【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯譯文 學(xué)生姓名 ： 院 （系）： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 過(guò)程裝備與控制工程 指導(dǎo)教師 ： 完成日期 ： 2020 年 3 月 19 日 2 文獻(xiàn)名稱（中文） 化工工業(yè)離心泵 文獻(xiàn)名稱（外文） CENTRIFUGAL PUMPS IN THE CHEMICAL INDUSTRY 作者： , 起止頁(yè)碼： 2P ～ 21P 出版日期（期刊號(hào)）： Chemical Engineering , 1995 出版單位： ButterworthHeinemann Ltd 外文翻譯譯文： 化工工業(yè)離心泵 摘要 ：離心泵 是 通過(guò)葉輪的旋轉(zhuǎn) 把 液體 的內(nèi)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的 一種 旋轉(zhuǎn)裝置 。 液 體 由吸入口 進(jìn)入蝸殼，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪， 液 體呈放射狀 加速 從泵中 向外 輸出 ，這時(shí)葉輪附近 留出 一個(gè)真空，不斷吸引更多的流體進(jìn) 入泵的葉輪附近 ， 這樣 由葉輪的旋轉(zhuǎn)來(lái)完成液體的進(jìn)出。 這篇文章主要講 述 了關(guān)于離心泵的發(fā)展史，離心泵工作 原理的分析 ，汽蝕的基本原理和預(yù)防汽蝕的措施等 的一系列問(wèn)題 。 從而 幫助我們 加深對(duì)離心泵的理解。 關(guān)鍵詞：離心泵 介紹 工作原理 汽蝕 汽蝕原理 預(yù)防措施 泵的 提出， 最先是用于 轉(zhuǎn)移或壓縮液體和氣體的設(shè)備。在所有泵 中，我們一步步采取措施 來(lái) 防止氣蝕，氣蝕將減少流量并且破壞泵 的結(jié)構(gòu)。用來(lái)處理氣體和蒸汽的泵稱為氣體壓縮機(jī)，研究流體的運(yùn)動(dòng)的科學(xué)稱為流體 力學(xué)。 水泵是用管子連接的 機(jī)械把水從一個(gè)地方傳 到另一個(gè)地方。水泵的操作壓力從一磅到一萬(wàn)磅每平方英尺。日常生活中，泵是很多 見(jiàn) 的，有用于在魚池和噴泉使水循環(huán)和向水中充氣的電泵，還有用于從住宅處把水引走的污水泵。 離心泵的早期形式 螺桿泵， 是通過(guò)一個(gè)管子連接一根螺桿組成的，它是利用螺桿的旋轉(zhuǎn) 把水提升上去。螺旋泵經(jīng)常用在污水處理廠中，因?yàn)樗?們可以運(yùn)輸大量的水，而不會(huì)因?yàn)樗槠氯?。在遠(yuǎn)古的中東，因?yàn)閷?duì)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行灌溉的需求，所以有一種強(qiáng)大的動(dòng)力去推進(jìn)水泵的進(jìn)程。在這些區(qū)域里，早期的泵是為了將水一桶一桶 的從水源或河渠中提升到容器中。古希臘的發(fā)明家和數(shù)學(xué)家 阿基米德 被 認(rèn)為是公元前 3世紀(jì)首先提出螺旋泵的發(fā)明家。之后，古希臘發(fā)明家發(fā)明了第一個(gè)提水泵。在十七世紀(jì)末和十八世紀(jì)初，英國(guó)的工程師 Thomas Savory，法國(guó)的物理學(xué) 家 Denis Pa]pin，和英國(guó)的鐵匠和發(fā)明家Tomas Newen,它們發(fā)明了用蒸汽驅(qū)動(dòng)活塞的水泵。蒸汽驅(qū)動(dòng)的水泵首先廣泛的被應(yīng)用 是在從煤礦往外輸水過(guò)程中。現(xiàn)在離心泵使用的例子， 是 來(lái)自于 哥倫比亞河上使用的大古利水壩。這個(gè)泵有超過(guò)灌溉一百萬(wàn)英畝的土地能力。 離心泵被認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)泵，它有一個(gè)旋轉(zhuǎn)地葉輪，葉輪上 有 葉片，葉 片 是侵入液體中的 。液 體也是由葉輪軸向進(jìn)入泵，并且旋轉(zhuǎn)的葉輪將液體甩向葉片根部。同時(shí)葉輪也給液體一個(gè)較高 的速 度 ，這個(gè) 速 度 通過(guò) 泵的一個(gè) 固定部件轉(zhuǎn)化 成壓力。我們一般稱為擴(kuò)壓 3 器。在高壓泵里，很多葉輪可以被系列選用，并且在一個(gè)葉輪后有一個(gè)擴(kuò)壓器，也可能含有導(dǎo)輪，可以逐漸的降低液體的 速 度 。對(duì)于低壓泵來(lái)說(shuō)，擴(kuò)壓泵一般就是一個(gè)螺旋形的通道，成為蝸殼，作用原理是攔截面逐漸增加可以有效降低流體的 速度 。在泵工作前，葉輪必須被灌注，也就是在泵啟動(dòng)時(shí)，葉輪必須被液體包圍。也可以通過(guò)在吸入線上放另一個(gè)截止閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，截止閥在泵停止工作時(shí)是液體保留在泵內(nèi)。如 果 截止 閥泄露了，泵可以通過(guò)閥的入口，從外面的水源比如說(shuō)蓄水池來(lái)取水灌注。一般離心泵在排水線 的地方 也有一個(gè)閥控制流體和壓力。對(duì)于小流量和高壓力來(lái)說(shuō)，葉輪作用很大部分是放射狀的。對(duì)于高速流體和低壓排水壓力，泵中流體的方向可以近似于與軸的軸向平行，這時(shí)泵有一個(gè)軸流。這時(shí)葉輪就近似于螺旋推進(jìn)器。從一種流 動(dòng) 的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種流 動(dòng)的狀態(tài)是漸進(jìn)的，對(duì)于中間狀態(tài)，設(shè)備可稱為混流泵。 離心泵是化工和石油工業(yè)中應(yīng)用最廣 泛的一種泵。它能輸送性能非常廣泛的液體和固體含量高的懸浮液，像泥 泥漿，可以用多種抗腐蝕材料建造 。泵的整個(gè)外殼可用像聚丙烯這樣的塑料來(lái)建造，或者用腐蝕襯里加工。由于它的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，可將其直接耦合到電動(dòng)機(jī)上，由電動(dòng)機(jī)的規(guī)格大小決定流量高低。 在這樣的泵中，液體被吸 入到旋轉(zhuǎn)葉輪的中心，通過(guò)離心作用向外流動(dòng)。由于高速旋轉(zhuǎn)，液體在吸入口和因動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能的出口側(cè)獲得較高的動(dòng)能和壓力差。 葉 輪由一系列弧形葉片組成，因此能使液體的流動(dòng)盡可能平穩(wěn)。葉輪中葉片越多，則液體的流動(dòng)方向越好控制，那么液體循環(huán)流動(dòng)時(shí)因波動(dòng)引起的損失就越少。在開(kāi)式葉輪中，葉片被固定在中心輪轂上，而在閉式中葉片則是用兩塊鋼板支撐以減少漏液 。由此可以看出，在很大程度上，葉片末端的角度決定了泵的工作特性 。 流體通常在軸向上通過(guò)葉片的上升進(jìn)入泵殼。在這種簡(jiǎn)單類型的離心泵中，液體由切向方向隨著橫截面逐步流到蝸殼中。圖（ a）所示為旋渦型泵。圖（ b）中，在渦輪泵中的液體隨移動(dòng)的葉輪在一系列固定葉片中形成擴(kuò)散環(huán)。 這種旋渦能逐漸改變流體的流動(dòng)方向，并有效地將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓能。固定葉片前緣處的流體應(yīng)該沒(méi)有受到?jīng)_擊。 沿著葉輪葉片，液體的流動(dòng)具有一定速度，同時(shí)，葉片末端相對(duì)于泵體有 移動(dòng)。液體的運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)于泵殼 —— 和固定葉片所需的角度一樣 —— 是兩個(gè)速度的合 成方向。在圖 c 中， 4 c. vu是液體相對(duì)于葉片的速度， tu 是葉片上某點(diǎn)的切向速度；將這兩個(gè)速度合成即可得到液體的速度 2u 。因此，很明顯，在擴(kuò)散環(huán)中所需要的葉輪角由葉輪的產(chǎn)量、旋轉(zhuǎn)速度和葉片的角度決定。所以，泵在很嚴(yán)格的條件下才能有最大的運(yùn)行效能。 離心泵的有效壓頭 當(dāng)流體所剩余的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為壓能時(shí)，壓力最大。如下文所述，有效壓頭和半徑的平方以及速度成正比，壓力更高時(shí)，必 須使用多級(jí)泵。考慮到液體在離泵中心 r到 r+dr 的距離內(nèi)旋轉(zhuǎn)，如圖 d d. 所示。這一部分流體的質(zhì)量為 dM =2πrdrdρ， 其中 ρ 是流體的密度， b 是這部分流體的寬度。 如果流體在與切向方向成 θ 角上以速度 u 流動(dòng)，則這部分質(zhì)量流體的角動(dòng)量為 =dM(urcosθ ) 流體通過(guò)泵所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力等于角動(dòng)量對(duì)時(shí)間的改變量 dτ=dM t?? (u r cosθ)=2πr bρdr t?? ( u r cosθ) 液體的體積流速為： Q=2π r b t?? Dr=Qρd(u r cosθ) 因此，液體在泵中受到總的扭轉(zhuǎn)力由 dτ 在小標(biāo) 1和 2之間積分而得，下標(biāo) 1引用的是泵入口處的條件，小標(biāo) 2是出口時(shí)的條件。 于是有： τ=Qρ（ u2r2cosθ2 – u1r1cosθ1） 離心泵的優(yōu)缺點(diǎn) 5 主要優(yōu)點(diǎn)有： （ 1）制造簡(jiǎn)單，可用多種材料加工。 （ 2）無(wú)閥門。 （ 3）高速運(yùn)轉(zhuǎn)（高達(dá) 100 赫茲），因此可直接耦合到電動(dòng)機(jī)上。一般地，速度越大，泵和電動(dòng)機(jī)的效率越小。 （ 4）能平穩(wěn)傳送。 （ 5）維修費(fèi)用比其他類型的泵少。 （ 6）輸送堵塞時(shí)，只要不是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作，泵就不會(huì)被損壞。 （ 7）與其它泵相比，體積較小。因此，它可以利用電動(dòng)機(jī)做成密封裝置沉浸在吸收罐中。 （ 8）能容易輸送含有高比例懸浮固體的液體。 主要缺點(diǎn)有： （ 1）單級(jí)泵不能提高壓力。而多級(jí)泵能提高壓頭，但價(jià)格昂貴而且由于它們的復(fù)雜性不能用抗腐蝕的材料加工建造。通常用較高的速度來(lái)減少所需要的級(jí)數(shù)。 （ 2）只有在有限條件下才能以最高效能運(yùn)作：尤其是渦輪泵。 （ 3）它不能自動(dòng)注水。 （ 4）在輸送和吸收管道中，如果沒(méi)有止回閥，液體就會(huì)在泵停止瞬間倒流到吸入槽內(nèi)。 （ 5）不能 有效處理粘性液體。 3. 離心泵中的汽蝕 （ 1） “ 汽 蝕”一詞來(lái)源于拉丁語(yǔ)高弓足，這意味著一個(gè)中空的空間或空腔。韋氏詞典定義的字是 在一個(gè)非常低的壓力區(qū) 域流動(dòng)的液體腔內(nèi) 迅速形成和崩潰 的 “腔 ”。 在離心泵中的任何地方像蒸氣泡沫，氣體泡沫，氣體破 洞，氣泡等各種條件長(zhǎng)期作用 都會(huì)造成汽蝕 。這是一個(gè)各種結(jié)果同時(shí)作用的事情，不能簡(jiǎn)單地看待 。汽 蝕的形成 討論 如下 。 在離心泵的蝸殼中 ，汽 蝕 意味著一個(gè)氣泡內(nèi)的液體，他們的形成，成長(zhǎng)和隨后通過(guò)泵的液體流動(dòng)崩潰所經(jīng)歷 的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 一般來(lái)說(shuō)，液體內(nèi) 氣泡 的形成 有 兩種類型：蒸汽氣泡或氣 態(tài)空 泡。 的液體汽化 而引起的 泡沫的形成。蒸汽氣泡的形成和崩潰引起的汽蝕條件通常被稱為霧狀氣蝕。 形成 的過(guò)程中 ，由于正在 往 泵 中輸 送 的 液體中溶解 入 氣體（一般空氣的存在，但可能是 系統(tǒng)中的任何氣體）， 由 這些氣體 的形成和崩潰引起的汽蝕條件通常被稱為氣態(tài)空泡。 （ 2）重要的定義： 6 為了使汽蝕機(jī)制有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，我們對(duì)所要遵循的重要術(shù)語(yǔ)的定義進(jìn)行了探討。 ?1） 靜態(tài)壓力， ?2） 動(dòng)態(tài)的壓力， ?3） 總的能頭， ?4） 靜壓頭， ?5） 速度頭， ?6） 蒸氣壓。 靜態(tài)壓力： 在流 體中的靜態(tài)壓力是指單位面積上流體的的移動(dòng)邊界與流體的正常作用力 之間的壓力差 。它描述了系統(tǒng)內(nèi) 部和外部的壓力之間的差異，而無(wú)視系統(tǒng)中的其他條件。例如，當(dāng)提到 管 道，靜壓是內(nèi)管和外管的壓力之間的差異，而不用管 任何管道內(nèi)的氣流。在能源方面，靜態(tài)壓力是流體的勢(shì)能。 動(dòng)態(tài)的壓力： 由于流體的動(dòng)能（ 二分之一 2mv ），一個(gè)移動(dòng)的流體流施加壓力 如果 高于靜態(tài)的壓力，這種額外的壓力 就 被定義為動(dòng)態(tài)壓力。動(dòng)態(tài)壓力流體流的動(dòng)能 將 轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。換句話說(shuō)，它是在流體流已經(jīng)從它的速度 39。V39。到 39。零 39。的速度減慢的過(guò)程中 存在的壓力。 總能頭： 定義為總靜壓和總動(dòng)壓的總和。它是衡量運(yùn)動(dòng)流體流的總能量。 速度頭：相應(yīng)的動(dòng)態(tài)壓力的能頭 稱為速度頭。 蒸汽壓：蒸汽壓力必須 是保持在液體狀態(tài)時(shí)液體的壓力。這適用于液體表面的壓力不夠時(shí) 保持分子之間非常接近， 氣體或蒸汽 的 分子將是自由的 的分離和漫游。蒸汽壓力 取決于液體的溫度。溫度越高，蒸汽壓越高。 （ 3）汽蝕的危害 ：汽蝕可以摧毀泵和閥門，可立即引起泵的效率損失，并且設(shè)備會(huì)不斷增加的效率損失，加速對(duì)泵 部件的 侵蝕。因此，重要的是理解現(xiàn)象，充分預(yù)測(cè)和減少汽蝕產(chǎn)生的危 害 ，也給診斷汽蝕問(wèn)題找到切實(shí)可行的解決方案 1）汽蝕增強(qiáng)化學(xué)腐蝕 泵在汽蝕條件下 變得更容易受到腐蝕和化 學(xué)攻擊。金屬常用的氧化層或鈍化層，可以保護(hù)金屬的進(jìn)一步腐蝕。氣泡 如果連續(xù)的產(chǎn)生，就可以去除氧化或鈍化層而暴露未受保護(hù)的金屬 被 進(jìn)一步氧化。然后 這兩個(gè)進(jìn)程（空化及氧化）共同作用，加 速腐蝕金屬泵殼和葉輪，這一進(jìn)程就是不銹鋼也無(wú)能為力。 2）材料選擇 金屬，塑料，或人類現(xiàn)在已知的任何其他材料，幾乎沒(méi)有能夠承受較高能量釋放的熱量和壓力產(chǎn)生 的 汽蝕。然而，在實(shí)踐中 材料可以選擇，提高材料汽蝕作用下的承受能力，提供更長(zhǎng)的使用壽 命和經(jīng)濟(jì) 價(jià)值的結(jié)果，所以，注意泵的結(jié)構(gòu)材料是重要的和富有成效的。 7 汽蝕的問(wèn)題，是一個(gè)可以預(yù)測(cè)的問(wèn)題，常見(jiàn)的材料，如鑄鐵和青銅就很適合泵的結(jié)構(gòu)。鑄鐵和青銅泵在工作 20 年或以上的時(shí)間，是沒(méi)有任何問(wèn)題的，即使這些泵遇到一些腐蝕。 （ 4）汽蝕的機(jī)理：氣蝕現(xiàn)象是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，如圖所示（下） 步驟之一，流動(dòng)液體內(nèi)氣泡的形成。 內(nèi)部形成氣泡的液體，當(dāng)它從液體到蒸氣揮發(fā)即 發(fā)生相變。但液體汽化 過(guò)程中是怎么發(fā)生的呢？ 任何一個(gè)封閉的容器內(nèi)的液體汽化發(fā)生在任何液體表面上 產(chǎn)生 的壓力減小，這樣就變成等于或小于液體的蒸汽壓力， 在工作溫度下，液體溫度上升，蒸汽壓力提高，這樣就變成等于或大于在液體表面的壓力。例如，如果在室溫下的水（約 77℉）保存在密閉容器中，系統(tǒng)壓力降低到它的蒸氣壓（約 PSIA），水迅速變?yōu)檎羝?。此外，如果工作壓力是恒定保持在約 PSIA 和允許的溫 度 上升 77 華氏度以上，那么水迅速變?yōu)檎羝? 試想在一個(gè)密閉容器中，液體汽化，可發(fā)生在離心泵低于液體的蒸氣壓在泵的輸送溫度時(shí)，它的靜態(tài)壓力降低。 第二步，氣泡生長(zhǎng)，在沒(méi)有其他條件變化的情況下， 新的泡沫不斷形成和舊泡沫規(guī)模的擴(kuò)大。形成的 液體氣泡從葉輪眼沿葉 片后緣尖流向葉輪出口。由于葉輪旋轉(zhuǎn)作用，氣泡達(dá)到非常高的速度，并最終達(dá)到葉輪內(nèi)的高壓地區(qū)，在那里他們開(kāi)始崩潰。據(jù)估計(jì)，在 秒的時(shí)間 是泡沫的生命周期。 第三步，泡沫的破滅，由于蒸汽氣泡沿葉輪葉片移動(dòng)，氣泡周圍的壓力開(kāi)始增加，直到達(dá)到一點(diǎn)泡沫外面的壓力大于氣泡內(nèi)部的壓力。泡沫崩潰。這個(gè)過(guò)程不是爆炸的過(guò)程，而是一個(gè)內(nèi)爆（向內(nèi)爆裂）。大約每個(gè)葉輪葉片上都有數(shù)百相同點(diǎn)會(huì) 同時(shí)產(chǎn)生泡沫的破滅。泡沫的破滅是非對(duì)稱的，周圍的液體無(wú)秩序 地填補(bǔ)這一空白 ，形成了液體微噴。微噴后泡沫破裂產(chǎn)生的 力量， 使氣泡爆破。曾經(jīng)有 泡沫破滅 的壓力大于 1 GPA（ 145x106 磅）的報(bào)道。高度化的爆破效果破