàn)自吸。開式旋渦泵具有自吸能力，但初次使用泵內(nèi)部必須灌滿液體。 （5）氣蝕性能較差； （6）不宜含固體顆?；蝠ざ冗^大的液體。,離心旋渦泵：,第一級：離心葉輪，必需汽蝕余量小，汽蝕性好,第二

8、級：漩渦葉輪，揚(yáng)程高又能自吸。,常用作日用海水泵、日用淡水泵等。,例.開式旋渦泵是指（ ） A.泵與電機(jī)不在同一殼體內(nèi)； B.流道兩端直通吸口或排口； C.葉輪中間無隔板或端蓋板； D.流道有一端直通吸口或排口；,例.旋渦泵（ ）情況可能存在 A.閉式葉輪配閉式流道； B.開式葉輪配閉式流道； C.開式葉輪配開式流道； D.或；,例.旋渦泵中效率最差的是（ ），效率最好的是（）。 A.閉式流道； B.普通開式流道； C.向心開式流道； D.開式流道加輔助閉式流道；,例.旋渦泵的額定揚(yáng)程與（ ）關(guān)系不大 A.葉輪直徑； B.轉(zhuǎn)速； C.流道截面積； D.葉片數(shù)目；,例.旋渦泵運(yùn)轉(zhuǎn)時關(guān)小排出閥（

9、） A.功率增大，揚(yáng)程減?。?B.與相反； C.功率增大，揚(yáng)程提高； D.與相反；,例.旋渦泵與離心泵相比（ ） A.必需氣蝕余量??； B.效率較高； C.比較容易實現(xiàn)自吸； D.適用功率范圍較大；,例.離心旋渦泵的目的是（ ） A.增加排出壓頭； B.提高效率； C.改善吸入性能； D.；,噴射泵,第一節(jié) 水射水泵 一、水射水泵的結(jié)構(gòu)和工作原理,Ejector,Jet Pump,圖61水射水泵 1噴嘴primary nozzle，2吸入室inhale chamber， 3混合室mixchamber或喉管，4擴(kuò)壓室diffuser,噴嘴： 噴嘴采用收縮圓錐形、流線形和孔板等形式，出口處有一圓柱

10、段長度為噴孔直徑的0.25倍，使射流從噴嘴噴出時保持一定的方向。 噴嘴的作用是把工作水流的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽堋?噴嘴引起的水力損失稱為噴嘴損失。,吸入室:噴嘴后的射流流束由于其外圍部分逐漸與周圍介質(zhì)摻混，使保持V1流速的流核區(qū)逐漸縮小，以至最終消失，形同收縮的圓錐體；與此同時，流束的邊界層在射流方向則逐漸擴(kuò)大，使流束形成擴(kuò)張的圓錐體。邊界層的流束在內(nèi)表面處與流核區(qū)的流速相同，并沿徑向遞減，在其外表面處則與周圍介質(zhì)的流速相等。當(dāng)這圓錐體狀的流束與混合室的壁面相遇后，流束的橫截面積就不再擴(kuò)大。這時，橫截面上的流束分布很不均勻。,混合室(又稱喉管)：混合室的作用在于使流體充分的進(jìn)行動量交換，使其出口外

11、的液流速度盡可能趨于均勻。實驗表明，進(jìn)入擴(kuò)壓室時的液流速度越均勻，擴(kuò)壓室中的能量損失就越小?；旌鲜彝ǔＷ龀蓤A柱形或者是圓錐形與圓柱形的組合形式。 當(dāng)混合室進(jìn)口部分做成圓錐形時，其進(jìn)口能量損失最小?；旌鲜议L度過短，會使出口速度不均，這樣，擴(kuò)壓室中的流動損失就會增大；而混合室長度過長，不僅沒有必要，還會使摩擦損失增加?；旌鲜业拈L度通常為其圓柱段直徑線的610倍。,擴(kuò)壓室又稱擴(kuò)散室 ： 擴(kuò)壓室一般采用一段均勻擴(kuò)散的錐管，擴(kuò)散角為810，也可采用分段擴(kuò)散，擴(kuò)散角分別為2、4、13。它的作用是使液流在其中降低流速，增加壓力，從而將動能轉(zhuǎn)換為壓力能。實驗證明，擴(kuò)壓室的擴(kuò)張角做成810時，擴(kuò)壓過程的能量損失

12、最小。,二、水射水泵的性能,1. 特性曲線,水射水泵的特性用無因次特性曲線表示。使用無因次量是：流量比(因射系數(shù))、揚(yáng)程比。,體積流量比： 質(zhì)量流量比： 揚(yáng)程比：,工作流體與被引射流體相同時：,效率,1）m值較小時，較小，h較高，特性曲線比較陡峭，反之相反； 2）噴射泵的效率很低。 m值不同，泵的最佳工況的效率及各部分損失所占的比例也不同。,當(dāng)泵揚(yáng)程比h降低到一定程度后，泵的流量比就不再增加，同時效率也急劇下降，這時泵的流量比稱為臨界流量比（或臨界噴射系數(shù)），用cr表示。相應(yīng)的揚(yáng)程比稱臨界揚(yáng)程比，用hcr表示。,圖63水射水泵的實測無因次特性曲線（m6.25）,3. 噴射泵的特點(diǎn),(1)效率較

13、低； 存在大量損失，包括噴嘴損失、混合室進(jìn)口損失、混合室摩擦損失和混合損失、擴(kuò)壓損失。中高m，混合損失大，低m擴(kuò)壓損失大。,(2)結(jié)構(gòu)簡單，體積??；,(3)無運(yùn)動部件，工作可靠，壽命長；,(4)吸入性能好(自吸能力強(qiáng))。,(5)可運(yùn)送污濁液體。,4、管理要點(diǎn),1)工作流體的壓力要適中； 2)排出口背壓不能過大； 3)吸入壓力不能太低； 4)工作流體與被輸送流體的溫度不宜過高； 5)噴嘴出口至混合室口的距離要合適。過大使引射量太多，以至排不出去；過小使引射量減少，泵效率降低；,6)注意噴嘴、混合室與擴(kuò)壓室三者間的同心度； 7)噴嘴出口截面沖蝕變大后要及時換新。,一、水射抽氣器,二、蒸汽噴射器和空氣噴射器,第二節(jié) 其它噴射器,工作流體是水，抽送空氣或空氣與水蒸氣的混合物。用來產(chǎn)生真空時，稱為水射真空泵。常為多噴嘴結(jié)構(gòu)，提高被引射流體質(zhì)量流量。,m小真空度高，流量比?。?m大真空度低，流量比大； 水蒸發(fā)，與溫度有關(guān)。,水射抽氣器,二、蒸汽噴射器和空氣噴射器,蒸汽射水器,蒸汽噴射器使用過熱蒸汽(過熱度1020C)。蒸汽噴射器常用作蒸汽動力裝置的抽氣器。蒸汽與水應(yīng)有足夠溫差 空