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來源:網絡

發布時間:2020-02-15 11:39:27

三亞檸檬酸銨廠家上回說鉛室法的時候談到如何給鉛室內連續加水是一個相當棘手的問題,從這一點我們引申開來講一講流體輸送尤其是液體輸送的例子,說一說水泵是如何誕生和演變的。泵的誕生可以說是化工領域革命性的發展,因為有了泵,連續地輸送物料成為了可能,因此才能出現連續工藝,化工生產的產能才能成倍提高。做過化工設計的人都知道,一個工廠設計,可以沒有反應釜,可以沒有精餾塔,但不能沒有泵和配管。

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而泵的出現,最早還是為給水系統服務的。水可以說是生命之源,是人類最重要的資源之一,但是在相當長的一段時間內,人類的給水方式是相當原始的,城市供水系統是根本不存在的。古代人類都是依水而居的,所有文明的發源地都在大江大河邊上。古代的四大文明古國更是各有各的母親河,甚至今天的城市布局都受這一歷史慣性的影響??倸w到底還是因為古人的流體輸送技術在很長的一段時間內沒有任何進步,無法長距離的輸送水,對水的獲取更多地依賴人工或牲畜搬運。

但是要是說人類在給水的問題上一點功夫都沒下,那也不盡然,隨著城市的發展,城邦的規模逐漸擴大,古代還是出現了市政供水系統。在這一點上古羅馬人做的最好,現在發現的古羅馬給水系統可以追溯到公元前300多年,也就是我們的春秋戰國時代。那時候的供水主要還是依靠水渠系統,依靠重力差來進行輸送的,找一個位置較高的河或者湖,然后依靠地形挖水渠將水引入城里。當然在這一點上,我國也不甘落后,幾乎每個朝代都有可以吹一波的水利工程,就在同一時期,我們有鄭國渠,靈渠等類似的工程。就連被視為文明荒漠的南美也有類似供水設施??梢?,水對人類來說才是真正的剛需。

南美高原的納斯卡線條,在廣袤的高原上雕刻著巨大圖案,必須借助飛機才能觀看整體形狀,一度被人猜測是外星文明的產物,而現在一般認為是古代南美文明的供水系統。

依靠重力輸水雖然是個省事的方法,但是卻不能解決所有問題。這種方法的實現必須依靠地形,因此應用受到的很大局限。相應地,這些遺址也只是零星地被發現,而非普遍存在,因為只有大型城市才有必要,有能力建造這樣的系統。此外,對于一些地勢較高的居住點,人工提水還是必要的。為此,古代人名發明出了各種輸水工具。有記載比較早的是公元前300年,由阿基米德發明的阿基米德抽水機,據說是阿基米德在埃及期間方明的。

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阿基米德抽水機,結構類似今天的螺桿泵,抽水機一端插入水中,用人力轉動另一端的手柄,帶動螺桿轉動將水抽出。而古代中國,也出現了筒車等設備,這些設備至今都可以在一些古鎮和景點里看到,甚至相當一部分設施我小時候都見過,畢竟大面積普及自來水也就是這幾年的事情。同時,中國還有一項技術也可以說是領先世界,那就是輸水管道。要知道古代煉鐵技術發展有限,相當長一段時間金屬管道都是奢侈品,各地最早的給水管道都是木頭的,而當西方人費盡心機地把樹木做成管子的時候,我們卻擁有天然可以作為木質管道的植物,那就是竹子,這種植物可以說是亞太地區特有。

中通國古代的給水工具,筒車,筒車的歷史可以追溯到南宋期間,這種設備最大的創舉就是能量利用方面,早先的提水設備都是人力或者騾馬拉動的,而筒車實現了以水利驅動提水的進步,這樣一來就大量節約了勞動力。隨后,流體輸送設備不斷發展,泵的技術也在不斷改革,但是無論如何改革都無法有效地解決動力問題。實際上我們熟悉的離心泵,齒輪泵,旋片泵等概念大都是在中世紀也就是我國明代的時候就出現了。據說,達芬奇就曾經繪制過離心泵的草圖,但是和他的大多數發明一樣,由于當時的機械和動力條件限制這些構想沒有可行性。

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雖然工程技術上沒什么發展,但是關于泵的理論進步卻一點都沒有停止。我覺得,這一點外國人思維確實和我們不一樣,我們更實用一點,沒有應用價值的東西就不去研究。而歐洲人在這一點上做得不錯,大量的基礎研究雖然短期看來沒什么用,長期看來確實一種非常有益的技術儲備,隨著關鍵技術的進步,這些幾百年前的構想會爆發性的變為現實,最終變為強大的技術優勢。所以說不要把我們現在大學里的科學研究批判一遍,說什么假大空啊,脫離實際一類的話,誰知道以后沒有有用呢。

在泵理論發展史上有兩件事情可以說是里程碑的,首先是伯努利方程的提出,這個方程的提出大概是在乾隆初年。伯努利方程歸根到底是能量守恒方程,體現了壓力能,重力勢能與水的動能存在的能量守恒的關系。這個在今天看來很簡單,但是在那個年代,對能量守恒的概念還沒有建立,非常多的工程師還在研究第一類永動機呢,能有這樣的觀點是非常不容易的。第二件事情就是歐拉方程,歐拉首次提出了流體力學中非常重要的歐拉方程,這為后來的各種泵的設計提供了堅實的理論基礎。

伯努利家族在科學史上可以說是全家極品,我們所說的流體力學里的伯努利方程是丹尼爾-伯努利提出的。在微積分領域,還有一個伯努利微分方程,這個是由雅各布I-伯努利提出的。約翰I-伯努利是最速降線問題的提出者,這個問題的提出最終導致了泛函理論的誕生,今天數學系里所說的學了泛函心泛寒還要感謝他

強大的理論儲備加上工程師們超越時代的設計,終于等來了關鍵技術的爆發,那就是蒸汽機。蒸汽機的出現進一步解決了能量來源問題。到了1849年,美國人亨利沃辛頓首次發明了具有蒸汽驅動的活塞泵,至此蒸汽動力泵登上歷史舞臺,而此時距離蒸汽機的發明已經過去了40多年了。

我們知道,泵主要分為兩種類型,所謂旋轉泵和容積式泵,早期投入使用的都是容積式泵,容積泵的特點就是可以達到很高的出口壓力,但是泵流量不大。而另一種旋轉泵,可以達到很大的輸送量。遺憾的是旋轉泵投入使用一直要等到20世紀了,在早期雖然有人設計旋轉泵,但是這種泵一直沒有使用,其原因主要是兩點:1,蒸汽動力難以獲得高轉速,旋轉泵要求有高轉速,轉速越高泵的流量和揚程越高?,F在的離心泵轉速分為兩檔2900轉與1450轉,這在當時以蒸汽動力難以做到,而電動機的發明要等到19世紀80年代,這個時代孫中山才剛剛開始干革命。2,比高速電機難度更大的是軸密封問題。我們知道高速旋轉的泵葉片必然由一根軸帶動,這根軸的密封和潤滑是當時的一個大問題,而端面機械密封要到1900年才出現。

終于現代泵需要所有技術條件都已成熟,一系列之前停留在圖紙上的構想終于有了實現的機會。20世紀30年代,現代螺桿泵,計量泵相繼出現。在今后的幾十年發展中終于形成了我們現有的產品系列。

首臺計量泵在1936年由米頓羅公司發明,值得一提的是現在這個公司還存在,依舊是計量泵的主要供應商之一,可謂是百年老店。泵的故事就說道這里,這兩期內容我們始終繞不開一點那就是蒸汽機以及與之相關的第一次產業革命,那么從下一期開始我們來說說蒸汽與熱力學的故事。

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