第二章　流体输送机械第二章　流体输送机械

流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流流

• 输送液体的机械通称为泵；

例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。

• 输送气体的机械按不同的工况分别称为 :

通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。

本章的目的：

结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原

理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计

算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等

f

222

2e

211

1 22h

g

u

g

pZh

g

u

g

pZ

2.12.1 概述概述 2.1.12.1.1 流体输送机械的作用流体输送机械的作用 一、管路系统对流体输送机械的能量要求一、管路系统对流体输送机械的能量要求 —— —— 管路特性方程管路特性方程

在截面 1-1´ 与 2-2´ 间列

柏努利方程式，并以 1-1´ 截面

为基准水平面，则液体流过管

路所需的压头为：

式中：

上式简化为

而

令

—— 管路的特性 方程

上式表明在特定管路中输送液体时，管路所需的压头随所输送液体流量 qe 的平方而变 ，流体通过某特定管路时所需的压头与液体流量的关系，。将此方程标绘在相应的坐标图上，即可得到 He-qe 曲线即管路特性曲线 。此线的形状由管路布置和操作条件来确定，与离心泵性能无关。

二、管路系统对输送机械的其它性能要求

在化工生产和设计中，对流体输送机械基本要求如下： 1 、能适应被输送流体的特性，例如它们的粘性、腐蚀性、

毒性、易燃易爆性及是否含有固体杂质等。 2 、能满足生产工艺上对能量（压头）和流量的要求。 3 、结构简单，操作可靠和高效，投资和操作费用低。 在化工生产中，选择适宜的流体输送机械类型和型号是十

分重要的。

2.1.2 流体输送机械的分类 化工生产中被输送流体多种多样，而且某些流体性质十分

特殊；此外在输送条件（温度和压强）及输送量等方面也有较大的差别。因此在实际生产中必须依据不同的生产条件及要求，选用不同种类的流体输送机械。

流体输送机械常按照其工作原理分为以下几类： 1. 动力式（又称叶轮式、非正位移式）：它是利用高速旋转

的叶轮使流体获得能量，主要包括离心式、轴流式和旋涡式输送机械。

2. 容积式（又称正位移式）：它是利用活塞或转子的挤压作用使流体升压排出。包括往复式、旋转式输送机械。

3. 其他类型：例如流体作用式等，对气体和液体输送机械，同一类型的基本结构、工作原理、主要操作性能等大致相似。

2.2 2.2 离心泵离心泵 离心泵的特点是结构简单，操作容易，

流量均匀，调节控制方便，且能适用于输送多种特殊性质物料，因此离心泵是化工厂中最常用的液体输送机械。近年来，离心泵正向着大型化、高转速的方向发展。

2.2.12.2.1 离心泵的操作原理、构造与类型 离心泵的操作原理、构造与类型

一、离心泵的工作一、离心泵的工作原理原理

• 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排出口流入排出管道。• 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排出液体的位置。 离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所

产生的离心力，因此称为离心泵。

气 缚

离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度

远小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中

心处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样

，离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。

为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆

阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开

停车和调节流量。

二、离心泵的基本机构 离心泵的主要部件包括供能和转能两部分。1. 叶轮a) 叶轮的作用 将电动机的机械能传给液体 , 使液体的动能有所提高。 b) 叶轮的分类

根据结构

闭式叶轮

开式叶轮

半闭式叶轮

叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干净流体，效率较高。没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒的液体悬浮物。只有后盖板，可用于输送浆料或含固体悬浮物的液体，效率较低。

按吸液方式

单吸式叶轮

双吸式叶轮

液体只能从叶轮一侧被吸入，结

构简单。

相当于两个没有盖板的单吸式叶

轮背靠背并在了一起，可以从两

侧吸入液体，具有较大的吸液能

力，而且可以较好的消除轴向推

力。

2. 泵壳 和导轮

A. 泵壳的作用

• 汇集液体，作导出液体的通道；• 使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。 B. 导叶轮 为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之

间有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导叶轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。

3. 轴封装置

A 轴封的作用

为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界

空气漏入泵壳内。

B 轴封的分类

轴封装置 填料密封：

机械密封：

主要由填料函壳、软填料和填料压盖组成，普通离心泵采用这种密封。

主要由装在泵轴上随之转动的动环和固定于泵壳上的静环组成，两个环形端面由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，起到密封作用。

端面密封

2.2.2 2.2.2 离心泵的基本方程离心泵的基本方程 一、问题的提出 一、问题的提出 离心泵的压头（即液体获得的静压能）与哪些因离心泵的压头（即液体获得的静压能）与哪些因素有关？如何提高液体的静压能？ 素有关？如何提高液体的静压能？

离心泵的基本方程式是从理论上描述在理想情况离心泵的基本方程式是从理论上描述在理想情况下离心泵可能达到的最大压头下离心泵可能达到的最大压头 ((扬程扬程 )) 与泵的结与泵的结构、尺寸、转速及液体流量诸因素之间关系的表构、尺寸、转速及液体流量诸因素之间关系的表达式。由于液体在叶轮中的运动情况十分复杂，达式。由于液体在叶轮中的运动情况十分复杂，很难提出一个定量表达上述各因素之间关系的方很难提出一个定量表达上述各因素之间关系的方程。工程上采用数字模型法来研究此类问题。 程。工程上采用数字模型法来研究此类问题。

2.2.2 2.2.2 离心泵的基本方程离心泵的基本方程二、数学模型的建立二、数学模型的建立

11 、简化假设如下理想情况：、简化假设如下理想情况：

11 ）泵叶轮的）泵叶轮的叶片数目为无限多个叶片数目为无限多个，也就是说叶片的厚度，也就是说叶片的厚度

为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发生任何为无限薄，液体质点沿叶片弯曲表面流动，不发生任何

环流现象。环流现象。

22 ）输送的是）输送的是理想液体理想液体，流动中，流动中无流动阻力无流动阻力。。

33 ）泵内为）泵内为稳态流动稳态流动过程。过程。

------------------ 可以得到最大压头—可以得到最大压头—理论压头理论压头

在高速旋转的叶轮当中，液

体质点的运动包括： • 液体随叶轮旋转

• 经叶轮流道向外流动

液体与叶轮一起旋转的速度 u1 或 u2 方向与所处圆周的切线

方向一致，大小为：

22 、速度三角形、速度三角形 理想流体在理想叶轮中的旋转运动是等角速度的。理想流体在理想叶轮中的旋转运动是等角速度的。

液体沿叶片表面运动的速度 ω1 、 ω2 ，方向为液体质

点所处叶片的切线方向，大小与液体的流量、流道的形状等

有关 两个速度的合成速度就是液体质点在点 1 或点 2处相对于

静止的壳体的速度，称为绝对速度，用 c1 、 c2 来表示。

由速度三角形并应用余弦定理得到：

二、离心泵基本方程的表达式二、离心泵基本方程的表达式

单位重量液体由点 1 到点 2 获得的机械能为 :

单位重量理想液体，通过无数叶片的旋转，获得的能量称

作理论压头，用 H∞ 表示。

HC: 液体经叶轮后动能的增加

HP: 液体经叶轮后静压能的增加；

静压能增加项 HP 主要由于两方面的因素促成：

1 ）液体在叶轮内接受离心力所作的外功，单位质量液体所

接受的外功可以表示为：

2 ）叶轮中相邻的两叶片构成自中心向外沿逐渐扩大的液体

流道，液体通过时部分动能转化为静压能，这部分静

压能的增加可表示为：

单位重量流体经叶轮后的静压能增加为 :

（ a ）

将余弦定理表达式，将上述速度之间的余弦定理式下式代入（ a ）式

并整理可得到：

(b)

一般离心泵的设计中，为提高理论压头，使 α1=90° ，即 c

osα1=0

—— 离心泵的基本方程式

—— 离心泵理论压头的表达式

理论压头与理论流量 qT 关系

流量可表示为叶轮出口处的径向速度与出口截面积的乘积

从点 2处的速度三角形可以得出

代入 H=u2c2cosα2/g

—— 离心泵基本方程式

表示离心泵的理论压头与理论流量，叶轮的转速和直径、叶轮的几何形状间的关系。

对于某个离心泵（即其 β2 、 γ2 、 b2 固定），当转速 ω 一定

时，理论压头与理论流量之间呈线形关系，可表示为：

三、离心泵理论压头影响因素分析

1. 叶轮的转速和直径 .

当叶片几何尺寸（ b2 ， β2 ）与理论流量一定时，离心泵

的理论压头随叶轮的转速或直径的增加而加大。

2. 叶片几何形状

根据叶片出口端倾角 β2 的大小 , 叶片形状可分为三种 :

a ）后弯叶片 (β2<90 ， b) ， ctgβ2>0 。泵的理论压头随流量

q 的增大而减小

b ）径向叶片（ β2=90 。，图 a ）， ctgβ2=0 。泵的理论压头

不随流量 qT 而变化。

c ）前弯叶片 (β2>90 。，图 c) ， ctgβ2<0 。泵的理论压头

随理论流量 qT 的增大而增大。 前弯叶片产生的理论压

头最高，这类叶片是最

佳形式的叶片吗？

NO

静压头的增加：

动压头的增加：

前弯叶片，动能的提高大于静压能的提高。

由于液体的流速过大，在动能转化为静压能的实际过程中

，会有大量机械能损失，使泵的效率降低。

一般都采用后弯叶片

四、离心泵实际压头、流量关系曲线的实验测定

离心泵的实际压头与理论压头有较大的差异，原因在于流

体在通过泵的过程中存在着压头损失，它主要包括：

1 ）叶片间的环流

2 ）流体的阻力损失

3 ）冲击损失

理论压头、实际压头及各种压头损失与流量的关系为下图

2.2.32.2.3 离心泵的性能参数与特性曲线离心泵的性能参数与特性曲线 一、离心泵的性能参数一、离心泵的性能参数

1.1. 流量流量

指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，一

般用般用 qq 表示，单位为表示，单位为 mm33/h/h 。又称为泵的送液能力 。。又称为泵的送液能力 。

2.2. 压头压头

泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以 HH 表示，表示，

单位为单位为 mm 。又称为泵的。又称为泵的扬程扬程。。

离心泵的压头取决于：

泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等）

转速 n

流量 q ，

如何确定转速一定时，

泵的压头与流量之间

的关系呢？

实验测定

H 的计算可根据 b 、 c两截面间的柏努利方程：

离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高

度△ Z ，升举高度只是扬程的一部分。

3. 效率 离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率 η 来反映能量损失。这些能量损失包括：•容积损失：泄漏损失； •水力损失：流程阻力、局部阻力等因素造成损失； •机械损失：摩擦损失； 泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关

4. 离心泵的轴功率及有效功率轴功率： 电机输入离心泵的功率 , 用 P 表示，单位为 J/S,W 或

kW有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用 Pe 表示

轴功率和有效功率之间的关系为 ：

有效功率可表达为

轴功率可直接利用效率计算

二、离心泵的特性曲线

离心泵的 H、 η 、 P都与离心泵的 q 有关，它们之间

的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组

关系曲线：

H～ q 、 η～ q 、 P～ q

—— 离心泵的特性曲线

注意：特性曲线随转速而变。

各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基

本相似，具有共同的特点

1 ） H ～ q 曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的

压头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外

）

2 ） P～ q 曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的

轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。

离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保

护电机。

3 ） η～ q 曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量

的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再

增大，效率便下降。

离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高

效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。

与最高效率点所对应的 q 、 H 、 P值称为最佳工况参数

。离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点

的状态参数。

注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。

一般要求操作时的效率应不低于最高效率的 92% 。

三、影响离心泵性能的因素及性能换算三、影响离心泵性能的因素及性能换算 11 、、液体性质的影响液体性质的影响

11 ）液体密度的影响）液体密度的影响

离心泵的流量 与液体密度无关。

离心泵的压头 与液体的密度无关

H ～ q 曲线不因输送的液体的密度不同而变 。

泵的效率 η 不随输送液体的密度而变。

离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。

2 ）粘度的影响

当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，

•泵的压头减小：

•泵的流量减小 :

•泵的效率下降 :

•泵的轴功率增大

• 泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行

修正，当液体的运动粘度小于 20cst （厘池）时，如汽油、柴

油、煤油等粘度的影响可不进行修正。

2 、转速对离心泵特性的影响 当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、

轴功率与转速的近似关系可表示为：

——比例定律 3 、叶轮外直径的影响 1 ）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全

相似， b2/D2保持不变，当泵的效率不变时；

2 ）某一尺寸的叶轮外周经过切削而使 D2 变小， b2/D2 变

大

若切削使直径 D2 减小的幅度在 20% 以内，效率可视

为不变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为

大致相等 , 此时有：

---------切割定律

2.2.42.2.4 、离心泵在管路中的运行、离心泵在管路中的运行 一、离心泵的安装高度一、离心泵的安装高度

11 、安装高度的限制——汽蚀现象、安装高度的限制——汽蚀现象 汽蚀产生的条件

叶片入口附近 K

处的压强 PK 等于

或小于输送温度

下液体的饱和蒸

气压

汽蚀产生的后果：

• 汽蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反

复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海绵状逐渐脱落

• 液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严

重时会输不出液体。

2 、离心泵的允许吸上高度

离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度，指泵

的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，

以 Hg 表示。

贮槽液面 0-0’ 与入口处 1-

1’两截面间列柏努利方程

若贮槽上方与大气相通，则

P0 即为大气压强 Pa

2 、离心泵的允许吸上真空度

注意： HS’ 单位是压强的单位，通常以m液柱来表示。

在水泵的性能表里一般把它的单位写成m（实际上应为m

H2O）。

—— 离心泵的允许吸上真空度 定义式

将 代入 得

——允许吸上高度的计算式

HS’值越大，表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好，安

装高度 Hg越高。

HS’ 与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气

压等因素有关。

通常由泵的制造工厂

试验测定，实验在大

气压为 10mH2O （ 9.81Pa ）

下 , 以 20℃清水为介质

进行的。

•HS’ 随 Q增大而减小

•确定离心泵安装高度时应使用泵最大流量下的 HS’进行

计算若输送其它液体，且操作条件与上述实验条件不符时，需

对 HS’进行校正。

3 、气蚀余量

为防止气蚀现象发生，在离心泵入口处液柱的静压头

与动压头 之和必需大于液体在操作温度下的饱和蒸汽压头

的一个最小值。

—— 气蚀余量定义式

△h 与 Hg 的关系

当叶轮入口附近 (k-k’)最小压强等于液体的饱和蒸汽压 pv 时，

泵入口处压强 (1-1’) 必等于某确定的最小值 p1 。

在 1-1’ 和 k-k’ 间列柏努利方程：

当流量一定且流体流动为阻力平方区时，气蚀余量仅与泵

的结构和尺寸有关，是泵抗气蚀性能参数。

将 代入

——允许吸上高度的计算式离心泵的气蚀余量 值也是由生产泵的工厂通过实验测定的

•△h 随 q增大而增大•计算允许安装高度时应取高流量下的△ h值。

图

泵性能表上所列的△ h 值也是按输送 20℃ 的清水测定的，当输送其它液体时应乘以校正系数予以校正，但因一般校正系数小于1 ，故把它作为外加的安全系数，不再校正。

4 、离心泵的实际安装高度 离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度，一般比允许

值小 0.5～ 1m 。

注意：

1 ）离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量

有关的，大流量下△ h 较大而 HS’ 较小，因此，必须注意

使用最大额定流量值进行计算。

2 ）离心泵安装时，应注意选用较大的吸入管路，减少吸入

管路的弯头、阀门等管件，以减少吸入管路的阻力。

3 ）当液体输送温度较高或液体沸点较低时，可能出现允许

安装高度为负值的情况，此时，应将离心泵安装于贮槽液面

以下，使液体利用位差自流入泵内。

二、离心泵的工作点

离心泵的特性曲线与管

路的特性曲线的交点 M

，就是离心泵在管路中的

工作点。

M 点所对应的流量 qe

和压头 He 表示离心泵在

该特定管路中实际输送的

流量和提供的压头。

三、离心泵的流量调节1.改变出口阀开度

——改变管路特性曲线

• 阀门关小时： 管路局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由原来的 M 点移到 M1 点

，流量由 qM降到 qM1 ；

•当阀门开大时：

管路局部阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，工作点

由 M 移到 M2 流量加大到 qM2 。 优点：调节迅速方便，流量可连续变化；

缺点：流量阻力加大，要多消耗动力，不经济。

2.改变泵的转速——改变泵的特性曲线

若把泵的转速提高到 n1 ：则 H~q 线上移，工作点由 M

移至M1 ，流量由 qM 加大到 qM1 ；

• 若把泵的转速降至 n2

：则 H~q 线下移，工作

点移至M2,流量减小到 q

M2 优点：流量随转速下降而减

小，动力消耗也相应降低；

缺点：需要变速装置或价格昂贵的变速电动机，难以做到流

量连续调节，化工生产中很少采用。

3 、离心泵的并联和串联操作1 ）串联组合泵的特性曲线

两台相同型号的离心泵串联组合，在同样的流量下，其提

供的压头是单台泵的两倍 。

2 ）并联组合泵的特性曲线

两台相同型号的离心泵并联，若其各自有相同的吸入管路

，则在相同的压头下，并联泵的流量为单泵的两倍。

3 ）离心泵组合方式的选择

•对于低阻输送管路 a ，并

联组合泵流量的增大幅度大

于串联组合泵；

•对于高阻输送管路 b ，串

联组合泵的流量增大幅度大

于并联组合泵。

低阻输送管路 ---- 并联优于串联；

高阻输送管路 ---- 串联优于并联。

一、离心泵的类型1 ）按照轴上叶轮数目的多少

单级泵

多级泵

轴上只有一个叶轮的离心泵，适用于出口压力不太大的情况；

轴上不止一个叶轮的离心泵 ，可以达到较高的压头。离心泵的级数就是指轴上的叶轮数，我国生产的多级离心泵一般为 2 ～ 9 级。

2 ）按叶轮上吸入口的数目单吸泵

双吸泵

叶轮上只有一个吸入口，适用于输送量不大的情况。

叶轮上有两个吸入口，适用于输送量很大的情况。

2.2.5 离心泵的类型与选择

3 ）按离心泵的不同用途 水泵 输送清水和物性与水相近、无腐蚀性且杂质很

少的液体的泵 , （ B型）

耐腐蚀泵 接触液体的部件（叶轮、泵体）用耐腐蚀材料制成。要求：结构简单、零件容易更换、维修方便、密封可靠、用于耐腐蚀泵的材料有：铸铁、高硅铁、各种合金钢、塑料、玻璃等。（ F型）

油泵 输送石油产品的泵 ，要求密封完善。（ Y 型）

杂质泵 输送含有固体颗粒的悬浮液、稠厚的浆液等的泵 ，又细分为污水泵、砂泵、泥浆泵等 。要求不易堵塞、易拆卸、耐磨、在构造上是叶轮流道宽、叶片数目少。

二、离心泵的选择二、离心泵的选择

1 ）确定输送系统的流量和压头：一般情况下液体的

输送量是生产任务所规定的，如果流量在一定范围内波动

，选泵时按最大流量考虑，然后，根据输送系统管路的安

排，用柏努利方程计算出在最大流量下管路所需压头。

2 ）选择泵的类型与型号：首先根据被输送液体的性

质和操作条件确定泵的类型，按已确定的流量和压头从泵

样本或产品目录中选出适合的型号。

若是没有一个型号的 H 、 q 与所要求的刚好相符，则在邻

近型号中选用 H 和 q都稍大的一个；若有几个型号的 H 和

q都能满足要求，那么除了考虑那一个型号的 H 和 q 外，还

应考虑效率 η 在此条件下是否比较大。

3)核算轴功率 :若输送液体的密度大于水的密度时，按 来计算泵的轴功率。

三、离心泵的安装和使用

1 ）泵的安装高度

为了保证不发生气蚀现象或泵吸不上液体，泵的实际安

装高度必须低于理论上计算的最大安装高度，同时，应尽量

降低吸入管路的阻力。2 ）启动前先“灌泵” 这主要是为了防止“气傅”现象的发生，在泵启动前，向泵内灌注液体直至泵壳顶部排气嘴处在打开状态下有液体冒出时为止。3 ）离心泵应在出口阀门关闭时启动 为了不致启动时电流过大而烧坏电机，泵启动时要将出口阀完全关闭，等电机运转正常后，再逐渐打开出口阀，并调节到所需的流量。

4 ）关泵的步骤

关泵时，一定要先关闭泵的出口阀，再停电机。否则，压

出管中的高压液体可能反冲入泵内，造成叶轮高速反转，使

叶轮被损坏。

5 ）运转时应定时检查泵的响声、振动、滴露等情况，观察

泵出口压力表的读数，以及轴承是否过热等。

2.32.3 其他类型化工用泵其他类型化工用泵2.3.1 2.3.1 往复式泵往复式泵一、往复泵一、往复泵11 、往复泵的结构及工作原理、往复泵的结构及工作原理

泵的主要部件有泵缸、活塞、活塞杆、吸入单向阀和排出单向阀。活塞经传动和机械在外力作用下在泵缸内作往复运动。活塞与单向阀之间的空隙称为工作室。

往复泵是一种容积式泵，它依

靠作往复运动的活塞依次开启吸入阀

和排出阀从而吸入和排出液体。

工作原理：工作原理： 当活塞自左向右移动时当活塞自左向右移动时，工作室的容积增大，，工作室的容积增大，

形成低压，贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内，形成低压，贮池内的液体经吸入阀被吸入泵缸内，排出阀受排出管内液体压力作用而关闭。当活塞排出阀受排出管内液体压力作用而关闭。当活塞移到右端时，工作室的容积最大。移到右端时，工作室的容积最大。

活塞由右向左移动时，活塞由右向左移动时，泵缸内液体受挤压，泵缸内液体受挤压，压强增大，使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排压强增大，使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出，活塞移到左端时，排液完毕，完成了一个工出，活塞移到左端时，排液完毕，完成了一个工作循环，此后开始另一个循环。作循环，此后开始另一个循环。

活塞从左端点到右端点的距离叫行程或冲程。

活塞在往复一次中，只吸入和排出液体各一次的泵，称

为单动泵。

由于单动泵的吸入阀和排出阀均装在活塞的一侧，吸液

时不能排液，因此排液不是连续的。

为了改善单动泵流量的不均匀性，多采用双动泵或三联

泵 。

往复泵的工作原理与离心泵不同，具有以下特点：

1 ）往复泵的流量只与泵本身的几何形状和活塞的往复次数

有关，而与泵的压头无关。无论在什么压头下工作，只要

往复一次，泵就排出一定的液体。

其理论流量：

对单动泵 rT ASnQ

对双动泵 rT SnaAQ )2(

2 ）往复泵的压头与泵的几何尺寸无关，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，往复泵就能提供多大的压头。 3 ）往复泵的吸上真空度也随泵安装地区的大气压强、输送液体的性质和温度而变，所以往复泵的吸上高度也有一定的限制。但往复泵的低压是靠工作室的扩张来造成的，所以在开动之前，泵内无须充满液体，往复泵有自吸作用。

4 ）往复泵不能简单地用排出管路阀门来调节流量，一般采用回

路调节 (旁路调节 ) 或改变活塞冲程或往复效率，其中回路调

节对于流量变化幅度很小的经常性调节非常方便，生产上。

往复泵适用于小流量、高压强的场合，输送高粘度液体时的

效果也比离心泵好，但不能输送腐浊性液体和固体粒子的悬浮

液。

二、计量泵

计量泵就是往复泵的一种。通过偏心轮把电机的旋转运动变成柱塞的往复运动。偏心轮的偏心距离可以调整，使柱塞的冲程随之改变。这样就达到控制和调节流量的目的。

2.3.2 回转式泵（旋转泵 ）

旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入或排出液

体，

又称转子泵

一、齿轮泵

泵壳内有两个齿轮。一个用电机带动旋转，另一个被啮合

着向相反方向旋转，吸入腔内两轮的齿互相拨开，形成低

压而吸入液体，被吸入的液体被齿嵌住，随齿轮转动而达

到排出腔 ，排出腔内两轮的齿互相合拢，形成高压而排出

液体。

齿轮泵可以产生较高的压头，但流量较小，用于输送粘稠的液体，但不能输送含颗粒的悬浮液。二、螺杆泵 螺杆泵分为单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等 图（ a ）为单螺杆泵，螺杆在具有内罗纹的泵壳中偏心转动，将液体沿轴向推进，最终沿排出口排出。（ b ）为双螺杆泵，工作原理与齿轮泵十分相似，利用两根相互啮合的螺杆来输送液体。 螺杆泵的压头高，效率高，无噪音，适用于高粘度液体的输送。 往复泵、旋转泵均属于正位移泵。

2.3.3 旋涡泵

旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，它是由叶轮和泵体组成

。叶轮是一个圆盘，四周由凹槽构成的叶片成辐射状排列。

叶轮在泵壳内转动，其间有引水道，吸入管接头和排出管接

头之间为间壁，间壁与叶轮只有很小的缝隙，用来分隔吸腔

和排出腔。泵内液体在随叶轮旋转的同时，又在引水道与

各叶片间作漩涡形运动。因而，被叶片拍击多次，获得较多

的能量。液体在叶片与引水道之间的反复迂回是靠离心力的

作用。因此，旋涡泵在开动前也要灌满液体。旋涡泵适用于

要求输送量小，压头高而粘度不大的液体。

按照终压与压缩比

•通风机：

•鼓风机：

•压缩机：

•真空泵：

终压不大于 14.7×103Pa ( 表压

) 终压为 14.7×103~294×103Pa ，压缩比小于 4

。 终压在 294×103Pa 以上，压缩比大于 4

。将低于大气压强的气体从容器或设备内抽至大气中。

按结构与工作原理

离心式、往复式、旋转式和流体作用式

2.4 2.4 气体输送和压缩机械气体输送和压缩机械2.4.12.4.1 气体输送机械的分类气体输送机械的分类

2.4.22.4.2 离心式通风机、鼓风机与压缩离心式通风机、鼓风机与压缩机机 一、离心式通风机一、离心式通风机

离心式通风机按所产生的风压不同，分为：离心式通风机按所产生的风压不同，分为：

低压低压离心通风机：离心通风机：

中压中压离心通风机：离心通风机：

高压高压离心通风机离心通风机 ： ：

出口风压低于 0.9807×103Pa ( 表压 )

； 出口风压为： 0.9807×103Pa~2.942×103P

a 出口风压为： 2.942×103Pa~14.7×103P

a 1 ）离心式通风机的结

构

1. 离心通风机的性能参数与特性曲

线

（ 1 ）风量：

指气体通过进风口的体积流率，以 Q 表示，单

位为 m3/h 或 m3/s 。气体的体积按进口状态计。

（ 2 ）风压

：

指单位体积的气体通过通风机时所获得的能量，

单位为 N/m2 ，与压强单位相同，以 Ht 表示。取

决于风机的结构，叶轮尺寸，转速与进入风机的

气体的密度。 目前，还不能用理论方法精确计算离心通风机的风

压，而是由试验测定。

在通风机的进口截面 1-1’ 和出口截面 2-2’ 间列柏努力方程

： 212

12

21212 2/)()()( hfuuppgzzH t

简化为

2)(

22

12u

PPH t

（ P2 － P1 ）称为静风压，以 HSt

表示2

22u 称为动风压。

离心通风机的风压为静风压和动风压之和，称为全风压。

风压与被输送气体的密度 ρ成正比，风机性能表上列出

风压是按“标准状态”下 (20℃ ， 1.01×105Pa) 的空气密度

测定的。若实际操作条件与上述试验条件不同，应将操作条

件下的风压 HT’换算为试验条件下的风压 HT ，然后按 HT

的数值来选择风机。

'

2.1'

''

TTT HHH

（ 3 ）功率和效率

离心通风机的轴功率为： 1000

QHN T

（ 4 ） 特 性 曲

线

2. 离心通风机的选用

选择离心通风机的主要步骤为：

（ 1 ）根据气体的种类（清洁空气、易燃气体、腐蚀性气

体、含尘气体、高温气体等）与风压范围，确定风机的类型

（ 2 ）据所要求的风量与全压，从产品样本或规格目录中

的特性曲线或性能表格中查得适宜的类型与机号。

二、离心鼓风机和压缩机

1 ）离心鼓风机 离心鼓风机外形与离心泵相象。蜗壳形的通道为圆形

，但其外壳直径与宽度之比较大，叶轮上数目较多，转速较

高，

并且有一固定的导轮。图为一台五级离心鼓风机的示意图。

气体由吸入口进入后，经过第一级的叶轮和导轮，然后转入

第 二 级 叶 轮 入 口 ， 再 依 次 逐 级 通 过 以 后 的 叶 轮

和导轮，最后由排气口排出。

离心通风机的送气量大，但所产生的风压仍不太高，出口

表压强一般不超过 294×103Pa 。由于在离心鼓风机中，气体

的压缩比不高，所以无需设置冷却装置，各级叶轮的直径也

大致上相等。

2 ）离心压缩机

离心压缩机又称透平压缩机。它的主要结构和工作原理与

离心鼓风机相似。离心压缩机的特点是叶轮级数多，通常在

10级以上，叶轮转速高，一般为 5000r/min 以上。这样可以

产生很多的出口压强，且由于压缩比高，气体体积缩小很多

，温度升高大。因此压缩机都分成几段，每段包括若干级。

叶轮的直径逐级缩小。叶轮宽度也逐级略有缩小，在各段之

间设有中间冷却器。

优点：流量大而均匀，体积小，运转平稳，容易调节，

维护方便。

2.4.3 往 复 式 压缩机

结构、工作原理与往复泵相似。 但因气体密度小、可压缩的特性，决定了压缩机的阀门更加轻巧、灵活。

31

410 VV

VV

容积系数

0与压缩比

1

2p

p有关。

压缩比不可过大，一般取5~7

以内。超过此值，用多级压缩。

工作循环：

压缩排气膨胀吸气 绝热压缩等温压缩

吸气

排气

压缩膨胀

p

V1V4V3

余隙

p

p2

p1

余隙

V3 V4 V1

吸气

排气

压缩膨胀

多级压缩

2.4.22.4.2 回转鼓风机、压缩机回转鼓风机、压缩机 旋转鼓风机、压缩机与旋转泵相似，机壳内有一个或旋转鼓风机、压缩机与旋转泵相似，机壳内有一个或

两个旋转的转子，没有活塞和阀门等装置。两个旋转的转子，没有活塞和阀门等装置。

特点：构造简单、紧凑、体积小、排气连续而均匀，特点：构造简单、紧凑、体积小、排气连续而均匀，

适用于所需压强不高且流量大的情况。适用于所需压强不高且流量大的情况。

一一罗茨鼓风机罗茨鼓风机

罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵相似，机壳内有两个罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵相似，机壳内有两个

渐开摆线形的转子，两转子之间，转子与机壳之间渐开摆线形的转子，两转子之间，转子与机壳之间

缝隙很小，使转子能自由运动而无过多的泄漏，两转子的

旋转方向相反，可使气体从技巧一侧吸入，从另一侧排出

。若改变两转子的旋转方向，则吸入和排出口互换。

罗次鼓风机的特点：

(1)风量与转速成正比，转速一定时，出口压力提高，风

量可保持大体不变。

(2) 输气量范围： 2~500m3/min 。出口表压在 80kPa 以内

且在 40kPa附近效率较高。

(3) 流量调节一般用支路调节，出口阀不能完全关闭，且

操作温度≯ 80-85oC

二、液环压缩机

液环压缩机也称纳氏泵，由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所

组成，叶轮在存有适量液体的壳体内旋转，由叶片带动，液

体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环。椭圆形长

轴处则形成两个月牙形空隙，供气体吸入和排出。当叶轮旋

转一周时，在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变

小各两次，气体从两个吸气口进入机内，从两个排气口排出

。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触，可用

于输送腐蚀性气体。

2.4.5 真空泵 从设备中或系统中抽出气体，使其处于绝对压强低于外界

大气压的状态，所用的输送机械称为真空泵。实质上真空泵

也是气体压缩机械，只是它入口压强低，出口为常压。化工

厂中较常用的型式有：

1. 水环真空泵

水环真空泵的外形呈圆形，外壳内有一个偏心安装的叶轮，

上有辐射状叶片，水环真空泵的壳内注入一定量的水，当叶

轮旋转时，在离心力的作用下将水甩至壳壁形成水环。

水环具有密封作用，使叶片间的空隙形成大小不同的密封

室。当小室增大时，气体从吸入口吸入，当小室从大变小

时，气体由压出口排出。

水环真空泵可以造成的最高真空度为 83.4×103Pa左右，

它也可作鼓风机用，但所产生的表压强不超过 98.07×103Pa

当被抽吸的气体不宜与水接触时，泵内可充以其它液体。

此类泵结构简单、紧凑，易于制造和维修。但泵的效率较

低，一般为 30%～ 50% 。另外，该泵产生的真空度受泵

内水温的限制。

2.喷射泵

喷射泵是利用高速流体射流时静压能转换为动能而

造成的真空将气体吸入泵体，在泵内与射流流体混合，

气体及工作流体一并排出泵体。

喷射泵的工作流体可以是水，也可以是蒸汽。单级蒸

汽喷射泵可以达到 90% 的真空度，为要获得更高的真空

度，可以采用多级蒸汽喷射泵。喷射泵结构简单，无运

动部件，但效率很低，工作流体消耗很大。