水环泵-喷射泵

1、水环泵也称液环泵水环泵也称液环泵( (属于容积式泵属于容积式泵) ) ：利用叶轮与利用叶轮与 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 的作用下形成的作用下形成水环水环，使叶片间容积作周期变化以产，使叶片间容积作周期变化以产 生吸排作用的泵。生吸排作用的泵。 1按作用数分：按作用数分：单作用和双作用。单作用和双作用。 2按流体进入叶轮的流向分：按流体进入叶轮的流向分：轴向单作用、轴向轴向单作用、轴向 双作用和径向双作用。双作用和径向双作用。 3按叶轮的结构形式分：按叶轮的结构形式分：开式和闭式、径向叶片开式和闭式、径向叶片 和前弯叶片。和前弯叶片

2、。 图示图示 由叶轮（转子）、泵壳（定子）、由叶轮（转子）、泵壳（定子）、 端盖等组成。端盖等组成。 端盖上开有端盖上开有。 叶轮有若干径向叶片或前弯叶片叶轮有若干径向叶片或前弯叶片( (叶片不象叶片泵叶片不象叶片泵 的叶片能滑动的叶片能滑动) )，当叶轮旋转时，积存在偏心泵壳，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水环作为定子）。水环、叶轮轮毂和叶片之间被 围成封闭空间。围成封闭空间。 水环泵的工作原理水环泵的工作原理( (以单作用为例以单作用为例) )当叶当叶 轮回转时，

3、泵壳内的工作水被带动回转，形成一个紧轮回转时，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 侧盖之间形成一个侧盖之间形成一个月牙形的工作腔室月牙形的工作腔室，并由叶片分隔，并由叶片分隔 成若干个互不相通的工作小腔。成若干个互不相通的工作小腔。由于叶轮和泵壳是偏由于叶轮和泵壳是偏 心布置，这些封闭空间的容积在回转一周中经历着由心布置，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。口进行吸入和排出。图示图示

4、除上述单作用水环泵外，如将泵腔做成椭圆，并将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，这就构成了一会产生两次吸、排作用，这就构成了一 。 初次起动前，应先打开引水漏斗上的旋塞，向水环泵初次起动前，应先打开引水漏斗上的旋塞，向水环泵 内灌水。内灌水。 水环泵属容积型泵水环泵属容积型泵，它主要，它主要 用来用来排送气体或气液混合物排送气体或气液混合物，因具有抽真空的能，因具有抽真空的能 力，故常用为自吸离心泵的力，故常用为自吸离心泵的。 单级泵 可 达 最 高 极 限 真 空 压

5、 力 为单级泵 可 达 最 高 极 限 真 空 压 力 为 30mmHg。 抽送气体时约抽送气体时约3050，若抽送液体不大，若抽送液体不大 于于20，故一般不用来输送液体。，故一般不用来输送液体。 原因是工作水温度高水易汽化，反之则相反。原因是工作水温度高水易汽化，反之则相反。 转速相同，比转数不一定相同，转速相同，比转数不一定相同，n ns s大，大，n n不一定高，不一定高， n ns s小，小，n n不一定就不一定就 低。低。 比转数相同的泵，可能具有不同的效率。比转数相同的泵，可能具有不同的效率。 相似的泵在相似工况下，比转数相等，但同一台泵相似的泵在相似工况下，比转数相等，但同一台

6、泵 在不同的工况下（转速不同）工作时比转数并不相等。在不同的工况下（转速不同）工作时比转数并不相等。 引水方法：引水方法： 充水启动，船用泵一般不采用；充水启动，船用泵一般不采用； 采用泵本身结构上的设计有特殊形状的流道和气水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；分离空间来达到自动引水； 采用机械引水装置，即设置真空泵（附设在离心泵采用机械引水装置，即设置真空泵（附设在离心泵 上或设置集中式真空系统）上或设置集中式真空系统） 具有汽水分离器的自吸离心泵具有汽水分离器的自吸离心泵 内混式内混式（循环回流量是从叶轮的进口流入）；（循环回流量是从叶轮的进口流入）；见下

7、图见下图 外混式外混式（循环回流的气液混合过程，大部分在叶轮外（循环回流的气液混合过程，大部分在叶轮外 圆周处进行）；圆周处进行）；见下第见下第2 2、3 3图图 带导叶的自吸离心泵带导叶的自吸离心泵，原理同外混式。，原理同外混式。 1. 附设附设引水泵（带离合装置）引水泵（带离合装置）见下第见下第6图图 2.喷射引水泵喷射引水泵 见下第见下第7图图 按工作流体的种类，可分为液体射流泵和气体按工作流体的种类，可分为液体射流泵和气体 射流泵射流泵( (喷射泵喷射泵) )两种。两种。 以水为工作流体的称水喷射泵，以蒸汽为工作流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

8、器和海水淡化装置等的体的称蒸汽喷射泵。常用做冷凝器和海水淡化装置等的 真空泵及锅炉给水泵、扫舱泵、舱底水泵等。真空泵及锅炉给水泵、扫舱泵、舱底水泵等。 喷嘴、吸入室、混合室和扩压室喷嘴、吸入室、混合室和扩压室 当具有一定压力的工作流体通过喷嘴以当具有一定压力的工作流体通过喷嘴以 一定速度喷出一定速度喷出时，在喷嘴出口周围时，在喷嘴出口周围形成低压形成低压，将被输送，将被输送 介质介质吸入吸入。然后和工作流体混合，这时工作流体的速度。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 并进行并进行能量交换能量交

9、换，从而获得其动能和热能，从而获得其动能和热能( (工作介质为蒸工作介质为蒸 汽的情况汽的情况) )，并在截面逐渐增大的扩压器中大部分，并在截面逐渐增大的扩压器中大部分动能转动能转 换为压力能换为压力能，使，使压力压力进一步进一步提高提高，最后经排出管，最后经排出管排出排出。 喷嘴采用收缩圆锥形、流线形和孔板等形式，出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口处有一圆柱段长度为喷孔直径的0.250.25倍，使射流从喷嘴倍，使射流从喷嘴 喷出时保持一定的方向。喷出时保持一定的方向。喷嘴的作用是把工作水流的压力喷嘴的作用是把工作水流的压力 能转变为动能能转变为动能

10、。喷嘴引起的水力损失称为喷嘴损失。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通常，由离心泵供应工作压力P Pp p为为 0.30.31.5 MPa1.5 MPa的工的工 作水流，经喷嘴射入吸入室，压力降到吸入压力作水流，经喷嘴射入吸入室，压力降到吸入压力p ps s，从而，从而 将压力能转换为动能，在喷嘴出口形成流速将压力能转换为动能，在喷嘴出口形成流速v v1 1可达可达 2525 50 m50 ms s的射流。工作水体积流量的射流。工作水体积流量Q QP P主要取决于工作压降主要取决于工作压降 （P PP PP PS S）和喷嘴出口孔径）和喷嘴出口孔径d d1 1，即：，

11、即： 式中：式中： 喷嘴的速度系数，通常取喷嘴的速度系数，通常取 0 09797。 喷嘴后的射流流束由于其外围部分逐渐与喷嘴后的射流流束由于其外围部分逐渐与 周围介质掺混，使保持周围介质掺混，使保持V1流速的流核区逐渐缩小，以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，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并沿径向递减，在

12、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。布很不均匀。 混合室的作用就在于使流体充分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，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。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混合室通常

13、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。进口能量损失最小。混合室长度过短混合室长度过短，会使，会使出口速出口速 度不均度不均，这样，扩压室中的，这样，扩压室中的流动损失流动损失就会就会增大增大；而；而 混合室长度过长混合室长度过长，不仅没有必要，还会使，不仅没有必要，还会使摩擦损失摩擦损失 增加增加。混合室的长度通常为其圆柱段直径线的混合室的长度通常为其圆柱段直径线的67 倍。倍。 混合室混合室圆柱段的截面积圆柱段的截面积f3与喷嘴出口的截面积与喷嘴出口的截面积f1 之比称为喉嘴面积比（简称面积

14、比），用之比称为喉嘴面积比（简称面积比），用m表示表示。 喉嘴面积比是决定喷射泵性能的最重要尺寸参数。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实际应用的水射水泵m约在约在0525范围内。范围内。 喷嘴出口至混合室进口截面的距离喷嘴出口至混合室进口截面的距离LC叫喉嘴距叫喉嘴距， 它对水射水泵的工作性能也有较大影响。它对水射水泵的工作性能也有较大影响。 LC太大时太大时，由于与壁面相交前的流来太长，被引，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，

15、便能够的排出压力，混合室外周就会出现倒流现象，便能 量损失增加；量损失增加； LC大小时大小时，又会使混合室的有效长度缩短，不能，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（选取，一般多在（0.52）d1范围内。范围内。 混合室的水力损失除混合室进口损失、混合室摩擦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损失外，最主要的是混合损失。它是速度相差很大的

16、 工作流体和被引射流体在混合过程中进行动量交换而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。引起的能量损失，是喷射泵的主要能量损失之一。 扩压室一般采用一段均匀扩散的锥管，扩散角为扩压室一般采用一段均匀扩散的锥管，扩散角为 5 58 8，也可采用分段扩散，扩散角分别为，也可采用分段扩散，扩散角分别为2 2、4 4、1313。 它的作用是使液流在其中降低流速，增加压力，从而将它的作用是使液流在其中降低流速，增加压力，从而将 动能转换为压力能动能转换为压力能。实验证明，扩压室的扩张角做成。实验证明，扩压室的扩张角做成 8 81010时，扩压过程的能量

17、时，扩压过程的能量损失最小损失最小。 水射水泵的特性通常用无固次特性曲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：流量比线来表示。它所使用的无因次量是：流量比 u u（亦称引射系数）（亦称引射系数） 和扬程比和扬程比 h h。 （引射系数）（引射系数） 式中：式中：Qs - Qs - 被引射流体的体积流量，被引射流体的体积流量，m m3 3/s/s Q p - Q p - 工作流体的体积流量，工作流体的体积流量， m m3 3/s/s 当以质量流量表示时，称当以质量流量表示时，称 HH被引射流体经过泵后所增加的水头，被引射流体经过泵后所增加的水头，mm； HHp p工作流

18、体与被引射流体进泵时的水头之差，工作流体与被引射流体进泵时的水头之差，mm。 流体的位置头和速度头与压力头相比可忽略不计，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。相对压差。 几种面积比几种面积比mm（圆柱段的截面积圆柱段的截面积f3与喷嘴出口的截与喷嘴出口的截 面积面积f1之比）之比）值不同的水射水泵的无因次特性曲线值不同的水射水泵的无因次特性曲线 （见下图）（见下图） ，它给出了扬程比（相对压差），它给出了扬程比（相对压差）h h、效率、效率 与流量比与流量比u u（引谢系数）的关系

19、。（引谢系数）的关系。 对喷射泵来说，对喷射泵来说，泵的效率泵的效率 是指同一时间内被引射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）之比的能量（输入功率）之比。即。即 结论：结论： （1 1）m m值较小时，泵的引射系数（流量比）较小，但值较小时，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；而所能达到的相对压差较高，故特性曲线比较陡峭；而m m 值较大时，泵的引射系数较大，但其所能达到的相对值较大时，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。压差

20、较小，故特性曲线比较平坦。 通常认为通常认为m m3 3属高扬程水喷射泵，属高扬程水喷射泵，m m7 7属低扬程属低扬程 水喷射泵，水喷射泵，m=3m=37 7属中扬程水喷射泵。属中扬程水喷射泵。 （2 2）喷射泵的效率很低。喷射泵虽不存在机械损失和喷射泵的效率很低。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）口损失、混合室摩擦损失、混合损失和扩压室损失） 很大。很大。 m m值不同的喷射泵，其最佳工况的效率及各部分损值不同的喷射泵，其最佳工况的效率及各部分损 失所占的比例

21、也不同。失所占的比例也不同。 mm值小的泵值小的泵 因其引射的流体流量较小，混合损失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。率曲线比较陡峭，高效区较窄。 mm值较大的泵值较大的泵 由于被引射的流体流量较大，混合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。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，存在不同的最佳对应不同的引射系

22、数，存在不同的最佳m m值，采用值，采用 最佳最佳m m值的泵效率值的泵效率 最高，能达到的相对压差也最大。最高，能达到的相对压差也最大。 在图下部由虚线所画出的包络线，即表示水射水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泵在不同引射系数下采用最佳mm值时所能达到的最高值时所能达到的最高 效率。效率。 表表5 51 1给出几种给出几种mm值不同的泵的效率及各项功率损失在总输入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。功率中所占的百分比。 水射水泵的实测无因次特性曲线（图示泵的水射水泵的实测无因次特性曲线（图示泵的m m值值 为为6.25 6.25

23、 ）表明，当泵所造成的扬程比）表明，当泵所造成的扬程比h h降低到一定程度降低到一定程度 后，泵的流量比后，泵的流量比u u就不再增加，同时效率也急剧下降，就不再增加，同时效率也急剧下降， 这时泵的流量比称为这时泵的流量比称为临界流量比（或临界喷射系数）临界流量比（或临界喷射系数）， 用用u ucr cr表示。相应的扬程比称表示。相应的扬程比称临界扬程比临界扬程比，用，用h hcr cr表示。表示。 上述现象表明尺寸既定的上述现象表明尺寸既定的 喷射泵存在相应的极限过流能喷射泵存在相应的极限过流能 力。实践表明，水射水泵即使力。实践表明，水射水泵即使 长期在临界扬程比下工作，仍长期在临界扬程比

24、下工作，仍 很平稳，并无汽蚀破坏产生。很平稳，并无汽蚀破坏产生。 （1 1）当其它条件不变时，如果泵的排出压力当其它条件不变时，如果泵的排出压力p pd d增加，泵的扬增加，泵的扬 程比程比h h即增大，由性能曲线可见，泵的流量比即增大，由性能曲线可见，泵的流量比u u相应减小，即泵相应减小，即泵 的吸入流量的吸入流量Q QS S就会减小。反之亦然；但就会减小。反之亦然；但Q QS S增大到达到了临界增大到达到了临界 流量比流量比u ucr cr，则 ，则Q QS S将不会再增加。所以，在管理水喷射泵时应将不会再增加。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

25、致流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。量减小。 （ 2 2）当其它条件不变时，如工作压力当其它条件不变时，如工作压力P PP P降低，则扬程比降低，则扬程比h h增增 大，流量比大，流量比u u减小，这时工作水流量减小，这时工作水流量Q QP P也减小，故吸入流量也减小，故吸入流量Q QS S 就会迅速减小。反之亦然，但当就会迅速减小。反之亦然，但当Q QS S增大到一定程度时，会达到增大到一定程度时，会达到 极限过流能力。这时工作压力极限过流能力。这时工作压力P PP P若进一步增大，虽会使工作水若进一步增大，虽会使工作水 流量流量Q QP P增加，但增加，但u

26、 ucr cr却会减小，也就是说，一台泵所能达到的 却会减小，也就是说，一台泵所能达到的 极限流量极限流量Q QS S = Q = QP P u ucr cr基本不变。 基本不变。 （3 3）当其它条件不变时，如吸入压力当其它条件不变时，如吸入压力PsPs降低，则扬程比降低，则扬程比h h增增 大，这时流量比大，这时流量比u u减小，即吸入流量减小，即吸入流量Q QS S减小。反之亦然。减小。反之亦然。 mm值较大的泵，压力参数变化对泵流量的影响较大。值较大的泵，压力参数变化对泵流量的影响较大。 1 1）喷射泵内没有运动部件喷射泵内没有运动部件，因此结构简单，重量、尺，因此结构简单，重量、尺

27、寸较小，而且起动迅速，工作可靠，无需特殊保养寸较小，而且起动迅速，工作可靠，无需特殊保养, ,安安 装维护方便装维护方便. . 2 2）密封性好密封性好, , 自吸能力强自吸能力强，能造成很高的吸入真空度。，能造成很高的吸入真空度。 无需装设安全阀无需装设安全阀。 3 3）可抽吸含有杂质的液体，而且各种有压能源可抽吸含有杂质的液体，而且各种有压能源( (如废水、如废水、 废气等废气等) )都可直接用来作为它的工作流体，从而提高了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。它的经济效果。被水浸没也能工作。 4 4）射流泵内两股流体混合时产生较大的能量损失，因射流泵内

28、两股流体混合时产生较大的能量损失，因 此，射流泵的此，射流泵的传能效率较低传能效率较低。但射流泵的使用方式不同，。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。流泵，其传能效率均有所提高。 1)1)工作流体的压力要适中；工作流体的压力要适中； 2)2)排出口背压不能过大；排出口背压不能过大； 3)3)工作流体与被输送流体的温度不易过高；工作流体与被输送流体的温度不易过高； 4)4)喷嘴出口至混

29、合室口的距离要合适。过大使引射量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，泵效率降太多，以至排不出去；过小使引射量减少，泵效率降 低；低； 5)5)注意喷嘴、混合室与扩压室三者间的同心度；注意喷嘴、混合室与扩压室三者间的同心度； 6)6)喷嘴出口截面冲蚀变大后要及时换新。喷嘴出口截面冲蚀变大后要及时换新。 一一.水射抽气器水射抽气器 水射抽气器是以压力通常为水射抽气器是以压力通常为 0 025250 04 MPa4 MPa的水的水 为工作流体，用来抽除空气或空气与水蒸气的混合物。为工作流体，用来抽除空气或空气与水蒸气的混合物。 当用来产生真空时，亦称为当用来产生真空时，亦称为水射真空泵水射真空泵。水射