轮机概论教案.省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第五章第五章 船用泵船用泵 楼海军第1页第一节 船用泵概述n一、泵功用和分类：一、泵功用和分类：1.作用：在船上经常需要输送水、油和其它各种液体，这些输送任务都是经过一个称为泵设备来完成，所以泵是用来输送液体一个机械。液体不可能自发地从压力比较低处流入压力比较高处，而需要向输送液体提供足够机械能才能到达输送液体目标，从这种意义讲，泵是用来提升液体机械能一个设备。第2页n2.种类：1）按用途可分为：船舶通用泵：是为船舶营运及船上人员生活需要而设置，是机动船舶都须装备泵，主要有压载水泵、舱底水泵、消防水泵、卫生水泵和淡水泵等。船舶动力装置用泵：是为船舶动力装置工作需要而设置。柴油机船舶主要有燃油驳运泵、燃油输送泵、主机缸套和活塞冷却泵、海水循环泵、润滑油泵、润滑油驳运泵、柴油发电机冷却水泵和海水泵等。船舶辅助机械用泵：主要是为船舶辅助机械提供服务。船舶专用泵：是用来满足特殊船舶需要，如油船上货油泵、挖泥船上吸泥泵、破冰船上压载泵、深水打捞船上打捞泵、消防船上消防泵以及油船上货油泵等。第3页n2）按工作原理能够分为：容积式泵：主要是经过运动部件位移，使泵工作空间容积发生改变来吸排液体，从而把机械能传给液体，到达输送液体目标。容积式泵可依据吸排液体部件运动特点分为往复泵和回转泵。叶片式泵：主要是经过工作叶片带动液体高速转动，使液体能量增加，然后再将动能转换为压力能，从而完成吸排作用。属于这种类型泵有各种离心泵、轴流泵和旋涡泵等。第4页n喷射泵：是经过喷射工作流体所产生高速射流，吸引周围流体，进行动量交换，把动能传给输送流体，然后再将动能转换为压力能，从而到达输送流体目标。有水射水泵、水射真空泵、蒸汽喷射泵和空气喷射泵等。电磁泵：是利用电磁力来输送液态金属一个泵，这种泵无任何运动部件，仅在原子能船上用作原子锅炉循环泵。第5页n二二 泵性能参数：泵性能参数：为了表征泵性能和完善程度，方便选取和比较，通常把流量、压头、转速、功率和效率等主要工作参数称为泵性能参数。1.流量：是指泵在单位时间内所输送液体量，可用容积或质量来度量，分别称为容积流量Q(m3s)或质量流量G(kgs)。质量流量与容积流量之间关系为：GQ kgs式中：液体密度，kgs。第6页n2扬程(压头)：是指单位重液体经过泵后所增加机械能，即每单位重力作用液体经过泵后其能量增加值。压头惯用H来表示，单位是 m。依据水力学知识，单位重量液体机械能称为水头，它包含位能、动能和压力能。所以，泵扬程即泵使液体所增加水头，如全部转换为位能，即表示液体所能上升高度。泵铭牌上所标注是额定扬程，即设计工况扬程。第7页n泵工作扬程取决于系统工作条件，能够用下式计算(参看图4-1)：H（pc-pa）/g+Z+h （m）。式中：pc排出液面压力，Pa；pa吸入液面压力，Pa；Z排出液面与吸入液面高度差，m；h吸排管中水力损失，m；排送液体密度，kgm3；g重力加速度，98ms2。假如知道泵排出压力pd(Pa)和吸入压力ps(Pa)，其压头即可近似地表示为：H(pdps)g （m）。第8页n容积式泵往往不标注额定扬程而是额定排出压力，它是按照试验标准连续工作所允许最高排出压力。容积式泵工作时实际排出压力不允许超出额定排出压力。3转速：是指泵轴每分钟回转数，用n表示，单位是rmin。往复泵因为结构上特点，它转速也可用活塞在每分钟所完成双行程数来表示。铭牌上所标出是泵轴额定转速。第9页n4功率和效率：泵功率有输出功率和输入功率。输出功率又称为有效功率，指泵单位时间内实际传给液体能量，用Pe表示，可由下式求得：Peg Q H （W）。泵输入功率也称轴功率，是指泵轴所接收功率，用P表示。因为泵在实际工作中总存在各种能量损失，所以泵有效功率总小于轴功率，可用效率来衡量。输出功率和输入功率之比称为泵效率，即Pe/P 。效率表示泵性能好坏以及动力利用程度，效率越高说明泵工作越经济。第10页第二节 容积式泵n一、往复泵：一、往复泵：属于容积式泵，它是利用活塞或柱塞在泵缸中作往复运动，从而引发工作腔室容积改变来产生吸排作用。所以，可称为活塞泵或柱塞泵。第11页n1往复活塞泵：1)工作原理：当活塞从下止点向上止点移动时，活塞下部泵缸容积增大，压力降低，当吸入阀上、下形成压差足以顶开吸入阀时而使其开启，使吸人管与泵缸相通。所以，吸入管内空气即因泵缸中活塞位移容积增加而膨胀，使其压力降低，于是，吸入管中液面就会在吸入液面压力作用下上升。当活塞抵达上止点时活塞下部空间不再增大，压力也不再降低，吸入阀在泵本身重量及弹簧张力作用而下落关闭。当电动机经过曲柄连杆机构带动活塞从上止点向下移动时，活塞下部空间空气被压缩，压力升高，这么既把吸入阀压紧又能够顶开排出阀，使空气从排出管排出。第12页n当活塞下行到下止点时，排出阀因为本身重量和弹簧张力而关闭。当活塞再次抵达下止点时，又重复以上过程，吸入管内液体液位就会继续上升。活塞在电动机带动下经过数次上下往复运动后，吸入管和活塞下部空间空气就会全部排出，紧接着便是液体不停吸入和排出，进入正常吸排液体工作中。在上述往复泵中，活塞在一个往复行程中只吸排一次，这种泵因为只有一个工作空间，吸入和排出过程是交替进行，我们把这么往复泵称为单作用泵，它排出过程是断续进行，其流量极不均匀。为了提升往复泵流量并使其流量更均匀，往往采取多作用泵。第13页n如图4-3所表示，在一个泵缸中有两个工作空间，每个空间都有自己吸人阀和排出阀，这么，活塞在一个往复行程中各完成两次吸、排，我们称它为双作用往复泵。当转速、泵缸尺寸相同时，双作用往复泵流量比单作用往复泵大约增加一倍，输液也比较均匀。另外还有三作用往复泵和双缸四作用往复泵等。第14页n2)往复泵特点：(1)有自吸能力。(2)能够产生很高压头。(3)理论流量与压头无关。(4)输送液体不均匀。(5)转速不能太高。(6)当输送液体含有固体杂质时，泵阀轻易摩擦和垫起。所以，在吸入口常设滤器。(7)结构比较复杂，易损件多。因为含有以上特点，在流量相同时往复泵比其它泵粗笨，造价较高，管理和维护工作比较繁琐，所以在许多场所已经被离心泵所取代。但在工作中轻易吸入气体，在需要有比很好自吸能力场所，如舱底水泵、锅炉给水泵和油轮扫舱泵，经常采取往复泵；另外，有时还用于其它小流量高压头场所。第15页n2柱塞泵：主要用于船舶液压系统中作为变向变量油泵：即在不改变原动机转向时，泵吸排方向和流量皆能够改变。柱塞式变向泵依据运动部件运动特点，能够分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵。下面对径向柱塞泵工作原理分别加以介绍。第16页n1）径向柱塞泵工作原理：可借图4-5来说明。外圆4代表能左右移动浮动环。中间圆盘1表示油缸体，在缸体中径向地安装着若干个柱塞2，柱塞顶部带有滑履3，滑履安装在浮动环环形滑轨内，并可沿环形滑轨滑移。中间内圆8表示配油轴，9、10分别表示吸、排油口。缸体由原动机驱动，绕配油轴回转。假设原动机驱动缸体作顺时针方向回转，当浮动环处于中央位置时，因为浮动环与缸体同心，柱塞在油缸中不产生任何往复运动，这时油泵空转，不产生任何吸排作用，流量为零。假如经过操纵机构将浮动环拉离中央位置，使其偏向右侧，则吊挂于浮动环滑轨上柱塞，就会在油缸体带动下转过上半周时，不停从油缸中退出，使油缸容积增加，压力下降，经油口9从吸油管吸入油液；而当柱塞转过上半周后，则又会不停压入油缸，油缸容积减小，压力增加，将缸内油液从油口10排出。第17页n2）对尺寸既定径向柱塞泵：当转速恒定时，只要改变浮动环偏心距e大小，就能改变油泵流量。而改变浮动环偏心方向，如图4-5(d)所表示，在柱塞转过下半周时，不停从油缸中退出，经油口10吸人油液；而当柱塞转过上半周时，又从油口9排出油液。油液吸排方向与图4-5(b)相反。显然，因为柱塞在油缸中作往复运动时速度是不均匀，故每个油缸瞬时流量也就不均匀。柱塞个数越多，泵理论流量越均匀，而且柱塞个数为奇数时，又要比为相邻偶数时均匀。所以，单列径向柱塞泵柱塞个数常为7、9、11等。第18页n二、齿轮泵：二、齿轮泵：主要工作部件是相互啮合齿轮。依据啮合形式不一样可分为外(啮合式)齿轮泵和内(啮合式)齿轮泵。下面介绍外齿轮泵工作原理。1.工作原理：图中，一对完全相同而相互啮合主动齿轮1和从动齿轮2分别安装在两根平行转轴上，主动齿轮转轴一端穿过泵体3端盖，由原动机带动作等速回转。齿轮齿顶和两端面分别被泵体和端盖所包围。因为相啮合轮齿A、B、C分隔，与吸入口4相通吸入腔和与排出口5相通排出腔彼此隔离。第19页n当齿轮按图示方向回转时，齿C逐步退出啮合，其所占据齿间容积逐步增大，压力对应降低，于是液体在吸人液面上压力作用下，经吸入管从吸入口4被吸入这一齿间。伴随齿轮回转，一个个吸满液体齿间转过吸入腔，沿泵壳内壁转到排出腔，当各齿依次地重新进入啮合时，各齿间中液体即被轮齿不停挤出，并从排出口连续排出。因为齿轮一直紧密啮合，而泵体内壁与各齿顶以及端盖与齿轮端面间隔很小，有效地预防了排出腔中压力较高液体漏回到压力较低吸入腔。从图中能够看出，普通齿轮泵假如反向回转，其吸排方向也就相反。第20页n2）特点：(1)齿轮泵吸排方向取决于泵轴回转方向。普通齿轮泵假如反向回转，其吸排方向也就相反。(2)齿轮泵属于容积式泵，有自吸能力，但因齿轮泵排送气体时密封性差，故自吸能力不如往复泵。齿轮泵内部摩擦面多，起动前须确保泵内有油，以防干转而造成严重磨损，同时也能够改进密封性能。(3)理论流量由工作部件尺寸和转速决定，与排出压力无关。(4)额定排出压力主要取决于泵密封性能和轴承承载能力等，与工作部件尺寸和转速无关。齿轮泵存在不平衡径向力和容积效率降低是其提升工作压力主要障碍，为此，高压齿轮泵都设有轴向和径向间隙赔偿装置，并设法减小和平衡液压径向力。为了预防排出压力过高，齿轮泵出口应设置安全阀。第21页n(5)流量连续，但有脉动。(6)结构简单，价格低廉。因工作部件作回转运动，又无泵阀，可采取较高转速，能够直接由电动机驱动，与一样流量往复泵相比，齿轮泵尺寸、重量比较小。而且齿轮泵易损件少，耐冲击性强，工作可靠。(7)因齿轮泵工作时摩擦面较多，所以适于排送不含固体颗粒而有润滑性油液。3）应用：齿轮泵普通被用作排出压力不很高、流量不太大以及对流量和排出压力均匀性要求不很严地方，船上惯用作滑油泵、驳油泵以及液压传动中供油泵等。第22页第三节 离心泵n 离心泵用以产生吸排液体主要部件是含有叶瓣叶轮，当叶轮由原动机带动回转时，充满在叶轮中液体被带动作高速旋转而取得离心力，从进口流向出口，因而称为离心泵。n 1.主要工作部件：是叶轮1和泵壳3。叶轮亦称工作轮，通常是由57个弧形叶片2和前后圆形盖板所组成。叶轮用键和螺母固定在泵轴6一端，为了预防高速旋转时叶轮松动，螺母采取反扣螺纹，轴另一端则经过填料箱伸出泵壳之外，由原动机驱动顺时针方向回转。泵壳呈螺线形，亦称螺壳或蜗壳，螺壳借两法兰分别与吸入管和排出管相接。第23页n 2.工作原理：泵工作时，预先充满在泵中液体，在叶片推压下被迫随叶轮一起回转，产生一定离心力，把液体从叶轮进口向叶轮外周甩出。与此同时，在叶轮中心形成一定真空，所以，液体在吸入液面上大气压力作用下，就会不停地经吸入管、泵吸入口4进入叶轮。从叶轮番出液体，压力和速度都比进入叶轮时增加了很多。螺壳将它们汇聚并平稳地导向扩压管。扩压管流道截面是逐步增大，从而使液体流速降低，大部分动能转变为压力能，然后进入排出管。叶轮不停地等速回转，液体吸排也就连续均匀地进行。显然，液体经过泵所增加能量是原动机经叶轮对液体作功结果。第24页n因为空气密度很小，在标准情况下约为淡水1800，这么，当叶轮回转时，因为空气所产生离心力很小，在泵吸入口处也就只能产生不大真空，泵中依然存有空气，而且此空气压力和液面上大气压力相差不大，所以液体不能流入泵中，泵也就无法供液，所以说离心泵没有自吸能力。为此，当离心泵吸人口位置高于液面时，必须先向泵中灌满水，进行引水。第25页n 3.离心泵性能：主要表现为流量Q、压头H、功率P、效率和转速n间相互关系，通惯用对应关系曲线表示，称之为离心泵特征曲线。这些曲线借试验方法绘出。试验时，维持转速一定，在不一样流量下测得压头和功率，并进而求得泵总效率，可绘出H-Q、P-Q、Q特征曲线。因为是在一定转速下测得这些曲线，所以称为离心泵定速特征曲线。第26页n图4-14为25CL-4型船用离心泵在2900rmin时实测定速曲线。从图中能够得出：1）Q-H特征曲线是选择和使用离心泵主要依据。离心泵流量与压头相关，流量减小则压头升高，而流量增加压头降低。假如离心泵在一系统中工作，只有当离心泵所产生压头等于系统中所消耗压头时，离心泵即处于稳定工作情况。2）Q-P曲线是合理选择原动机功率和泵起动方式依据。离心泵轴功率是伴随流量增加而增大，当流量Q=0，即关闭排出阀时，所需功率P最低，此时泵封闭压头也并不很高，第27页n所以，对含有上升Q-P曲线离心泵，为了减轻原动机在起动时负荷，能够在完全关闭离心泵排出阀情况下实现封闭起动。3）Q-曲线是判断离心泵工作经济性依据。从曲线能够看出，泵在额定转速下含有一个最高效率点，它所对应工况即为最正确工况。泵运行时应力争使其处于最正确工况下工作，以确保最正确效率。第28页n4.离心泵优点：(1)供液均匀，工作平稳，而且流量轻易调整；(2)重量轻而外形尺寸小；(3)能与高速原动机直接相连而无需减速；(4)对杂质不敏感，易损件少，能输送各种液体(包含泥浆等)；(5)结构简单紧凑，工作可靠，易于管理和维修。第29页n5.应用：离心泵在船上数量和使用范围都超出了其它类型泵。但它所存在主要缺点是没有自吸能力，从而使离心泵适宜布置在吸入液面以下。不然，起动前必须引水，或采取含有自吸装置离心泵。在船上，离心泵应用较多，如循环水泵、冷却水泵、凝水泵、给水泵、饮用水泵、卫生水泵、压载水泵、舱底水泵、消防水泵和货油泵等。第30页第31页第32页第33页第34页第35页