水环泵-喷射泵

3.水射水泵的性能
水射水泵的特性曲线
水射水泵的特性通常用无固次特性曲 线来表示。它所使用的无因次量是：流量比 u（亦称引射系数） 和扬程比 h。
流量比 （引射系数）u 为：
u = Qs /Q p
式中：Qs - 被引射流体的体积流量，m3/s Q p - 工作流体的体积流量， m3/s 当以质量流量表示时，称质量流量比，用um表示， um= Gs／Gp
喷射泵
种 类：按工作流体的种类，可分为液体射流泵和气体
射流泵(喷射泵)两种。 用 途以水为工作流体的称水喷射泵，以蒸汽为工作流 体的称蒸汽喷射泵。常用做冷凝器和海水淡化装臵等的 真空泵及锅炉给水泵、扫舱泵、舱底水泵等。
第一节 水射水泵 1. 结构组成：喷嘴、吸入室、混合室和扩压室见下2图 2. 工作原理：当具有一定压力的工作流体通过喷嘴以
5.喷 射 泵特 点
1 ）喷射泵内没有运动部件，因此结构简单，重量、尺 寸较小，而且起动迅速，工作可靠，无需特殊保养 , 安 装维护方便. 2 ）密封性好 , 自吸能力强，能造成很高的吸入真空度。 无需装设安全阀。 3）可抽吸含有杂质的液体，而且各种有压能源 (如废水、 废气等 ) 都可直接用来作为它的工作流体，从而提高了 它的经济效果。被水浸没也能工作。 4 ）射流泵内两股流体混合时产生较大的能量损失，因 此，射流泵的传能效率较低。但射流泵的使用方式不同， 其效率也不同。在有些场合下，它的效率并不显低。新 近发展起来的多股射流、多级射流、脉冲射流等新型射 流泵，其传能效率均有所提高。
（2）喷射泵的效率很低。喷射泵虽不存在机械损失和 容积损失，但其水力损失（包括喷嘴损失、混合室进 口损失、混合室摩擦损失、混合损失和扩压室损失） 很大。
m值不同的喷射泵，其最佳工况的效率及各部分损 失所占的比例也不同。 m值小的泵 因其引射的流体流量较小，混合损失 也就相对较小，但流体在混合室和扩压室中的流速较 大，故混合室摩擦损失、扩压室损失要大一些，其效 率曲线比较陡峭，高效区较窄。 m值较大的泵 由于被引射的流体流量较大，混合 损失较大，但其它损失相对小些，效率曲线比较平坦。 对应不同的引射系数，存在不同的最佳m值，采用 最佳m值的泵效率η最高，能达到的相对压差也最大。
混合室圆柱段的截面积f3与喷嘴出口的截面积f1 之比称为喉嘴面积比（简称面积比），用m表示。
m =圆柱段的截面积f3 /喷嘴出口的截面积f1
喉嘴面积比是决定喷射泵性能的最重要尺寸参数。 实际应用的水射水泵m约在0．5～25范围内。
喷嘴出口至混合室进口截面的距离LC叫喉嘴距，它 对水射水泵的工作性能也有较大影响。 LC太大时，由于与壁面相交前的流来太长，被引 射进入混合室的流量就太多，以致不能将其增压到足 够的排出压力，混合室外周就会出现倒流现象，便能 量损失增加； LC大小时，又会使混合室的有效长度缩短，不能 充分进行动量交换，以使流束的流速更趋均匀，也同 样会使能量损失增加。最佳喉嘴距太大致可按0.5m1/2 选取，一般多在（0.5～2）d1范围内。
3.吸排原理：水环泵的工作原理(以单作用为例)当叶
轮回转时，泵壳内的工作水被带动回转，形成一个紧 贴泵壳内壁的水环。水环内表面与叶轮轮毂表面及两 侧盖之间形成一个月牙形的工作腔室，并由叶片分隔 成若干个互不相通的工作小腔。由于叶轮和泵壳是偏 心布臵，这些封闭空间的容积在回转一周中经历着由 小到大，又由大到小的变化，遂从端盖上的吸、排液 口进行吸入和排出。图示 除上述单作用水环泵外，如将泵腔做成椭圆，并将 叶轮同心地安装在椭圆形泵壳中，则叶轮每转一周就 会产生两次吸、排作用，这就构成了一 双作用水环泵。 初次起动前，应先打开引水漏斗上的旋塞，向水环泵 内灌水。
对喷射泵来说，泵的效率η是指同一时间内被引射 流体所能得到的能量（有效功率）与工作流体所失去 的能量（输入功率）之比。即
结论：
（1）m值较小时，泵的引射系数（流量比）较小，但 所能达到的相对压差较高，故特性曲线比较陡峭；而 m 值较大时，泵的引射系数较大，但其所能达到的相对 压差较小，故特性曲线比较平坦。 通常认为m＜3属高扬程水喷射泵，m＞7属低扬程 水喷射泵，m=3～7属中扬程水喷射泵。
⑷ 转速相同，比转数不一定相同，ns大，n不一定高， ns小，n不一定就 低。 ⑸ 比转数相同的泵，可能具有不同的效率。 ⑹ 相似的泵在相似工况下，比转数相等，但同一台泵 在不同的工况下（转速不同）工作时比转数并不相等。
第四节 离心泵的自吸
引水方法：
⑴ 充水启动，船用泵一般不采用； ⑵ 采用泵本身结构上的设计有特殊形状的流道和气水 分离空间来达到自动引水； ⑶ 采用机械引水装置，即设置真空泵（附设在离心泵 上或设置集中式真空系统）
4.水环泵的应用场合：水环泵属容积型泵，它主要 用来排送气体或气液混合物，因具有抽真空的能 力，故常用为自吸离心泵的引水装置。
三、水环泵的工作（性能）特点 图示
1. 理论流量主要取决于叶轮的尺寸和转速。 2. 抽 吸 能 力 强 。 单 级 泵 可 达 最 高 极 限 真 空 压 力 为 30mmHg。 3. 效率低。抽送气体时约 30％～ 50％，若抽送液体不大 于20％，故一般不用来输送液体。 当 x （压力比） = xr （临界压力比）时，效率最高。 4. 水环真空泵的流量和所能产生的真空度随工作水温增 加而减小。原因是工作水温度高水易汽化，反之则相反。
混合室 又称喉管：混合室的作用就在于使流体充分
的进行动量交换，以使其出口外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6～7 倍。
5. 所能达到的压力比 x（排出与吸入绝对压力 之比）取决于叶轮的尺寸和转速。
工作时: 当 x≤xr（临界压力比）时，理论流量不变，实际 流量随x增加而减少； 当 x ＞ xr 时，流量迅速减少； 当x ＝xmax （极限压力比）时，流量为0。见图 ∴无需设安全阀
6. 结构简单，维护方便，工作平稳，噪声小， 工作过程接近等温压缩，无直接摩擦的零部件， 宜输送易燃易爆与高温下易分解的气体，以及 气液混合物，但不宜输送含颗粒杂质的混合液。
扬程比h
h = H/ Hp
H—被引射流体经过泵后所增加的水头，m； Hp—工作流体与被引射流体进泵时的水头之差，m。
流体的位臵头和速度头与压力头相比可忽略不计， 当工作流体与被引射流体是同一介质时，扬程比即为 相对压差。
几种面积比m（圆柱段的截面积f3与喷嘴出口的截 面积f1之比）值不同的水射水泵的无因次特性曲线 （见下图） ，它给出了扬程比（相对压差）h、效率η 与流量比u（引谢系数）的关系。
一定速度喷出时，在喷嘴出口周围形成低压，将被输送 介质吸入。然后和工作流体混合，这时工作流体的速度 减小，被输送介质的速度增加，两股流体在喉管内混合 并进行能量交换，从而获得其动能和热能(工作介质为蒸
汽的情况)，并在截面逐渐增大的扩压器中大部分动能转 换为压力能，使压力进一步提高，最后经排出管排出。
一、自吸式离心泵
具有汽水分离器的自吸离心泵 内混式（循环回流量是从叶轮的进口流入）；见下图 外混式（循环回流的气液混合过程，大部分在叶轮外 圆周处进行）；见下第2、3图 带导叶的自吸离心泵，原理同外混式。
Hale Waihona Puke Baidu
二、带真空引水泵的自吸式离心泵
1. 附设引水泵（带离合装置）见下第6图 2.喷射引水泵 见下第7图
上述现象表明尺寸既定的 喷射泵存在相应的极限过流能 力。实践表明，水射水泵即使 长期在临界扬程比下工作，仍 很平稳，并无汽蚀破坏产生。
4．工作参数变化对水射水泵流量的影响
（1）当其它条件不变时，如果泵的排出压力pd增加，泵的扬 程比h即增大，由性能曲线可见，泵的流量比u相应减小，即泵 的吸入流量QS就会减小。反之亦然；但QS增大到达到了临界 流量比ucr，则QS将不会再增加。所以，在管理水喷射泵时应 防止排出管路阻塞和单向阀卡死，避免排出压力过高而导致流 量减小。 （ 2）当其它条件不变时，如工作压力PP降低，则扬程比h增 大，流量比u减小，这时工作水流量QP也减小，故吸入流量QS 就会迅速减小。反之亦然，但当QS增大到一定程度时，会达到 极限过流能力。这时工作压力PP若进一步增大，虽会使工作水 流量QP增加，但ucr却会减小，也就是说，一台泵所能达到的 极限流量QS = QP·ucr基本不变。 （3）当其它条件不变时，如吸入压力Ps降低，则扬程比h增 大，这时流量比u减小，即吸入流量QS减小。反之亦然。 m值较大的泵，压力参数变化对泵流量的影响较大。
§2- 4 水环泵 水环泵也称液环泵 ( 属于容积式泵 ) ： 利用叶轮与 壳体的偏心布置，叶轮旋转时壳体中的水在离心力 的作用下形成水环，使叶片间容积作周期变化以产 生吸排作用的泵。
一．水环泵的种类
1．按作用数分：单作用和双作用。 2．按流体进入叶轮的流向分：轴向单作用、轴向 双作用和径向双作用。 3．按叶轮的结构形式分：开式和闭式、径向叶片 和前弯叶片。 图示
混合室的水力损失除混合室进口损失、混合室摩擦 损失外，最主要的是混合损失。它是速度相差很大的 工作流体和被引射流体在混合过程中进行动量交换而 引起的能量损失，是喷射泵的主要能量损失之一。
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 5º ～8°，也可采用分段扩散，扩散角分别为2º 、 4º 、13º 。 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 8°～10°时，扩压过程的能量损失最小。
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。 通常，由离心泵供应工作压力Pp为 0.3～1.5 MPa的工 作水流，经喷嘴射入吸入室，压力降到吸入压力ps，从而 将压力能转换为动能，在喷嘴出口形成流速v1可达 25～ 50 m／s的射流。工作水体积流量QP主要取决于工作压降 （PP－PS）和喷嘴出口孔径d1，即：
式中：φ ℐ喷嘴的速度系数，通常取 0．97。
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。
二.水环泵的结构原理
1.基本组成：由叶轮（转子）、泵壳（定子）、
端盖等组成。
2.装配关系：端盖上开有两半月牙形吸、排口。
叶轮有若干径向叶片或前弯叶片(叶片不象叶片泵 的叶片能滑动)，当叶轮旋转时，积存在偏心泵壳 里的液体受离心力作用，在泵壳内形成水环（以 水环作为定子）。水环、叶轮轮毂和叶片之间被 围成封闭空间。
在图下部由虚线所画出的包络线，即表示水射水 泵在不同引射系数下采用最佳m值时所能达到的最高 效率。 m = 3～5的水射水泵可达到的效率较高，其中以m = 4的水射水泵在u = 1时的效率最高。
表5－1给出几种m值不同的泵的效率及各项功率损失在总输入 功率中所占的百分比。
水射水泵的实测无因次特性曲线（图示泵的m值 为6.25 ）表明，当泵所造成的扬程比h降低到一定程度 后，泵的流量比u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ucr表示。相应的扬程比称临界扬程比，用hcr表示。
6. 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)工作流体与被输送流体的温度不易过高； 4)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； 5)注意喷嘴、混合室与扩压室三者间的同心度； 6)喷嘴出口截面冲蚀变大后要及时换新。