第七章-流體輸送機

第七章流體輸送機械流體輸送機械用于流體輸送的一類通用機械，其功能在于將電動機或其他原動機的能量傳遞給被輸送的流體，以提高流體的能位（即單位流體所具有的機械能）。流過的單位流體得到的能量大小是流體輸送機械的重要性能。按工作原理分為離心式、往復式、旋轉式及流體動力作用式流體輸送機械用揚程或壓頭來表示液體輸送機械使單位重量液體所獲得的機械能；用風壓來表示氣體輸送機械使單位體積氣體所獲得的機械能。氣液兩類輸送機械的原理相似，但由于氣體密度小，且有可壓縮性，故兩者在結構上有所不同。液體輸送設備稱為泵，氣體輸送設備稱為風機或壓縮機泵泵是為液體輸送能量的設備，泵的種類按功能可分為離心泵、往復泵、轉子泵和旋轉泵離心泵葉輪由電動機或其他原動機驅(qū)動作高速旋轉（通常為1000～3000r／min）。液體受葉輪上葉片的作用而隨之旋轉。由于慣性離心力作用，液體由葉輪中心流向外緣，在流動過程中同時獲得動能和壓力能，動能的大部分又在蝸形泵殼中轉化為壓力能。根據(jù)泵內(nèi)的葉輪數(shù)，離心泵可分為單級泵和多級泵。離心泵主要部件有葉輪和泵殼（又有蝸殼），其中，葉輪一般由若干片（6～8片）向后彎曲的葉片所組成，密封并緊固在泵殼內(nèi)的泵軸上，葉片間是流體通過的通道泵殼為一螺旋蝸殼，液體吸入口位于軸心處與吸入管路相連接，排出口則位于泵殼切線方向與排出管路相連接離心泵離心泵依靠旋轉葉輪對液體的作用把電動機的機械能傳遞給液體。由于離心泵的作用液體從葉輪進口流向出口的過程中，其速度能和壓力能都得到增加，被葉輪排出的液體經(jīng)過壓出室，大部分速度能轉換成壓力能，然后沿排出管路輸送出去葉輪進口處因液體的排出而形成真空或低壓，吸水池中的液體在液面壓力（大氣壓）的作用下，被壓入葉輪的進口，于是，旋轉著的葉輪就連續(xù)不斷地吸入和排出液體。離心泵主要參數(shù)離心泵的主要參數(shù)有：流量，用符號Q表示；單位：m3/h或m3/s。揚程，用符號H表示；單位：m液柱，簡寫為m。轉速，用符號n表示；單位：r/min。功率，離心泵的功率指軸功率，用符號N表示，單位：W或KW。效率，用符號η表示。允許吸上真空度和允許氣蝕余量都是離心泵的主要性能參數(shù)。離心泵的特點轉速高，體積小，重量輕，效率高，流量大，結構簡單，性能平穩(wěn)，容易操作和維修；其不足是：起動前泵內(nèi)要灌滿液體。液體精度對泵性能影響大，只能用于精度近似于水的液體，流量適用范圍：5-20000立方米/時，揚程范圍在3-2800米離心泵的汽蝕現(xiàn)象由于葉輪入口處壓力低于工作水溫的飽和壓力，所以會引起一部分液體蒸發(fā)（即汽化）。蒸發(fā)后汽泡進入壓力較高的區(qū)域時，受壓突然凝結，于是四周的液體就向此處補充，造成水力沖擊，這種現(xiàn)象稱為汽蝕現(xiàn)象。這個連續(xù)的局部沖擊負荷，會使材料的表面逐漸疲勞損壞，引起金屬表面的剝蝕，進而出現(xiàn)大小蜂窩狀蝕洞。汽蝕的原因水泵汽蝕的原因在水泵進口處，由于吸水高所形成的真空，以及葉輪高速放置而往往使該處壓力很低，從而為水的汽化提供了條件。當壓力降低到水溫的汽化壓力時，因汽化而形成的大量水蒸汽汽泡，隨未汽化的水流入葉輪內(nèi)部高壓區(qū)，汽泡在高壓作用下在極短的時間內(nèi)破裂，并重新凝結成水，汽泡周圍的水迅速向破裂汽泡的中心集中而產(chǎn)生很大的沖擊力。這種沖擊力作用在水泵的壁上，就形成了對水泵的汽蝕離心泵的特性曲線離心泵的特性曲線是將由實驗測定的Q、H、N、η等數(shù)據(jù)標繪而成的一組曲線。此圖由泵的制造廠家提供，供使用部門選泵和操作時參考。

離心泵的類型水泵(B型、D型、sh型)用于輸送清水及物理、化學性質(zhì)類似于水的清潔液體。耐腐蝕泵(F型)用于輸送酸、堿等腐蝕性液體。油泵(Y型)用于輸送石油產(chǎn)品。水泵水泵是應用最廣泛的是單級單吸式離心水泵，它只有一個葉輪，從泵的一側吸液，葉輪裝在伸出軸承外的軸端上，稱為單級水泵泵體和泵蓋都是用鑄鐵制成的全系列楊程為5～98m，流量范圍為4.5～360m3/h水泵多級泵一般為2～8級，最多可達12級多個葉輪，從一個葉輪流出的液體通過泵殼中的導輪引導液體改變流向，同時將一部分動能轉為靜壓能，然后進入下一個葉輪的入口揚程為14～351m，流量為0.8～850m3/h雙吸泵若輸送的流量較大，而所需的壓頭并不高時，可采用雙吸泵，雙吸泵的葉輪有兩個入口，所以送液量大揚程9～140m,流量范圍120～12500m3/h

耐腐蝕泵制藥生產(chǎn)中許多液體均具有腐蝕性，這些液體的輸送就要采用耐腐蝕泵，其主要特點是和液體接觸的部件用耐腐蝕性材料而成灰口鑄鐵（用于濃硫酸）高硅鑄鐵（以硫酸為主混酸）鉻鎳合金鋼（用于硝酸）聚三氟乙烯塑料（適合于三大強酸和堿液）耐腐蝕泵耐腐蝕泵結構基本上與水泵相同，耐腐蝕泵的揚程為15～105m，流量范圍2～400m3/h油泵齒輪輸油泵適用于輸送各種油類,如原油、柴油、潤滑油。配用銅齒輪可輸送低閃點液體,如汽油、苯等。介質(zhì)溫度不超過70℃,如需使用耐高溫泵。耐高溫泵的使用溫度不超過300℃,粘度為5×10-5～1.5×10-3m2/s雜質(zhì)泵用于輸送懸浮液及稠厚的漿液，又可分為污水泵、砂泵、泥漿泵，對這些泵的要求不易堵塞、耐磨、易清洗離心泵的選用根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)確定泵的類型確定輸送系統(tǒng)的流量和所需壓頭。流量由生產(chǎn)任務來定，所需壓頭由管路的特性方程來定。根據(jù)所需流量和壓頭確定泵的型號查性能表或特性曲線，要求流量和壓頭與管路所需相適應。若生產(chǎn)中流量有變動，以最大流量為準來查找，H也應以最大流量對應值查找。離心泵的選用若H和Q與所需要不符，則應在鄰近型號中找H和Q都稍大一點的。若幾個型號都滿足，應選一個在操作條件下效率最好的為保險起見，所選泵可以稍大；但若太大，工作點離最高效率點太遠，則能量利用程度低。若被輸送液體的性質(zhì)與標準流體相差較大，則應對所選泵的特性曲線和參數(shù)進行校正，看是否能滿足要求。往復泵往復泵為容積式泵中的一種，由泵缸、缸內(nèi)往復的運動件，單向閥（吸出液和排出液），往復密封以及傳動機構等組成往復泵工作原理泵缸內(nèi)的往復運動件做往復運動，周期性的改變密閉液缸的容積，經(jīng)吸入液單向閥周期性地將被送液吸入工程處工作腔中，再通過排液單向閥排到輸出管路往復泵往復泵分為活塞式、柱塞式和隔膜式三種活塞式往復泵活塞不斷往復運動，泵的吸水與壓水過程就連續(xù)不斷地交替進行。此泵特點是：泵壓力可以無限高，流量與壓力無關，具有自吸能力，流量不均勻。此泵適用于小流量、高壓力的輸液系統(tǒng)。壓力≤7.0Mpa柱塞式往復泵工作原理與活塞泵相同。兩者區(qū)別在于柱塞是穿過裝在泵缸上的固定填料密封件在泵缸內(nèi)運動，其密封性較活塞的好。其端面推著整個泵缸內(nèi)的液體運動，所以柱塞的受力狀況比活塞好得多,壓力最高為1000Mpa。同時柱塞直徑也比活塞直徑小，所以柱塞泵可用于更高壓力和更小流量。隔膜式往復泵工作原理與活塞泵類似，但它是依靠夾緊在泵缸之間的平隔膜和筒形隔膜，在柱塞通過液壓油的推動下使泵缸工作容積交替發(fā)生變化，并通過排出閥和吸入閥的啟閉來輸送液體的。隔膜靠靜密封將輸送的液體與外部嚴密隔開，所以隔膜泵不會泄漏。壓力可達400Mpa計量泵是基于往復泵流量固定這一特點設計出來的。具有可以調(diào)節(jié)流量的機構，其它部分與往復泵相同轉子泵轉子泵是一種中壓單作用定量葉片的泵。轉子泵體兩側的管螺紋與油管相連，是進油口和出油口。泵體與轉子之間由偏心而形成一個新月形空腔。當馬達通過膠帶輪帶動軸旋轉時，轉子槽中的葉片由于離心力作用，貼緊在轉子泵的泵體壁上。葉片開始由新月形空腔的尖端轉向中部時，兩相鄰葉片與泵體隔成的空間逐漸變大，完成吸油過程。越過中點后，轉子泵的空間又由大逐漸變小，完成壓油過程，壓力油從新月形另一尖端處的出口壓出。轉子泵凡與介質(zhì)（物料）接觸部位，均采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼制造（材質(zhì)SUS304、AISI316、316L）完全符合衛(wèi)生標準。適合輸送高粘度、濃度及任何含顆粒的介質(zhì)（物料）。適合溫度-30到+200攝氏度。壓力高，適用長距離與高阻力定量輸送。轉速低，一般在200rpm至600rpm之間，經(jīng)其輸送的物料保持原有品質(zhì)不變，不起任何理化反應。轉子和轉子之間絕無接觸，長期使用亦無磨損，運轉平穩(wěn)，噪音低，效益高。設計新穎、安裝維護簡單容易，方便清洗，保證機器內(nèi)部和生產(chǎn)衛(wèi)生清潔。齒輪泵齒輪輸油泵適用于輸送各種油類,如原油、柴油、潤滑油。配用銅齒輪可輸送低閃點液體,如汽油、苯等。齒輪泵泵殼中有一對相互嚙合的齒輪，其中一個齒輪由電機帶動，稱為主動輪。另一個齒輪是從動輪，兩個齒輪與泵體間形成吸入和排出的空間齒輪泵壓頭高，流量小，適用于輸送黏稠液及膏狀材料螺桿泵由泵殼一個或一個以上的螺桿所組成適應性強、流量平穩(wěn)、壓力脈動小、自吸能力高壓力為0.4∽1.2MPa螺桿泵螺桿泵是利用螺桿的回轉來吸排液體的。中間螺桿為主動螺桿，由電動機帶動回轉，兩邊的螺桿為從動螺桿，隨主動螺桿作反向旋轉。主、從動螺桿的螺紋均為雙頭螺紋。由于各螺桿的相互嚙合以及螺桿與襯筒內(nèi)壁的緊密配合，在螺桿泵的吸入口和排出的液體封入其中，并自吸入室沿螺桿軸向連續(xù)地推移至排出端，將封閉在各空間中的液體不斷排出螺桿泵螺桿泵外套用1Cr18Ni9Ti優(yōu)質(zhì)不銹鋼,軸封用耐磨機械密封,無泄漏,可輸送高濃度高粘度（＜10000PaS）及含有顆粒的懸浮漿液。螺桿泵輸送液流穩(wěn)定，無過流、脈動及攪拌、剪切漿液現(xiàn)象。排出的壓力與轉速無關，低流量也可保持高的排出壓力。螺桿泵流量與轉速成正比，通過變速機構或高速電機可實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。自吸能力強，液體流向由泵的旋轉方向來改變，適用于管道需反、正向沖洗的場合。氣體壓縮與輸送設備與液體輸送設備的機械原理基本相同按出口與進口的壓力比（壓縮比）進行分類壓縮機終壓力在0.3Mpa（表壓）以上，壓縮比大于4鼓風機終壓力在0.015～0.3Mpa（表壓），壓縮比小于4通風機終壓力在0.015Mpa（表壓）真空泵低于大氣壓力的氣體，從容器可設備內(nèi)抽到大氣中往復式壓縮機往復式壓縮機主要由三大部分組成：運動機構(包括曲軸、軸承、連桿、十字頭、皮帶輪或聯(lián)軸器等)，工作機構(包括氣缸、活塞、氣閥等)，機身。壓縮機還配有三個輔助系統(tǒng):潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)。工作機構是實現(xiàn)壓縮機工作原理的主要部件。往復式壓縮機活塞在氣缸內(nèi)做周期性往復運動時，活塞與氣缸組成的空間(稱為工作容積)周期性地擴大與縮小。當空間擴大時，氣缸內(nèi)的氣體膨脹，壓力降低，吸人氣體；當空間縮小時，氣體被壓縮，壓力升高，排出氣體?；钊鶑鸵淮?，依次完成膨脹、吸氣、壓縮、排氣這四個過程，總稱為一個工作循環(huán)。往復式壓縮機的類型按在活塞的一側或兩側吸、排氣體，分為單動和雙動往復式壓縮機按氣體受壓縮的級數(shù)分為單級(p2/p1＜5)，雙級(p2/p1=5~10)，和多級(p2/p1=10～1000)壓縮機。按壓縮機所產(chǎn)生終壓的大小分為低壓(1Mpa)，中壓(1～10Mpa)，高壓(10～1000Mpa)壓縮機往復式壓縮機的類型按壓縮機排氣量分為小型(10m3/min)，中型(10~30m3/min)，大型(30m3/min以上)壓縮機按被壓縮氣體的種類分為空氣壓縮機、氨壓縮機、氣壓縮機、氮壓縮機等往復式壓縮機的外型以氣缸在空間的位置來進行分類單缸分為立式、臥式多缸分為L形、V形、W形等往復式壓縮機特點往復式壓縮機與其他類型的壓縮機相比，具有以下特點：壓力范圍廣，從低壓到高壓都適用；熱效率較高；適應性強，排氣量可在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)對制造壓縮機的金屬材料要求不苛刻。鼓風機排氣機械羅茨鼓風機系屬容積回轉鼓風機，利用兩個葉形轉子在氣缸內(nèi)作相對運動來壓縮和輸送氣體的回轉壓縮機。這種壓縮機靠轉子軸端的同步齒輪使兩轉子保持嚙合。ZG系列三葉羅茨鼓風機

鼓風機轉子上每一凹入的曲面部分與氣缸內(nèi)壁組成工作容積，在轉子回轉過程中從吸氣口帶走氣體，當移到排氣口附近與排氣口相連通的瞬時，因有較高壓力的氣體回流，這時工作容積中的壓力突然升高，然后將氣體輸送到排氣通道。兩轉子依次交替工作。兩轉子互不接觸，它們之間靠嚴密控制的間隙實現(xiàn)密封，故排出的氣體不受潤滑油污染。鼓風機羅茨鼓風機的排氣量為0.15～150米(/分，轉速為150～3000轉/分。單級壓比通常小于1.7，最高可達2.1，兩級的可達3，可以多級串聯(lián)使用。通風機通風機是一種在低壓下沿著導管輸送氣體的機械通風機分為軸流式、離心式、斜流式和慣流式等形式軸流式通風機軸流式通風機在機殼內(nèi)裝有快速轉運的葉輪，葉輪上固定著葉片。當葉輪旋轉時，葉片推擊空氣，使之作與軸平行方向的流動，葉片將能量轉給空氣，使氣體的排出壓力略有增加。排風量大，風壓小軸流式通風機風壓在9.8×10-3MPa以下或壓縮比e＜1.1的通風機風量：820~68600m3/h采用鋁合金、工程塑料、玻璃鋼等不同材料制作成防腐、防爆風機離心式通風機離心式通風機的結構和工作原理與離心泵相似其機殼為是蝸殼形，斷面有矩形和圓形兩種，葉片的形狀有圓弧形、直線形和機翼形三種，葉片的數(shù)目多且長度短。離心式通風機風機直徑?400～600mm，風量824～123097m3/h，風壓：3110～16250Pa葉片數(shù)6～10材質(zhì)采用玻璃鋼、碳鋼和低碳不銹鋼軸流式和離心式通風機的區(qū)別產(chǎn)生風壓的原理不同。軸流式通風機是靠葉片的旋轉而帶動氣體沿軸向運動；而離心式通風機是靠葉輪旋轉產(chǎn)生的離心力輸送氣體的。軸流式通風機轉子一般為裸露安裝，體積大；離心式通風機的轉子則封閉安裝，體積小。軸流式通風機產(chǎn)生的風壓很低，但風量大；離心式通風機則可以產(chǎn)生較高的風壓（最高可達到0.2MPa），而風量一般不大。真空泵真空泵是獲得低于大氣壓力的一種機械設備真空泵分為干式真空泵（真空度可達96～99.9%），濕式真空泵（真空度可達85～90%）真空泵的分類工作原理抽除式，真空泵抽吸系統(tǒng)中的氣體，將氣體分子排到系統(tǒng)之外捕集式，真空泵捕集系統(tǒng)中的氣體分子，直接吸附在泵工作壁面上而不排出系統(tǒng)真空泵的分類按結構分類機械式，這類真空泵類似于壓縮機，屬于容積型包括往復式與回轉式，還有屬于動力式的渦輪分子泵，均屬于抽除式噴射式，分為噴射式與擴散式兩種，或二者合一的增壓式，均屬抽除式吸著式，依靠物理化學方法使氣體分子吸著在泵壁表面，屬于捕集式真空泵真空泵的分類按工作職能分類主抽氣泵，實現(xiàn)所要求壓力的主要工作泵預抽氣泵，當主抽氣泵不能在大氣狀態(tài)下直接開始抽吸時，需要預抽泵先抽至某一壓力，主抽氣泵方能工作前級泵，當主抽氣泵不能將所抽氣體直接排入大氣時，需要串接前級泵排送維持泵，當主抽泵完成所要求的壓力停止工作后，系統(tǒng)泄漏或表面蒸發(fā)等原因壓力可能升高，采用維持泵繼續(xù)抽吸往復式真空泵往復式真空泵（簡稱往復泵）又名活塞式真空泵，屬于低真空獲得設備之一往復式真空泵用于從密閉容器中或反應鍋中抽除氣體與其它氣體，但不適用于抽除腐蝕的氣體或者帶有硬顆?；曳莸臍怏w。

往復式真空泵主要部件有氣缸1及在其中做往復直線運動的活塞2，活塞的驅(qū)動是用曲柄連桿機構3（包括十字頭）來完成的。除上述主要部件外還有排氣閥4和吸氣閥5等重要部件，以及機座、曲軸箱、動密封和靜密封等輔助部件。往復式真空泵極限壓力1～2.6kpa，抽速范圍50～600L/sSUS304（0Cr18Ni9)、SUS316（0Cr17Ni12Mo2）、SUS316L（00Cr17Ni14Mo2）等各類不銹鋼材質(zhì)泵軸材質(zhì)：2Cr13、SUS304或SUS316L旋片式真空泵旋片泵主要由定子、轉子、旋片、定蓋、彈簧等零件組成。其結構是利用偏心地裝在定子腔內(nèi)的轉子（轉子的外圓與定子的內(nèi)表面相切兩者之間的間隙非常?。┖娃D子槽內(nèi)滑動的借助彈簧張力和離心力緊貼在定子內(nèi)壁的兩塊旋片，當轉子旋轉時，始終沿定子的內(nèi)壁滑動。1-泵體;2-旋片;3-轉子;

4-彈簧;5-排氣閥

雙級旋片式真空泵雙級旋片式真空泵由兩個工作室組成，兩室前后串聯(lián)，同向等速旋轉，Ⅰ室是低真空級，Ⅱ室是高真空級，被抽氣體由進氣口進入Ⅱ室，當進入的氣體壓力較高時，氣體經(jīng)Ⅱ室壓縮，壓強急速增大，被壓縮的氣體不僅從高級排氣閥排出，而且經(jīng)過中壁通道，進入Ⅰ室，在Ⅰ室被壓縮，從低級排氣閥排出；當進入Ⅱ室的氣體壓力較低時，雖經(jīng)Ⅱ室的壓縮，也推不開高級排氣閥排出，氣體全部經(jīng)中壁通道進入Ⅰ室，經(jīng)Ⅰ室的繼續(xù)壓縮，由低級排氣閥排出，因此雙級旋片式真空泵比單級旋片式真空泵的極限真空高。1-高級排氣閥;2-通道;3-低級排氣閥旋片式真空泵抽氣速率100m3/min

極限真空度200pa，轉速1450r/min泵體材質(zhì)為鑄鋼或不銹鋼等使用真空泵油水環(huán)式真空泵水環(huán)式真空泵葉輪2偏心地安裝在泵體1內(nèi)，因此當葉輪2旋轉時，水受離心力的作用而在泵體內(nèi)壁形成一旋轉水環(huán)3，水環(huán)上部內(nèi)表面與輪轂相切沿箭頭方向旋轉，在前半轉過程中，水環(huán)內(nèi)表面逐漸與輪轂脫離，因此在葉輪葉片間與水環(huán)形成封閉空間，隨著葉輪的旋轉，該空間逐漸擴大，空間氣體壓力降低，氣體被吸入空間；在后半轉過程中，水環(huán)內(nèi)表面漸漸與輪轂靠近，葉片間的空間逐漸縮小，空間氣體壓力升高，高于排氣口壓力時，葉片間的氣體被排出。水環(huán)式真空泵工作過程中，做功產(chǎn)生熱量，會使工作水環(huán)發(fā)熱，同時一部分水和氣體一起被排走，因