船用泵和油马达.ppt

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1、,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,第四章 船用泵和油马达,1,第四章 船用泵和油马达,Chapter 4 Marine Pump and Hydraulic Motor,主要内容：介绍了船用泵的功用和分类，泵的性能参数，容积式泵，叶轮式泵，低速大扭矩油马达的结构、工作原理和特性。,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,2,第一节 船用泵概述,Section 1 Introduction to marine pump,一、泵的功用和分类,泵(Pump)：用来提高液体机械能(位能、动能、压力能)并输送液体的设

2、备。(Potential energy,kinetic energy,pressure energy),1.船舶通用泵(General purpose pump),2.船舶动力装置用泵(Pump for marine power plant),3.船舶辅助机械用泵(Pump for auxiliary machinery),4.船舶专用泵(Special purpose pump),按用途分类：,第四章 船用泵和油马达,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,3,1.容积式泵(Positive displacement pump)：通过运动部件的位移使泵

3、工作空间容积发生变化来吸排液体，把机械能传给液体达到输送液体的目的。,按工作原理分类：,往复式(Reciprocating),回转式(Rotary),活塞泵(Piston pump),柱塞泵(Plug pump),齿轮泵(Gear pump),叶片泵(Vane pump),螺杆泵(Screw pump),单螺杆泵(Single-screw pump),双螺杆泵(2-screw pump),三螺杆泵(3-screw pump),单作用叶片泵(Single-effect),双作用叶片泵(2-effect),外齿轮泵(External gear pump),内齿轮泵(Internal gear pu

4、mp),第四章 船用泵和油马达,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,4,2.叶片(叶轮)式泵(Impeller pump)：通过工作叶片带动液体高速转动，使液体的能量增加，然后再将动能转换为压力能，从而完成吸排液体的作用。,离心泵(Centrifugal pump),轴流泵(Axial flow pump),漩涡泵(Regenerative pump),3.喷射泵(Ejection pump)：通过喷射工作流体所产生的高速射流，吸引周围流体，进行动量交换，把动能传给输送的液体，再将动能转换为压力能，从而达到输送流体的目的。,水射水泵(Water ej

5、ection pump),水射真空泵(Water injector),蒸汽喷射泵(Steam inducer),空气喷射泵(Air inducer),4.电磁泵(Electromagnetism pump)：利用电磁力输送液态金属的泵，用于原子能船锅炉的循环泵。,第四章 船用泵和油马达,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,5,性能参数：为了表征泵的性能和完善程度以便选用和比较，通常把流量、压头、转速、功率、效率等称为泵的性能参数。,二、泵的性能参数,1.流量(Flow)：单位时间内输送流体的量。,质量流量G、体积流量Q：G=Q kg/s,2.扬程(H

6、ead)：单位重量液体通过泵后所增加的机械能，m。,包括位能(Z)、动能(v2/2g)、压力能(p/g)。,(m),(m),水力阻力,吸排液面高度差,吸排液面压力差,第四章 船用泵和油马达,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,6,3.转速(Revolution)：泵轴单位时间内的回转数，r/min。,4.功率和效率(Power,Efficiency),输出功率(有效功率)Pe(Effective Power)：液体得到的功率。,输入功率(轴功率)P(Shaft Power)：原动机传给泵轴的功率。,配套功率Pm：原动机的输出功率。PM=KMP,有效功

7、率,轴功率,配套功率,Pe=gQH(W),效率：输出功率和输入功率之比。,=Pe/P(%),The end of section 1,第四章 船用泵和油马达,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,7,第二节 容积式泵,Section 2 Positive displacement pump,一、往复泵,1.往复活塞泵,单缸单作用,单缸双作用,三缸三作用,第四章 船用泵和油马达,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,8,第四章 船用泵和油马达,M/V Tianhuai,MAM Lab.,轮机概论,Introduc

8、tion to Marine Engineering,9,流量和容积效率：,理论流量：Qt=60KASn m3/h,A-活塞的有效工作面积，m2；,K-泵的作用次数；,S-活塞的工作行程，m；,n-转速，r/min；,泄漏原因：泵阀、活塞环、填料；泵阀迟滞；空气漏入。,实际流量：QQt,容积效率：实际流量和理论流量之比。,v=Q/Qt,第四章 船用泵和油马达,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,10,往复泵的特点：,(1)有自吸能力。泵起动后能把泵缸、水阀箱以及吸入管内的空气逐步抽除并将其排出，继而吸上液体，进入正常工作，这种能力称为往复泵的自吸能力

9、(Self-priming capability)。,(2)可以产生很高的压头。排出压力取决于仅取决于外界负荷，与泵的尺寸、转速、作用次数无关。额定排出压力取决于原动机功率、泵的强度、密封性能。排出端设安全阀。,(3)理论流量与压头无关，实际流量因压头增加而下降。,(4)输送液体不均匀。为降低排压波动，采用多作用泵或设置空气室加以解决。,(6)液体含有固体杂质，泵阀易摩擦和垫起。设吸入滤器。,(5)转速不能太高。,(7)结构复杂、易损件多。,第四章 船用泵和油马达,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,11,2.径向柱塞泵(Radial variabl

10、e pump),第四章 船用泵和油马达,1-油缸体 2-柱塞 3-滑履 4-浮动环 8-配油轴 9、10-吸排口,柱塞个数为奇数：7,9,11,13,流量：,m3/min,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,12,第四章 船用泵和油马达,3.轴向柱塞泵(Axial variable pump),1-泵轴 2-配油盘 3-缸体 4-柱塞 5-斜盘 6-配油口 7、8-吸排口 9-泵体,工作原理,流量：,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,13,第四章 船用泵和油马达,轴向柱塞泵实例(CY14-1),Pump

11、construction,Symbol,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,14,第四章 船用泵和油马达,二、齿轮泵(Gear pump),1.外齿轮泵(External gear pump),外齿轮泵工作原理,吸排方向取决于转向，脱开啮合的一侧与吸入管连通，插入啮合的一侧与排出管连通。理论上，转向改变，吸排方向改变。,1-主动齿轮 2-从动齿轮 3-泵体 4-吸入口 5-排出口,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,15,第四章 船用泵和油马达,2.内齿轮泵(Internal gear pump),内齿轮泵

12、工作原理,1-齿轮 2-月牙形隔板 3-齿环 4-销钉 5-盖板 6-底盘,泵轴转向改变，靠啮合齿作用力使隔板转过180，吸排方向不变。齿轮比齿环齿数少，齿轮与齿环转向相同，齿轮比齿环转速大。,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,16,第四章 船用泵和油马达,齿轮泵的特点,(1)吸排方向取决于泵轴的回转方向;,(2)有自吸能力，但因间隙较多，不如往复泵;,(3)理论流量与压力无关，由工作部件尺寸和转速决定;,(4)额定压力与转速、尺寸无关，取决于轴承强度、电机容量、密封性能;,(5)流量连续，但有脉动;,(6)结构简单，易损件少，直接驱动,高速回转;

13、,(7)因磨擦面较多，故适用于排送具有润滑性的油类;,应用：滑油泵、驳油泵、液压传动中的供油泵等。,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,17,第四章 船用泵和油马达,三、叶片泵(Vane pump),1.双作用叶片泵(2-effect vane pump),转子转一周，完成两次吸、排，因此是双作用泵。,作用在转子上的液压力完全平衡，所以双作用叶片泵属于卸荷式叶片泵。,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,18,第四章 船用泵和油马达,双作用叶片泵结构,1-滚针轴承 2-吸油配油盘 3-传动轴 4-转子 5-定

14、子 6-泵体 7-排油配油盘 8-球轴承 9-叶片,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,19,第四章 船用泵和油马达,2.单作用叶片泵(Single-effect vane pump),1-转子 2-定子 3-叶片 4-泵体,转子转一周，完成一次吸、排，因此是单作用泵。,转子和轴承承受不平衡的径向液压力，所以单作用叶片泵属于非卸荷式叶片泵。,The end of section 2,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,20,第三节 叶轮式泵,Section 3 Impeller pump,一、离心泵(Cen

15、trifugal pump),离心泵用以产生吸排液体的主要部件是具有叶瓣的叶轮。当叶轮回转时，充满在叶轮中的液体被带动做高速旋转而获得离心力，从进口流向出口。,第四章 船用泵和油马达,Principle of a centrifugal pump at zero flow,Bucket behavior if a hole is put in its base.As viewed by a stationary observer.,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,21,离心泵结构：,第四章 船用泵和油马达,单级蜗壳式离心泵(Single stag

16、e volute centrifugal pump),轮机概论,Introduction to Marine Engineering,22,离心泵实例：,第四章 船用泵和油马达,立式离心泵(Vertical type),离心泵(Horizontal type),叶轮(Impeller),轮机概论,Introduction to Marine Engineering,23,离心泵定速特性曲线()：,第四章 船用泵和油马达,(1)QH曲线是选择和使用离心泵的主要依据。流量则压头，流量则压头。,(2)QP曲线是合理选择原动机功率和泵起动方式的依据。P随流量的而。Q=0，P最小，关闭排出阀起动。,(3

17、)Q曲线是判断离心泵工作经济性的依据。力求使泵处于高效率区工作。,定速特性曲线：在一定转速下测定的H-Q，P-Q，-Q特性曲线。,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,24,离心泵优点：,第四章 船用泵和油马达,(1)供液均匀，工作平稳，流量容易调节；,(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机构；,(4)对杂质不敏感，易损件少，能输送多种液体；,(5)结构简单紧凑，工作可靠，易于管理和维修。,离心泵缺点：,主要缺点是没有自吸能力，启动前必须引水(Priming)，或附加自吸装置。普通离心泵可通过丰富的操作经验完成“自吸”。,

18、离心泵应用：,水泵(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)，油泵(货油泵、主机滑油泵-特殊叶轮)。,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,25,二、漩涡泵(Regenerative pump),第四章 船用泵和油马达,闭式叶轮：叶片部分设中间隔板。,开式流道：两端/一端直通吸排口。,特点：,(2)抗汽蚀性能差，必需汽蚀余量大。,(3)没有自吸能力。,(1)闭式叶轮、开式流道。,纵向漩涡：,纵向漩涡相对于泵壳是前进螺旋线，相对于对叶轮式后退螺旋线。,1.闭式漩涡泵,闭式旋涡泵采用闭式叶轮，开式流道。,轮机概

19、论,Introduction to Marine Engineering,26,2.开式漩涡泵,第四章 船用泵和油马达,开式叶轮：叶片不带中间隔板或端盖板。,采用闭式流道：有自吸能力，漩涡泵中效率最低。,闭式流道：流道两端不直接通吸排口，吸排口开在侧盖靠叶片根部处。,开式旋涡泵采用开式叶轮，闭式流道。,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,27,漩涡泵特点：,第四章 船用泵和油马达,(1)结构简单,重量轻体积小,制造维护方便；,(2)可以在小流量范围内获得高扬程；,(3)陡降的扬程和下降的功率特性曲线。不易节流，可采用变速和回流调节；,(4)有自吸能力

20、，或容易实现自吸，初次使用泵内灌水；,(5)效率低；,(6)抗汽蚀性能较差；,(7)不易输送含固体颗粒和粘度高的液体；,漩涡泵应用：,用于小流量、高扬程、功率小的场合。在船上常与离心叶轮串联构成离心旋涡泵，作为压力水柜给水泵。,The end of section 3,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,28,第四节 油马达,Section 4 Hydraulic motor,一、工作性能,第四章 船用泵和油马达,油泵：将原动机输入的机械能转变为油液的压力能。,油马达：将油液的压力能转变为机械能输出。,1.转速：nt=60Q/q r/min,n=60

21、Qv/q r/min,2.扭矩：Mt=pq/2Nm,M=pqm/2Nm,3.输出功率：P=pQ W,4.总效率：=vm,Q-供入马达的流量,q-油马达的每转排量,v-容积效率,p-进油、回油压差,m-机械效率,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,29,二、工作原理,第四章 船用泵和油马达,1.柱塞式油马达(高速小扭矩油马达),T,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,30,2.活塞连杆式油马达,第四章 船用泵和油马达,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,31,活塞连

22、杆式油马达特点：,第四章 船用泵和油马达,(1)结构简单，零部件少，耐冲击、对材料无特殊要求；,(2)球铰和缸体流道工艺性差；,(3)径向力不平衡，机械效率及容积效率较低，起动扭矩只达理论扭矩80-85;,(4)转矩和转速脉动率大，润滑油膜易受破坏，低速时会产生转速忽慢忽快的爬行现象;,(5)最低稳定转速一般在5-10r/min。,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,32,3.径力平衡式油马达,第四章 船用泵和油马达,柱塞、压力环和五星轮的静力平衡,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,33,3.径力平衡式油

23、马达,第四章 船用泵和油马达,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,34,径力平衡式油马达特点：,第四章 船用泵和油马达,(1)柱塞和五星轮基本不传递油压力，只起密封作用；,(2)柱塞、压力环和五星轮可实现油压的静力平衡；,(3)主要润滑面间的摩擦力大为减少，适用于高压，且工作可靠，使用寿命长;,(4)转矩、转速的脉动率小，不存在油膜破坏问题；,(5)低速稳定性好，最低达2r/min；,(6)工艺性好(取消球铰及壳内不设流道)；,(7)可采用双列结构，使轴承负荷大大减轻；,(8)可实现两级变量；,(9)可做成壳转式和双输式轴式，适用不同需要。,轮机概论

24、,Introduction to Marine Engineering,35,4.内曲线式油马达,第四章 船用泵和油马达,1-输出轴 2-壳体 3-缸体 4-柱塞 5-横梁 6-滚轮 7-端盖 8-偏心销 9-锁紧螺母 10-配流轴 11-O形密封圈,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,36,内曲线式油马达实例：,第四章 船用泵和油马达,轮机概论,Introduction to Marine Engineering,37,内曲线式油马达特点：,第四章 船用泵和油马达,(1)导轨曲线选用合适，瞬时进油量能保持不变，可获得十分均匀的扭矩和转速；,(2)很好的低速稳定性，最低可达0.5r/min;,(3)定子、转子、配油轴上的径向力可以平衡，减小摩擦，提高机械效率，起动扭矩可达理论扭矩90-98；,(4)可做成双列或三列的结构油马达，每个柱塞的作用次数大，能实现较大排量和输出扭矩；,(5)可做成壳转式，可改变柱塞列数或改变一列油缸的有效作用次数实现有级变量。,The end of chapter 4,