[科普中国]-流体输送

流体输送指的是流体以一定流量沿着管道（或明渠）由一处送到另一处。

简介化工生产处理的物料()多数为流体，按工艺要求在各化工设备和机器之间输送这些物料，是实现化工生产的重要环节。化工生产中物料的种类很多，被输送流体的性质如密度、粘度、毒性、腐蚀性、易燃性与易爆性等各不相同，而且流体的，压力从高真空到102MPa，每小时的输送量从10-3m3到104m3以上,所以输送流体所用的流体输送机械有多种形式，制作材料也是多种多样的。

当送料点的流体能位足够高时，流体能够按所要求的输送量自行流至低能位的受料点，否则就需用流体输送机械对流体补给能量。流体从输送机械取得机械能，用来补偿受料点和送料点间的能位差，并克服流体在管道或渠道内流动时所受到的流动阻力。由于流动阻力随流速的增大而增大，因此要求流体输送机械加给单位重量流体的机械能随流速的增大而增加。

化工生产中，流体大都用密闭的管道输送。为调节流量，改变流向以及实现流体的分流或合流，管道中装有阀门、弯头和三通等管件。管道和管件由碳钢、铸铁、不锈钢、铜、铝和铅等金属材料或塑料、陶瓷、玻璃和石墨等非金属材料制成，其中以碳钢和铸铁应用最广。1

费用流体输送的总费用，包括管道、输送机械的折旧费和输送机械的能耗费用。对一定的输送量，采用大口径的管道时，流动阻力减小，能耗量下降，但管道的投资和折旧费增加；采用小口径管道时，投资和折旧费减少，但能耗费用增加。因此,选用的管道口径过大或过小,使管内流速过小或过大，都是不经济的。对于长距离大流量的输送管路，应通过多方案计算来确定经济上最合理的流速（或管径）；而工厂内部的短距离输送，可参照各种流体在管道内的常用流速范围（见表），来确定管内流速，据以计算所需管径。

传统的流体输送机械目前使用广泛的泵有离心泵、往复泵以及离心通风机、离心鼓风机等，这些流体输送机械生产早已进入大批量化、标准化，技术支持和售后维护的服务方面已经十分成熟。

离心泵离心泵是目前广泛使用的流体输送机械。 主要由叶轮和泵壳 2 部分组成，电动机驱动叶轮高速旋转，通常转速为 1 000~3 000 r/min 。叶轮上的叶片推动着液体跟着叶片一起旋转。 旋转产生离心力，在离心力的作用下本叶轮中心的液体向外流动，液体向外流动时获得了动能和压力能， 泵壳是蜗形的，液体的动能可以在泵壳中转化成压力能。

容积式泵容积式泵也叫正位移泵，工作原理主要是依靠改变容积，容积式泵借助周期性的位移来增加或减少工作容积，从而进行流体输送。 按照运动方式，容积式泵分为往复式和转动式 2 类。容积式泵常见的有往复泵、计量泵（也叫比例泵）、隔膜泵、齿轮泵和蜗杆泵。随着生产和科学技术的发展，泵的类型和性能也在日益发展。 虽然离心泵在工业生产中是应用最广的一种泵 , 但是往复泵易于获得高压头在一些需要高压头的特殊场合非常实用。离心泵是应首先考虑采用的一种泵。 但其他种类泵所具有的特殊性能在满足生产要求时仍有其独到之处，在一定场合还是需要采用的。 因此，应考虑各种泵的不同性能和适宜的使用范围，根据生产要求具体分析，选择合适的泵。

离心通风机、离心鼓风机和离心压缩机它们的结构以及作用原理基本上和离心泵相似 , 只是输送的对象不同 , 一个是液体 , 一个是气体。离心通风机气压比较低，而鼓风机的气压就相对高了。 原因在于离心通风机通常只具有一个叶轮，也就是一级，而鼓风机有数个叶轮，是多级的。 因为通风机和鼓风机的压缩比相对比较小，所以不需要配备冷却系统。 离心压缩机的压缩比比较大，电动机的转速通常可以达到 10 000 r/min 以上， 为了增大压缩比，叶轮数也要相应地增加。 气体被压缩后温度升高，产生大量热能必须设置中间冷却器，冷却器把经过几级叶轮压缩过的高温气体冷却，减少能量损耗。 与往复式压缩机相比，离心式压缩机的加工工艺要求比较高 , 但是工作效率不高，仅适于体积庞大的气体输送。 但是离心式压缩机具有体积小巧、重量轻、工作时平稳振动小、操作简单和便于维修等优点，往复式压缩机输送的气体会受到润滑油的污染而离心式压缩机输送的气体则不受污染。 轴流式通风机也是利用高速回转叶轮对气体作功。 其特点是气压小，气量大 , 主要用于需要通风换气的场合，空气冷却器中经常用到， 此外凉水塔中也常用到。2

新兴的流体输送机械如今人们越来越重视环境保护，环境法规日益严格，环保意识不断加强。 机械设计人员在设计各种机械时环保和节能已经成为所要考虑的重要因素。 现今流体输送的要求逐渐提高，很多场合需要流体输送机械能够承受高强度和耐腐蚀，还有很多复杂管路输送场合 , 在这些场合传统的流体输送机械变得局限性非常大。 采用创新科技和新型材料的高科技改进型流体输送机械应运而生。

磁力驱动泵的起源磁力驱动泵是最近新兴的一种流体输送机械。磁力驱动泵的技术还很不成熟，但是磁力驱动泵无泄漏、绿色环保。1947 年英国的 HMD 公司研制了第 1 款磁力驱动泵， HMD 公司的第 1 台无填料密封的磁力驱动泵成功投入使用。 20 世纪 80 年代初我国开始对国外进口的磁力驱动泵研究仿造。 20 世纪 90 年代中后期， 涌现出一批大功率磁力驱动泵生产厂家，例如丹东克隆集团、杭州大陆等，这些厂家真正把磁力驱动泵技术应用到了石化行业。

磁力驱动泵的构造磁力驱动泵的原动机依旧是采用电动机驱动。和普通泵相比磁力驱动泵的泵体、叶轮结构相似，都是起对流体作功以及收集输送获得动能和压力能的流体的作用。 磁力驱动泵传动部分是由磁力联轴器和内外磁转子组成，可以传递力和转矩。 滑动轴承和推力轴承支撑了叶轮、泵轴和内外磁转子， 同时轴承还有轴向定位的作用，轴承悬架部件起支撑驱动轴的作用。

磁力驱动泵零泄漏的原理叶轮、泵轴以及内磁转子组成了内转子部分，内转子部分直接和输送的流体接触，和普通离心泵结构大致相同。 外磁转子和驱动轴组成外转子部分，外转子和内转子之间完全隔离。 当电动机带动驱动轴转动时，外磁转子通过空间传递磁场影响内磁转子转动从而带动泵轴和叶轮开始输送流体。 整个过程都是静态密封，静态密封使得流体几乎没有任何泄漏的可能。 而离心泵在输送流体过程中是通过动态密封轴和泵壳之间的间隙，流体在这种动态密封下非常容易泄漏。

磁力驱动泵的优缺点和普通泵相比，磁力驱动泵具有非常明显的无泄漏的优点。 有些特殊流体有毒性有爆炸性甚至辐射性，在输送这些特殊流体时必须保证没有任何泄漏，否则会有安全隐患，磁力驱动泵适用于特殊流体输送。 磁力驱动泵在运行时非常平稳，低噪音，振动小。 工作人员在操作时能得到更好的工作环境。因为内外转子分离磁力驱动泵的维护和检修也相对简便。但是由于存在磁涡流损耗，磁力驱动泵的效率会降低，和普通泵相比会低 1%～7% ，此外磁力驱动泵的价格偏高。2

流体输送机械的未来未来的流体输送机械主要就是环保和节能，同样随着材料研究的发展，更高强度、更耐腐蚀的材料也会被应用到流体输送机械上。 现阶段流体泄漏、叶轮腐蚀和扬程不足等一系列制约流体输送机械的问题必将得到解决，让流体输送机械更好地造福人类。

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学