过程流体机械(康勇)（第2版）

本书保留了版的基本特色，借鉴吸收了国内同类教材的优点以及近年来过程流体机械领域的新知识和新发展，对各章内容进行了重新规划、增删和完善。全书共分八章，系统介绍了叶片泵、容积泵、活塞式压缩机、螺杆式压缩机、离心式压缩机、风机和离心分离机，对各类过程流体机械的结构型式、工作原理、性能参数、选型与运行特点以及相关知识进行了系统阐述和分析。每章后留有思考与计算题，全书后附有各章计算题答案，便于学生对所学知识的掌握和巩固。

康勇，天津大学化工学院，教授，博导，
1.主要研究方向：非均相分离过程及装备；水处理技术与装备；环境净化材料。
2.教育及工作背景
1987-1997年  东北大学 学士、硕士、博士。
1997-1999年  天津大学化工学院 博士后         
1998—至今   天津大学化工学院 教授、博导
3.近五年来负责的项目
科技部国家支撑计划：秸秆预处理关键技术
科技部国际合作计划：纤维素炼制生物燃料关键技术研究-秸秆预处理子课题
国家十一五“重大新药创制”科技重大专项综合性新药研究开发技术大平台项目：药物分离精制技术平台——絮凝分离技术子课题
国家自然科学基金：硫酸盐还原菌生物膜在废水中生长与传质机理研究
国家自然科学基金：质子交换膜燃料电池膜电极空间结构的模拟及优化设计
国家自然科学基金重点项目：工业废水处理过程中的化工新技术与新方法研究
天津市科技攻关：磁化、微波萃取及高效絮凝技术在中药制药中的应用
中石化科技攻关：生物流化床处理炼油工业废水新工艺及设备开发
中石化科技攻关：炼油污水回用设备及工艺开发与研究
天津市自然基金重点项目：城市污水生物除磷脱氮技术的研究与系统整合
天津市自然基金面上项目：水处理用可控降解生物膜载体材料的研究

1概论1
1.1过程流体机械概念1
1.1.1过程及过程工业1
1.1.2过程装备与过程流体机械1
1.2过程流体机械的分类2
1.2.1按流体形态分类2
1.2.2按工作原理分类3
1.2.3按流体运动特点分类4
1.3过程流体机械的用途4
思考与计算题4
参考文献5
2叶片泵6
2.1离心泵6
2.1.1离心泵结构与工作原理6
2.1.2离心泵基本方程及应用7
2.1.3离心泵的性能曲线15
2.1.4流量调节27
2.1.5汽蚀现象及成因30
2.1.6离心泵的主要零部件34
2.1.7离心泵的轴向力及其平衡41
2.1.8离心泵的典型结构45
2.1.9离心泵的型号编制49
2.1.10离心泵的选择50
2.2轴流泵51
2.2.1轴流泵的原理和结构51
2.2.2轴流泵的基本方程51
2.2.3轴流泵的性能特点52
2.2.4轴流泵的型号编制53
2.3旋涡泵53
2.3.1旋涡泵的结构和工作原理53
2.3.2旋涡泵的基本方程式55
2.3.3旋涡泵的汽蚀和流量调节55
2.3.4旋涡泵的型号编制56
思考与计算题56
参考文献58
3容积泵59
3.1往复泵59
3.1.1往复泵的工作原理及分类59
3.1.2往复泵的主要性能参数60
3.1.3往复泵的液力端69
3.1.4往复泵的空气室75
3.1.5往复泵的类型77
3.1.6往复泵的型号编制83
3.1.7往复泵选择的基本方法85
3.2螺杆泵85
3.2.1单螺杆泵86
3.2.2双螺杆泵92
3.2.3三螺杆泵96
3.2.4螺杆泵的型号编制102
3.3齿轮泵104
3.3.1外啮合齿轮泵105
3.3.2内啮合齿轮泵109
3.3.3齿轮泵的型号编制110
3.4液环泵111
3.4.1液环泵的工作原理及性能参数111
3.4.2液环泵的分类、结构型式及型号编制114
思考与计算题115
参考文献116
4活塞式压缩机117
4.1活塞式压缩机的结构及分类117
4.1.1活塞式压缩机的基本结构117
4.1.2活塞式压缩机的种类及型号编制118
4.2活塞式压缩机的热力学基础120
4.2.1基本热力学状态参数120
4.2.2理想气体状态方程120
4.2.3活塞式压缩机的理论循环121
4.2.4活塞式压缩机工作过程的示功图分析125
4.2.5气缸的实际吸气量127
4.2.6压缩机的排气量129
4.2.7压缩机的功率和效率131
4.2.8多级压缩134
4.3活塞式压缩机的动力学139
4.3.1曲柄连杆机构的运动139
4.3.2曲柄连杆机构运动惯性力的分析140
4.3.3压缩机运转时的作用力142
4.3.4惯性力的平衡145
4.3.5切向力图148
4.4活塞式压缩机的总体结构150
4.4.1气缸150
4.4.2活塞组件151
4.4.3填料函154
4.4.4气阀155
4.4.5曲轴158
4.5活塞式压缩机的结构型式及性能159
4.5.1活塞式压缩机的结构型式159
4.5.2主要性能参数161
4.5.3活塞式压缩机的选型162
4.6活塞式压缩机的运转163
4.6.1输气量的调节163
4.6.2压缩机的润滑164
4.6.3活塞式压缩机的维护165
思考与计算题165
参考文献167
5螺杆式压缩机168
5.1概述168
5.1.1螺杆式压缩机结构与工作原理168
5.1.2螺杆式压缩机的分类及应用范围169
5.1.3螺杆式压缩机的特点169
5.2螺杆式压缩机的工作过程及主要热力参数171
5.2.1工作过程171
5.2.2实际工作过程171
5.2.3内压力比及压力分布图173
5.2.4螺杆式压缩机的排气量及容积效率174
5.2.5螺杆式压缩机的排气温度176
5.3螺杆式压缩机的性能曲线178
5.4单螺杆压缩机179
5.5螺杆式压缩机的排气量调节180
思考与计算题181
参考文献182
6离心式压缩机183
6.1概述183
6.1.1离心式压缩机的特点183
6.1.2离心式压缩机的应用183
6.1.3离心式压缩机的基本结构及工作原理183
6.2离心式压缩机热力过程分析185
6.2.1连续性方程186
6.2.2欧拉方程186
6.2.3功率和效率188
6.2.4级中气体状态的变化191
6.2.5离心式压缩机级的性能曲线196
6.3叶轮199
6.3.1叶轮的结构形式199
6.3.2叶轮的主要参数201
6.4其他零件205
6.4.1扩压器205
6.4.2回流器和蜗壳208
6.5离心式压缩机的密封209
6.5.1迷宫密封210
6.5.2浮环密封212
6.5.3干气密封214
6.5.4其他类型的密封217
6.6离心式压缩机的选型217
6.6.1离心式压缩机的型号编制217
6.6.2选型考虑的因素218
6.6.3选型步骤220
思考与计算题221
参考文献222
7风机223
7.1概述223
7.1.1风机的分类223
7.1.2风机的基本性能参数224
7.1.3风机的应用225
7.2离心式风机226
7.2.1离心式风机的工作原理226
7.2.2离心式风机的型号编制227
7.2.3离心式风机的性能曲线229
7.2.4离心式风机的选型231
7.2.5离心式风机的调节与运行234
7.3轴流式风机238
7.3.1轴流式风机的结构型式与工作原理238
7.3.2轴流式风机的型号编制及命名方法239
7.3.3轴流式风机的性能曲线240
7.3.4轴流式风机的运转与调节241
7.4罗茨鼓风机243
7.4.1罗茨鼓风机的结构与工作原理243
7.4.2罗茨鼓风机的特点与应用243
7.4.3罗茨鼓风机选型及计算245
思考与计算题250
参考文献251
8离心机252
8.1离心机及其分离原理252
8.1.1分离因数252
8.1.2离心分离原理253
8.2过滤离心机255
8.2.1三足式过滤离心机255
8.2.2上悬式过滤离心机259
8.2.3卧式刮刀卸料过滤离心机260
8.2.4虹吸刮刀卸料过滤离心机264
8.2.5活塞推料过滤离心机265
8.2.6离心力卸料过滤离心机268
8.2.7螺旋卸料过滤离心机271
8.2.8振动卸料离心机272
8.2.9进动卸料过滤离心机275
8.3沉降离心机277
8.3.1三足式沉降离心机277
8.3.2刮刀卸料沉降离心机278
8.3.3螺旋卸料沉降离心机280
8.3.4管式沉降离心机284
8.3.5室式沉降离心机286
8.3.6碟式沉降离心机286
8.4离心机的生产能力计算288
8.4.1过滤离心机的生产能力288
8.4.2沉降离心机的生产能力290
8.5离心机的功率计算292
8.5.1启动转动件所需功率292
8.5.2启动机器到工作转速所需功率293
8.5.3轴承摩擦消耗的功率293
8.5.4机械密封摩擦消耗的功率294
8.5.5转鼓及物料表面与空气摩擦消耗的功率294
8.5.6卸出滤渣（或沉渣）消耗的功率294
8.5.7高速沉降离心机用向心泵排液时功率295
8.5.8总功率计算296
8.6离心机选型296
8.6.1选型的依据296
8.6.2选型步骤297
8.6.3多种机型联用及综合选型299
思考与计算题301
参考文献301
附录303
附表1常用气体的主要物理常数303
附表2（cosα λcos2α）的数值表304
附表3sin（α β）cosβ的数值表305
附表4各章计算题参考答案305

前言
本书第1版为普通高等教学“十一五”规划教材，是全国普通高等院校过程装备与控制工程专业的核心课程教材，也可以作为高等院校石油与天然气储运工程、流体机械、石油工程以及化学工程与工艺等专业的本科生专业必修或选修教材，还可供针对过程流体机械技术学习、研究、生产和应用等方面的科技人员参考。
全书共分8章，基本涵盖了过程工业常用的工作类流体机械，例如，泵类涉及叶片泵和容积泵，其中叶片泵重点介绍了离心泵、轴流泵和旋涡泵；容积泵重点介绍了往复泵、螺杆泵、齿轮泵和液环泵。压缩机包括往复活塞式、螺杆式和离心式三类，每一类压缩机都独立成章。风机介绍了常用的离心式、轴流式和罗茨风机；离心分离机涉及过滤式和沉降式两类，每种类型都做了各有侧重点的归纳。书中对各类过程流体机械的结构型式、工作原理、性能参数、选型与运行特点以及相关知识进行了系统阐述和分析，保留了第１版教材的基本特色，对各章内容进行了重新规划、增删修订和补充完善，借鉴吸收了国内同类教材的优点以及近年来过程流体机械领域的新知识和新发展，注重培养学生对过程流体机械理论知识的掌握和应用能力的提高。本教材每章均留有适量思考和计算题，并在全书后附有各章计算题答案。
本版教材由康勇和李桂水修订，其中康勇负责第1~第4、第8章等内容的修订，李桂水负责第5~7章内容的修订，全书由康勇统稿完善。在具体修订过程中田雅婧、刘潇、任博平、李毅、王星天和张冰做了大量工作，在此表示感谢。
本书虽对第１版教材中存在的问题进行了认真修订，但由于编者水平和能力有限，书中仍会有不少遗漏之处，希望广大同仁及用书朋友多提宝贵意见和建议，以便本书在今后能更加完善、更能满足广大读者需求。

编者
2016年3月

第1版前言
于天津大学工业通常分为两类，一类是以天然资源为原料的过程工业，生产出初级产品；另一类是以过程工业生产出的初级产品作为原料的制造工业（商品制造业），加工出人们生活所需的日常用品，如服装、汽车、电视机、冰箱等。产品是过程的结果，公认的产品类别分为四种：硬件、软件、服务和流程性材料。所谓流程性材料指的是经过各种转化制成的产品，以固体（粉粒）、液体、气体或其组合形态为主的材料，通常以散装形式如管道、桶、袋、箱、罐或卷的形式交付。
然而，无论是过程工业还是制造业，均需要把原动机产生的机械能转换成流体(气体、液体等)的动能、压力能和位能。过程流体机械是实现这类能量转化的重要装置之一，并广泛应用于石油化工、冶金、能源、航空航天、制冷、医疗卫生、电力工业及交通运输等部门，也是现代人们日常生活不可或缺的机械。
过程流体机械种类繁多，本书所指的过程流体机械仅限于流体机械中的工作机，而不包括原动机，重点是三机一泵(压缩机、鼓风机、通风机和泵)，它们是流体机械的重要组成部分，用来将机械能转变为流体的压力能、动能和位能，是过程工业的心脏设备。选择、应用、管理好这些流体机械，对工厂的装备投资，生产产品的质量、产量、成本和效益等都具有十分重要的意义，因而它是过程装备与控制工程、流体机械、化学工程或其他过程工程专业的一门核心课程。
本教材较系统的阐述了过程流体机械的基本工作原理、结构形式、运行性能与调节控制以及选型的基本原则。由于教学对象、教学目的和学时所限，力求整个流体机械学科横向的覆盖，并在介绍不同类型流体机械的基本结构形式、工作原理、基本参数和应用领域时，努力把握各种流体机械在本质上的机理共同性和相互间的有机联系与差异。其目的是引导学生触类旁通，尽量拓宽知识面，使学生既掌握有关的基本知识，又有利于培养学生的跨学科发展和科技创新的能力。
本书第1～第4章由康勇编写，第5～第6章由李桂水编写，第7～第9章由张建伟编写，全书由康勇统稿。
本书由天津大学宗润宽教授主审，并且在成稿前后均付出了大量的心血和汗水，在此表示诚挚谢意。
由于编写人员的水平有限，书中难免有不妥之处，望广大读者不吝赐教、批评指正。

编者
2008.3.1