【正文】 泵的提出，最先是用于轉移或壓縮液體和氣體的設備。在所有泵中，我們一步步采取措施來防止氣蝕，氣蝕將減少流量并且破壞泵的結構。用來處理氣體和蒸汽的泵稱為氣體壓縮機，研究流體的運動的科學稱為流體力學。水泵是用管子連接的機械把水從一個地方傳到另一個地方。水泵的操作壓力從一磅到一萬磅每平方英尺。日常生活中，泵是很多見的，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，是通過一個管子連接一根螺桿組成的，它是利用螺桿的旋轉把水提升上去。螺旋泵經(jīng)常用在污水處理廠中，因為它們可以運輸大量的水，而不會因為碎片而堵塞。在遠古的中東，因為對農場進行灌溉的需求，所以有一種強大的動力去推進水泵的進程。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)學家阿基米德被認為是公元前3世紀首先提出螺旋泵的發(fā)明家。之后，古希臘發(fā)明家發(fā)明了第一個提水泵。在十七世紀末和十八世紀初，英國的工程師Thomas Savory，法國的物理學家Denis Pa]pin，和英國的鐵匠和發(fā)明家Tomas Newen,它們發(fā)明了用蒸汽驅動活塞的水泵。蒸汽驅動的水泵首先廣泛的被應用是在從煤礦往外輸水過程中。現(xiàn)在離心泵使用的例子，是來自于哥倫比亞河上使用的大古利水壩。這個泵有超過灌溉一百萬英畝的土地能力。 離心泵被認為是旋轉泵，它有一個旋轉地葉輪，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入泵，并且旋轉的葉輪將液體甩向葉片根部。同時葉輪也給液體一個較高的速度，這個速度通過泵的一個固定部件轉化成壓力。我們一般稱為擴壓 器。在高壓泵里，很多葉輪可以被系列選用，并且在一個葉輪后有一個擴壓器，也可能含有導輪，可以逐漸的降低液體的速度。對于低壓泵來說，擴壓泵一般就是一個螺旋形的通道，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，也就是在泵啟動時，葉輪必須被液體包圍。也可以通過在吸入線上放另一個截止閥來實現(xiàn)，截止閥在泵停止工作時是液體保留在泵內。如果截止閥泄露了，泵可以通過閥的入口，從外面的水源比如說蓄水池來取水灌注。一般離心泵在排水線的地方也有一個閥控制流體和壓力。對于小流量和高壓力來說，葉輪作用很大部分是放射狀的。對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，這時泵有一個軸流。這時葉輪就近似于螺旋推進器。從一種流動的狀態(tài)轉換到另一種流動的狀態(tài)是漸進的，對于中間狀態(tài)，設備可稱為混流泵。 離心泵是化工和石油工業(yè)中應用最廣泛的一種泵。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。泵的整個外殼可用像聚丙烯這樣的塑料來建造，或者用腐蝕襯里加工。由于它的高速運轉，可將其直接耦合到電動機上，由電動機的規(guī)格大小決定流量高低。 在這樣的泵中，液體被吸入到旋轉葉輪的中心，通過離心作用向外流動。由于高速旋轉，液體在吸入口和因動能轉化為壓能的出口側獲得較高的動能和壓力差。葉輪由一系列弧形葉片組成，因此能使液體的流動盡可能平穩(wěn)。葉輪中葉片越多，則液體的流動方向越好控制，那么液體循環(huán)流動時因波動引起的損失就越少。在開式葉輪中，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葉片的上升進入泵殼。在這種簡單類型的離心泵中，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的葉輪在一系列固定葉片中形成擴散環(huán)。 這種旋渦能逐漸改變流體的流動方向，并有效地將動能轉化成壓能。固定葉片前緣處的流體應該沒有受到?jīng)_擊。沿著葉輪葉片，液體的流動具有一定速度，同時，葉片末端相對于泵體有移動。液體的運動方向相對于泵殼——和固定葉片所需的角度一樣——是兩個速度的合成方向。在圖c中，c.是液體相對于葉片的速度，是葉片上某點的切向速度；將這兩個速度合成即可得到液體的速度。因此，很明顯，在擴散環(huán)中所需要的葉輪角由葉輪的產(chǎn)量、旋轉速度和葉片的角度決定。所以，泵在很嚴格的條件下才能有最大的運行效能。 當流體所剩余的動能全部轉化為壓能時，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，必須使用多級泵?？紤]到液體在離泵中心r到r+dr 的距離內旋轉，如圖dd.所示。這一部分流體的質量為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，則這部分質量流體的角動量為=dM(urcosθ) 流體通過泵所產(chǎn)生的扭轉力等于角動量對時間的改變量dτ=dM(u r cosθ)=2πr bρdr( u r cosθ) 液體的體積流速為：Q=2π r bDr=Qρd(u r cosθ) 因此，液體在泵中受到總的扭轉力由dτ在小標1和2之間積分而得，下標1引用的是泵入口處的條件，小標2是出口時的條件。于是有：τ=Qρ（u2r2cosθ2 – u1r1cosθ1） 主要優(yōu)點有：（1）制造簡單，可用多種材料加工。（2）無閥門。（3）高速運轉（高達100赫茲），因此可直接耦合到電動機上。一般地，速度越大，泵和電動機的效率越小。（4）能平穩(wěn)傳送。（5）維修費用比其他類型的泵少。（6）輸送堵塞時，只要不是長時間運作，泵就不會被損壞。（7）與其它泵相比，體積較小。因此，它可以利用電動機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。主要缺點有：（1）單級泵不能提高壓力。而多級泵能提高壓頭，但價格昂貴而且由于它們的復雜性不能用抗腐蝕的材料加工建造。通常用較高的速度來減少所需要的級數(shù)。（2）只有在有限條件下才能以最高效能運作：尤其是渦輪泵。（3）它不能自動注水。（4）在輸送和吸收管道中，如果沒有止回閥，液體就會在泵停止瞬間倒流到吸入槽內。（5）不能有效處理粘性液體。3. 離心泵中的汽蝕（1）“汽蝕”一詞來源于拉丁語高弓足，這意味著一個中空的空間或空腔。韋氏詞典定義的字是在一個非常低的壓力區(qū)域流動的液體腔內迅速形成和崩潰的“腔”。在離心泵中的任何地方像蒸氣泡沫，氣體泡沫，氣體破洞，氣泡等各種條件長期作用都會造成汽蝕。這是一個各種結果同時作用的事情，不能簡單地看待。汽蝕的形成討論如下。在離心泵的蝸殼中，汽蝕意味著一個氣泡內的液體，他們的形成，成長和隨后通過泵的液體流動崩潰所經(jīng)歷的動態(tài)過程。一般來說，液體內氣泡的形成有兩種類型：蒸汽氣泡或氣態(tài)空泡。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。，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：為了使汽蝕機制有一個清晰的認識，我們對所要遵循的重要術語的定義進行了探討。?1）靜態(tài)壓力，?2） 動態(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)內部和外部的壓力之間的差異，而無視系統(tǒng)中的其他條件。例如，當提到管道，靜壓是內管和外管的壓力之間的差異，而不用管任何管道內的氣流。在能源方面，靜態(tài)壓力是流體的勢能。 動態(tài)的壓力：由于流體的動能（二分之一），一個移動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態(tài)壓力。動態(tài)壓力流體流的動能將轉化為勢能。換句話說，它是在流體流已經(jīng)從它的速度39。V39。到39。零39。的速度減慢的過程中存在的壓力?？偰茴^：定義為總靜壓和總動壓的總和。它是衡量運動流體流的總能量。 速度頭：相應的動態(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)時液體的壓力。這適用于液體表面的壓力不夠時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，并且設備會不斷增加的效率損失，加速對泵部件的侵蝕。因此，重要的是理解現(xiàn)象，充分預測和減少汽蝕產(chǎn)生的危害，也給診斷汽蝕問題找到切實可行的解決方案1）汽蝕增強化學腐蝕泵在汽蝕條件下變得更容易受到腐蝕和化學攻擊。金屬常用的氧化層或鈍化層，可以保護金屬的進一步腐蝕。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的金屬被進一步氧化。然后這兩個進程（空化及氧化）共同作用，加速腐蝕金屬泵殼和葉輪，這一進程就是不銹鋼也無能為力。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，提供更長的使用壽命和經(jīng)濟價值的結果，所以，注意泵的結構材料是重要的和富有成效的。汽蝕的問題，是一個可以預測的問題，常見的材料，如鑄鐵和青銅就很適合泵的結構。鑄鐵和青銅泵在工作20年或以上的時間，是沒有任何問題的，即使這些泵遇到一些腐蝕。（4）汽蝕的機理：氣蝕現(xiàn)象是一個循序漸進的過程，如圖所示（下）Phenomenon of Cavitation步驟之一，流動液體內氣泡的形成。內部形成氣泡的液體，當它從液體到蒸氣揮發(fā)即發(fā)生相變。但液體汽化過程中是怎么發(fā)生的呢？任何一個封閉的容器內的液體汽化發(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（ PSIA），水迅速變?yōu)檎羝?。此外?PSIA和允許的溫度上升77華氏度以上，那么水迅速變?yōu)檎羝Ｔ囅朐谝粋€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，它的靜態(tài)壓力降低。第二步，氣泡生長，在沒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。由于葉輪旋轉作用，氣泡達到非常高的速度，并最終達到葉輪內的高壓地區(qū)，在那里他們開始崩潰。據(jù)估計。第三步，泡沫的破滅，由于蒸汽氣泡沿葉輪葉片移動，氣泡周圍的壓力開始增加，直到達到一點泡沫外面的壓力大于氣泡內部的壓力。泡沫崩潰。這個過程不是爆炸的過程，而是一個內爆（向內爆裂）。大約每個葉輪葉片上都有數(shù)百相同點會同時產(chǎn)生泡沫的破滅。泡沫的破滅是非對稱的，周圍的液體無秩序地填補這一空白，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）的報道。高度化的爆破效果破壞了泵的葉輪。汽蝕效果示意圖在這個數(shù)字說明。泡沫崩潰后，沖擊波散發(fā)向崩潰的邊緣。這是我們稱之為“汽蝕”其實就像我們聽到的什么沖擊波。氣泡內爆破，簡而言之，汽蝕機制是所有有關泵輸送液體內部氣泡的形成，生長和崩潰的過程。但如何才能使汽蝕機制的知識能真正幫助解決汽蝕問題。了解它的機制和概念，可以幫助確定氣泡的類型和他們的形成和崩潰的原因。(5) 解決方案和補救辦法：對于汽化（蝕）問題 1. 防止汽化問題，必須增加吸頭，降低流體的溫度，或減少NPSH（汽蝕余量）必需的。我們應看看每個可能性： 1）增加吸頭：提高水箱中的液位?提高通進口的位置?放置在一個坑泵?減少管道損失。這些損失發(fā)生的各種原因，包括：。有太多的配件或管道直徑太小一個管道內襯已經(jīng)崩潰。，尤其是它在重型車輛運行的時候。，不妨礙。通料口可以在寒冷的天氣凍結。，它要么增長，或留在最后一次打開系統(tǒng)。也許止回閥被打破，東西卡在管內。，已經(jīng)出現(xiàn)的腐蝕。，現(xiàn)行的制度有太多的損失，增加容量。，用來取代閘閥。11. 增加泵的轉速。 2）降低流體的溫度?注射少量液體冷卻器往往是不切實際的。?絕緣管道想著太陽的一面。?小心放電循環(huán)線，他們可以加熱吸收液。 3）. 量?使用雙吸泵。.，或在某些情況下，它將使你由41％提高泵的轉速降低達27％?使用較低速度的離心泵?使用具有較大的葉輪泵。?如果可能的話，安裝誘導裝置。％。?使用幾個較小的泵。三個半容量泵可以比一個大的泵便宜，加上備用。這也將保存較輕負載的能量。：1)、減少吸入管道的碎片。 2)、接近泵源槽/油底殼。3)、增加吸線直徑。4)、降低吸程要求。5)、安裝較大的泵運行速度較慢這將降低泵（NPSHR值）所需的汽蝕余量。6)、增加的壓力。 7)、全開吸入管路閥門。： 1)、改變放電線位置 2)、減少排放管線長度為3)、.增加放電線直徑 4)、.減少排放靜壓頭的要求 5)、.安裝更大的泵，它會保持無放電空泡所需流動 6).、完全開放的排放管路閥。：1)、降低特定的速度泵再循環(huán)點以上的流動能力和經(jīng)營范圍。 2)、提高吸頭。作者： , 出版日期（期刊號）：Chemical Engineering , 1995出版單位：ButterworthHeinemann Ltd參考文獻[1] ，1987.[2] ，2000.[3] ，2004.指導教師意見：指導教師簽字：年 月 日系(教研室)意見：主任簽字：年 月 日注：此表單獨作為一頁