輪機概論 第7章 船用泵和油馬達

1、輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達 1 第四章 船用泵和油馬達Chapter 4 Marine Pump and Hydraulic Motor 主要內容：介紹了船用泵的功用和分類，泵的性能參數，容積式泵，葉輪式泵，低速大扭矩油馬達的結構、工作原理和特性。輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 2 第一節(jié) 船用泵概述Section 1 Introduction to marine pump一、泵的功用和分類一、泵的功用和分類泵泵 (Pump)：用來提高液體機

2、械能(位能、動能、壓力能)并輸送液體的設備。(Potential energy, kinetic energy, pressure energy)1.船舶通用泵(General purpose pump)2.船舶動力裝置用泵(Pump for marine power plant)3.船舶輔助機械用泵(Pump for auxiliary machinery)4.船舶專用泵(Special purpose pump)按用途分類：第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 3 1.容積式泵容積式泵(Positiv

3、e displacement pump)：通過運動部件的位移使泵工作空間容積發(fā)生變化來吸排液體，把機械能傳給液體達到輸送液體的目的。按工作原理分類：往復式(Reciprocating)回轉式(Rotary)活塞泵(Piston pump)柱塞泵(Plug pump)齒輪泵(Gear pump)葉片泵(Vane pump)螺桿泵(Screw pump)單螺桿泵(Single-screw pump)雙螺桿泵(2-screw pump)三螺桿泵(3-screw pump)單作用葉片泵(Single-effect)雙作用葉片泵(2-effect)外齒輪泵(External gear pump)內齒輪泵

4、(Internal gear pump)第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 4 2.葉片葉片( (葉輪葉輪) )式式泵泵(Impeller pump)：通過工作葉片帶動液體高速轉動，使液體的能量增加，然后再將動能轉換為壓力能，從而完成吸排液體的作用。離心泵(Centrifugal pump)軸流泵(Axial flow pump)漩渦泵(Regenerative pump)3.噴射噴射泵泵(Ejection pump)：通過噴射工作流體所產生的高速射流，吸引周圍流體，進行動量交換，把動能傳給輸送的液體，

5、再將動能轉換為壓力能，從而達到輸送流體的目的。水射水泵(Water ejection pump)水射真空泵(Water injector)蒸汽噴射泵(Steam inducer)空氣噴射泵(Air inducer)4.電磁電磁泵泵(Electromagnetism pump)：利用電磁力輸送液態(tài)金屬的泵，用于原子能船鍋爐的循環(huán)泵。第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 5 性能參數：性能參數：為了表征泵的性能和完善程度以便選用和比較，通常把流量、壓頭、轉速、功率、效率等稱為泵的性能參數。二、泵的性能參數二、

6、泵的性能參數1.流量流量(Flow)：單位時間內輸送流體的量。質量流量G、體積流量Q：G=Q kg/s2.揚程揚程(Head)：單位重量液體通過泵后所增加的機械能，m。p2/gpdpspa/gz2zz1z(pc pa)/gh1h2H包括位能(Z)、動能(v2/2g)、壓力能(p/g)。hZgppHac(m)gppHsd/(m)水力阻力吸排液面高度差吸排液面壓力差第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 6 3.轉速轉速(Revolution)：泵軸單位時間內的回轉數，r/min。4.功率功率和效率和效率(Po

7、wer, Efficiency)輸出功率輸出功率( (有效功率有效功率)P)Pe e(Effective Power)：液體得到的功率。輸入功率輸入功率( (軸功率軸功率)P)P(Shaft Power)：原動機傳給泵軸的功率。配套功率配套功率P Pm m：原動機的輸出功率。PM=KMP有效功率軸功率配套功率Pe=gQH (W)效率：效率：輸出功率和輸入功率之比。 =Pe/P (%)The end of section 1第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 7 第二節(jié) 容積式泵Section 2 Pos

8、itive displacement pump一、往復泵一、往復泵1.1.往復活塞泵往復活塞泵單缸單作用單缸雙作用三缸三作用第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 8 第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達M/V TianhuaiMAM Lab.輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 9 流量和容積效率：流量和容積效率：理論流量：Qt=60KASn m3/hA-活塞的有效工作面積，m2；K-泵的作用次數；S-活塞的工作行程，m；n-轉速，r/min；泄漏原因

9、：泵閥、活塞環(huán)、填料；泵閥遲滯；空氣漏入。實際流量：QQt容積效率：實際流量和理論流量之比。v=Q/Qt第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 10 往復泵的特點：往復泵的特點：(1)有自吸能力。泵起動后能把泵缸、水閥箱以及吸入管內的空氣逐步抽除并將其排出，繼而吸上液體，進入正常工作，這種能力稱為往復泵的自吸能力自吸能力(Self-priming capability)。(2)可以產生很高的壓頭。排出壓力取決于僅取決于外界負荷，與泵的尺寸、轉速、作用次數無關。額定排出壓力取決于原動機功率、泵的強度、密封性能

10、。排出端設安全閥。(3)理論流量與壓頭無關，實際流量因壓頭增加而下降。(4)輸送液體不均勻。為降低排壓波動，采用多作用泵或設置空氣室加以解決。(6)液體含有固體雜質，泵閥易摩擦和墊起。設吸入濾器。(5)轉速不能太高。(7)結構復雜、易損件多。第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 11 2.2.徑向柱塞泵徑向柱塞泵(Radial variable pump) 第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達1-油缸體 2-柱塞 3-滑履 4-浮動環(huán) 8-配油軸 9、10-吸排口柱塞個數為奇數奇數：7, 9, 11

11、, 13浮動環(huán)偏心距大小大小方向方向改變泵的流量改變泵的流量改變吸排方向改變吸排方向流量：vznedQ242m3/min輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 12 第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達3.3.軸向柱塞泵軸向柱塞泵(Axial variable pump) 1-泵軸 2-配油盤 3-缸體 4-柱塞 5-斜盤 6-配油口 7、8-吸排口 9-泵體工作原理工作原理流量：vvDzntgdhzndQ2244輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 13 第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油

12、馬達軸向柱塞泵實例軸向柱塞泵實例(CY14-1)(CY14-1)Pump constructionSymbol輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 14 第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達二、齒輪泵二、齒輪泵(Gear pump) 1.1.外齒輪泵外齒輪泵(External gear pump) 外齒輪泵工作原理外齒輪泵工作原理吸排方向取決于轉向，脫開嚙合的一側與吸入管連通，插入嚙合的一側與排出管連通。理論上，轉向改變，吸排方向改變。1-主動齒輪 2-從動齒輪 3-泵體 4-吸入口 5-排出口輪機概論輪機概論Introduction to

13、 Marine Engineering 15 第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達2.2.內齒輪泵內齒輪泵(Internal gear pump) 內齒輪泵工作原理內齒輪泵工作原理1-齒輪 2-月牙形隔板 3-齒環(huán) 4-銷釘 5-蓋板 6-底盤泵軸轉向改變，靠嚙合齒作用力使隔板轉過180，吸排方向不變。齒輪比齒環(huán)齒數少，齒輪與齒環(huán)轉向相同，齒輪比齒環(huán)轉速大。 輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 16 第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達齒輪泵的特點齒輪泵的特點(1)吸排方向取決于泵軸的回轉方向;(2)有自吸能力，但因間隙較多，不如往

14、復泵;(3)理論流量與壓力無關，由工作部件尺寸和轉速決定;(4)額定壓力與轉速、尺寸無關，取決于軸承強度、電機容量、密封性能;(5)流量連續(xù)，但有脈動 ;(6)結構簡單，易損件少，直接驅動,高速回轉;(7)因磨擦面較多，故適用于排送具有潤滑性的油類;應用：滑油泵、駁油泵、液壓傳動中的供油泵等。輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 17 第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達三、葉片泵三、葉片泵(Vane pump) 1.1.雙作用葉片泵雙作用葉片泵(2-effect vane pump) 轉子轉一周，完成兩次吸、排，因此是雙作用泵。作用在轉子

15、上的液壓力完全平衡，所以雙作用葉片泵屬于卸荷式葉片泵。輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 18 第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達雙作用葉片泵結構雙作用葉片泵結構1-滾針軸承 2-吸油配油盤 3-傳動軸 4-轉子 5-定子 6-泵體 7-排油配油盤 8-球軸承 9-葉片輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 19 第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達2.2.單作用葉片泵單作用葉片泵(Single-effect vane pump)1-轉子 2-定子 3-葉片 4-泵體轉子轉一周，完成一

16、次吸、排，因此是單作用泵。轉子和軸承承受不平衡的徑向液壓力，所以單作用葉片泵屬于非卸荷式葉片泵。The end of section 2輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 20 第三節(jié) 葉輪式泵Section 3 Impeller pump一、離心泵一、離心泵(Centrifugal pump)離心泵用以產生吸排液體的主要部件是具有葉瓣的葉輪。主要部件是具有葉瓣的葉輪。當葉輪回轉時，充滿在葉輪中的液體被帶動做高速旋轉而獲得離心力，離心力，從進口流向出口。第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達Principle of a centrifuga

17、l pump at zero flowBucket behavior if a hole is put in its base. As viewed by a stationary observer.輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 21 離心泵結構：離心泵結構：第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達單級蝸殼式離心泵(Single stage volute centrifugal pump)1-葉輪(Impeller)2-葉片(Blade)3-泵殼(Shell)4-吸入接管(Inlet connection)5-擴壓管(Diffuser)

18、6-泵軸(Shaft)7-固定螺帽(Locking nut)8-蝸室(Volute chamber)輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 22 離心泵實例：離心泵實例：第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達立式離心泵(Vertical type)離心泵(Horizontal type)葉輪(Impeller)輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 23 離心泵定速特性曲線離心泵定速特性曲線( () )： 第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達Q/(L/s)7066625854010203040

19、50681012H/m/%P/kWH H P P(1)QH曲線是選擇和使用離心泵的主要依據。流量則壓頭，流量則壓頭。(2)QP曲線是合理選擇原動機功率和泵起動方式的依據。P隨流量的而。Q=0Q=0，P P最小，最小，關閉排出閥起動。關閉排出閥起動。(3)Q曲線是判斷離心泵工作經濟性的依據。力求使泵處于高效率區(qū)工作。定速特性曲線：定速特性曲線：在一定轉速下測定的H-Q，P-Q，-Q特性曲線。輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 24 離心泵優(yōu)點：離心泵優(yōu)點：第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達(1)供液均勻，工作平穩(wěn)，流量容易調節(jié)；(2)重量

20、輕而外形尺寸?。?3)能與高速原動機直接相連而無需減速機構；(4)對雜質不敏感，易損件少，能輸送多種液體；(5)結構簡單緊湊，工作可靠，易于管理和維修。離心泵缺點：離心泵缺點：主要缺點是沒有自吸能力，啟動前必須引水主要缺點是沒有自吸能力，啟動前必須引水(Priming)，或附加自吸裝置。普通離心泵可通過豐富的操作經驗完成“自吸”。離心泵應用：離心泵應用：水泵(循環(huán)水泵、冷卻水泵、凝水泵、給水泵、飲用水泵、衛(wèi)生水泵、壓載水泵、艙底水泵、消防水泵)，油泵(貨油泵、主機滑油泵-特殊葉輪)。輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 25 二、漩渦泵二、漩渦泵

21、(Regenerative pump)第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達閉式葉輪：閉式葉輪：葉片部分設中間隔板。開式流道：開式流道：兩端/一端直通吸排口。特點：(2)抗汽蝕性能差，必需汽蝕余量大。(3)沒有自吸能力。(1)閉式葉輪、開式流道?？v向漩渦：縱向漩渦：葉間 流道縱向漩渦相對于泵殼是前進螺旋線，相對于對葉輪式后退螺旋線。1.1.閉式漩渦泵閉式漩渦泵閉式旋渦泵采用閉式葉輪，開式流道。輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 26 2.2.開式漩渦泵開式漩渦泵第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達開式葉輪：開式葉輪：葉片不帶中間隔板或

22、端蓋板。采用閉式流道：有自吸能力，漩渦泵中效率最低。閉式流道：閉式流道：流道兩端不直接通吸排口，吸排口開在側蓋靠葉片根部處。開式旋渦泵采用開式葉輪，閉式流道。輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 27 漩渦泵特點：漩渦泵特點：第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達(1)結構簡單,重量輕體積小,制造維護方便；(2)可以在小流量范圍內獲得高揚程；(3)陡降的揚程和下降的功率特性曲線。不易節(jié)流，可采用變速和回流調節(jié)；(4)有自吸能力，或容易實現自吸，初次使用泵內灌水；(5)效率低；(6)抗汽蝕性能較差；(7)不易輸送含固體顆粒和粘度高的液體；漩渦泵

23、應用：漩渦泵應用：用于小流量、高揚程、功率小的場合。在船上常與離心葉輪串聯構成離心旋渦泵，作為壓力水柜給水泵。The end of section 3輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 28 第四節(jié) 油馬達Section 4 Hydraulic motor一、工作性能一、工作性能第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達油泵：油泵：將原動機輸入的機械能轉變?yōu)橛鸵旱膲毫δ堋Ｓ婉R達：油馬達：將油液的壓力能轉變?yōu)闄C械能輸出。1.轉速：nt=60Q/q r/minn=60Qv/q r/min2.扭矩：Mt=pq/2NmM=pqm/2Nm3.輸出功率：P

24、=pQ W4.總效率：=vmQ-供入馬達的流量q-油馬達的每轉排量v-容積效率p-進油、回油壓差m-機械效率輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 29 二、工作原理二、工作原理第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達1.1.柱塞式油馬達柱塞式油馬達(高速小扭矩油馬達)T輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 30 2.2.活塞連桿式油馬達活塞連桿式油馬達第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 31 活塞連桿式油馬

25、達特點：活塞連桿式油馬達特點：第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達(1)結構簡單，零部件少，耐沖擊、對材料無特殊要求；(2)球鉸和缸體流道工藝性差；(3)徑向力不平衡，機械效率及容積效率較低，起動扭矩只達理論扭矩80-85;(4)轉矩和轉速脈動率大，潤滑油膜易受破壞，低速時會產生轉速忽慢忽快的爬行現象爬行現象;(5)最低穩(wěn)定轉速一般在5-10r/min。輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 32 3.3.徑力平衡式油馬達徑力平衡式油馬達第四章第四章 船用泵和油馬達船用泵和油馬達柱塞、壓力環(huán)和五星輪的靜力平衡輪機概論輪機概論Introduction to Marine Engineering 33 3.3.徑力平衡式油馬達徑力平衡式油馬達第四章第四章 船用泵和