泵在船舶上的運(yùn)用

泵在船舶上的應(yīng)用

船用泵，無論是用在商船上，還是用在軍艦上，都可以分為以下幾類：包括與船舶推進(jìn)系統(tǒng)有關(guān)的泵、配備在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)上的泵、用于船舶服務(wù)系統(tǒng)的泵、為船員和乘客提供旅店服務(wù)的泵和用于貨物裝卸和其他特殊用途的泵。

由于船用泵必須在移動(dòng)的平臺上工作，所以這種泵就要求能承受因船舶運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷。此外，這類泵還要經(jīng)常在熱、潮濕以及可能具有腐蝕性的環(huán)境中工作。另外，船用泵必須頻繁地適用于在一定范圍的流速下運(yùn)行，以適應(yīng)從船舶全速行駛到停泊時(shí)推進(jìn)設(shè)備的各種情況。此外，尺寸盡可能小和質(zhì)量盡可能輕，這兩者也是設(shè)計(jì)船用泵應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素。由于這個(gè)原因，許多船上的泵都是垂直安裝的，小型裝置也常常是緊密耦合的，泵的旋轉(zhuǎn)部件直接連接在驅(qū)動(dòng)器軸上。為了使它們能夠在顛簸和搖晃的情況下還能穩(wěn)定運(yùn)行，立式安裝泵的基礎(chǔ)要比岸上泵的基礎(chǔ)要打。

接下來介紹的是船用泵的設(shè)計(jì)特色。這些信息通常是定性的；但是，由于特定的工況以船主和設(shè)計(jì)師的偏好，這些特色并不能適用于任何情況。

推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用
蒸汽透平機(jī)推進(jìn)的船舶

①給水泵
主給水泵是用來將水返回給蒸汽驅(qū)動(dòng)的船舶鍋爐或蒸汽發(fā)電機(jī)。在一艘典型的帶有礦物燃料的鍋爐的船舶上，主給水泵從給水除氣箱中吸入水，再將水排入每個(gè)船舶鍋爐的汽包里。大多數(shù)情況，主給水泵排出管線連接兩根分開的但都通向鍋爐的管線：一條是主給水管，另一條為輔助給水管。此外，給水在進(jìn)入蒸汽汽包之前，通常要經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)加熱器。盡管多數(shù)情況船舶上僅用一臺給水泵來滿足整艘船舶的給水要求，但一些船舶還是提供了多個(gè)部分負(fù)荷的并聯(lián)給水泵租來完成船上的給水任務(wù)。通常船上還有多余的泵作為備用泵。

船舶上典型給水泵的類型包括單級和兩級離心泵，他們通過緊密地耦合方式連接到蒸汽透平上（圖4），另外還有柔性耦合到蒸汽渦輪機(jī)或電動(dòng)機(jī)上的多級泵。盡管柔性耦合泵通常有鑄造的、軸向剖分的窩殼，但有時(shí)仍適用帶有擴(kuò)壓器的筒式泵以及鍛造的圓柱體泵殼。透平驅(qū)動(dòng)的給水泵通常臥式安裝，而電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的給水泵既可以是臥式又可以是立式安裝。

在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由主給水泵輸送到鍋爐的水量通過一個(gè)自動(dòng)給水控制調(diào)節(jié)閥的節(jié)流來控制。當(dāng)用蒸汽來驅(qū)動(dòng)給水泵時(shí)用控制閥節(jié)流調(diào)節(jié)的量通?？梢酝ㄟ^控制供應(yīng)到泵驅(qū)動(dòng)設(shè)備的蒸汽量來調(diào)節(jié)，因而，泵的操作速度調(diào)節(jié)常通過一個(gè)恒壓或者一個(gè)恒壓差調(diào)速器來調(diào)節(jié)。
恒壓調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)給水泵的工作速度，以保持在泵的排出口有一個(gè)恒定的壓力。如果鍋爐負(fù)荷減小，給水控制閥開始關(guān)閉，給誰的排出壓力將上升，泵輸送到鍋爐的給水量將降低。然后恒壓調(diào)速器將會(huì)按應(yīng)到排出壓力的上升，進(jìn)而降低泵的速度，直到壓力回到期望的值。由于速度降低，調(diào)節(jié)閥必須關(guān)閉以限制給水流速的量也將降低。類似的，鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，會(huì)有想法的效果。

恒壓差調(diào)速器調(diào)節(jié)給水泵的工作轉(zhuǎn)速，使泵排出壓力和鍋爐一側(cè)的給水控制閥的壓力之間保持一個(gè)固定的差值。由于進(jìn)入鍋爐的給水流量的變化首先是泵速變化的結(jié)果，給水控制閥的節(jié)流活動(dòng)就可以大大降低。

為了防止給水系統(tǒng)出現(xiàn)壓力過高，在主給水泵的排出口一側(cè)通常安裝一個(gè)安全閥。此外，為了防止給水泵低流量下工作，當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，通常在泵排出管和給水除氣箱之間連接一根再循環(huán)管。再循環(huán)管中通常裝有一個(gè)孔板，用于限制流量和降低再循環(huán)管中的壓力，使其和給水除氣箱中的壓力相匹配。另外，通常也在給水泵的再循環(huán)管中安裝一個(gè)在高負(fù)荷操作時(shí)能夠關(guān)閉的閥。

用于驅(qū)動(dòng)給水泵的蒸汽透平通常具用低潤滑油壓力保護(hù)系統(tǒng)、超速保護(hù)系統(tǒng)和高渦輪排氣壓力斷開裝置。此外，有時(shí)使用一個(gè)吸入口低壓斷開裝置來防止給水泵在太低的吸入壓力下工作，否則就會(huì)形成氣蝕、過熱和泵驅(qū)動(dòng)設(shè)備負(fù)荷的降低等問題。

除了主給水泵之外，一些蒸汽動(dòng)力的船舶上也安裝一個(gè)小功率的給水泵，以備在船舶停泊時(shí)或緊急情況下使用，在停泊時(shí)，給水經(jīng)常由蒸汽直接驅(qū)動(dòng)的活塞泵（圖6）和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)得主賽往復(fù)泵完成，它們可以垂直安裝，也可以水平安裝。

由于從給水除氣箱中除去的水的壓力往往等于其蒸汽壓力，主給水泵能得到的有效氣蝕余量與給水除氣箱中的水位高于給水泵的高度相等，在給水泵吸入管中產(chǎn)生損失較小。在給水除氣箱的高度不足以提供足夠的有效氣蝕余量的船舶上，在給水除氣箱和主給水泵之間通常要安裝單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式增壓泵。增壓泵串聯(lián)通常以串聯(lián)形式安裝，但其轉(zhuǎn)速要比主給水泵小得多，它提高了進(jìn)入主給水泵的給水壓力，因此降低氣蝕產(chǎn)生的可能性。

②主冷凝泵
一臺典型的主冷凝泵在主冷凝器的熱井中吸入液體，并通過不同的換熱器，把冷凝水排放到給水除氣箱中。兩級或三級的立式離心泵常用在這種應(yīng)用中。盡管許多泵由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但一些主冷凝泵仍通過減速此輪由蒸汽透平驅(qū)動(dòng)。通常一臺主冷凝器提供兩臺冷凝泵，每臺泵都可滿足全負(fù)荷的要求。

一臺典型的兩級冷凝泵在軸的頂端裝有脂潤滑的滾珠軸承，用于吸收軸向何徑向的載荷。此外，在兩個(gè)葉輪之間，通常安裝了一個(gè)內(nèi)部水潤滑的徑向滑動(dòng)軸套。*級葉輪通常安裝在接近軸的下端，以增加它的浸沒深度。此外，它的吸孔朝上，從而使葉輪能夠?qū)崿F(xiàn)自吸。為了便于排出可能進(jìn)入泵中的空氣，通常一根排氣管從冷凝泵殼吸入端的一側(cè)連接到冷凝器的上步。第二級葉輪通常安裝在冷凝泵軸的上端，吸孔朝下。采用這種布置方式，可以使作用在第二段葉輪上的軸向推力與作用在*級葉輪上的相反，從而泵軸上的止推軸承必須吸收的凈軸向載荷將會(huì)降低。另外，在軸封上的冷凝水已經(jīng)通過了兩個(gè)葉輪，因而處于較高的壓力，這就防止了空氣通過軸封進(jìn)入泵中。軸密封（可能由一個(gè)已填充了填料的填料函或一個(gè)機(jī)械密封組成）的有效性，通常還可以通過注入高壓的從泵的排出口冷凝水到軸封處，來加以提高。

從冷凝器熱井中除去的冷凝水通常處于或接近于蒸汽壓力。因此，冷凝液泵所能得到的有效氣蝕余量與泵*級葉輪到冷凝器熱井內(nèi)水平面的高度相等，一般很少超過幾英尺，而吸入管內(nèi)摩擦損失也很小。為了幫助提高主冷凝泵的有效氣蝕余量，通常船舶上把泵安裝得盡可能低，一般還帶有特殊的低氣蝕余量的*級葉輪。

如果冷凝泵通過蒸汽透平或變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，它的工作轉(zhuǎn)速就能夠隨設(shè)備負(fù)荷調(diào)節(jié)，這就使得從熱井中排出的冷凝水量與排入冷凝器的蒸汽量相符合。這通常是通過水位控制的方法來完成的。但是，如果使用恒速驅(qū)動(dòng)設(shè)備時(shí)，通過主冷凝泵的輸送的冷凝水量是氣蝕來調(diào)節(jié)，也叫淹沒控制。當(dāng)采用淹沒控制時(shí)，設(shè)備負(fù)荷的降低會(huì)導(dǎo)致主冷凝泵內(nèi)熱井水位的降低，從而引起冷凝液泵所得到的有效氣蝕余量的降低。當(dāng)有效氣蝕余量降低到泵多要求的氣蝕余量以下時(shí)，從熱井中排出的冷凝水量在泵內(nèi)就會(huì)通過氣蝕而降低。當(dāng)熱井內(nèi)水位繼續(xù)下降時(shí)，氣蝕的產(chǎn)生量就會(huì)增加，被排出的冷凝水量就會(huì)繼續(xù)下降直到zui后和進(jìn)入冷凝器的蒸汽量相匹配。這種情況發(fā)生時(shí)，熱水槽中的水位將在一個(gè)高度上保持穩(wěn)定。在此，冷凝泵的有效氣蝕余量與泵在新的排量下所要求的氣蝕余量相等。為采用淹沒控制操作而設(shè)計(jì)的泵需要有耐用的結(jié)構(gòu)和較低的能級（每級），以防止氣蝕和氣蝕引起的振動(dòng)所帶來的損害。

為了避免在超量氣蝕下工作，恒速冷凝泵輸送量可以通過泵的排除控制閥來節(jié)流調(diào)節(jié)，以保持在冷凝器熱井中水位的恒定。然而，當(dāng)采用蒸汽噴射器來脫除冷凝器中的氣體時(shí)，冷凝液在過低的流量下工作會(huì)導(dǎo)致冷凝器內(nèi)部和后部的噴射器冷卻不良。另外，低流量下工作會(huì)導(dǎo)致喘振，這是因?yàn)槔淠脙?nèi)部吸入口和排除口之間的再循環(huán)引起的。為了防止這種情況發(fā)生和減少對冷凝泵排除管閥的節(jié)流的需要，通常使用一條連到冷凝器的再循環(huán)管線。這一管線在冷凝管排出口處與一個(gè)三通相連，使空氣噴射器和填料排液冷凝器中的液體向下流。如果熱井水位下降，采用這種布置方式就可以使再循環(huán)管線中的閥打開，以自動(dòng)或手動(dòng)的方式，允許一部分冷凝液泵排出的水流回冷凝器中。因此，熱井內(nèi)的水位就能夠維持在一定的位置，足以滿足氣蝕余量的要求。此外，因?yàn)槔淠每偸悄軌蛟诨蚪咏~定流量下運(yùn)行，所以能避免泵在低流量的工況下工作。另外，在設(shè)備起動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)期間，能夠保持冷凝水在空氣噴射器（如果使用的話）冷凝器和船舶的密封排液冷凝器中充分流動(dòng)。在一些情況下，冷凝水再循環(huán)管線也可能配有一個(gè)恒溫控制閥，當(dāng)換熱器排除的冷凝水的溫度超過了某一設(shè)置的值時(shí)，閥就會(huì)打開，使進(jìn)入空氣噴射器的冷凝器中的冷凝水流量增大。

③淡水排出、收集罐泵
一臺淡水排出收集罐泵將冷凝水從淡水排出收集罐輸送到給水排氣罐內(nèi)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的單級離心泵經(jīng)常使用于此。通常由兩個(gè)全負(fù)荷的泵承擔(dān)輸送任務(wù)，用這種布置方法，管線泵通常就可以通過一個(gè)排水罐上的浮閥控制器自動(dòng)起動(dòng)和停機(jī)。淡水排出收集泵輸送的冷凝水溫度通常未200～210°F（93～99℃），接近水的沸點(diǎn)，所以為了增加船舶上的淡水排出收集罐泵的有效氣蝕余量，需要將它們盡可能遠(yuǎn)地安裝在排出罐下面。

④主循環(huán)泵
在以蒸汽為動(dòng)力的船舶上，主循環(huán)泵的任務(wù)使將海水輸送到接收推進(jìn)透平排出的蒸汽的主冷凝器中。此外，一部分主循環(huán)泵排出的海水可以分配到其他的海水冷卻的換熱器中，例如主潤滑油冷卻器。在通過主冷凝器或其他的冷卻器后，海水將被排到船外去。除了與船舷水管相連的主吸入口法蘭外，一些主循環(huán)泵還有一個(gè)輔助的側(cè)吸連接口，能夠用于機(jī)艙內(nèi)的緊急排水任務(wù)。

⑤冷凝器排氣泵
有時(shí)用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液環(huán)真空泵來代替蒸汽噴射器來排除主冷凝器中的氣體，由于液環(huán)真空泵產(chǎn)生的真空受到泵殼內(nèi)液體的蒸汽壓力的限制，而且蒸汽壓力隨溫度升高而升高，因此，在冷凝器排氣泵將氣體排除后，液體和氣體就實(shí)現(xiàn)了分離，然后液體就必須先送到換熱器內(nèi)進(jìn)行冷卻，再返回泵內(nèi)。每臺主冷凝器通常都配有兩臺泵，每一臺都能全負(fù)荷工作，使設(shè)備保持所要求的真空度。

通常，船舶的每一臺主冷凝器要配備一臺或兩臺主循環(huán)泵。通常這里采用流量較大、排水出口壓力較低的單級軸流泵（圖8）。許多情況下，泵沒有配備止推軸承，相反，泵的軸緊密耦合在驅(qū)動(dòng)設(shè)備的軸上，軸向載荷可以被驅(qū)動(dòng)設(shè)備的止推軸承承擔(dān)。作用在泵軸上的徑向載荷，被位于推進(jìn)器上方的徑向軸承承擔(dān)。在海港和內(nèi)陸水路上運(yùn)行時(shí)，主循環(huán)泵抽吸的水中經(jīng)常含有淤泥、砂子和其他磨蝕性物質(zhì)，因此，用從推進(jìn)器排出來的水來潤滑的內(nèi)部徑向軸承有時(shí)采用具有一定防腐蝕級別的橡膠或復(fù)合材料。另外，一些主循環(huán)泵的內(nèi)部軸承還通過油脂或從泵殼上的外部連接提供的潔凈水來潤滑。

在要求較高排出壓力的工況下，主循環(huán)泵通常采用帶有頂懸端吸式葉輪的單級混流泵，或帶有中間安裝雙吸葉輪的單級徑流泵。

主循環(huán)泵通常由帶有減速齒輪的蒸汽透平或雙速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在系統(tǒng)起動(dòng)和關(guān)閉或其他低負(fù)荷的期間，這樣就允許通過降低循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)設(shè)備的速度來減少通過冷凝器的海水流量。許多蒸汽動(dòng)力船舶配備由一個(gè)勺形進(jìn)水系統(tǒng)，使得海水通過船舶向前的沖量進(jìn)入主冷凝器，當(dāng)船舶在高于某一特定速度行駛時(shí)，主循環(huán)泵通常就停止了。

⑥燃料油進(jìn)料泵
燃料油進(jìn)料泵通常從燃料油系統(tǒng)中的高或低吸油孔或油料沉淀罐中吸取油料，然后在將油料輸送到蒸汽動(dòng)力船舶燃料油鍋爐的燃燒器中。通常至少要提供兩臺燃料油進(jìn)料泵，每臺都能滿足船舶全負(fù)荷的燃料油輸送要求。燃料油進(jìn)料泵的吸入和排出管道通常都連有雙口過濾器，此外，在系統(tǒng)中還經(jīng)常要安裝一兩格流量計(jì)和加熱器。

用蒸汽透平或雙速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的立式或臥式安裝的雙螺桿旋轉(zhuǎn)泵經(jīng)常應(yīng)用在這種場合。此外，一些舊船舶還使用著蒸汽驅(qū)動(dòng)的往復(fù)式燃料油進(jìn)料泵。當(dāng)某種船舶通常燒重質(zhì)燃料油（渣油）時(shí)，則燃料油在送到鍋爐燃燒起之前必須加熱；這時(shí)，一般采用一個(gè)單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子泵來在設(shè)備起動(dòng)期間為鍋爐供應(yīng)未加熱的重質(zhì)燃料油。

流向透平驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子泵或蒸汽直接作用往復(fù)式燃料進(jìn)料泵的蒸汽，通常是由一個(gè)恒壓調(diào)節(jié)器來控制，作用是保持一個(gè)恒定的燃料油進(jìn)料泵排出壓力。采用這種布置，通過燃料油進(jìn)料泵的流速變化就是泵工作速度變化。當(dāng)使用雙速電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)燃料油進(jìn)料泵，在設(shè)備低負(fù)荷的時(shí)候（如在港口時(shí)），電動(dòng)機(jī)通常是低速運(yùn)轉(zhuǎn)，而在設(shè)備高負(fù)荷的時(shí)候則高速運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，無論在哪一種速度下工作，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的燃料油進(jìn)料泵輸送的燃料油通常要比燃燒器需要的多。多余的燃料油通過一個(gè)再循環(huán)管路流回吸入一側(cè)的燃料油供給系統(tǒng)，再循環(huán)管路的流速通常由一個(gè)自動(dòng)閥來調(diào)節(jié)，使燃料油進(jìn)料泵保持一個(gè)恒定的排出壓力。通常還提供另一個(gè)帶有手動(dòng)閥的再循環(huán)管路，以允許燃料油在鍋爐熄滅之前通過燃料油供給系統(tǒng)的加熱器支管或鍋爐燃燒器支管循環(huán)。另外，為了避免燃料油進(jìn)料泵超壓，通常要在其排出側(cè)安裝一個(gè)減壓閥。

通常還提供一個(gè)遙控器，以便在緊急情況下在機(jī)艙外就能使船舶的燃料油進(jìn)料泵停下。此外，通常還在泵排出管法蘭連接處安裝有環(huán)繞的防護(hù)罩，以便在燃料油滲漏時(shí)改變其噴射方向，此外，在泵底部還安裝了一個(gè)油滴盤或其他更小設(shè)備，以防止從泵中漏出的油進(jìn)入艙底的污水中。

⑦潤滑油進(jìn)料泵
潤滑油進(jìn)料泵（LOS）的任務(wù)時(shí)從推進(jìn)器減速箱的潤滑油槽中抽吸潤滑油，然后再將潤滑油輸送到推進(jìn)透平的軸承、減速齒輪及其軸承和每個(gè)推進(jìn)軸的主要止推軸承上。潤滑油通常還被引入到安裝再每一個(gè)推進(jìn)透平軸前端的入口側(cè)限速調(diào)節(jié)泵中，以及推進(jìn)透平節(jié)流閥或噴嘴閥控制器上。此外，一部分輸出的油可能還被送到一個(gè)懸掛式重力供油箱里，箱中有足夠的油來潤滑推進(jìn)機(jī)械幾分鐘時(shí)間，用以彌補(bǔ)潤滑油進(jìn)料泵排出壓力降低后輸送量的損失。

大多數(shù)蒸汽動(dòng)力船舶都配備了2～3臺潤滑進(jìn)料泵。立式和臥式安裝的多螺桿泵經(jīng)常用在這里。當(dāng)為立式安裝時(shí)，泵可以直接沒入潤滑油槽中。多數(shù)情況下，至少一臺轉(zhuǎn)子式潤滑油進(jìn)料泵是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。余下的泵可以是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可以是蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，或者由推進(jìn)軸帶動(dòng)。另外，有時(shí)還使用蒸汽驅(qū)動(dòng)的往復(fù)式活塞泵作為備件的潤還油進(jìn)料泵。另外，一些船舶還配備一臺應(yīng)急的電池驅(qū)動(dòng)潤滑油進(jìn)料泵。

潤滑油進(jìn)料泵一般安裝再船舶較低的地方，并且還靠近潤滑油槽。吸入和排出管線上通常都配有雙向的過濾器。另外，在排出管線上還常裝油減壓閥和冷卻器。在潤滑油進(jìn)料泵系統(tǒng)中也經(jīng)常需要安裝一個(gè)或多個(gè)噴嘴用來降低泵的總排出壓力，通常這是根據(jù)推進(jìn)透平調(diào)速器和控制器的要求，將泵的排出壓力降低到軸承和齒輪所要求的壓力。常配備一個(gè)壓力控制開關(guān)或閥，以便在工作的潤滑油進(jìn)料泵排出壓力低于某個(gè)預(yù)設(shè)值時(shí)，自動(dòng)打開一個(gè)備用泵。多數(shù)蒸汽透平推動(dòng)的船舶通常還有一個(gè)設(shè)備，用以在潤滑油進(jìn)料泵系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，停止向前面的推進(jìn)透平提供蒸汽





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