流体力学与流体机械
(十四 )
多媒体教学课件李文科 制作第十四章 其它常用泵与风机
第一节 轴流式泵与风机
第二节 活 塞 泵
第三节 水环式真空泵第一节 轴流式泵与风机内 容 提 要
一,工 作 原 理
二,性 能 曲 线
三,轴流式泵与风机的调节
四,常用轴流式泵与风机介绍第一节 轴流式泵与风机如前所述,轴流式泵与风机与离心式相同,都是通过高速旋转的叶轮对流体做功,使流体获得能量 。 它的 特点 是流体轴向流入,轴向流出,没有沿径向的运动,在理论压头公式
(11-11)中 (u22－ u12)/2g项为零 。 因此,它所产生的压头远低于离心式 。 轴流式泵与风机适用于 大流量,小压头 的情况,属于高比转数范围 。
一,工 作 原 理轴流式泵与风机的主要构造见图 14-1。 叶轮由叶片与轮毂组成,叶片以一定的安装角固定在轮毂上,轮毂固定在转轴上 。 由轴带动在机壳内高速旋转 。
第一节 轴流式泵与风机图 14-1 轴流式泵与风机示意图
1-轴 ;2-轮毂 ;3-叶片 ;4-机壳第一节 轴流式泵与风机图 14-2 进口与出口速度图第一节 轴流式泵与风机流体质点轴向流入叶轮,随叶轮旋转做 圆周运动,圆周速度为 u。 同时沿叶片做 相对运动,相对速度为 w,并沿轴向流出叶轮 。 圆周运动与相对运动合成为 绝对运动,绝对速度为
c=u+w。 由于流体没有沿径向的运动,因此它的绝对速度 c可以分解为：沿圆周切线方向的切向分速度 cu及沿轴线方向的轴向分速度 ca。 见图 14-2。
因为流体质点从叶轮进口到出口始终在同一半径的圆周上运动,故进口圆周速度与出口圆周速度相等,即
(14-1)
式中 r为流体质点所在的半径 。
60
2
21
nruuu
第一节 轴流式泵与风机叶轮的进口过流面积与出口过流面积相等,如不考虑叶片厚度的影响,过流面积为
(14-2)
式中 D为叶轮外径,d为 轮毂直径 。
叶轮进口轴向分速度 ca1与出口轴向分速度 ca2相等,即
(14-3)
式中 QT为理论流量 。
因 u1=u2=u,ca1=ca2=ca,则进口速度图与出口速度图可以画在一起,见图 14-2。
)(4 2221 dDAA
4/)( 2221 dD
Qccc T
aaa
第一节 轴流式泵与风机轴流式泵与风机的理论压头与离心式相同,可用欧拉方程式表示,即
(14-4)
为了得到最大的压头,选择进口安装角?1,使 cu1=0。 因此,
在设计工况下有
(14-5)
轴流式叶轮不同半径处的圆周速度不同 (见式 14-1),流体获得的能量不相等 。 r较大的地方 u较大,产生的压头也较大 。
能量分布的不均匀,增加于能量损失,降低了效率 。 为了避免
)(
1
)(
1
121122 uuuuT ccugcucugH
2
1
uT cugH
第一节 轴流式泵与风机这种情况,使不同半径处压头大致相等,需要在不同半径处,
采用不同的出口安装角?2。 由于
(14-6)
在半径大的地方采用较小的?2,使 ucu2大致保持常数,于是整个叶轮出口截面上的压头基本保持均匀分布 。
轴流式泵与风机的叶片,由于不同半径处采用不同的出口安装角,经常做成扭曲的形状 。
22 co t?au cuc
第一节 轴流式泵与风机二,性 能 曲 线轴流式泵与风机采用扭曲形叶片,只能保证在设计流量下流体的能量分布均匀 。 当流量大于或小于设计流量时,能量仍然是不均匀的,从而增加了能量损失,效率下降 。 特别是小流量时,由叶轮流出的流体,一部分又回到叶轮二次加压,发生二次回流现象 。 因此,轴流式泵与风机的性能曲线具有以下特点 (见图 14-3)：
(1) H-Q曲线陡降,并有转折点 。 二次回流的发生使小流量时的压头急剧增大,一般轴流泵的空载扬程约为设计工况的 1.5～ 2倍 。
(2) N-Q曲线随流量增加而下降 。 由于 N=?QH/?,当流量第一节 轴流式泵与风机图 14-3 轴流泵的性能曲线第一节 轴流式泵与风机增加时,压头下降很快,致使功率不但没有增加,反而减小 。
在 Q=0时,轴功率最大 。 因而轴流式泵与风机不能空载启动,
应在阀门全开的情况下启动 。
(3)?-Q曲线呈驼峰形 。 高效率工作的范围很小,流量在偏离设计工况不远处,效率很快下降 。 轴流式泵与风机的这一特点,使阀门调节非常不利,因而不能采用 。
(4) 轴流泵的吸水性能一般用气蚀余量表示 。 轴流泵的气蚀余量较大,亦即 允许吸上真空高度较小 。 有时叶轮需要浸没在水中一定深度,即安装高度为负值 。
第一节 轴流式泵与风机三,轴流式泵与风机的调节轴流式泵与风机一般 不采用阀门凋节,因为关小阀门使功率增大,效率降低,容易引起电机超载 。
轴流式泵与风机 通常采用 变速调节 或 改变叶片安装角 的调节方法 。 变速调节与离心式泵与风机相同 。 轴流式泵与风机叶片的安装角有几种角度,可以根据流量大小,选择不同安装角 。
安装角不同时,机器的性能曲线改变,图 14-4是 30E-11型轴流风机的性能曲线,是按四种不同安装角绘制的 。
改变叶片安装角的方法有 半调式 与 全调式 两种 。
半调式 的叶片是用螺母栓紧在轮毂上,轮毂上刻有几个安装角的位置线,调节时,将螺母松开,转动叶片,然后拧紧第一节 轴流式泵与风机图 14-4 轴流风机的性能曲线第一节 轴流式泵与风机即可 。
全调式 可以在停机或不停机的情况下,通过一套液压调节机构改变叶片安装角,调节机构比较复杂,一般应用于大型轴流泵与轴流风机 。
第一节 轴流式泵与风机四,常用轴流式泵与风机介绍轴流式泵与风 机 具有构造简单,可输送含有杂质的流体,
占地面积小,效率高等 优点,在采暖,通风,给排水,农田灌溉等工程中得到广泛应用 。
(1)轴流泵我国生产的轴流泵有 卧式轴流泵 (半调式 )ZWB型,立式轴流泵 (半调式 )ZLB型 及 立式轴流泵 (全调式 )ZLQ型 。 流量一般为 480～ 36000m3/h,扬程为 3～ 15mH2O。
(2)轴流通风机我国生产的 轴流通风机种类很多,有一般通风机,防爆通风机,矿井通风机等 。 轴流通风机的叶片型式很多,见附录 。
第一节 轴流式泵与风机如 一般轴流通风机 30K4-11型,风压为 2.5～ 49mmH2O,风量为
500～ 49500m3/h。 叶片安装角有 10°,15°,20°,25°,
30° 五种 。 其 型号意义以 30K4-llNo.3A为 例,说明如下：
30— 毂比 (0.3)乘以 100倍 后的整数,轮毂直径与叶轮外径之比称毂比；
K--该风机的叶型为等厚板型的扭曲叶片；
4--该型叶片第 4次设计；
1--该型风机叶轮为 1级；
1— 该风机为第一次设计结构；
No3— 风机机号,叶轮直径为 300mm；
A— 传动方式为电机直联式 。
第二节 活 塞 泵内 容 提 要
一,工 作 原 理
二,性 能 曲 线
三,活塞泵的调节与应用第二节 活 塞 泵活塞泵是靠活塞在泵缸内往复运动,改变工作室容积,从而对流体做功使流体获得能量,是一种容积式泵 。
一,工 作 原 理图 14-5是活塞泵的工作示意图 。 曲柄连杆机构带动活塞在泵缸内往复运动,当活塞自左向右运动时,泵缸内造成低压,
上端压水阀关闭,下端吸水阀被泵外大气压作用下的水压力推开,水由吸水管进入泵缸,完成 吸水过程 。 当活塞自右向左运动时,泵缸内形成高压,吸水阀关闭,压水阀受压而开启,将水由压水管排出,完成 压水过程 。 活塞不断往复运动,水就不断被吸入和排出 。
活塞泵在泵缸内从一个顶端运动至另一顶端,两顶端之间的距离 S称为活塞的 冲程 。 活塞往复一次 (两个冲程 ),吸入和第二节 活 塞 泵图 14-5 活塞泵工作示意图
1-压水管； 2-泵缸； 3-吸水阀； 4-压水阀；
5-吸水管； 6-活塞； 7-连杆； 8-曲柄第二节 活 塞 泵排出一次水,称为 单动活塞泵 。 单动活塞泵的理论流量为
QT=F·S·n (14-7)
式中 F— 活塞截面积；
S— 冲程；
n— 活塞每分钟往复次数 。
实际上由于吸 水阀和压水阀的开关均有延迟,以及活塞与泵体的联接不紧密,都会使一部分水由压水端漏回吸水端 。 因此,实际流量小于理论流量,可用 容积效率?v表示
Q=?vQT=?vF·S·n (14-8)
构造良好的大型活塞泵?v较高,小型活塞泵?v较低,一般约为
85～ 99%之间 。
第二节 活 塞 泵按式 (14-7)计算的流量是活塞泵的平均流量,即假设活塞泵连续均匀供水的流量 。 实际上活塞泵吸水时不供水,压水时流量也是不均匀的 。 活塞泵多采用曲柄连杆机构作传动机构,
当曲柄作等角速度旋转时,活塞的速度变化为 正弦曲线 。 因活塞面积 F是常数,活塞泵的瞬时流量随时间变化与活塞速度变化规律相同,也是正弦曲线 。 如图 14-6(a)所示 。
单动 活塞泵的供水是很不均匀的 。 为了改善这种情况,可采用 双动泵 。 双动泵是活塞往复一次吸入和排出各两次,共工作示意图见图 14-7。 当活塞自左向右运动时,左泵缸吸水,
右泵缸压水；活塞自右向左运动时,右泵缸吸水,左泵缸压水,
从而改善了供水的均匀性 。 其流量变化见图 14-6 (b)。
第二节 活 塞 泵图 14-6 活塞泵流量变化曲线
(a)单动泵； (b)双动泵第二节 活 塞 泵图 14-7 双动活塞泵示意图
1-压水管； 2-右泵缸； 3-左泵缸； 4-吸水管第二节 活 塞 泵还可以做 三动,四动活塞泵,使供水更加均匀化,就不一一叙述了 。
双动泵的理论流量为
QT=(2F-f)·S·n (14-9)
式中,f为活塞杆的截面积,其它符号同前 。
为了使活塞泵供水均匀,同时减少管路内由于流速变化引起附加的惯性水头损失,一般常在压水及吸水管路上 设置密闭的空气室 。 借助空气的压缩和膨胀作用,达到缓冲调节的效果 。
第二节 活 塞 泵二,性 能 曲 线
(1)扬程曲线 活塞泵的扬程是靠往复运动的活塞,将机械能以静压的形式直接传给液体,因此活塞泵的扬程与流量无关 。 这是活塞泵与叶轮式泵根本不同的地方 。 理论上扬程可以无限大,实际上扬程不能无限增大,它受两个因素限制,一是泵的零件的强度,一是电机的功率 。 活塞泵的工作扬程取决于管路系统的阻力,即
H=Hst+∑hw (14-10)
式中 Hst为静扬程； ∑hw为吸水管与压水管的水头损失 之和 。
活塞泵的理论扬程曲线 HT-QT是一条垂直线,见图 14-8，
表明理论扬程与流量无关 。 但实际上活塞泵有漏水损失,随着第二节 活 塞 泵扬程增大,漏水 损失增加,所以 实际的 H-Q曲线随 H增大,流量略有降低 。
(2)功率曲线 活塞泵因流量变化很小,所以功率曲线用功率随扬程的变化曲线表示 。
因功率 N=?QH/?,在理想情况下?T=100%,QT是常数,因此 理论功率曲线 NT-HT是一根通过原点的直线 。 实际上,H=0
时功率不为零,H增大时,流量减小,效率改变,所以 实际功率曲线 N-H不通过原点,并稍有 弯曲 。
(3)效率曲线 理论效率曲线是?T=100%的虚线 。 由于扬程增大时漏水损失增大,实际效率下降 。 扬程很小时,有效功率很小,而机械损失基本不变,因而实际效率很快下降 。 实际第二节 活 塞 泵图 14-8 活塞泵的性能曲线第二节 活 塞 泵效率曲线?-H见图 14-8。 注意图中纵坐标是扬程 H,横坐标是流量 Q,功率 N及效率?。
三,活塞泵的调节与应用
(1)活塞泵的调节从流量 公式 (14-7)看出,活塞泵的流量只于活塞面积 F,冲程 S和曲柄转速 n有关,其中 F是不能改变的,因此,调节流量有两种方法 。 一种 方法是改变曲柄的半径 R,即改变连杆和曲柄连接的位置,以改变活塞的冲程 。 第二种 方法是改变曲柄的转速,以改变活塞每分钟往复的次数 。
活塞泵 不允许用阀门进行调节 。 因为关小阀门只增加管道的阻力,使活塞泵的扬程加大,而流量变化不大,白白消耗了第二节 活 塞 泵能量,且容易引起电机超载 。 因此,管路上的阀门只作检修时隔离之用,平时须常年开阀运行 。
(2)蒸汽活塞泵 用蒸汽作为动力,推动活塞往复运动,
叫做 蒸汽活塞泵 。 在采暖供热系统的锅炉房中,利用锅炉本身产生的蒸汽来带动活塞泵,做为停电时保证锅炉补给水的备用水泵,是非常合适的 。 这种活塞泵的流量调节,是通过配气装置改变配气量,从而改变活塞往复次数进行的 。 我国生产的
2QS系列蒸汽活塞泵的流量范围为 0.5～ 12Om3/h,输送温度低于 105℃ 的介质 。
(3)活塞泵的优缺点与离心式泵相比较,活塞泵具有以下 优点,
第二节 活 塞 泵
① 效率比离心泵高； ② 扬程变化时流量几乎不变,适宜于输送粘度较大的液体； ③ 不需要启动设备 。
活塞泵的 缺点 是：
① 流量较小且不均匀； ② 流量不易调节； ③ 结构复杂,零件多,操作管理不方便； ④ 体积大,重量大,造价高 。
尽管活塞泵是人类最早利用的提升液体的设备,但由于本身的缺点,已逐渐被离心泵所代替 。 由于它的特点适用于小流量,高扬程,输送高粘液体,至今仍应用于机械装置中润滑设备,以及锅炉房中用蒸汽活塞泵做为锅炉补给水泵等 。
第三节 水 环 式 真 空 泵内 容 提 要
一,工 作 原 理
二,应 用第三节 水 环 式 真 空 泵真空泵是将容器中的气体抽出,形成真空的装置 。 常用的是水环式真空泵 。
一,工 作 原 理水环式真空泵的工作示意图见图 14-9。 (a)是静止情况 。 带有六个叶片的叶轮,偏心地装在泵壳内,泵内注入一定量的水 。
(b)是叶轮旋转的情况 。 叶轮旋转时,由子惯性作用,水在泵壳四周形成水环,水环与叶轮之间被叶片分为六个分别封闭的空间 。 又由于叶轮是偏心装置的,这六个空间大小不等,1和 6
最小,3和 4最大 (见图 14-9b)。 当空间 1转至 2,3位置时,容积加大,气体压强减小,在 2,3接入吸气管,可将容器内的气体吸入 。 当转至 4,5,6时,空间容积愈来愈小,气体逐渐 被第三节 水 环 式 真 空 泵图 14-9 水环式真空泵示意图
(a)静止时； (b)叶轮旋转时
1-叶轮； 2-叶片； 3-泵壳第三节 水 环 式 真 空 泵压缩,压强增大,从排气管排出 。
叶轮每转一周,吸气一次,排气一次 。 连续不断地旋转,
就可将容器内的气体抽出,形成 真空 。
二,应 用水环式真空泵常用来为大型离心泵启动前抽气充水 。 我国生产的 水环式真空泵有 SZ型 和 SZB型 。 如 SZ-1型真空泵的极限压强为 122mmHg,SZ-4型真空泵的极限压强为 53mmHg(均为绝对压强 )。
真空泵工作时,应不断补充水,以保证水环的形成和带走摩擦产生的热量 。
本 章 小 节一、基本概念二、基本定律和基本方程三、重要的性质和结论
(十四 )
多媒体教学课件李文科 制作第十四章 其它常用泵与风机
第一节 轴流式泵与风机
第二节 活 塞 泵
第三节 水环式真空泵第一节 轴流式泵与风机内 容 提 要
一,工 作 原 理
二,性 能 曲 线
三,轴流式泵与风机的调节
四,常用轴流式泵与风机介绍第一节 轴流式泵与风机如前所述,轴流式泵与风机与离心式相同,都是通过高速旋转的叶轮对流体做功,使流体获得能量 。 它的 特点 是流体轴向流入,轴向流出,没有沿径向的运动,在理论压头公式
(11-11)中 (u22－ u12)/2g项为零 。 因此,它所产生的压头远低于离心式 。 轴流式泵与风机适用于 大流量,小压头 的情况,属于高比转数范围 。
一,工 作 原 理轴流式泵与风机的主要构造见图 14-1。 叶轮由叶片与轮毂组成,叶片以一定的安装角固定在轮毂上,轮毂固定在转轴上 。 由轴带动在机壳内高速旋转 。
第一节 轴流式泵与风机图 14-1 轴流式泵与风机示意图
1-轴 ;2-轮毂 ;3-叶片 ;4-机壳第一节 轴流式泵与风机图 14-2 进口与出口速度图第一节 轴流式泵与风机流体质点轴向流入叶轮,随叶轮旋转做 圆周运动,圆周速度为 u。 同时沿叶片做 相对运动,相对速度为 w,并沿轴向流出叶轮 。 圆周运动与相对运动合成为 绝对运动,绝对速度为
c=u+w。 由于流体没有沿径向的运动,因此它的绝对速度 c可以分解为：沿圆周切线方向的切向分速度 cu及沿轴线方向的轴向分速度 ca。 见图 14-2。
因为流体质点从叶轮进口到出口始终在同一半径的圆周上运动,故进口圆周速度与出口圆周速度相等,即
(14-1)
式中 r为流体质点所在的半径 。
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第一节 轴流式泵与风机叶轮的进口过流面积与出口过流面积相等,如不考虑叶片厚度的影响,过流面积为
(14-2)
式中 D为叶轮外径,d为 轮毂直径 。
叶轮进口轴向分速度 ca1与出口轴向分速度 ca2相等,即
(14-3)
式中 QT为理论流量 。
因 u1=u2=u,ca1=ca2=ca,则进口速度图与出口速度图可以画在一起,见图 14-2。
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第一节 轴流式泵与风机轴流式泵与风机的理论压头与离心式相同,可用欧拉方程式表示,即
(14-4)
为了得到最大的压头,选择进口安装角?1,使 cu1=0。 因此,
在设计工况下有
(14-5)
轴流式叶轮不同半径处的圆周速度不同 (见式 14-1),流体获得的能量不相等 。 r较大的地方 u较大,产生的压头也较大 。
能量分布的不均匀,增加于能量损失,降低了效率 。 为了避免
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第一节 轴流式泵与风机这种情况,使不同半径处压头大致相等,需要在不同半径处,
采用不同的出口安装角?2。 由于
(14-6)
在半径大的地方采用较小的?2,使 ucu2大致保持常数,于是整个叶轮出口截面上的压头基本保持均匀分布 。
轴流式泵与风机的叶片,由于不同半径处采用不同的出口安装角,经常做成扭曲的形状 。
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第一节 轴流式泵与风机二,性 能 曲 线轴流式泵与风机采用扭曲形叶片,只能保证在设计流量下流体的能量分布均匀 。 当流量大于或小于设计流量时,能量仍然是不均匀的,从而增加了能量损失,效率下降 。 特别是小流量时,由叶轮流出的流体,一部分又回到叶轮二次加压,发生二次回流现象 。 因此,轴流式泵与风机的性能曲线具有以下特点 (见图 14-3)：
(1) H-Q曲线陡降,并有转折点 。 二次回流的发生使小流量时的压头急剧增大,一般轴流泵的空载扬程约为设计工况的 1.5～ 2倍 。
(2) N-Q曲线随流量增加而下降 。 由于 N=?QH/?,当流量第一节 轴流式泵与风机图 14-3 轴流泵的性能曲线第一节 轴流式泵与风机增加时,压头下降很快,致使功率不但没有增加,反而减小 。
在 Q=0时,轴功率最大 。 因而轴流式泵与风机不能空载启动,
应在阀门全开的情况下启动 。
(3)?-Q曲线呈驼峰形 。 高效率工作的范围很小,流量在偏离设计工况不远处,效率很快下降 。 轴流式泵与风机的这一特点,使阀门调节非常不利,因而不能采用 。
(4) 轴流泵的吸水性能一般用气蚀余量表示 。 轴流泵的气蚀余量较大,亦即 允许吸上真空高度较小 。 有时叶轮需要浸没在水中一定深度,即安装高度为负值 。
第一节 轴流式泵与风机三,轴流式泵与风机的调节轴流式泵与风机一般 不采用阀门凋节,因为关小阀门使功率增大,效率降低,容易引起电机超载 。
轴流式泵与风机 通常采用 变速调节 或 改变叶片安装角 的调节方法 。 变速调节与离心式泵与风机相同 。 轴流式泵与风机叶片的安装角有几种角度,可以根据流量大小,选择不同安装角 。
安装角不同时,机器的性能曲线改变,图 14-4是 30E-11型轴流风机的性能曲线,是按四种不同安装角绘制的 。
改变叶片安装角的方法有 半调式 与 全调式 两种 。
半调式 的叶片是用螺母栓紧在轮毂上,轮毂上刻有几个安装角的位置线,调节时,将螺母松开,转动叶片,然后拧紧第一节 轴流式泵与风机图 14-4 轴流风机的性能曲线第一节 轴流式泵与风机即可 。
全调式 可以在停机或不停机的情况下,通过一套液压调节机构改变叶片安装角,调节机构比较复杂,一般应用于大型轴流泵与轴流风机 。
第一节 轴流式泵与风机四,常用轴流式泵与风机介绍轴流式泵与风 机 具有构造简单,可输送含有杂质的流体,
占地面积小,效率高等 优点,在采暖,通风,给排水,农田灌溉等工程中得到广泛应用 。
(1)轴流泵我国生产的轴流泵有 卧式轴流泵 (半调式 )ZWB型,立式轴流泵 (半调式 )ZLB型 及 立式轴流泵 (全调式 )ZLQ型 。 流量一般为 480～ 36000m3/h,扬程为 3～ 15mH2O。
(2)轴流通风机我国生产的 轴流通风机种类很多,有一般通风机,防爆通风机,矿井通风机等 。 轴流通风机的叶片型式很多,见附录 。
第一节 轴流式泵与风机如 一般轴流通风机 30K4-11型,风压为 2.5～ 49mmH2O,风量为
500～ 49500m3/h。 叶片安装角有 10°,15°,20°,25°,
30° 五种 。 其 型号意义以 30K4-llNo.3A为 例,说明如下：
30— 毂比 (0.3)乘以 100倍 后的整数,轮毂直径与叶轮外径之比称毂比；
K--该风机的叶型为等厚板型的扭曲叶片；
4--该型叶片第 4次设计；
1--该型风机叶轮为 1级；
1— 该风机为第一次设计结构；
No3— 风机机号,叶轮直径为 300mm；
A— 传动方式为电机直联式 。
第二节 活 塞 泵内 容 提 要
一,工 作 原 理
二,性 能 曲 线
三,活塞泵的调节与应用第二节 活 塞 泵活塞泵是靠活塞在泵缸内往复运动,改变工作室容积,从而对流体做功使流体获得能量,是一种容积式泵 。
一,工 作 原 理图 14-5是活塞泵的工作示意图 。 曲柄连杆机构带动活塞在泵缸内往复运动,当活塞自左向右运动时,泵缸内造成低压,
上端压水阀关闭,下端吸水阀被泵外大气压作用下的水压力推开,水由吸水管进入泵缸,完成 吸水过程 。 当活塞自右向左运动时,泵缸内形成高压,吸水阀关闭,压水阀受压而开启,将水由压水管排出,完成 压水过程 。 活塞不断往复运动,水就不断被吸入和排出 。
活塞泵在泵缸内从一个顶端运动至另一顶端,两顶端之间的距离 S称为活塞的 冲程 。 活塞往复一次 (两个冲程 ),吸入和第二节 活 塞 泵图 14-5 活塞泵工作示意图
1-压水管； 2-泵缸； 3-吸水阀； 4-压水阀；
5-吸水管； 6-活塞； 7-连杆； 8-曲柄第二节 活 塞 泵排出一次水,称为 单动活塞泵 。 单动活塞泵的理论流量为
QT=F·S·n (14-7)
式中 F— 活塞截面积；
S— 冲程；
n— 活塞每分钟往复次数 。
实际上由于吸 水阀和压水阀的开关均有延迟,以及活塞与泵体的联接不紧密,都会使一部分水由压水端漏回吸水端 。 因此,实际流量小于理论流量,可用 容积效率?v表示
Q=?vQT=?vF·S·n (14-8)
构造良好的大型活塞泵?v较高,小型活塞泵?v较低,一般约为
85～ 99%之间 。
第二节 活 塞 泵按式 (14-7)计算的流量是活塞泵的平均流量,即假设活塞泵连续均匀供水的流量 。 实际上活塞泵吸水时不供水,压水时流量也是不均匀的 。 活塞泵多采用曲柄连杆机构作传动机构,
当曲柄作等角速度旋转时,活塞的速度变化为 正弦曲线 。 因活塞面积 F是常数,活塞泵的瞬时流量随时间变化与活塞速度变化规律相同,也是正弦曲线 。 如图 14-6(a)所示 。
单动 活塞泵的供水是很不均匀的 。 为了改善这种情况,可采用 双动泵 。 双动泵是活塞往复一次吸入和排出各两次,共工作示意图见图 14-7。 当活塞自左向右运动时,左泵缸吸水,
右泵缸压水；活塞自右向左运动时,右泵缸吸水,左泵缸压水,
从而改善了供水的均匀性 。 其流量变化见图 14-6 (b)。
第二节 活 塞 泵图 14-6 活塞泵流量变化曲线
(a)单动泵； (b)双动泵第二节 活 塞 泵图 14-7 双动活塞泵示意图
1-压水管； 2-右泵缸； 3-左泵缸； 4-吸水管第二节 活 塞 泵还可以做 三动,四动活塞泵,使供水更加均匀化,就不一一叙述了 。
双动泵的理论流量为
QT=(2F-f)·S·n (14-9)
式中,f为活塞杆的截面积,其它符号同前 。
为了使活塞泵供水均匀,同时减少管路内由于流速变化引起附加的惯性水头损失,一般常在压水及吸水管路上 设置密闭的空气室 。 借助空气的压缩和膨胀作用,达到缓冲调节的效果 。
第二节 活 塞 泵二,性 能 曲 线
(1)扬程曲线 活塞泵的扬程是靠往复运动的活塞,将机械能以静压的形式直接传给液体,因此活塞泵的扬程与流量无关 。 这是活塞泵与叶轮式泵根本不同的地方 。 理论上扬程可以无限大,实际上扬程不能无限增大,它受两个因素限制,一是泵的零件的强度,一是电机的功率 。 活塞泵的工作扬程取决于管路系统的阻力,即
H=Hst+∑hw (14-10)
式中 Hst为静扬程； ∑hw为吸水管与压水管的水头损失 之和 。
活塞泵的理论扬程曲线 HT-QT是一条垂直线,见图 14-8，
表明理论扬程与流量无关 。 但实际上活塞泵有漏水损失,随着第二节 活 塞 泵扬程增大,漏水 损失增加,所以 实际的 H-Q曲线随 H增大,流量略有降低 。
(2)功率曲线 活塞泵因流量变化很小,所以功率曲线用功率随扬程的变化曲线表示 。
因功率 N=?QH/?,在理想情况下?T=100%,QT是常数,因此 理论功率曲线 NT-HT是一根通过原点的直线 。 实际上,H=0
时功率不为零,H增大时,流量减小,效率改变,所以 实际功率曲线 N-H不通过原点,并稍有 弯曲 。
(3)效率曲线 理论效率曲线是?T=100%的虚线 。 由于扬程增大时漏水损失增大,实际效率下降 。 扬程很小时,有效功率很小,而机械损失基本不变,因而实际效率很快下降 。 实际第二节 活 塞 泵图 14-8 活塞泵的性能曲线第二节 活 塞 泵效率曲线?-H见图 14-8。 注意图中纵坐标是扬程 H,横坐标是流量 Q,功率 N及效率?。
三,活塞泵的调节与应用
(1)活塞泵的调节从流量 公式 (14-7)看出,活塞泵的流量只于活塞面积 F,冲程 S和曲柄转速 n有关,其中 F是不能改变的,因此,调节流量有两种方法 。 一种 方法是改变曲柄的半径 R,即改变连杆和曲柄连接的位置,以改变活塞的冲程 。 第二种 方法是改变曲柄的转速,以改变活塞每分钟往复的次数 。
活塞泵 不允许用阀门进行调节 。 因为关小阀门只增加管道的阻力,使活塞泵的扬程加大,而流量变化不大,白白消耗了第二节 活 塞 泵能量,且容易引起电机超载 。 因此,管路上的阀门只作检修时隔离之用,平时须常年开阀运行 。
(2)蒸汽活塞泵 用蒸汽作为动力,推动活塞往复运动,
叫做 蒸汽活塞泵 。 在采暖供热系统的锅炉房中,利用锅炉本身产生的蒸汽来带动活塞泵,做为停电时保证锅炉补给水的备用水泵,是非常合适的 。 这种活塞泵的流量调节,是通过配气装置改变配气量,从而改变活塞往复次数进行的 。 我国生产的
2QS系列蒸汽活塞泵的流量范围为 0.5～ 12Om3/h,输送温度低于 105℃ 的介质 。
(3)活塞泵的优缺点与离心式泵相比较,活塞泵具有以下 优点,
第二节 活 塞 泵
① 效率比离心泵高； ② 扬程变化时流量几乎不变,适宜于输送粘度较大的液体； ③ 不需要启动设备 。
活塞泵的 缺点 是：
① 流量较小且不均匀； ② 流量不易调节； ③ 结构复杂,零件多,操作管理不方便； ④ 体积大,重量大,造价高 。
尽管活塞泵是人类最早利用的提升液体的设备,但由于本身的缺点,已逐渐被离心泵所代替 。 由于它的特点适用于小流量,高扬程,输送高粘液体,至今仍应用于机械装置中润滑设备,以及锅炉房中用蒸汽活塞泵做为锅炉补给水泵等 。
第三节 水 环 式 真 空 泵内 容 提 要
一,工 作 原 理
二,应 用第三节 水 环 式 真 空 泵真空泵是将容器中的气体抽出,形成真空的装置 。 常用的是水环式真空泵 。
一,工 作 原 理水环式真空泵的工作示意图见图 14-9。 (a)是静止情况 。 带有六个叶片的叶轮,偏心地装在泵壳内,泵内注入一定量的水 。
(b)是叶轮旋转的情况 。 叶轮旋转时,由子惯性作用,水在泵壳四周形成水环,水环与叶轮之间被叶片分为六个分别封闭的空间 。 又由于叶轮是偏心装置的,这六个空间大小不等,1和 6
最小,3和 4最大 (见图 14-9b)。 当空间 1转至 2,3位置时,容积加大,气体压强减小,在 2,3接入吸气管,可将容器内的气体吸入 。 当转至 4,5,6时,空间容积愈来愈小,气体逐渐 被第三节 水 环 式 真 空 泵图 14-9 水环式真空泵示意图
(a)静止时； (b)叶轮旋转时
1-叶轮； 2-叶片； 3-泵壳第三节 水 环 式 真 空 泵压缩,压强增大,从排气管排出 。
叶轮每转一周,吸气一次,排气一次 。 连续不断地旋转,
就可将容器内的气体抽出,形成 真空 。
二,应 用水环式真空泵常用来为大型离心泵启动前抽气充水 。 我国生产的 水环式真空泵有 SZ型 和 SZB型 。 如 SZ-1型真空泵的极限压强为 122mmHg,SZ-4型真空泵的极限压强为 53mmHg(均为绝对压强 )。
真空泵工作时,应不断补充水,以保证水环的形成和带走摩擦产生的热量 。
本 章 小 节一、基本概念二、基本定律和基本方程三、重要的性质和结论
