噴射幫浦的結構特點及工作原理

2021-03-04 04:15:47 字數 3556 閱讀 7784

靠高壓工作流體經噴嘴後產生的高速射流來引射被吸流體,與之進行動量交換,以使被引射流體的能量增加,從而實現吸排作用。常用的工作流體有水、水蒸氣、空氣。被引射流體則可以是氣體、液體或有流動性的固、液混合物。

噴射幫浦-工作流體和被引射流體皆為非彈性介質

噴射器-有一種為彈性介質(氣體)

(一)水射水幫浦的結構和工作原理

以水為工作流體和為引射流體的水射水幫浦。水射水幫浦主要由噴嘴1、吸人室2、混合室3和擴壓室4等幾部分組成,如圖5—1所示。

圖5—1

1.工作液體經噴嘴形成高速射流。

噴嘴由收縮的圓錐形或流線形的管加上出口處一小段圓柱形管道所構成。一般採用螺紋與幫浦體相連線,以便拆換。由離心幫浦**p為0.

3~1.5mpa的工作水流,經噴嘴射人吸人室,壓力降到吸人壓力ps,從而將壓力能轉換為動能,在噴嘴出口形成流速v1可達25 ~ 50m/s的射流。工作水體積q,取決於 (pp-ps)和噴嘴出口孔徑d。

噴嘴引起的水力損失稱為噴嘴損失。

2.高速射流捲帶被引射流體並與之在混合室進行動量交換

工作流體自噴嘴噴出,由於射流質點的橫向紊動和擴散作用,與周圍的介質進行動量交換並將其帶走,使吸人室形成低壓,從而將被引射流體吸人。噴嘴射流流束由於其外圍部分逐漸與周圍介質摻混,使保持v1流速的流核區逐漸縮小,以至最終消失,形同收縮的圓錐體。噴嘴射流流束的邊界層在射流方向逐漸擴大,形成擴張的圓錐體。

邊界層的流束,在內表面處與流核區的流速相同,並沿徑向遞減,在其外表面處則與周圍介質的流速相等。當這圓錐體狀的流束與混合室的壁面相遇後,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.

而混合室的作用就在於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於均勻。

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。

混合室又稱喉管。常做成圓柱形。中、低揚程幫浦也可將混合室做成圓錐形與圓柱形相組合,以減少混合時的能量損失。

如流束與混合室的壁面相交於圓錐形部分,則流束在隨後錐形段的流動中壓力還會下降,於是幫浦內的最低壓力將出現在混合室圓柱段進口截面b一b處。隨著動量交換的繼續進行,流束漸趨均勻,壓力也逐漸公升高,直至速度完全均勻後,壓力的公升高也就停止;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,是噴射幫浦的主要能量損失之一。

3.液流經擴壓室將速度能轉變為壓力能

擴壓室是一段擴張的錐管。它可使液流在其中降低流速,增加壓力,從而將動能轉換為壓力能。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。

(二)水射水幫浦的效能

1. 水射水幫浦的特性曲線 :

水射水幫浦的特性通常用無因次特性曲線來表示,它是流量比u(亦稱引射係數)與揚程比h和效率η的關係曲線。流量比µ為

µ=qs/qp

式中:qs——被引射流體的體積流量,m3/s;

qp——工作流體的體積流量,m3/s。

當流量改以質量流量表示時,相應的質量流量比用µm表示,即µm=gs/gp,若工作流體和被引射流體是同一種介質µm=µ,則。噴射幫浦的揚程比 h=h/hp

式中;h——被引射流體經過幫浦後所增加的水頭,m;

hp –工作流體與被引射流體進幫浦時的水頭之差,m。

由於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時,揚程比即為相對壓差 ,

(5-4)

圖5—2表示幾種面積比m值不同的水射水幫浦的無因次特性曲線。它給出了揚程比(相對壓差)h、效率η與流量比(引射係數)µ的關係。

對噴射幫浦來說,幫浦的效率η是指同一時間內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

(5—5)

由圖5—2可以得出以下結論:

(1)m值較小時,幫浦的引射係數(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,幫浦的引射係數較大,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屬高揚程水噴射幫浦,m>7屬低揚程水噴射幫浦,m=3~7屬中揚程水噴射幫浦。造成上述情況的原因是:

幫浦的m值越小,喉管截面積的相對值越小,被引射的流量也就相對較少(流量比小),所以每單位量的被引射流體所能得到的能量也就越多,即相對壓差就越大。圖5—2中虛線所畫出的包絡線即表示不同m值的水射水幫浦所能達到的最大相對樂差和最高效率。

(2)噴射幫浦的效率很低。噴射幫浦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值不同的噴射幫浦,其最佳工況的效率及各部分損失所佔的比例也不同。m值小的幫浦,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,高效區較窄。而m值較大的幫浦,由於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。

對應不同的引射係數,存在不同的最佳m值,採用最佳m值的幫浦效率η最高,能達到的相對壓差也最大。在圖5—2下部由虛線所畫出的包絡線,即表示水射水幫浦在不同引射係數下採用最佳m值時所能達到的最高效率。m=3~5的水射水幫浦可達到的效率較高,其中以m=4的水射水幫浦在µ=1時的效率最高。

表5—1給出幾種m值不同的幫浦的最高效率及各項功率損失在總輸入功率中所佔的百分比。

圖5—3給出一水射水幫浦的實測無因次特性曲線。幫浦的m值為6.25。從圖中可以看出,當幫浦所造成的揚程比^降低到一定程度後,幫浦的流量比µ就不再增加,同時效率也急劇下降,這時幫浦的流量比稱為臨界流量比(或臨界噴射係數),用仆。

表示。相應的揚程比稱臨界揚程比,用µcr表示。上述現象表明尺寸既定的噴射幫浦存在相應的極限過流能力。

實踐表明,水射水幫浦即使長期在臨界揚程比下工作,仍很平穩,並無汽蝕破壞產生

2.工作引數變化對水射水幫浦流量的影響

(1)當其它條件不變時,如果幫浦的排出壓力pd加增加,由式(5—4)可知,幫浦的揚程比h即增大,由效能曲線可見,幫浦的流量比µ相應減小,即幫浦的吸**量qs就會減小。反之,若pd減小,則qs增大;但如µ增大到達到了臨界流量比µr,,則qs將不會再增加。所以,在管理水噴射幫浦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µ減小;而且由式(5—1)可知,這時工作水流量qp也減小,故吸**量qs就會迅速減小。反之,如工作壓力pp,增大,則qs增大。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µcr卻會減小,也就是說,一台幫浦所能達到的極限流量qs=qp*µcr基本不變

圖5-3 水射水幫浦的實測無因次特性曲線。

(3)當其它條件不變時,如吸人壓力ps降低,則揚程比h增大,這時流量比µ減小,即吸**量q5減小。反之,ps增大,則qs也增大。m值較大的幫浦,壓力引數變化對幫浦流量的影響較大。

(三)噴射幫浦的特點

具有以下特點:

(1)效率較低。

(2)結構簡單,體積小,**低廉。

(3)沒有運動部件,工作可靠,雜訊很小,使用壽命長。只有當噴嘴因口徑長期使用後,過分磨損導致效能降低,才需更換備件。

(4)吸人效能好。不僅有很高的自吸能力,而且抽送液體時的允許吸上真空度也很高。

(5)可輸送含固體雜質的汙濁液體,即使被水浸沒也能工作。

由於以上特點,水噴射幫浦在船上被用作應急艙底水幫浦或工作時間較短的貨艙疏水幫浦。

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