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。單級泵可達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

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x＞xr時，流量迅速減少；

當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到自動引水；

⑶采用機械引水裝置，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行）；見下第2、3圖

帶導葉的自吸離心泵，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、混合室和擴壓室見下2圖

2.

工作原理：當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壓器中大部分動能轉(zhuǎn)換為壓力能，使壓力進一步提高，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)閯幽堋娮煲鸬乃p失稱為噴嘴損失。

通常，由離心泵供應工作壓力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大，使流束形成擴張的圓錐體。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，進入擴壓室時的液流速度越均勻，擴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。當混合室進口部分做成圓錐形時，其進口能量損失最小。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。擴壓室又稱擴散室

：

擴壓室一般采用一段均勻擴散的錐管，擴散角為5o～8°，也可采用分段擴散，擴散角分別為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，擴壓室的擴張角做成8°～10°時，擴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

當以質(zhì)量流量表示時，稱質(zhì)量流量比，用um表示，um=Gs／Gp揚程比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，當工作流體與被引射流體是同一介質(zhì)時，揚程比即為相對壓差。

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，但其所能達到的相對壓差較小，故特性曲線比較平坦。

通常認為m＜3屬高揚程水噴射泵，m＞7屬低揚程水噴射泵，m=3～7屬中揚程水噴射泵。（2）噴射泵的效率很低。噴射泵雖不存在機械損失和容積損失，但其水力損失（包括噴嘴損失、混合室進口損失、混合室摩擦損失、混合損失和擴壓室損失）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壓室中的流速較大，故混合室摩擦損失、擴壓室損失要大一些，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值時所能達到的最高效率。

m=3～5的水射水泵可達到的效率較高，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，當泵所造成的揚程比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。相應的揚程比稱臨界揚程比，用hcr表示。

上述現(xiàn)象表明尺寸既定的噴射泵存在相應的極限過流能力。實踐表明，水射水泵即使長期在臨界揚程比下工作，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）當其它條件不變時，如果泵的排出壓力pd增加，泵的揚程比h即增大，由性能曲線可見，泵的流量比u相應減小，即泵的吸入流量QS就會減小。反之亦然；但QS增大到達到了臨界流量比ucr，則QS將不會再增加。所以，在管理水噴射泵時應防止排出管路阻塞和單向閥卡死，避免排出壓力過高而導致流量減小。（2）當其它條件不變時，如工作壓力PP降低，則揚程比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QS增大到一定程度時，會達到極限過流能力。這時工作壓力PP若進一步增大，雖會使工作水流量QP增加，但ucr卻會減小，也就是說，一臺泵所能達到的極限流量QS=QP·ucr基本不變。（3）當其它條件不變時，如吸入壓力Ps降低，則揚程比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1）噴射泵內(nèi)沒有運動部件，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),安裝維護方便.2）密封性好,

自吸能力強，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