各類泵結(jié)構(gòu)及功用

1、泵送要求在產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率兩方面不斷提高的標(biāo)準(zhǔn)對加工生產(chǎn)線提出了更高的要求。從前，流體通?？恐亓α鹘?jīng)整個加工線，而今，流體要通過很長的帶許多閥門的管線、熱交換器、過濾器和其它設(shè)備，而這些都會導(dǎo)致很大的壓力降，流體的流速一般也很高。因此在乳品廠的許多部位都使用泵，選擇恰當(dāng)?shù)谋貌惭b于恰當(dāng)?shù)奈恢蔑@得越來越重要。也因此，許多相關(guān)的問題也就隨之而出，這些問題可列舉為以下幾個方面： 泵的安裝； 吸入和輸送管線； 泵的類型和大小的要求涉及到：- 流速- 被泵送的產(chǎn)品- 粘度- 密度- 溫度- 系統(tǒng)壓力- 泵的材質(zhì)輸送乳制品的泵比較典型的有離心泵、液環(huán)泵和正位移泵，這三種泵各有不同的用途。其中離心泵是乳品

2、加工中應(yīng)用最廣泛的一種。離心泵，如圖6.7.1 和圖6.7.2 ，它主要用于輸送低粘度的產(chǎn)品。但它不能輸送高含氣量的液體。當(dāng)液體的含氣量高時，通常使用液環(huán)泵進(jìn)行輸送，正位移泵用于輸送需柔和加工處理的和高粘度的產(chǎn)品。吸入管線有我們討論泵本身之前，首先了解與泵送相關(guān)的一些事項(xiàng)和問題是非常重要的。泵的安裝應(yīng)盡可能靠近液體的罐或其它前置設(shè)備。在吸入管線上應(yīng)盡可能少地設(shè)置彎頭和閥門，同時吸入管線需有較大的管徑，以減少氣蝕的危險。輸送管線任何節(jié)流閥只能安裝在輸送管線上，有可能伴有一個單向閥，節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)泵的流速，單向閥保護(hù)泵不受水的沖擊，當(dāng)泵停止時，防止液體倒流，通常單向閥的位置是在泵和節(jié)流閥之間。氣蝕

3、氣蝕現(xiàn)象可以通過泵中的劈啪聲判斷出來。當(dāng)局部壓力低于蒸汽壓，液體中出現(xiàn)汽泡就產(chǎn)生了氣蝕現(xiàn)象。隨著液體不斷流向葉輪，在此壓力增加，蒸汽被非常迅速地冷凝。氣泡急速破裂，并能引起高達(dá)100.000bar 的局部壓力，這個過程不斷地以很高的頻率重復(fù)出現(xiàn)。使局部泵材料受到嚴(yán)重?fù)p害。尤其當(dāng)泵體為易損材料時，情況更嚴(yán)重。氣蝕出現(xiàn)于當(dāng)吸入管道的壓力相對低于被泵送液體的蒸汽壓力時，當(dāng)泵送粘性或易揮發(fā)的液體時，氣蝕的趨勢加重。泵送中發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的結(jié)果是降低壓頭和泵的效率，氣蝕現(xiàn)象不斷加劇，泵會逐漸地停止泵送。氣蝕應(yīng)盡量避免，然而，如果操作不當(dāng)，氣蝕現(xiàn)象是輕微的，這些泵仍可用，但如果泵在長時間氣蝕狀態(tài)下使用，葉輪仍

4、會出現(xiàn)一定損傷。因?yàn)槿槠窐I(yè)使用的泵葉輪都是耐酸鋼材，耐酸鋼有極強(qiáng)的耐損力。泵之氣蝕發(fā)生的可能性是一個可以通過計(jì)算預(yù)測的，見下述NPSH。泵的特性曲線泵的特性曲線是選擇泵的重要依據(jù)。三種曲線是選擇泵所必需的。 流量和壓頭曲線（QH 曲線）。 需要的電機(jī)功率，KW。 NPSH（凈絕對進(jìn)口壓頭）。這些曲線是以水做試驗(yàn)繪制出的，如果泵送其它物理特性的液體，那么曲線上的數(shù)據(jù)必須重新計(jì)算。要選擇一個泵，所需流量Q通常是已知的。在例子中，如圖6.7.4 所示。流量Q 是15m3/h，需要的壓頭通常必須經(jīng)過計(jì)算，在這里我們假定是30m。在圖底部Q刻度上確定已知的流量。從這一點(diǎn)開始，沿垂直向上劃一條直線，直至和

5、H刻度上的30米需要的壓頭水平線相交，而這一點(diǎn)沒有落在任何一條已知葉輪直徑的QH 線上，在這種情況下，選擇與其最接近的，大的葉輪尺寸，在此為160mm，其結(jié)果壓頭將是31m 水柱。下一步是沿著15m3/h的垂直線向下，直到和直徑160mm的葉輪功率曲線相交這條水平線向左與縱座標(biāo)交點(diǎn)顯示的功率消耗量是 2.3kwo 為了安全起見，這個界限值必須上浮15%，給一個總的近似值2.6kw，至此可以選用3kw 的馬達(dá)。如果泵上安裝有一定大小的馬達(dá)，一定不能讓馬達(dá)過載，因此要裝一個過載的安全限。最后，沿流量15m3/h 垂直線向上與正上方圖上的NPSH 曲線相交，從交點(diǎn)畫水平線向左可見，圖上所示的要求的N

6、PSH 值為1 米。壓頭（壓力）選擇一臺泵，必須記住它的壓頭H，當(dāng)流體不帶進(jìn)口揚(yáng)程或進(jìn)口壓力流進(jìn)泵時，那么在流量曲線上它就是泵的壓頭。為獲得經(jīng)泵后的實(shí)際壓頭就有必要考慮到泵吸入口側(cè)的條件。如果在吸入管線上存在真空，那么液體在達(dá)到泵之前，泵必須先做部分功，而因此泵出口的壓力就會低于圖上所出現(xiàn)的值。另一方面，如果吸入管線滿溢給泵入口一正壓，則泵的出口壓力將高于圖上給出的數(shù)值。NPSH（凈絕對進(jìn)口壓頭）如前所述，在計(jì)劃泵的安裝時，進(jìn)口管線的定位非常重要，以避免發(fā)生氣蝕，一個NSPH曲線，畫在流動曲線圖6.7.3 上，泵的NPSH高于避免氣蝕的液體蒸汽壓力的必要的額外壓力，這一壓力我們叫它NPSHre

7、g。在應(yīng)用它之前，在主要的操作條件下，進(jìn)口管線上現(xiàn)有的NPSHav 必須計(jì)出，NPSHav 應(yīng)該等于或大于需要的NPSHreg，NPSHreg 是曲線上的值。下面是系統(tǒng)計(jì)算NPSHav 的公式：Pa= 流體表面絕對壓力 barPv= 蒸汽絕對壓力Dr= 相對密度Hs= 吸入揚(yáng)程，米水柱Hfs= 進(jìn)口管線壓力降，米水柱切記：hs 用吸入物程是負(fù)值，對于進(jìn)口壓力是正值。軸封軸封通常是泵中最敏感的部件，因?yàn)樗仨毭芊庥谝粋€旋轉(zhuǎn)部分葉輪或軸和固定部分泵殼之間，軸封通常采用機(jī)械密封。一個旋轉(zhuǎn)的密封環(huán)有一個磨光的密封表面，它在一個固定的磨光的密封環(huán)中旋轉(zhuǎn)，在兩個密封表面間形成一個液體膜，這個膜潤滑著軸封，

8、在直接接觸的密封環(huán)間起保護(hù)作用，這就意味著密封環(huán)磨損微小，有較長的使用壽命。如果泵在干滾的條件下運(yùn)行，這個液體膜就會被破壞，密封環(huán)間的磨損就會增加：機(jī)械密封通常是平衡的，也就是它不受泵的壓力的影響，衛(wèi)生的機(jī)械密封不需要調(diào)整，在軸上也不引起磨損，現(xiàn)有兩種機(jī)械密封，一種是單一式的，一種是沖洗式的。單一機(jī)械密封單一機(jī)械密封，如圖6.7.4。在乳品工業(yè)中，是絕大多數(shù)衛(wèi)生泵選用的最符合標(biāo)準(zhǔn)的一種。在機(jī)械密封中，靜密封圈被固定在泵腔的后部葉輪上，動圈安裝在泵里或泵外，帶一個O 型圈密封，動圈隨著軸旋轉(zhuǎn)，并依靠彈簧壓在靜圈上。沖洗式軸封沖洗密封如圖6.7.5，由兩個密封圈組成，水或蒸汽在兩個密封的空隙間循環(huán)

9、，冷卻或清洗密封，在產(chǎn)品和大氣間造成一個屏障。以下幾種應(yīng)用要求使用沖洗密封： 當(dāng)泵送滅菌產(chǎn)品必須防止二次污染時，造成一個蒸汽屏障。 水洗式軸封用于泵送粘性液體或結(jié)晶產(chǎn)品，如糖液。 水冷式軸封，當(dāng)物料可能沉積在軸的密封上時，由于密封表面的高溫可能引起燃燒如巴氏殺菌機(jī)里的調(diào)壓泵。 水屏障，當(dāng)泵進(jìn)口壓力非常低時，從產(chǎn)品中排除空氣，如從真空罐中吸入產(chǎn)品。蒸汽障在100時，壓力一定不要超過大氣壓，否則蒸汽就會揮發(fā)掉，這就使密封圈處于干磨狀態(tài)，密封墊表面被損壞，供應(yīng)密封墊的蒸汽和水在進(jìn)口處被調(diào)節(jié)，在出口管處沒有任何阻力，蒸汽障總是通過低位聯(lián)接處供應(yīng)。軸封材料通常使用的材料組合是石墨作動密封圈，不銹鋼作靜密

10、封圈。比較好的配合是硅合金與石墨組合，對于具有腐蝕性的液體，建議使用表面非常硬的密封圈，這種情況下，通常使用硅質(zhì)合金與硅質(zhì)合金配合。離心泵泵送原理進(jìn)入泵的流體直接被引入葉輪的中心，并隨葉輪的葉片做圓周運(yùn)動。如圖6.7.6，因此靠離心力作用和葉輪的運(yùn)轉(zhuǎn)，液體就以比進(jìn)葉輪時高得多的壓力和速度離開了葉輪，這種高速在液體通過泵出口離開泵之前部分地轉(zhuǎn)換成了壓能。葉輪的葉片形成了泵的流道，葉輪的葉片通常采用向后彎曲線，但是小型泵也可采用直線式的。離心泵的應(yīng)用離心泵是乳品工業(yè)最常用的一種，但應(yīng)適當(dāng)選擇型號以使之適用，因?yàn)殡x心泵價格便宜，在不同的操作條件下，具有良好的適應(yīng)性，操作，維護(hù)也都方便。離心泵可用來泵

11、送不需特別處理的、相對來說粘度較低的流體，也可泵送含有較大顆粒的流體，只要顆粒大小不超過葉輪流道的寬度。離心泵的缺點(diǎn)是它不能泵送充氣的流體，否則，它就失去原來的動力停止泵送，這就必須把泵停下來，灌液，使泵中充滿液體，然后重新啟動. 通常離心泵不是自灌式泵，在操作之前，進(jìn)口管線和泵體內(nèi)必須充滿液體，因此安裝時要仔細(xì)計(jì)劃好。流量控制選擇一個精確符合生產(chǎn)能力要求的標(biāo)準(zhǔn)泵的可能性很小，因此必須做一些必要的適應(yīng)調(diào)整： 節(jié)流很高的靈活性但不經(jīng)濟(jì)。 減小葉輪直徑靈活性小但更經(jīng)濟(jì)。 速度控制靈活又經(jīng)濟(jì)。這三種可采用的方法的圖解見圖6.7.7。節(jié)流最簡單的流量控制方法就是在泵的出口管線上安裝節(jié)流閥，這樣就可以準(zhǔn)

12、確地調(diào)解泵達(dá)到所需要的壓力和流速，如果泵應(yīng)用中不斷改變壓力和流量，這種方法是正確的，其缺點(diǎn)是當(dāng)壓力和流量恒定時節(jié)流方法并不經(jīng)濟(jì)。在管道上裝一個有小孔的盤就可取得節(jié)流效果，通常安裝在牛乳生產(chǎn)線上的人工或自動控制或是機(jī)械的流量控制器起著節(jié)流作用。減小葉輪直徑通過減小原始葉輪直徑D 到D1，可獲得比最大值低的泵的曲線，可以看圖6.7.8，一個新的直徑D 可被粗略地確定，方法是畫一條從O 到曲線上通過需要操作點(diǎn)A到葉輪直徑為D 的標(biāo)準(zhǔn)曲線上的B 點(diǎn)的直線，讀出壓力H 和需要新的壓力H1，那么新的葉輪直徑可通過下面公式獲得：如果把葉輪直徑減小到D1，就可以取得最經(jīng)濟(jì)的泵的安裝了，大多數(shù)的泵的曲線圖上有不

13、同葉輪直徑的曲線。速度控制改變速度將會改變由葉輪產(chǎn)生的離心力，這樣，壓力和泵送能力也將改變，速度高，離心力大，速度低，離心力小?？刂扑俣仁钦{(diào)整泵最有效的方法，葉輪的速度對于泵的運(yùn)轉(zhuǎn)性能來說是相對一致的，因此，泵所消耗的功率和對液體的處理也同時是一致的。變頻器可以和一個三相電機(jī)一起使用，對流量和壓強(qiáng)的控制有人工或自動控制兩種實(shí)現(xiàn)方式。壓頭和壓強(qiáng)密 度以米水柱為單位的壓頭是不依賴于被泵送液體的密度的，然而密度對于排出壓強(qiáng)和功率消耗是非常重要的。在不同情況下，如果泵和液體的粘度相同，那么液體被泵送的高度相同，（在例子中是10米），與密度無關(guān)，以米水柱為單位的泵的壓頭也是相同的，然而，做為密度液體的質(zhì)

14、量（單位）則不同，壓強(qiáng)測量表的讀數(shù)也不同，看表6.7.9 的例子。泵的壓強(qiáng)（米水柱）等于以米液柱高的壓強(qiáng)相對密度。泵送重的液體比泵送輕的液體泵的Q作的功要大，消耗的功率也隨密度相應(yīng)成比例地改變，如果在例中A需要1KW，那么B 需要1.2KW，C需要0.8KW。粘 度高粘度的液體比低粘度的液體產(chǎn)生更高的流動阻力，當(dāng)泵送高粘度的液體時，流速和壓頭都將降低，由于在葉輪和泵殼中流動阻力的增加，動力消耗也將提高。離心泵可以處理相對粘度較高的液體，但粘度不應(yīng)超過500cP，因?yàn)槌龃怂?，動力的需要會急劇上升液環(huán)泵液環(huán)泵，如圖6.7.10 和圖6.7.11，如果泵殼由充有一半以上的液體，那么它就能自注，這

15、種泵能泵送氣體含量高的液體。該泵由一個在泵殼內(nèi)轉(zhuǎn)動的帶有輻射狀直葉片的葉輪（4），一個進(jìn)口一個出口和一個傳動電機(jī)組成，液體由進(jìn)口（1）進(jìn)到葉片之間，并朝著泵殼加速，在泵殼內(nèi)形成與葉輪轉(zhuǎn)速一樣的液環(huán)。在泵殼壁上有一槽溝，由點(diǎn)2 開始，在接近點(diǎn)的過程中漸漸地變深變寬，到點(diǎn)3開始逐漸又變淺，直到點(diǎn)6，當(dāng)液體被葉片輸送時，該槽溝也被充滿，因此，葉片之間增加了可用的容積。這就在中心產(chǎn)生了真空引起更多的液體從吸入管中吸到這個空間中。一旦通過點(diǎn)3，隨著槽溝變淺，葉片之間的容積減少，逐漸地使液體返向中心，直到液體從點(diǎn)7 到泵出口5 排出。如果吸入管道有空氣存在，它將和液體一起被泵送走。正位移泵泵送原理這種類型

16、的泵以正向排液的原理工作。這些泵被分為兩種主要類型，旋轉(zhuǎn)式泵和往復(fù)式泵，而每種泵又包括許多型號。正位移泵的原理是每一轉(zhuǎn)或每一往復(fù)運(yùn)動，一定數(shù)量的液體被泵送，不考慮壓差H。然而，當(dāng)泵送粘度較低的液體時，就可能出現(xiàn)打滑，隨著壓力的增加滲漏也一定會發(fā)生，這樣每一轉(zhuǎn)或每一沖程流量就會減少，滲漏隨著粘度的增加而減少。正位移泵出口的節(jié)流會顯著提高壓力，因此非常重要的是：1 泵后不能有任何閥被關(guān)閉。2 泵和卸壓閥一起安裝，閥安裝在泵里或另接旁通。羅茨泵泵有兩個轉(zhuǎn)子，如圖6.7.12 通常每一轉(zhuǎn)子有2-3 片凸齒，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，在進(jìn)口處產(chǎn)生真空，真空吸液體進(jìn)入泵里，然后液體沿著泵殼周邊移動到出口，隨著容積的減

17、小，液體被推出出口，過程圖解如圖6.7.13 所示。轉(zhuǎn)子由泵后部的齒輪獨(dú)立驅(qū)動，轉(zhuǎn)子相互不接觸，也不觸及泵殼，但泵里每一部分相互間隙非常小。應(yīng) 用當(dāng)粘度超過大約300cP 時，這種類型的泵有100% 容積效率（沒有打滑）。由于其衛(wèi)生設(shè)計(jì)和對產(chǎn)品的溫和處理，因此這種泵廣泛應(yīng)用于泵送高脂肪含量的稀奶油、發(fā)酵乳制品、凝乳或乳清混合物等等。偏心螺桿泵在輸送低粘度產(chǎn)品時，這種泵比羅茨泵更加緊密，這種泵一般認(rèn)為接近羅茨泵的衛(wèi)生程度，且對產(chǎn)品的處理溫和。因此螺桿泵的應(yīng)用范圍和羅茨泵相同。如圖6.7.14 偏心螺桿泵不能空轉(zhuǎn)，即使是幾秒鐘，否則損壞。柱塞泵柱塞泵由在套桶中往復(fù)運(yùn)動的柱塞構(gòu)成，如圖6.7.15進(jìn)口、出口閥控制液流，以使液體流動方向正確。柱塞泵在乳品上主要用作計(jì)量泵，均質(zhì)機(jī)也是一種形式的柱塞泵隔膜泵氣動隔膜泵如圖6.7.16 所示為其中的一種，用于對產(chǎn)品的溫和處理，由于空氣壓力是恒定的，出口壓力和排出容量隨產(chǎn)品壓力的變化而波動。因此這種泵主要用于輸送產(chǎn)品，