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Unit 21泵 泵是用于提升、转移或压缩液体与气体的装置四种常见的用于液体的 泵描述如下它们中的所有都需要采取一定的措施来防止气蚀（真空的形成）， 气蚀将减少流量并破坏泵的结构用于处理气体和蒸汽的泵通常被称为压缩 机研究流体运动的学科被称为流体动力学 水泵是通过管子或其他机器把水从一个地方转移到另一个地方的装置 其操作压力的范围从几磅每平方英寸到多于10000 磅每平方英寸 水泵日常 例子的使用范围，由养鱼池与喷泉中使用的用于循环与通气的电动泵，到用 于从房子地基下方将水引走的排水泵 用来转移水的两类现代泵是容积泵和离心泵容积泵通过由真空产生的 吸力将水吸入一个封闭的空间此类泵的一个例子就是抽扬泵或压力泵，它 被普遍的用于美国乡村直到20 世纪中叶抽扬泵是通过管子内一个连接了 密封活塞的提升手柄来操作的 提升的活塞在管子下部产生了一个局部的真 空， 这就导致水从相当低的井中被抽吸上来，通过管子送到泵的一个腔室中 水被泵入该腔室后，一个单向的阀就会关闭，阻止水流回到井中随后泵的 活塞将更多的水吸入泵的腔室，并最终形成溢流，从喷嘴处溢出离心泵使 用电力驱动的螺旋浆，当其旋转时会引起水流，螺旋桨的叶片被侵入水用来 泵水。

当螺旋桨旋转时，水由叶片轴附近进入泵体，并在高压下朝着末端被 甩出离心泵另一个早期的版本是螺旋泵，它由管子内的一个螺旋形状的机 械结构组成，当它旋转时，就能将水向上拉升螺旋泵通常被用在废水处理 厂中，因为它们可以运送大量的水，并且不会因为碎片而变得堵塞在古代 中东，灌溉农田的需求，是发展水泵的一种强大吸引力在这个地区，早期 的泵是用来从水源或沟渠中提升水桶的简单装置，古希腊的数学家和发明家 阿基米德被认为是在公元前3 世纪首先设计除螺旋泵的人之后，古希腊发 明家 Ctesibius发明了第一个抽样泵公元十七世纪末十八世纪初期间，英 国工程师 Thomas Savory，法国物理学家Denis Papin ，和英国铁匠发明家 Tomas Newcomen ，都为使用蒸汽驱动活塞水泵的发展做出了贡献蒸汽驱动 水泵开始广泛的被用来矿井泵水现代离心泵使用的例子是那些用于哥伦比 亚河上格兰高里水坝的书泵 该泵系统具有灌溉一百万英亩以上土地的潜力 往复泵由一个在圆筒中前后移动的活塞构成，其中圆筒带有阀并以此调 节液体在圆筒中的流动这些泵可以是单作用的，也可以是双作用的在单 作用的泵中，泵的作用仅仅发生在活塞的一侧，比如常见的抽扬泵的例子， 在抽扬泵中，活塞通过手被上下移动。

在双作用泵中，泵的作用发生在活塞 的两侧，比如电动或气动的锅炉给料泵，其中水在高压下被提供给蒸汽锅 炉 这些泵可以是单级的也可以是多级的多级的往复泵一列上有多个缸体 离心泵也被称为旋转泵，它是有一个旋转的叶轮，也被称为叶片，叶片 浸没在液体中液体由叶片轴附近进入泵体，旋转的叶轮在高压下将液体朝 着叶轮叶片的末端甩去同时叶轮也给了液体一个相对较大的速度，该速度 可在泵静止不动的区域内转变为压力，这个区域一般称为扩压器在高压泵 中，大量叶轮可能被成列使用，每个叶轮后面的扩压器都会含有导向叶片， 来逐步的降低液体速度 对于低压泵来说， 扩压器通常是一个螺旋形的通道， 称为蜗壳，其横截面的逐步增加可以有效降低液体速度在叶轮开始工作 之前，它必须被灌注，即泵启动前，叶轮必须被液体所包围这可以通过在 吸入管线上设置一个单向止逆阀来实现，当叶轮停止旋转时，该止逆阀可 以将液体保留在泵中如果止逆阀泄露了，泵就需要被灌注，即从一个外部 的水源引入液体，比如出水的蓄水池一个离心泵通常会在排出管线上设置 一个阀门， 射流泵是使用相对较小液体或蒸汽流，以较大的速度来转移大量液体的 由于高速水流要穿过液体，它会将一部分液体带出水泵。

同时高速水流会产 生一个真空，这个真空又会将液体吸入泵内射流泵通常被用来给蒸汽锅炉 注水 射流泵也被用于推进船只， 特别是在传统螺旋桨可能被破坏的浅水中 5. 其他泵 各种其余的容积泵也是可用的 通常它们由带有一定数量叶片的旋转构 件构成，该旋转构件会在一个紧密配合的容器中旋转，液体被捕集进入叶片 的间隙中，并在压力较高的区域被释放出来该类型一种常见的装置是齿轮 泵，它由一对啮合的齿轮组成在这个装置中，叶片就是齿轮的齿一个简 单但低效的泵也可以由一个， 在容器中旋转并沿着一个方向推动液体的螺旋 桨组成在公元前 300 年之后的一段时间，一个类似的泵被希腊数学家与物 理学家阿基米德首先发明出来在所有的这些泵里，液体都是以一系列的脉 冲形式被排出，而不是连续排出因此我们必须小心的避免排出管线的共振 条件，因为共振能够毁坏或摧毁整个装置对往复泵来说，泵的气室通常 被置于排出管线，以此来减少其质量脉动，并使流动更加均匀 Reading Material离心泵 目前，离心泵在石化行业中被广泛使用其通过广泛的性质可以抽取液 体和大颗粒的悬浮物比如泥浆由一系列防腐材料构成泵的整个外形是 用塑料制成，用防腐衬里填装。

离心泵在高速地运转，可以连接一个电动机 来直接驱动从而获得一个很高的流率 在这种类型的泵中，流体通过旋转的叶轮，在离心力的作用下，向外流 动由于高速旋转，流体在运动过程中获得能量，在泵两边产生压力差通 过势能差将流体输往所需位置叶轮是由一系列叶片组成叶片越锋利，泵运转得越顺利叶片越多， 泵能控制的流体的方向越多泵内的水力损失和机械能损失就越小在开式 叶轮中，叶片被安装在毂的中心，然而在闭式叶轮中，叶片夹在两个支撑板之间这样能减少渗漏量可以看到，叶片的倾斜角度很大程度上决定了泵 的工作特性 流体进入泵中心，通常以轴向运动通过叶轮的叶片获得能量在一个简单的离心泵中，流体在离心力的作用下由叶轮中心向外缘作径向运动图 5.1（a）是离心泵的简易图透平机 [ 图 5.2（b）] 的作用是使流体沿着旋转 的叶轮进入泵壳，并通过一系列固定的叶片形成一个扩压环与蜗壳类型获得能量相比，其在流体运动方向的改变量和势能转化为压力能要得更多叶 片的安装角度能恰好使流通没有发生震动当流体以一定速度流经叶轮叶片 时，叶片的末端的运动与泵外壳有关流体相对于泵壳的运动方向和固定叶片末端的角度与这两者的速度有关在图 5.2 中，UV是流体相对于叶片的速 度， Ut 是叶片末端的切速度，这两个速度的合成为流体的速度U2 。

可见， 叶片所需的扩压角取决于流体流量、旋转速度和叶轮刀口的角度泵只有在小的区域条件下，以最大功率运行 离心泵的实际压头当液体的动能全部转化为势能时，压力达到最大如下，对于60 米的 单级泵来说，其压头与半径的平方和速度成为比例关系对于更高的压力， 就必须使用多级泵流体在离心泵中心r 到 r+dr 距离的一段区域分析（图 5.3 ）流体质量的微分 dm=2 πrdrd ρ，式中 ρ 为流体的密度， b 是单位流 体宽度 如果流体以速度 u 与切线方向成 θ 角方向时，流体的动量 =dm(urcosθ) 作用在流体上的扭矩d?等于当它流径泵时单位时间上角动量的改变速 率dη=dm??t（urcos θ）=2πrb ρ?dr?t （urcos θ） 流体流经泵的体积流量为: θ?r=2πrb?t ， dr=Qρd（urcosθ） 作用在流体上的扭矩dη 是由在限定的标准 1 和 2 综合得到其中 , 标 准 1 是泵的入口，而标准2 是泵的出口故有 η=Q ρ(U2r2-U1r1) 离心泵的优缺点： 主要优点： ①结构简单，取材范围广 ②不需要阀门 ③高速运转（可达100HZ ），可直接与电机连接。

总之高速的运转，小 型的泵就可完成任务 ④运行平稳 ⑤维护成本比其它类型的泵要低 ⑥当运输管堵塞，不会造成损坏，前提是这种状态不能持续太长 ⑦与同性质的泵相比，离心泵的尺寸小，在密封的条件下，可开动马达 和在吸水槽里工作 ⑧可输送悬浮颗粒比较大的流体 主要缺点： ①单级泵的压头较低，多级泵虽然可以获得较大的压头，但由于使用的 是防腐材料，所以成本很高，因此对于离心泵来说，需要通过提高旋转速度 来减小泵的级数 ②离心泵只在一定的范围内才可作较高的效率，特别是用涡轮泵 ③离心泵不能自动启动 ④在运转中泵停止时，若未关闭回流阀，会产生液体回流的现象 ⑤不能对粘度大的流体输送 Unit 22气体的泵设备 对于处理戒指为气体或液体来说，虽然设备在结构上有很大差异，但这 两种设备在本质上属于相同基本类型的机械设备在正常操作范围内，因为 气体的密度比液体小，所以对气体的操作可达到较高的速度，而且在吸入线 和排出线上可使用较轻的阀因为气体的粘度小所以 它们容易发生泄露 因此气体压缩机的移动部件之间的间隙被设计的非 常小因为气体压缩过程中体积减小，因此与液体相比在结构上存在差异， 而且这个差异在设计中也要考虑。

压缩机中很大一部分能量要被转换成热能 因此在没有合适的冷却措施时将会限制压缩机的操作也因为这个，气体压 缩机分为多级完成，而且每一级中可分别冷却任何在压缩机中没有被排出 缸体的气体，再重新充入时要膨胀到入口的压力残余的气体连续压缩和膨 胀导致效率下降，因为不管是压缩还是膨胀都不能被可逆操作而对液体， 间隙容量不会影响效率的，因为残余液体不可压缩 往复式活塞压缩机 这种压缩机可以包含1—12级，是唯一可以达到较高压力的设备，比如 在乙烯工业中所需水的压力达到超过350 万牛/ 每平方米，图 5.4 是单级双 缸的压缩机，操作速度低，在操作压力较低时可以用离心压缩机取代 旋转式鼓风机和压缩机 这种压缩机可以分为较高压缩和较低压缩两种类型前者包含滑片式， 它的压缩比是通过离心转子来实现的Nash Hytor 泵是通过特殊形状的刚体 和叶轮同时旋转的液体密封来实现的 在滑片式压缩机通过在壳体上开槽夹住叶片，而叶片将转子和缸体之间 的月牙空间分成一片一片的在旋转时，刃片滑片拦住气体但气体在旋转式 被压缩，并且在端口被排出Nash Hytor 泵也可以分为液环泵， 属于容积泵类型而且带有一个特殊形 状的壳体和一个与叶轮同时旋转的液体密封。

轴和叶轮是没有移动部件而且 没有滑动触点，所以不需要润滑剂，而且被压缩的气体不会受到污染 在这种压缩机中，液体通过活塞离开和重新进入叶轮单元工作液体的 进口压力与出口压力相等，而且工作液体自动被吸入来补偿出口的液体在 压缩中，能量转化成热，因此这个工艺接近于等温工艺在下液，液体从气 体中分离出来通过必要的构造进行再循环 还有其他类型，比如摆线型或罗茨鼓风机在这种类型的压缩机是通过 两个部件的旋转来实现的转子以相反的方向移动，它们通过入口时，带入 空气，并将空气在叶轮和壳体之间受到压缩和排出 离心式鼓风机和压缩机，包括涡轮压缩机 这些设备主要服从动能向压能转换，鼓风机用在低压，可以处理大量的 气体对于先不要求较高的压力比的情况，可以使用多级离心压缩机，特别是在要求高产量的化学工厂因此在催化参照下，石油化工分离工厂（乙烯 加工厂）， 生产进度在１２ｋｇ／ｓ的氨工厂， 和产量要求较高的天然气田， 这种类型的压缩机是使用最广泛的了这些流量可达到140 m3/s ，压力达到 5.6 MN/m2，最新的达到 40 MN/m2.使用大压缩机与多个压缩机相比， 它的经济性和可靠性都很高能量要求也是很高。

对于从粗汽油中，用催化 的方式生产乙烯所产生的气体的操作，需要石化厂的流量为6. 5 kg/s压力为１０ MW 的能量 Reading Material往复式压缩机及其应用 1．前言压缩机的目的是移动空气或其它气体从一个地方到另一个地点气体不 同于液体，其可以被压缩和需要压缩设备虽然相似于泵，但原理上稍有不 同压缩机、鼓风机和风扇就是压缩设备压缩机：压缩空气或其它气体的压力范围从35psi 到极端状态下的 65000psi。