5.1 水射水泵

nullnull第五章 喷 射 泵null第一节 水 射 水 泵5-1 喷射泵5-1 喷射泵靠高压工作流体经喷嘴后产生的高速射流来引射被吸流体，与之进行动量交换，以使被引射流体的能量增加，从而实现吸排作用 常用的工作流体有水、水蒸气、空气 被引射流体则可以是气体、液体或有流动性的固、液混合物 喷射泵-工作流体和被引射流体皆为非弹性介质 喷射器-有一种为弹性介质(气体)5-1 水射水泵的结构和工作原理5-1 水射水泵的结构和工作原理以水为工作流体和为引射流体的水射水泵 水射水泵主要由喷嘴1、吸人室2、混合室3和扩压室4等几部分组成，如图5—1所示。5-1-1 水射水泵的结构和工作原理5-1-1 水射水泵的结构和工作原理1．工作液体经喷嘴形成高速射流 。 喷嘴由收缩的圆锥形或流线形的管加上出口处一小段圆柱形管道所构成 一般采用螺纹与泵体相连接，以便拆换 由离心泵供应P为0.3～1.5MPa的工作水流，经喷嘴射人吸人室，压力降到吸人压力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 ～ 50m／s的射流。 工作水体积Q，取决于 (pp-ps)和喷嘴出口孔径d 喷嘴引起的水力损失称为喷嘴损失。5-1-1 水射水泵的结构和工作原理5-1-1 水射水泵的结构和工作原理2．高速射流卷带被引射流体并与之在混合室进行动量交换 工作流体自喷嘴喷出 由于射流质点的横向紊动和扩散作用，与周围的介质进行动量交换并将其带走，使吸人室形成低压，从而将被引射流体吸人 喷嘴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 喷嘴射流流束的边界层在射流方向逐渐扩大，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. 而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。5-1-1 水射水泵的结构和工作原理5-1-1 水射水泵的结构和工作原理混合室又称喉管 常做成圆柱形 中、低扬程泵也可将混合室做成圆锥形与圆柱形相组合，以减少混合时的能量损失 如流束与混合室的壁面相交于圆锥形部分，则流束在随后锥形段的流动中压力还会下降，于是泵内的最低压力将出现在混合室圆柱段进口截面B一B处 随着动量交换的继续进行，流束渐趋均匀，压力也逐渐升高，直至速度完全均匀后，压力的升高也就停止；5-1-1 水射水泵的结构和工作原理5-1-1 水射水泵的结构和工作原理混合室圆柱段的截面积／，与喷嘴出口的截面积八之比称为喉嘴面积比(简称面积比)， 用m表示。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／，叫喉嘴距，它对水射水泵的工作性能也 有较大影响。／，太大时，由于与壁面相交前的流束太长，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，使能量损失增加；而／，太5-1-1 水射水泵的结构和工作原理5-1-1 水射水泵的结构和工作原理小，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J，大致可按0，5／阴选取，一般多在(o．5～2)dl范围内，必要 时可通过试验来确定。混合室的长度通常为其圆柱段直径d，的6斗7倍；太短会使出口速度不 均，使扩压室的水力损失增大；太长则不仅没必要，而且还会使混合室摩擦损失增大。此外，喷 嘴与混合室的同心度对喷射泵的性能也有重大影响，必须予以保证。5-1-1 水射水泵的结构和工作原理5-1-1 水射水泵的结构和工作原理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。5-1-1 水射水泵的结构和工作原理5-1-1 水射水泵的结构和工作原理3．液流经扩压室将速度能转变为压力能 扩压室是一段扩张的锥管。它可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。5-1-2 水射水泵的性能 5-1-2 水射水泵的性能 l，水射水泵的特性曲线 ： 水射水泵的特性通常用无因次特性曲线来表示，它是流量比／／(亦称引射系数)与扬程比 九和效率V的关系曲线。流量比卢为 卢 式中：Q‘——被引射流体的体积流量，m’／s； Q，——工作流体的体积流量，m’／s。 Qs／Qf 当流量改以质量流量表示时，相应的质量流量比用尚表示，即／＼‘C‘／G，。若工作流体和 被引射流体是同一种介质，则蜘’卢。喷射泵的扬程比 ：，，5-1-2 水射水泵的性能5-1-2 水射水泵的性能武中；H——被引射流体经过泵后所增加的水头，m； Hp -'~作流体与被引射流体进泵时的水头之差，m。 由于流体的位置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 ， A：气云女／气云A；(Pa—Ps)／(户，—Ps)· (5—4) 图5—2表示几种面积比m值不同的水射水泵的无因次特性曲线。它给出了扬程比(相对压差) A、效率V与流量比(引射系数)卢的关系。 对喷射泵来说，泵的效率吁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 · ，’一‘ 卢g5-1-2 水射水泵的性能5-1-2 水射水泵的性能由图5—2可以得出以下结论： (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。 造成上述情况的原因是：泵的m值 越小，喉管截面积的相对值越小，被引射 的流量也就相对较少(流量比小)，所以每 单位量的被引射流体所能得到的能量也 就越多，即相对压差就越大。5-1-2 水射水泵的性能5-1-2 水射水泵的性能 图5—2中虚线所画出的包络线即表 示不同m值的水射水泵所能达到的最大 相对乐差和最高效率。 (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。 圈5-2 水射水泵的综合无因次特性曲线5-1-2 水射水泵的性能5-1-2 水射水泵的性能 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。而ol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nt值，采用最佳m值的泵效率，y最高，能达到的相对压差也最 大。在图5—2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5-1-2 水射水泵的性能5-1-2 水射水泵的性能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 ／，：1时的效率最高。表5—1给出几种m值不同的泵的最高效率及各项功率损失在总输^功 率中所占的百分比。 、 襄5—1 m值不同的水射水泵的功率损失5-1-2 水射水泵的性能5-1-2 水射水泵的性能图5—3给出一水射水泵的实测无因次特性曲线。泵的m值为6．25。从图中可以看出，当泵 所造成的扬程比^降低到一定程度后，泵的流量比卢就不再增加，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)，用仆。表示。相应的扬程比称临界扬程比，用Acr 表示。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null2．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，如果泵的排出压力加增加，由式(5—4)可知，泵的扬程比入即增大，由性能曲线可见，泵的流量比卢相应减小，即泵的吸人流量Q‘就会减小。反之，若加减小，则Qs增大；但如卢增大 到达到了临界流量比从，，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，如工作压力户f降低，则扬程比A增大，流量比卢减小；而且由式(5—1)可知，这时工作水流量Q。也减小，故吸人流量Q‘就会迅速减小。反之，如工作压力户，增大，则Qs增大。但当QJ增大到一定程度时，会达到极限过流能力。这时工作压力如若进一步增大，虽会使工作水流量Q，增加，但从，却会减小，也就是说，一台泵所能达到的极凸／／d／厶久 图5-3 水射水泵的实测无因次特性曲线限流量Q，＝Q，·从。基本不变。5-1-2 水射水泵的性能5-1-2 水射水泵的性能 (3)当其它条件不变时，如吸人压力加降低，则扬程比A增大，这时流量比卢减小，即吸人 流量Q5减小。反之，／J增大，则Q‘也增大。 02值较大的泵，压力参数变化对泵流量的影响较大。5-1-2 喷射泵的特点5-1-2 喷射泵的特点具有以下特点： (1)效率较低。 (2)结构简单，体积小，价格低廉。 (3)没有运动部件，工作可靠，噪声很小，使用寿命长。只有当喷嘴因口径长期使用后，过分磨损导致性能降低，才需更换备件。 5-1-2 喷射泵的特点5-1-2 喷射泵的特点(4)吸人性能好。不仅有很高的自吸能力，而且抽送液体时的允许吸上真空度也很高。 (5)可输送含固体杂质的污浊液体，即使被水浸没也能工作。 由于以上特点，水喷射泵在船上被用作应急舱底水泵或工作时间较短的货舱疏水泵。