水環(huán)泵-噴射泵

§2-4水環(huán)泵水環(huán)泵也稱液環(huán)泵(屬于容積式泵)：利用葉輪與殼體的偏心布置，葉輪旋轉(zhuǎn)時殼體中的水在離心力的作用下形成水環(huán)，使葉片間容積作周期變化以產(chǎn)生吸排作用的泵。一．水環(huán)泵的種類

1．按作用數(shù)分：單作用和雙作用。

2．按流體進(jìn)入葉輪的流向分：軸向單作用、軸向雙作用和徑向雙作用。

3．按葉輪的結(jié)構(gòu)形式分：開式和閉式、徑向葉片和前彎葉片。圖示二.水環(huán)泵的結(jié)構(gòu)原理1.基本組成：由葉輪（轉(zhuǎn)子）、泵殼（定子）、端蓋等組成。2.裝配關(guān)系：端蓋上開有兩半月牙形吸、排口。葉輪有若干徑向葉片或前彎葉片(葉片不象葉片泵的葉片能滑動)，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，積存在偏心泵殼里的液體受離心力作用，在泵殼內(nèi)形成水環(huán)（以水環(huán)作為定子）。水環(huán)、葉輪輪轂和葉片之間被圍成封閉空間。3.吸排原理：水環(huán)泵的工作原理(以單作用為例)當(dāng)葉輪回轉(zhuǎn)時，泵殼內(nèi)的工作水被帶動回轉(zhuǎn)，形成一個緊貼泵殼內(nèi)壁的水環(huán)。水環(huán)內(nèi)表面與葉輪輪轂表面及兩側(cè)蓋之間形成一個月牙形的工作腔室，并由葉片分隔成若干個互不相通的工作小腔。由于葉輪和泵殼是偏心布置，這些封閉空間的容積在回轉(zhuǎn)一周中經(jīng)歷著由小到大，又由大到小的變化，遂從端蓋上的吸、排液口進(jìn)行吸入和排出。圖示

除上述單作用水環(huán)泵外，如將泵腔做成橢圓，并將葉輪同心地安裝在橢圓形泵殼中，則葉輪每轉(zhuǎn)一周就會產(chǎn)生兩次吸、排作用，這就構(gòu)成了一雙作用水環(huán)泵。初次起動前，應(yīng)先打開引水漏斗上的旋塞，向水環(huán)泵內(nèi)灌水。4.水環(huán)泵的應(yīng)用場合：水環(huán)泵屬容積型泵，它主要用來排送氣體或氣液混合物，因具有抽真空的能力，故常用為自吸離心泵的引水裝置。三、水環(huán)泵的工作（性能）特點(diǎn)圖示1.理論流量主要取決于葉輪的尺寸和轉(zhuǎn)速。2.抽吸能力強(qiáng)。單級泵可達(dá)最高極限真空壓力為30mmHg。3.效率低。抽送氣體時約30％～50％，若抽送液體不大于20％，故一般不用來輸送液體。當(dāng)x（壓力比）=xr（臨界壓力比）時，效率最高。4.水環(huán)真空泵的流量和所能產(chǎn)生的真空度隨工作水溫增加而減小。原因是工作水溫度高水易汽化，反之則相反。5.所能達(dá)到的壓力比

x（排出與吸入絕對壓力之比）取決于葉輪的尺寸和轉(zhuǎn)速。

工作時:

當(dāng)

x≤xr（臨界壓力比）時，理論流量不變，實際流量隨x增加而減少；

當(dāng)x＞xr時，流量迅速減少；

當(dāng)x＝xmax

（極限壓力比）時，流量為0。見圖

∴無需設(shè)安全閥6.結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，工作平穩(wěn)，噪聲小，工作過程接近等溫壓縮，無直接摩擦的零部件，宜輸送易燃易爆與高溫下易分解的氣體，以及氣液混合物，但不宜輸送含顆粒雜質(zhì)的混合液。⑷轉(zhuǎn)速相同，比轉(zhuǎn)數(shù)不一定相同，ns大，n不一定高，ns小，n不一定就低。

⑸比轉(zhuǎn)數(shù)相同的泵，可能具有不同的效率。

⑹相似的泵在相似工況下，比轉(zhuǎn)數(shù)相等，但同一臺泵在不同的工況下（轉(zhuǎn)速不同）工作時比轉(zhuǎn)數(shù)并不相等。第四節(jié)

離心泵的自吸引水方法：

⑴充水啟動，船用泵一般不采用；

⑵采用泵本身結(jié)構(gòu)上的設(shè)計有特殊形狀的流道和氣水分離空間來達(dá)到自動引水；

⑶采用機(jī)械引水裝置，即設(shè)置真空泵（附設(shè)在離心泵上或設(shè)置集中式真空系統(tǒng)）一、自吸式離心泵具有汽水分離器的自吸離心泵

內(nèi)混式（循環(huán)回流量是從葉輪的進(jìn)口流入）；見下圖

外混式（循環(huán)回流的氣液混合過程，大部分在葉輪外圓周處進(jìn)行）；見下第2、3圖

帶導(dǎo)葉的自吸離心泵，原理同外混式。二、帶真空引水泵的自吸式離心泵1.附設(shè)引水泵（帶離合裝置）見下第6圖2.噴射引水泵見下第7圖噴射泵

種類：按工作流體的種類，可分為液體射流泵和氣體射流泵(噴射泵)兩種。

用途以水為工作流體的稱水噴射泵，以蒸汽為工作流體的稱蒸汽噴射泵。常用做冷凝器和海水淡化裝置等的真空泵及鍋爐給水泵、掃艙泵、艙底水泵等。第一節(jié)水射水泵1.結(jié)構(gòu)組成：噴嘴、吸入室、混合室和擴(kuò)壓室見下2圖

2.

工作原理：當(dāng)具有一定壓力的工作流體通過噴嘴以一定速度噴出時，在噴嘴出口周圍形成低壓，將被輸送介質(zhì)吸入。然后和工作流體混合，這時工作流體的速度減小，被輸送介質(zhì)的速度增加，兩股流體在喉管內(nèi)混合并進(jìn)行能量交換，從而獲得其動能和熱能(工作介質(zhì)為蒸汽的情況)，并在截面逐漸增大的擴(kuò)壓器中大部分動能轉(zhuǎn)換為壓力能，使壓力進(jìn)一步提高，最后經(jīng)排出管排出。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?。噴嘴引起的水力損失稱為噴嘴損失。

通常，由離心泵供應(yīng)工作壓力Pp為0.3～1.5MPa的工作水流，經(jīng)噴嘴射入吸入室，壓力降到吸入壓力ps，從而將壓力能轉(zhuǎn)換為動能，在噴嘴出口形成流速v1可達(dá)25～50m／s的射流。工作水體積流量QP主要取決于工作壓降（PP－PS）和噴嘴出口孔徑d1，即：

式中：φ?噴嘴的速度系數(shù)，通常取0．97。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：混合室的作用就在于使流體充分的進(jìn)行動量交換，以使其出口外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。

混合室通常做成圓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。混合室長度過短，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6～7倍。

混合室圓柱段的截面積f3與噴嘴出口的截面積f1之比稱為喉嘴面積比（簡稱面積比），用m表示。

m=圓柱段的截面積f3/噴嘴出口的截面積f1喉嘴面積比是決定噴射泵性能的最重要尺寸參數(shù)。實際應(yīng)用的水射水泵m約在0．5～25范圍內(nèi)。

噴嘴出口至混合室進(jìn)口截面的距離LC叫喉嘴距，它對水射水泵的工作性能也有較大影響。

LC太大時，由于與壁面相交前的流來太長，被引射進(jìn)入混合室的流量就太多，以致不能將其增壓到足夠的排出壓力，混合室外周就會出現(xiàn)倒流現(xiàn)象，便能量損失增加；

LC大小時，又會使混合室的有效長度縮短，不能充分進(jìn)行動量交換，以使流束的流速更趨均勻，也同樣會使能量損失增加。最佳喉嘴距太大致可按0.5m1/2選取，一般多在（0.5～2）d1范圍內(nèi)。

混合室的水力損失除混合室進(jìn)口損失、混合室摩擦損失外，最主要的是混合損失。它是速度相差很大的工作流體和被引射流體在混合過程中進(jìn)行動量交換而引起的能量損失，是噴射泵的主要能量損失之一。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5o～8°，也可采用分段擴(kuò)散，擴(kuò)散角分別為2o、4o、13o。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8°～10°時，擴(kuò)壓過程的能量損失最小。3.水射水泵的性能

水射水泵的特性曲線水射水泵的特性通常用無固次特性曲線來表示。它所使用的無因次量是：流量比u（亦稱引射系數(shù)）和揚(yáng)程比h。

流量比（引射系數(shù)）u為：u=Qs/Qp式中：Qs-被引射流體的體積流量，m3/sQp-工作流體的體積流量，m3/s

當(dāng)以質(zhì)量流量表示時，稱質(zhì)量流量比，用um表示，um=Gs／Gp揚(yáng)程比hh=H/HpH—被引射流體經(jīng)過泵后所增加的水頭，m；

Hp—工作流體與被引射流體進(jìn)泵時的水頭之差，m。

流體的位置頭和速度頭與壓力頭相比可忽略不計，當(dāng)工作流體與被引射流體是同一介質(zhì)時，揚(yáng)程比即為相對壓差。

幾種面積比m（圓柱段的截面積f3與噴嘴出口的截面積f1之比）值不同的水射水泵的無因次特性曲線（見下圖），它給出了揚(yáng)程比（相對壓差）h、效率η與流量比u（引謝系數(shù)）的關(guān)系。

對噴射泵來說，泵的效率η是指同一時間內(nèi)被引射流體所能得到的能量（有效功率）與工作流體所失去的能量（輸入功率）之比。即結(jié)論：

（1）m值較小時，泵的引射系數(shù)（流量比）較小，但所能達(dá)到的相對壓差較高，故特性曲線比較陡峭；而m值較大時，泵的引射系數(shù)較大，但其所能達(dá)到的相對壓差較小，故特性曲線比較平坦。

通常認(rèn)為m＜3屬高揚(yáng)程水噴射泵，m＞7屬低揚(yáng)程水噴射泵，m=3～7屬中揚(yáng)程水噴射泵。（2）噴射泵的效率很低。噴射泵雖不存在機(jī)械損失和容積損失，但其水力損失（包括噴嘴損失、混合室進(jìn)口損失、混合室摩擦損失、混合損失和擴(kuò)壓室損失）很大。

m值不同的噴射泵，其最佳工況的效率及各部分損失所占的比例也不同。

m值小的泵

因其引射的流體流量較小，混合損失也就相對較小，但流體在混合室和擴(kuò)壓室中的流速較大，故混合室摩擦損失、擴(kuò)壓室損失要大一些，其效率曲線比較陡峭，高效區(qū)較窄。

m值較大的泵

由于被引射的流體流量較大，混合損失較大，但其它損失相對小些，效率曲線比較平坦。

對應(yīng)不同的引射系數(shù)，存在不同的最佳m值，采用最佳m值的泵效率η最高，能達(dá)到的相對壓差也最大。

在圖下部由虛線所畫出的包絡(luò)線，即表示水射水泵在不同引射系數(shù)下采用最佳m值時所能達(dá)到的最高效率。

m=3～5的水射水泵可達(dá)到的效率較高，其中以m=4的水射水泵在u=1時的效率最高。

表5－1給出幾種m值不同的泵的效率及各項功率損失在總輸入功率中所占的百分比。

水射水泵的實測無因次特性曲線（圖示泵的m值為6.25）表明，當(dāng)泵所造成的揚(yáng)程比h降低到一定程度后，泵的流量比u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ucr表示。相應(yīng)的揚(yáng)程比稱臨界揚(yáng)程比，用hcr表示。

上述現(xiàn)象表明尺寸既定的噴射泵存在相應(yīng)的極限過流能力。實踐表明，水射水泵即使長期在臨界揚(yáng)程比下工作，仍很平穩(wěn)，并無汽蝕破壞產(chǎn)生。4．工作參數(shù)變化對水射水泵流量的影響

（1）當(dāng)其它條件不變時，如果泵的排出壓力pd增加，泵的揚(yáng)程比h即增大，由性能曲線可見，泵的流量比u相應(yīng)減小，即泵的吸入流量QS就會減小。反之亦然；但QS增大到達(dá)到了臨界流量比ucr，則QS將不會再增加。所以，在管理水噴射泵時應(yīng)防止排出管路阻塞和單向閥卡死，避免排出壓力過高而導(dǎo)致流量減小。（2）當(dāng)其它條件不變時，如工作壓力PP降低，則揚(yáng)程比h增大，流量比u減小，這時工作水流量QP也減小，故吸入流量QS就會迅速減小。反之亦然，但當(dāng)QS增大到一定程度時，會達(dá)到極限過流能力。這時工作壓力PP若進(jìn)一步增大，雖會使工作水流量QP增加，但ucr卻會減小，也就是說，一臺泵所能達(dá)到的極限流量QS=QP·ucr基本不變。（3）當(dāng)其它條件不變時，如吸入壓力Ps降低，則揚(yáng)程比h增大，這時流量比u減小，即吸入流量QS減小。反之亦然。

m值較大的泵，壓力參數(shù)變化對泵流量的影響較大。

5.噴射泵特點(diǎn)1）噴射泵內(nèi)沒有運(yùn)動部件，因此結(jié)構(gòu)簡單，重量、尺寸較小，而且起動迅速，工作可靠，無需特殊保養(yǎng),安裝維護(hù)方便.2）密封性好,

自吸能力強(qiáng)，能造成很高的吸入真空度。無需裝設(shè)安全閥。3）可抽吸含有雜質(zhì)的液體，而且各種有壓能源(如廢水、廢氣等)都可直接用來作為它的工作流體，從而提高了它的經(jīng)濟(jì)效果。被水浸沒也能工作。4）射流泵內(nèi)兩股流體混合時產(chǎn)生較大的能量損失，因此，射流泵的傳能效率較低。但射流泵的使用方式不同，其效率也不同。在有些場合下，它的效率并不顯低。新近發(fā)展起來的多股射流、多級射流、脈沖射流等新型射流泵，其傳能效率均有所提高。6.

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)工作流體與被輸送流體的溫度不易過高；4)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；5)注意噴嘴、混合室與擴(kuò)壓室三者間的同心度；6)噴嘴出口截面沖蝕變大后要及時換新。第二節(jié)其它噴射器

一.水射抽氣器

水射抽氣器是以壓力通常為0．25～0．4MPa的水為工作流體，用來抽除空氣或空氣與水蒸氣的混合物。當(dāng)用來產(chǎn)生真空時，亦稱為水射真空泵。水射抽氣器的工作流體和被引射流體的密度相差懸殊，為能提高被引射氣體的質(zhì)量流量，有些水射抽氣器