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) (一)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。
图 5—1 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~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。
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 。灾林障,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。
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;混合室的 水力损失除混合室进口损失、混合室摩擦损失外,注浆泵介绍主要的是混合损失。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。
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。理喷射泵的结构实验证明,扩压室的扩张角做成 8°~10 °时,扩压过程的 能量损失小。
1. 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u(亦称引射系数) 与扬程比h和效率 η 的关系曲线。流量比为 =Qs/Qp
式中:Qs——被引射流体的体积流量,m3/s; Qp——工作流体的体积流量,m3/s。
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 ,
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)h、效率 η 与流量比(引射系数)的关系。
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
(1)m 值较小时,泵的引射系数(流量比)较。艽锏降南喽匝共罱细, 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。侍匦郧弑冉掀教。注浆泵介绍通常认为 m3 属高扬程水喷射泵,m7 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。砉芙孛婊南喽灾翟叫。灰涞牧髁恳簿拖喽越仙(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。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 大相对乐差和效率。
(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。
m 值不同的喷射泵,其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。旌纤鹗б簿拖喽越闲。魈逶诨旌 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 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 m 值,采用 m 值的泵效率 η ,能达到的相对压 差也。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 m 值时所能达到的效率。m=3~5 的水射水泵可达到 的效率较高,特点及工作原其中以 m=4 的水射水泵在=1 时的效率。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。
图 5—3 给出一水射水泵的实测无因次特性曲线。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 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cr 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
(1)当其它条件不变时,如果泵的排出压力 pd 加增加,由式(5—4)可知,泵 的扬程比h即增大,由性能曲线可见,泵的流量比相应减。幢玫 吸人流量 Qs 就会减小。反之,若 pd 减。 Qs 增大;但如增大到 达到了临界流量比r,,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 减小;而且由式(5—1)可知,这时工作水流量 Qp 也减。饰肆 量 Qs 就会迅速减小。反之,如工作压力 pp,增大,则 Qs 增大。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cr 却会减。簿褪撬,一台泵所能达 到的极限流量 Qs=Qp*cr 基本不变
图 5-3 水射水泵的实测无因次特性曲线)当其它条件不变时,如吸人压力 ps 降低,则扬程比h增大,这时流量比 减。次肆髁 Q5 减小。反之,ps 增大,则 Qs 也增大。m 值较 大的泵,注浆泵介绍压力参数变化对泵流量的影响较大。
(3)没有运动部件,工作可靠,噪声很。褂檬倜。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。
(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线)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。