第二章 流体输送

第一节 化 工 管 路 一、管子、管件与阀门 1．管子 （1）钢管 第一节 化 工 管 路 一、管子、管件与阀门 1．管子 （1）钢管 ① 有缝钢管又称为焊接钢管，一般由碳素钢制成。有缝钢管分水煤气钢管、直缝电焊管和螺旋缝焊管三种，使用最广泛的是水煤气钢管。 ② 无缝钢管的特点是质地均匀、强度高、韧性好，可用于输送有压强的物料，如水蒸气，高压水及高压气体等。

（2）铸铁管 ① 普通铸铁管由灰铸铁铸造而成。 常用作埋入地下的给、排水管、煤气管道等。 ② 硅铁铸管 因而具有很好的耐腐蚀性能，特别是耐多种强酸的腐蚀。

（3）有色金属管 ① 铜管 适用于制造换热器的管子，也常用于油压系统、润滑系统传送有压的液体。 ② 铅管 主要用来输送浓度在70%以下的冷硫酸，浓度40%以下的热硫酸和浓度10%以下的冷盐酸。 ③ 铝管 广泛用作浓硝酸和浓硫酸管路，也常用来制造换热设备。

（4）非金属管 ① 陶瓷管 耐腐蚀性强，除氢氟酸和高温碱、磷酸外，几乎对所有的酸类、氯化物、有机溶剂均具有抗腐蚀作用。 ② 塑料管 塑料管的特点是抗蚀性好、质轻、加工容易，其中热塑性塑料可任意弯曲或延伸以制成各种形状。 （5）复合管 最常见的形式是衬里管，它是为了满足降低成本、增加强度和防腐的需要，在一些管子的内层衬以适当的材料，如金属、橡胶、塑料、搪瓷等而形成的。

2.管件 （1）改变管路的方向，如图2-1中的1、3、6、13各种管件； （2）连接管路支管如图2-1中的2、4、7、12各种管件； （3）改变管道的直径，如图2-1中的10、11等； （4）堵塞管路，如图2-1中之8及14； （5）连接两管，如图2-1中之9及15。

3．阀门 （1）闸阀结构如图2-2 闸阀形体较大，造价较高，但当全开时，流体阻力小，常用作大型管路的开关阀，不适用于控制流量的大小及有悬浮物液体管路上。

（2）截止阀 又称球心阀，结构如图2-3 它是利用圆形阀盘在阀杆的升降时，改变其与阀座间的距离，以开关管路和调节流量。 截止阀对流体的阻力比闸阀要大的多，但比较严密可靠。 截止阀可用于水、蒸汽、压缩空气等管路，但不宜用于黏度大及有悬浮物的流体管路。流体的流动方向应该是从下向上通过阀座。

（3）节流阀（调节阀） 它是属于截止阀的一种，如图2-4所示。 它的结构和截止阀相似，所不同的是阀座口径小，同时用一个圆锥或流线形的阀头代替图2-3中的圆形阀盘，可以较好的控制、调节流体的流量，或进行节流调压等。该阀制作精度要求较高，密封性能好。主要用于仪表、控制以及取样等管路中。

（4）旋塞 旋塞也叫考克，其结构原理如图2-5所示。 其优点为结构简单，开关迅速，流体阻力小，可用于有悬浮物的液体，但不适用于调节流量，亦不宜用于压强较高、温度较高的管路和蒸汽管路中。

（5）球阀 球阀又称球心阀,如图2-6所示。 它是利用一个中间开孔的球体作阀心，依靠球体的旋转来控制阀门的开关。它和旋塞相仿，但比旋塞的密封面小，结构紧凑，开关省力，远比旋塞应用广泛。

（6）隔膜阀 常见的有胶膜阀，如图2-7所示。 这种阀门的启闭密封是一块特制的橡胶膜片，膜片夹置在阀体与阀盖之间。关闭时阀杆下的圆盘把膜片压紧在阀体上达到密封。 这种阀门结构简单，密封可靠，便于检修，流体阻力小，适用于输送酸性介质和带悬浮物质流体的管路中。

（7）止回阀 止回阀又称单向阀，如图2-8所示，其作用是只允许流体向一个方向流动，一旦流体倒流就自动关闭。

止回阀按结构不同，分为升降式和旋启式两类。升降式止回阀的阀盘是垂直于阀体通道作升降运动的，一般安装在水平管道上，立式的升降式止回阀则应安装在垂直管道上；旋启式止回阀的摇板是围绕密封面作旋转运动，一般安装在水平管道上。止回阀一般适用于清净介质的管路中，对含有固体颗粒和黏度较大的介质管路中，不宜采用。

（8）安全阀 安全阀是一种截断装置，当超过规定的工作压强时，它便自动开启，而当恢复到原来压强时，则又自动地关闭。其用于预防蒸汽锅炉、容器和管道内压强升高到规定的压强范围以外。 安全阀可分为两种类型，即弹簧式和重锤式，如图2-9所示。

（9）疏水阀 疏水阀又称冷凝水排除阀，俗称疏水器，用于蒸汽管路中，能自动间歇排除冷凝液，并能阻止蒸汽泄漏。疏水阀的种类很多，目前广泛使用的是热动力式疏水阀，如图2-10所示。

二、管路的连接 管路的连接包括管子与管子、管子与各种管件、阀门及设备接口等处的连接。目前比较普遍采用的有：承插式连接、螺纹连接、法兰连接及焊接。

1．承插式连接 铸铁管、耐酸陶瓷管、水泥管常用承插式连接。管子的一头扩大成钟形，使一根管子的平头可以插入。环隙内通常先填塞麻丝或石棉绳，然后塞入水泥、沥青等胶合剂。它的优点是安装方便，允许两管中心线有较大的偏差，缺点是难于拆除，高压时不可靠。

2．螺纹连接 螺纹连接常用于水、煤气管。管端有螺纹，可用各种现成的螺纹管件将其连接而构成管路。螺纹连接通常仅用于小直径的水管、压缩空气管路、煤气管路及低压蒸汽管路。 用以连接直管的管件常用的有管箍和活络管接头。

3．法兰连接 法兰连接是常用的连接方法。优点是装拆方便，密封可靠，适用的压强、温度与管径范围很大。缺点是费用较高。铸铁管法兰是与管身同时铸成，钢管的法兰可以用螺纹接合，但最方便还是用焊接法固定。法兰连接时，两法兰间需放置垫圈起密封作用。垫圈的材料有石棉板、橡胶、软金属等，随介质的温度压强而定。

4．焊接连接 焊接法较上述任何连接法都经济、方便、严密。无论是钢管、有色金属管、聚氯乙烯管均可焊接，故焊接连接管路在化工厂中已被广泛采用，且特别适宜于长管路。但对经常拆除的管路和对焊缝有腐蚀性的物料管路，以及不允许动火的车间中安装管路时，不得使用焊接。焊接管路中仅在与阀件连接处要使用法兰连接。

三、管路的热补偿 管路两端固定，当温度变化较大时，就会受到拉伸或压缩，严重时可使管子弯曲、断裂或接头松脱。因此，承受温度变化较大的管路，要采用热膨胀补偿器。一般温度变化在32℃以上，便要考虑热补偿，但管路转弯处有自动补偿的能力，只要两固定点间两臂的长度足够，便可不用补偿器。 化工厂中常用的补偿器有凸面式补偿器和回折管补偿器。

1．凸面式补偿器图2-11 凸面式补偿器 凸面补偿器可以用钢、铜、铝等韧性金属薄板制成。图2-11表示两种简单的形式。管路伸、缩时，凸出部分发生变形而进行补偿。此种补偿器只适用于低压的气体管路（由真空到表压为196kPa）。

图2-11 凸面式补偿器 图2-12 回折管补偿器

2．回折管补偿器 回折管补偿器的形状如图2-12所示。此种补偿器制造简便，补偿能力大，在化工厂中应用最广。回折管可以是外表光滑的如图2-12（a）所示，也可以是有折皱的如图2-12（b）所示。前者用于管径小于250mm的管路，后者用于直径大于250mm的管路。回折管和管路间可以用法兰或焊接连接。

四、管路布置的基本原则 化工厂的管路为了便于安装、检修和操作管理，多数是明线敷设的。管路布置应考虑到减少基建投资、保证生产操作安全，便于安装和检修、节约动力消耗，美观整齐等。

考虑管路的走向时，应使管路阻力损失达到最小 在确定管路的具体位置时，必须考虑操作、检查、检修工作的顺利进行 要按管路内输送介质的特性确定管路的结构特点。 管路的管件、阀门应减少非标准的特殊结构,尽量采用标准件，以利于管路的安装和维修。

第二节 液体输送机械 化工厂中所用的液体输送机械（泵）种类很多，若以工作原理不同可分为“速度式”和“容积式”两大类。 第二节 液体输送机械 化工厂中所用的液体输送机械（泵）种类很多，若以工作原理不同可分为“速度式”和“容积式”两大类。 速度式液体输送机械主要是通过高速旋转的叶轮，或高速喷射的工作流体传递能量，其中有离心泵、轴流泵和喷射泵。 容积式液体输送机械则依靠改变容积来压送与吸取液体，容积式泵按其结构的不同可分为往复活塞式和回转活塞式，其中有往复泵、计量泵和齿轮泵等。

一、离心泵 离心泵是化工生产中应用最广泛的液体输送机械

1．离心泵的工作原理和主要部件 （1）工作原理 离心泵是一种叶片式泵。图2-13所示为一台离心泵的装置简图。

离心泵排液过程的工作原理： 在启动前，须先向泵壳内灌满被输送的液体。在启动后，泵轴就带动叶轮一起旋转。此时，处在叶片间的液体在叶片的推动下也旋转起来，因而液体便获得了离心力。在离心力的作用下，液体以极高的速度从叶轮中心抛向外缘，获得很高的动能，液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高，而从泵的排出口进入排出管路。

离心泵吸液过程的工作原理： 当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心处形成低压区，这时贮槽液面上方在大气压强的作用下，液体便经过滤网7和底阀6沿吸入管5而进入泵壳内。 只要叶轮不断的转动，液体便不断地被吸入和排出。 离心泵在启动前，须先向泵壳内灌满被输送的液体。否则发生“气缚” 现象。

（2）离心泵的主要部件 ① 叶轮 叶轮的作用是将原动机的机械能传给液体，提高液体的动能和静压能。 叶轮按其机械结构可分为闭式、半闭式和开式三种，如图2-14所示。

按吸液方式的不同，叶轮可分为单吸式和双吸式两种。 单吸式叶轮的结构简单，如图2-15（a）所示，液体只能从叶轮一侧被吸入。 双吸式叶轮如图2-15（b）所示，液体可同时从叶轮两侧吸入。

② 泵壳 离心泵的泵壳又称蜗壳，因为壳内壁与叶轮的外缘之间形成了一个截面积逐渐扩大的蜗牛壳形通道，如图2-16所示。 泵壳不仅是一个汇集和导出液体的部件，而且本身还是一个转能装置。同时，在此通道内逐渐减速，减少了能量损失，

对于较大的泵，为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间还装有一个固定不动而带有叶片的圆盘称为导轮，如图2-17所示，由于导轮具有很多逐渐转向的流道，使高速液体流过时能均匀而和缓地将动能转变为静压能，以减少能量损失。

③ 轴封装置 泵轴与壳之间的密封称为轴封，轴封的作用是防止泵内高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界空气沿轴漏入泵壳内。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。

a.填料密封 填料密封的装置称作填料函，俗称盘根箱，如图2-18所示。 填料密封是利用填料的变形来达到密封的目的。

当填料函用于与泵吸入口相通时，泵壳与转轴接触处则是泵内的低压区，这时为了更好的防止空气从填料函不严密处漏入泵内，故在填料函内装有液封圈3，如图2-19所示。

b.机械密封 对于输送酸、碱以及易燃、易爆、有毒的液体，密封要求比较高，既不允许漏入空气，又力求不让液体渗出，近年来已多采用机械密封装置，如图2-20所示。 机械密封是利用两个端面紧贴达到密封。

机械密封与填料密封比较，有以下优点： 密封性能好，使用寿命长，轴不易被磨损，功率消耗小，其缺点是零件加工精度高，机械加工复杂，对安装的技术条件要求比较严格，装卸和更换零件也比较麻烦，价格也比填料函高的多。

2．离心泵的主要性能参数与特性曲线 针对具体的液体输送任务，要选择合适规格的离心泵并使之安全高效运行，就需要了解泵的性能及其相互之间的关系。离心泵主要性能参数有流量、扬程、轴功率和效率等，而它们之间的关系则用特性曲线来表示。

（1）离心泵的主要性能参数 ① 流量 是指在单位时间内泵能排入到管路系统内的液体体积，以qv表示，其单位为L/s、m3/s或m3/h。离心泵流量与泵的结构、尺寸和转速有关。 ②扬程（压头） 是指泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量，以H表示，其单位为J/N或m。扬程的大小取决于泵的结构、尺寸、转速和流量。

③功率和效率 单位时间内液体从泵所获得的能量，称为有效功率，以Ne表示，单位为J/s或W。有效功率可用下式计算 Ne＝qvＨρg （2-1） 单位时间内泵轴从电动机所获得的能量，称为轴功率，以N表示，单位为J/s或W。 泵的轴功率大于泵的有效功率。有效功率和轴功率之比，称为泵的效率，以η表示，即 （2-2）

若式（2-1）中Ne以kW为单位，则泵的轴功率N（kW）为 （2-3）

（2）离心泵的特性曲线 为了便于了解泵的性能，泵的制造厂通过实测而得出一组表明Ｈ—qv、N—qv和η—qv关系的曲线，标绘在一张图上，称为离心泵的特性曲线或工作性能曲线，将此图附于泵样本或说明书中，供使用部门选用和操作时参考。 特性曲线一般都是在一定转速和常压下，以常温的清水为工质作实验测得的。 图2-20为IS-100-80-125型离心式水泵的特性曲线。

① Ｈ－qv曲线 表示泵的流量与扬程的关系，离心泵的扬程随流量的增加而下降（在流量极小时有例外）。

③ η－qv曲线 表示泵的流量与效率的关系，当qv=０时η=０，随着流量的增大，效率随之而上升达到一个最大值，而后流量再增大，效率便下降。 根据生产任务选用离心泵时，应尽可能的使泵在最高效率点附近运转，一般以泵的工作效率不低于最高效率的92%为合理。

3．影响离心泵特性的因素 （1）液体的密度 （2）液体的黏度 （3）离心泵的转速 泵的流量、扬程、轴功率与转速的近似关系符合比例定律，即 （2-4）

（4）叶轮的直径 泵的流量、扬程、轴功率与叶轮直径之间的近似关系符合切割定律，即 （2-5）

4．离心泵的工作点和流量调节 （1）管路特性曲线 管路特性曲线是表示一定的管路系统所需的外加压头（或扬程）Ｈe与流量qve之间关系的曲线。表示该曲线的方程称为管路特性方程。

管路特性方程的推导： 如图2-22所示的输送系统内，若贮液槽与受液槽的液面均维持恒定，且输送管路的直径不变。

则液体流过管路系统所必需的压头（即要求泵提供的压头），可在图中所示截面1—1ˊ与2—2ˊ间列伯努利方程式得 （2-6） 令

若贮液槽与受液槽的截面积都很大，两个截面处的流速都很小可以忽略不计， 则 ≈0。 管路系统的压头损失为

而对于特定的管路，l、∑le、d均为定值，湍流时摩擦因数λ的变化很小，于是令 所以，式（2-6）可写成 Ｈe=A＋Ｂ （2-6a） 式（2-6a）就是管路特性方程。将式(2-6a)在压头与流量的坐标图上进行标绘，即得如图2-23所示的Ｈe—qve曲线，称为管路特性曲线。

（2）离心泵的工作点 将泵的性能曲线Ｈ—qv与其所在管路的特性曲线Ｈe—qve，用同样的比例尺绘在同一张坐标图上，如图2—24所示，两线交点M所对应的流量和扬程，既能满足管路系统的要求，又为离心泵所提供，即qv=qve，Ｈ=Ｈe。换句话说，离心泵以一定的转速在此特定管路系统中运转时，只能在这一点工作，因为此点M表明流量qve的液体流经该管路时所需的外加压头Ｈe与泵在qv=qve时所提供的扬程Ｈ，正好在这一点上统一起来。所以，Ｍ点即是泵在此管路中的工作点。

（3）离心泵的流量调节 当离心泵在指定的管路上工作时，若工作点的流量与生产上要求的流量不一致时，就要对泵进行流量调节，实质上就是设法改变离心泵的工作点。既然泵的工作点为管路特性曲线和泵的性能曲线所决定，所以，改变两曲线之一均能达到调节流量的目的。

① 改变管路特性曲线 改变管路特性曲线最简单的方法是改变泵出口阀的开启程度，以改变管路中流体的阻力，从而达到调节流量的目的，如图2—25所示。

② 改变泵的性能曲线 a.改变泵的转数 根据离心泵的比例定律可知，如果泵的转速改变，其特性曲线也发生改变。如图2-26所示。

b.改变叶轮直径 根据离心泵的切割定律可知，改变叶轮直径，泵的性能曲线也将改变，其规律与改变泵的转速类似，如图2-27所示。

5．离心泵的并联与串联操作 （1）并联操作 如图2-28所示。两台泵并联以后所获得的流量增加，但小于两台泵单独操作时的流量之和，即qv并＜2qv单。

（2）串联操作 如图2-29所示。两台泵串联后的扬程增加，但小于两台泵单独操作时的扬程之和，即Ｈ串＜2Ｈ单。

6．离心泵的汽蚀现象与安装高度 （1）离心泵的汽蚀现象 由离心泵的工作原理可知，在图2-30所示的输液装置中，离心泵能够吸上液体是靠吸入贮槽液面与泵入口处的压强差作用。

①产生汽蚀的原因 泵入口处的压强小于操作条件下被输送液体的饱和蒸气压。 ②汽蚀的危害 使泵体产生振动与噪音；泵的流量、扬程和效率下降；叶轮受到剥蚀而破坏。 ③ 避免方法 限制泵的安装高度。

（2）离心泵的汽蚀余量 为防止汽蚀现象的发生，在离心泵的入口处，液体的静压头和动压头之和,必须大于液体在操作温度下的饱和蒸气压头，并将它们之间的差值定义为离心泵的汽蚀余量，即 （2-7）

为保证不发生汽蚀现象，汽蚀余量的最小值称为必需汽蚀余量(ＮＰＳＨ )r，该值由泵的制造厂家通过实验确定，并列入泵性能表中。标准还规定，实际汽蚀余量ＮＰＳＨ 比(ＮＰＳＨ )r还要加大0.5m以上。

（3）离心泵的最大允许安装高度 对图2-30，在贮槽液面0—0ˊ和泵入口处1—1ˊ两截面间列伯努利方程式，可得 （2-8）

若已知离心泵的必需汽蚀余量，则由式（2-7）和式（2-8），并考虑到ＮＰＳＨ 比(ＮＰＳＨ )r加大0 若已知离心泵的必需汽蚀余量，则由式（2-7）和式（2-8），并考虑到ＮＰＳＨ 比(ＮＰＳＨ )r加大0.5m。可得离心泵最大允许安装高度的计算式为 （2-9）

由式（2-9）可知，当P0一定时，pv、(ＮＰＳＨ )r和Ｈf ,0-1越大，泵的允许安装高度越低，为此在确定泵的安装高度时，应注意以下几点。 ① 离心泵的必需汽蚀余量与流量有关，流量增加时(ＮＰＳＨ )r增大，所以在计算时应选取最大流量下的(ＮＰＳＨ )r值。 ② 当输送液体的温度较高或其沸点较低时，因液体的饱和蒸汽压较大，会使泵的允许安装高度降低。

③ 尽量减小吸入管路的压头损失，可选用较大的吸入管径，缩短管子长度，减少不必要的管件和阀件。由此也可以理解，调节流量为什么使用泵的出口阀而不用泵的入口阀。 ④ 当条件允许，尽量将泵安装在液面以下，使液体自动灌入泵内，既可避免汽蚀现象发生，又可避免启动泵时的灌液操作。

7.化工厂常用离心泵的类型与选用 （1）离心泵的类型 化工厂使用的离心泵种类繁多，按所输送液体的性质可以分为水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等。各种类型离心泵按照其结构特点各自成为一个系列，同一系列中又有各种规格。泵样本中列有各类离心泵的性能和规格。

①清水泵（ＩＳ型、Ｄ型、S型） 清水泵是应用广泛的离心泵，用于输送各种工业用水以及物理、化学性质类似于水的其它液体。最普遍使用的是单级单吸悬臂式离心水泵，系列代号为“ＩＳ”，其结构如图2-31所示。全系列扬程范围为5～125m，流量范围为6.3～400 m3/h。

泵的型号由字母和数字表示，如型号IS100-80-125，IS表示泵的类型，为单级单吸悬臂式离心水泵；100表示泵的吸入管内径，mm；80表示泵的排出管内径，mm；125表示泵的叶轮直径，mm。

若所要求流量下其扬程高于单级泵所能提供的扬程时，可采用图2-32所示的多级离心泵。中国生产的多级泵系列代号为“Ｄ”。全系列的扬程范围为14～351m，流量范围为10.8～850m3/h。

若输送液体的流量较大而所需要的扬程并不高时，则可采用双吸泵，其特点是从叶轮两侧同时吸液。中国生产的双吸泵系列代号为“Ｓ”。全系列扬程范围为9～140m，流量范围为120～12500m3/h。

② 耐腐蚀泵（Ｆ型） Ｆ型泵是单级单吸悬臂式耐腐蚀离心泵，输送酸、碱等不含颗粒的腐蚀性液体时，应选用耐腐蚀泵。 此类泵的主要特点是与液体接触的部件用耐腐蚀材料制成，在Ｆ后面再加上一个字母表示材料代号以作区别。例如： 灰口铸铁––––材料代号为Ｈ，用于输送浓硫酸。 耐腐蚀泵的另一个特点是密封要求高，所以F型泵多采用机械密封装置。Ｆ型泵全系列扬程范围为15～105m，流量范围为2～400m3/h。

③油泵（Ｙ型） 输送石油产品的泵称为油泵。 因为油品的特点是易燃易爆，因此要求油泵必须有良好的密封性能。当输送200℃以上的热油时，要求对轴封和轴承等进行冷却。 油泵有单吸和双吸，单级与多级之分。油泵的系列代号为“Ｙ”，双吸式为“ＹＳ”。全系列的扬程范围为60～600m，流量范围为6.25～500m3/h。

④ 杂质泵（Ｐ型） 用于输送悬浮液及稠厚的浆液时用杂质泵。系列代号为“Ｐ”。 根据其用途又可细分为污水泵“ＰＷ ”、砂泵“ＰＳ”、泥浆泵“ＰＮ”等。 对这类泵的要求是：不易堵塞、耐磨、容易清洗。这类泵的特点是叶轮流道宽，叶片数目少，常采用半闭式或开式叶轮。有些泵壳内衬以耐磨的铸钢护板，泵的效率低。

（2）离心泵的选择 在满足工艺要求的前提下，力求作到经济合理。选泵步骤为： ①确定离心泵的类型。 ②确定输送系统的流量与压头。按最大流量和压头考虑。 ③选择泵的型号。要使泵所提供的流量和扬程稍大于管路所要求的流量和压头，并使泵在高效率区进行工作。 ④核算泵的轴功率。

8.离心泵的安装和操作要点 （1）安装要点 ①限制安装高度，避免发生汽蚀现象。 ②吸入管路连接处应严密不漏气；吸入管直径大于泵的入口直径时，变径连接处要避免存气，以免发生气缚现象。如图2-32所示，图中（a）不正确，（b）正确。

③安装要牢固，避免泵发生振动；泵轴与电机轴应严格保持水平，以确保运转正常，提高泵的使用寿命。

（2）操作要点 ①盘车。检查泵轴有无摩擦和卡死现象。 ②灌泵。启动前，向泵内灌液，防止发生气缚现象。 ③启动时，要先关闭泵的出口阀，再启动电机。但要注意，关闭出口阀泵运转的时间不能太长，以免泵内液体因摩擦发热，而发生汽蚀现象。

④运转时，要经常检查轴承温度、润滑和轴封泄漏等情况，随时观察真空表和压强表指示是否正常，并注意有无不正常的噪音。 ⑤停泵时，要先关闭泵的出口阀，再停电机，以免管路内高压液体倒流，使叶轮反转造成事故。停车时间较长时，应放掉泵和管路中的液体，以免锈蚀和冬季冻结。

二、其他类型泵 1.往复泵 （1）操作原理 往复泵是一种容积式泵。图2-34所示为往复泵装置简图。其主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排出阀。 往复泵靠活塞在泵内往复运动，使泵缸容积增大和减小形成低压和高压，达到吸液和排液的目的。

单动泵当活塞往复一次，吸液一次排液一次，排液不连续，流量曲线如图2-35（a）所示。

双动泵，如图2-36所示。

双动泵活柱（柱塞）往复一次，吸液和排液各两次，使吸入管路和排出管路总有液体流过，送液是连续的，但流量曲线仍有起落，如图2-35（b）所示。图2-36左右两个空气室，可以提高液体输送的均匀稳定程度。

三联泵是由三台单动泵并联构成,即泵的曲柄轴三者互成120°，曲轴每转一圈，三个单动泵的活柱分别进行一次吸入和排出液体,其流量曲线如图2-35（c）所示。由于一个泵还未停止送液，另一个泵就已经开始排液，所以使流量更加均匀。

（2）往复泵的主要特点 ① 往复泵的流量只与本身的几何尺寸和活塞或活柱的往复次数有关，而与泵的扬程无关，所以往复泵是一种典型的容积式泵。 往复泵的理论流量计算方法如下： 单动泵 qvT=AＳnr （2-10） 双动泵 qvT=（2A-a)Ｓnr （2-11） 往复泵的实际流量要小于理论流量，即 qv=ηvqvT （2-12）

②往复泵的扬程与泵的几何尺寸无关，即理论上其扬程与流量无关，只要泵的机械强度及原动机的功率允许，输送系统要求多高的压头，往复泵都能提供。 实际流量随扬程的增加而略有降低，如图2-37中虚线所示。 图中与H轴平行的垂直线为理论流量与扬程关系线。

③ 往复泵的允许吸上高度也有一定限制。往复泵有自吸能力。 ④ 往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，生产上一般采用如图2-38所示的旁路调节。

2.回转泵 回转泵是依靠泵内一个或一个以上的转子旋转来吸入与排出液体的，又称转子泵。回转泵的形式很多，操作原理却大同小异，属于容积式泵。

（1）齿轮泵 图2-39为齿轮泵的结构示意图。 齿轮泵的扬程较高而流量小，可用于输送黏稠液体和膏状物料，但不能输送含有固体颗粒的悬浮液。

（2）螺杆泵 螺杆泵主要由泵壳与一个或一个以上的螺杆所构成。图2-40所示为一双螺杆泵， 螺杆泵扬程高、效率高、无噪音、流量均匀，特别适于输送黏稠液体。

3．旋涡泵 旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，如图2-41所示。

旋涡泵的特性曲线中，其Ｈ－qv和η－qv曲线与离心泵相似，但Ｎ－qv曲线与离心泵相反，qv越小，则Ｎ越大，如图2-42所示。因此，旋涡泵开车时，应打开出口阀，以减小电机的启动功率。调节流量时，不能用调节出口阀开度的方法，只能用安装回流支路的方法。旋涡泵在启动前也要向泵内充满液体。

旋涡泵属于流量小，扬程高的泵，虽然效率较低（不超过40％），但由于体积小，结构简单，故在化工生产中应用较多。

第三节 气体输送与压缩机械 气体输送与压缩机械的基本型式及其操作原理，与液体输送机械类似，亦可分为速度式和容积式两大类。 但由于气体具有可缩性，因此气体输送与压缩机械除上述按其结构和操作原理进行分类外，还根据它所能产生的终压（出口压强）或压缩此（即气体出口压强与进口压强之此）进行分类，以便于选用。

（1）通风机 终压不大于15kPa(表压)，压缩比为1～1.15； （4）真空泵 终压为当时当地的大气压，其压缩比根据所造成的真空度决定，但一般较大。

一、离心通风机、鼓风机与压缩机 离心通风机、鼓风机与压缩机的工作原理和离心泵相似，依靠叶轮的旋转运动产生离心力，以提高气体压强。通风机通常是单级的，对气体起输送作用。鼓风机有单级亦有多级，而压缩机是多级的，两者对气体都起压缩作用。

1．离心通风机 按离心通风机所产生的出口气体压强不同，可分为： 低压离心通风机，出口气体压强低于1kPa（表压）； 中压离心通风机，出口气体压强为1～3kPa（表压）； 高压离心通风机，出口气体压强为3～15kPa（表压）。

（1）离心通风机的基本结构 离心通风机基本结构和单级离心泵相似。机壳是蜗牛形，但机壳断面有方形和圆形两种，一般低、中压通风机多为方形如图2-43所示，高压的多为圆形。 叶轮上叶片数目多且短。低压风机的叶片常是平直的。中、高压通风机的叶片是弯曲的，有后弯的和前弯的。

（2）离心通风机的性能参数与特性曲线 ①风量 是单位时间内从风机出口排出的气体体积，并以风机进口处的气体状态计，以qv表示，单位为m3／s或m3／h。 ②风压 是单位体积的气体流过风机时所获得的能量，以ＨＴ表示，单位为J/m3=Pa。

离心通风机的风压 可在风机进口和出口两截面间列伯努利方程求得，即 （2-11） 离心通风机的风压为静风压与动风压之和，又称为全风压。通风机性能表上所列的风压，如果不加说明，通常指的是全风压。

风机性能表上所列的风压，一般是在20℃、101.3kPa的条件下用空气作介质测定的，此条件下空气的密度ρ＝1.2kg／m3。 若实际操作条件与上述的实验条件不同时，应按下式将操作条件下的风压 换算为实验条件下的风压HT，然后以HT的数值作为选择风机的依据。 与ＨＴ的关系为： （2-14）

③轴功率和效率 离心通风机的轴功率按下式计算 （2-15） 风机性能表上所列出的轴功率均为实验条件下的数值,若所输送气体的密度与此不同时，要按下式进行换算 (2-16)

离心通风机的特性曲线与离心泵的特性曲线相似，也由实验测得。 图2-44所示为8-18型NO.14离心通风机特性曲线图 。

（3）离心通风机的选择 离心通风机的选择与离心泵相似，其步骤如下。 ①根据伯努利方程式，计算输送系统所需的实际风压 ,并将 换算为实验条件下的风压HT。 ②根据所输送气体的性质（如清洁空气，易燃、易爆或腐蚀性气体及含尘气体等）与风压范围，确定风机类型。 ③根据所需要的风量qv（以风机进口状态计）与实验条件下的风压ＨT，从风机样本中的系列特性曲线或性能表中，选择合适的机号。

2．离心鼓风机与压缩机 单级离心鼓风机其基本结构和操作原理与离心通风机相仿，如图2-44所示为一台单级离心鼓风机。

多级离心鼓风机其基本结构和操作原理和多级离心泵相仿，如图2-45所示为一台三级离心鼓风机。

要达到更高的出口压强，则需用离心压缩机。离心压缩机都是多级的，其结构和工作原理与多级离心鼓风机相仿，只是离心压缩机的级数多，可在10级以上，且转速较高，因此能产生较高压强。

离心压缩机流量大，供气均匀、体积小、重量轻、机体内易损部件少、运行率高、机体内无润滑油污染气体，运转平稳维修方便，但在流量偏离设计点时效率较低，制造加工难度大，近年来离心压缩机应用日趋广泛，并已跨入高压领域，其出口压强可达3.4×104kPa。

二、往复压缩机 1．往复压缩机的构造和工作过程 往复压缩机的基本结构与往复泵相似，主要由气缸、活塞、吸入阀、排出阀和传动机构等组成。 但因气体的密度小，可压缩，所以在结构上与往复泵有如下不同之处：

① 必须有冷却装置。 ② 必须控制活塞与气缸端盖之间的间隙。 ③ 气缸必须有润滑装置。 ④ 对吸入阀和排出阀要求更高，开启方便，密封性好。

往复压缩机的工作原理与往复泵相似，是通过气缸内往复运动的活塞对气体做功。 但由于气体的可压缩性，其工作过程与往复泵有所不同。图2-47所示为单动往复压缩机的一个工作循环示意图。 活塞每往复一次，由吸气、压缩、排气和膨胀四个过程组成。

2. 往复压缩机的生产能力 往复压缩机的生产能力即排气量，是将压缩机在单位时间内排出的气体体积换算成吸入状态下的数值，所以又称为压缩机的输气量。 假设没有余隙，往复压缩机理论吸气量的计算与往复泵类似。

单动往复压缩机的理论吸气量为 qv′＝ＡSnr （2-17） 双动往复压缩机的理论吸气量为 qv′＝（2Ａ－a）Snr (2-18) 实际排气量又比实际吸气量小。所以实际排气量应为 qv＝λd qv′ （2-17） 式中， λd 为排气系数，其值约为0.7~0.9。

3．多级压缩 多级压缩就是使气体通过多个气缸经多次压缩才达到所需要的终压。 在压缩比很高的情况下，采用多级压缩可以避免气体温度过高，减少功耗，提高气缸的容积利用率，并使压缩机的结构更为合理。

图2-48是三级压缩的流程图。

压缩机的级数越多，则所需外功越少，即越接近于等温压缩过程。但是级数越多使整个压缩机系统结构越复杂，冷却器、油水分离器等辅助设备也相应增多，克服系统的流动阻力的能耗也增加，因此，必须根据具体情况确定适当的级数。生产上常用的多为2～6级，每级的压缩比为3到5。

4．往复压缩机的类型与选用 往复压缩机的分类方法，通常有以下几种： （1）按压缩机在活塞一侧吸、排气还是在两侧都吸、排气体，可分为单动和双动压缩机。 （2）按气体受压缩的次数，分为单级、双级和多级。 （3）按压缩机所产生的终压大小而分为低压（980kPa以下）、中压(980kPa～9800kPa)、高压（9800kPa～98000kPa）和超高压（98000kPa以上）压缩机。

（4）按压缩机生产能力的大小而分为小型（10m3/min以下） （5）按所压缩气体种类可分为空气压缩机、氧压缩机、氢压缩机、氮氢压缩机、氨压缩机和石油气压缩机等。

决定往复压缩机型式的主要根据是气缸在空间的位置，气缸垂直放置的称为立式，水平放置的的称为卧式，由几个气缸相互配置成L型、V形和W形的称为角度式。

往复压缩机选用步骤： ① 根据压缩气体的性质，确定压缩机的种类。 ② 根据生产任务及厂房的具体情况确定压缩机的结构形式。 ③ 根据生产上所需的排气量和出口的排气压强选择合适的型号。

5．往复压缩机的安装与操作要点 ①压缩机气体入口前要安装过滤器，以免吸入灰尘、铁屑等固体杂物，造成对活塞、气缸的磨损。 ②往复式压缩机的出口处要安装缓冲罐，以使排气管中气体的流量稳定，同时也能使气体中夹带的水沫和油沫在此得到沉降而分离下来，灌底的油和水可定期排放。为确保操作安全，缓冲罐上应安装安全阀和压力表。

③压缩机在运行中，必须注意各部分的润滑和冷却。不允许关闭出口阀。要防止气体带液。要经常检查压缩机各运动部件是否正常，若发现异常声响及噪音，应立即停车检查。 ④冬季停车时，应放掉气缸夹套、中间冷却器内的冷却水，防止因结冰破坏设备和造成管路堵塞。

三、回转式鼓风机与压缩机 回转式鼓风机与压缩机和回转泵相似，机壳内有一个或两个旋转的转子，没有活塞和阀门等装置。回转式设备的特点是：构造简单、紧凑、体积小、排气连续而均匀，适用于压强不大而流量较大的情况。

1.罗茨鼓风机 罗茨鼓风机的操作原理与齿轮泵相似。如图2-49所示。

罗茨鼓风机属容积式机械，即转速一定时，风量可保待大体不变。风量和转速成正比，而且几乎不受出口压强变化的影响。其风量范围是2～500m3/min，最大可达1400m3/min。其流量调节采用回流支路的方法。操作温度应在85℃以下，以防转子受热膨胀，发生碰撞。

2．液环压缩机 液环压缩机亦称纳氏泵。如图2-50所示。

液环压缩机气体在机内只和叶轮接触与外壳不接触，因此在输送腐蚀性气体时，只需将叶轮用耐腐蚀材料制造。所选液体应与输送气体不起化学反应。 由于在运转中，机壳内液体必然会有部分随气体带出，故操作中应经常向泵壳内补充部分液体。 液环压缩机所产生的表压强可达500～600kPa，但在150～180kPa（表压）间效率较高。

四、真空泵 从设备中抽出气体使其中的绝对压强低于大气压，这种抽气机械称为真空泵。 在真空技术中通常把真空状态按绝对压强高低划分为低真空（105Pa～10３Pa）、中真空(10３Pa～10-1Pa)、高真空（10-1Pa～10-6Pa）、超高真空（10-6Pa～10-10Pa）及极高真空（＜10-10Pa）五个真空区域。

1．往复式真空泵 往复真空泵的构造和工作原理与往复压缩机基本相同，但是往复真空泵的压缩比很高，例如，要使设备内的绝对压强降为5kPa时，则压缩比约为20左右。 因此，余隙中残留气体对真空泵的生产能力影响颇大，必须在结构上采取降低余隙的措施。

往复真空泵和往复压缩机一样，在气缸外壁也需采用冷却装置，以除去气体压缩和机件摩擦所产生的热量。此外，往复真空泵属于干式真空泵，操作时必须采取有效措施，防止抽吸气体中带有液体。

2.水环真空泵 水环真空泵简图如2-51所示。

水环真空泵属于湿式真空泵，适用于抽吸含有液体的气体，尤其用于抽吸有腐蚀性或爆炸性的气体更为合适，但效率低，约为30％～50％。所造成的真空度受泵内水的温度所限制，可以造成的最大真空度为85％。 当被抽吸的气体不宜与水接触时，泵内可以充其它液体，称为液环真空泵。

3．喷射式真空泵 喷射泵是利用流体流动时的动能与静压能相互转化的原理来吸、送液体的，既可用于吸送气体，也可用于吸送液体。在化工生产中喷射泵常用于抽真空，所以又称为喷射式真空泵。 喷射泵的工作流体可以是蒸汽，也可以是液体。

（1）蒸汽喷射泵 图2-52所示为一单级蒸汽喷射泵。

蒸汽喷射泵构造简单、紧凑、没有活动部分，制造时可采用各种材料，适应性强。但是效率低，蒸汽耗量大。 单级蒸汽喷射泵仅可得到90%的真空度，若要得到更高的真空度，则可采用多级蒸汽喷射泵。

（2）水喷射真空泵 在化工生产中，当要求的真空度不太高时，也可以用一定压强的水作为工作流体的水喷射泵，它属于粗真空设备。 水喷射真空泵结构简单，能源普遍，虽比蒸汽喷射泵所产生的真空度低，一般只能达到93.3kPa左右的真空度，但由于它有产生真空和冷凝蒸汽的双重作用，故应用甚广。现在广泛用于真空蒸发设备，既作冷凝器又作真空泵，所以也常称它为水喷射冷凝器。