各类泵结构与功用

1、泵送要求在产品质量和加工效率两方面不断提高的标准对加工生产线提出了更高的要求。从前，流体通常靠重力流经整个加工线，而今，流体要通过很长的带许多阀门的管线、热交换器、过滤器和其它设备，而这些都会导致很大的压力降，流体的流速一般也很高。因此在乳品厂的许多部位都使用泵，选择恰当的泵并安装于恰当的位置显得越来越重要。也因此，许多相关的问题也就随之而出，这些问题可列举为以下几个方面： 泵的安装； 吸入和输送管线； 泵的类型和大小的要求涉及到：- 流速- 被泵送的产品- 粘度- 密度- 温度- 系统压力- 泵的材质输送乳制品的泵比较典型的有离心泵、液环泵和正位移泵，这三种泵各有不同的用途。其中离心泵是乳品

2、加工中应用最广泛的一种。离心泵，如图6.7.1 和图6.7.2 ，它主要用于输送低粘度的产品。但它不能输送高含气量的液体。当液体的含气量高时，通常使用液环泵进行输送，正位移泵用于输送需柔和加工处理的和高粘度的产品。吸入管线有我们讨论泵本身之前，首先了解与泵送相关的一些事项和问题是非常重要的。泵的安装应尽可能靠近液体的罐或其它前置设备。在吸入管线上应尽可能少地设置弯头和阀门，同时吸入管线需有较大的管径，以减少气蚀的危险。输送管线任何节流阀只能安装在输送管线上，有可能伴有一个单向阀，节流阀用来调节泵的流速，单向阀保护泵不受水的冲击，当泵停止时，防止液体倒流，通常单向阀的位置是在泵和节流阀之间。气蚀

3、气蚀现象可以通过泵中的劈啪声判断出来。当局部压力低于蒸汽压，液体中出现汽泡就产生了气蚀现象。随着液体不断流向叶轮，在此压力增加，蒸汽被非常迅速地冷凝。气泡急速破裂，并能引起高达100.000bar 的局部压力，这个过程不断地以很高的频率重复出现。使局部泵材料受到严重损害。尤其当泵体为易损材料时，情况更严重。气蚀出现于当吸入管道的压力相对低于被泵送液体的蒸汽压力时，当泵送粘性或易挥发的液体时，气蚀的趋势加重。泵送中发生气蚀现象的结果是降低压头和泵的效率，气蚀现象不断加剧，泵会逐渐地停止泵送。气蚀应尽量避免，然而，如果操作不当，气蚀现象是轻微的，这些泵仍可用，但如果泵在长时间气蚀状态下使用，叶轮仍

4、会出现一定损伤。因为乳品业使用的泵叶轮都是耐酸钢材，耐酸钢有极强的耐损力。泵之气蚀发生的可能性是一个可以通过计算预测的，见下述NPSH。泵的特性曲线泵的特性曲线是选择泵的重要依据。三种曲线是选择泵所必需的。 流量和压头曲线（QH 曲线）。 需要的电机功率，KW。 NPSH（净绝对进口压头）。这些曲线是以水做试验绘制出的，如果泵送其它物理特性的液体，那么曲线上的数据必须重新计算。要选择一个泵，所需流量Q通常是已知的。在例子中，如图6.7.4 所示。流量Q 是15m3/h，需要的压头通常必须经过计算，在这里我们假定是30m。在图底部Q刻度上确定已知的流量。从这一点开始，沿垂直向上划一条直线，直至和

5、H刻度上的30米需要的压头水平线相交，而这一点没有落在任何一条已知叶轮直径的QH 线上，在这种情况下，选择与其最接近的，大的叶轮尺寸，在此为160mm，其结果压头将是31m 水柱。下一步是沿着15m3/h的垂直线向下，直到和直径160mm的叶轮功率曲线相交这条水平线向左与纵座标交点显示的功率消耗量是 2.3kwo 为了安全起见，这个界限值必须上浮15%，给一个总的近似值2.6kw，至此可以选用3kw 的马达。如果泵上安装有一定大小的马达，一定不能让马达过载，因此要装一个过载的安全限。最后，沿流量15m3/h 垂直线向上与正上方图上的NPSH 曲线相交，从交点画水平线向左可见，图上所示的要求的N

6、PSH 值为1 米。压头（压力）选择一台泵，必须记住它的压头H，当流体不带进口扬程或进口压力流进泵时，那么在流量曲线上它就是泵的压头。为获得经泵后的实际压头就有必要考虑到泵吸入口侧的条件。如果在吸入管线上存在真空，那么液体在达到泵之前，泵必须先做部分功，而因此泵出口的压力就会低于图上所出现的值。另一方面，如果吸入管线满溢给泵入口一正压，则泵的出口压力将高于图上给出的数值。NPSH（净绝对进口压头）如前所述，在计划泵的安装时，进口管线的定位非常重要，以避免发生气蚀，一个NSPH曲线，画在流动曲线图6.7.3 上，泵的NPSH高于避免气蚀的液体蒸汽压力的必要的额外压力，这一压力我们叫它NPSHre

7、g。在应用它之前，在主要的操作条件下，进口管线上现有的NPSHav 必须计出，NPSHav 应该等于或大于需要的NPSHreg，NPSHreg 是曲线上的值。下面是系统计算NPSHav 的公式：Pa= 流体表面绝对压力 barPv= 蒸汽绝对压力Dr= 相对密度Hs= 吸入扬程，米水柱Hfs= 进口管线压力降，米水柱切记：hs 用吸入物程是负值，对于进口压力是正值。轴封轴封通常是泵中最敏感的部件，因为它必须密封于一个旋转部分叶轮或轴和固定部分泵壳之间，轴封通常采用机械密封。一个旋转的密封环有一个磨光的密封表面，它在一个固定的磨光的密封环中旋转，在两个密封表面间形成一个液体膜，这个膜润滑着轴封，

8、在直接接触的密封环间起保护作用，这就意味着密封环磨损微小，有较长的使用寿命。如果泵在干滚的条件下运行，这个液体膜就会被破坏，密封环间的磨损就会增加：机械密封通常是平衡的，也就是它不受泵的压力的影响，卫生的机械密封不需要调整，在轴上也不引起磨损，现有两种机械密封，一种是单一式的，一种是冲洗式的。单一机械密封单一机械密封，如图6.7.4。在乳品工业中，是绝大多数卫生泵选用的最符合标准的一种。在机械密封中，静密封圈被固定在泵腔的后部叶轮上，动圈安装在泵里或泵外，带一个O 型圈密封，动圈随着轴旋转，并依靠弹簧压在静圈上。冲洗式轴封冲洗密封如图6.7.5，由两个密封圈组成，水或蒸汽在两个密封的空隙间循环

9、，冷却或清洗密封，在产品和大气间造成一个屏障。以下几种应用要求使用冲洗密封： 当泵送灭菌产品必须防止二次污染时，造成一个蒸汽屏障。 水洗式轴封用于泵送粘性液体或结晶产品，如糖液。 水冷式轴封，当物料可能沉积在轴的密封上时，由于密封表面的高温可能引起燃烧如巴氏杀菌机里的调压泵。 水屏障，当泵进口压力非常低时，从产品中排除空气，如从真空罐中吸入产品。蒸汽障在100时，压力一定不要超过大气压，否则蒸汽就会挥发掉，这就使密封圈处于干磨状态，密封垫表面被损坏，供应密封垫的蒸汽和水在进口处被调节，在出口管处没有任何阻力，蒸汽障总是通过低位联接处供应。轴封材料通常使用的材料组合是石墨作动密封圈，不锈钢作静密

10、封圈。比较好的配合是硅合金与石墨组合，对于具有腐蚀性的液体，建议使用表面非常硬的密封圈，这种情况下，通常使用硅质合金与硅质合金配合。离心泵泵送原理进入泵的流体直接被引入叶轮的中心，并随叶轮的叶片做圆周运动。如图6.7.6，因此靠离心力作用和叶轮的运转，液体就以比进叶轮时高得多的压力和速度离开了叶轮，这种高速在液体通过泵出口离开泵之前部分地转换成了压能。叶轮的叶片形成了泵的流道，叶轮的叶片通常采用向后弯曲线，但是小型泵也可采用直线式的。离心泵的应用离心泵是乳品工业最常用的一种，但应适当选择型号以使之适用，因为离心泵价格便宜，在不同的操作条件下，具有良好的适应性，操作，维护也都方便。离心泵可用来泵

11、送不需特别处理的、相对来说粘度较低的流体，也可泵送含有较大颗粒的流体，只要颗粒大小不超过叶轮流道的宽度。离心泵的缺点是它不能泵送充气的流体，否则，它就失去原来的动力停止泵送，这就必须把泵停下来，灌液，使泵中充满液体，然后重新启动. 通常离心泵不是自灌式泵，在操作之前，进口管线和泵体内必须充满液体，因此安装时要仔细计划好。流量控制选择一个精确符合生产能力要求的标准泵的可能性很小，因此必须做一些必要的适应调整： 节流很高的灵活性但不经济。 减小叶轮直径灵活性小但更经济。 速度控制灵活又经济。这三种可采用的方法的图解见图6.7.7。节流最简单的流量控制方法就是在泵的出口管线上安装节流阀，这样就可以准

12、确地调解泵达到所需要的压力和流速，如果泵应用中不断改变压力和流量，这种方法是正确的，其缺点是当压力和流量恒定时节流方法并不经济。在管道上装一个有小孔的盘就可取得节流效果，通常安装在牛乳生产线上的人工或自动控制或是机械的流量控制器起着节流作用。减小叶轮直径通过减小原始叶轮直径D 到D1，可获得比最大值低的泵的曲线，可以看图6.7.8，一个新的直径D 可被粗略地确定，方法是画一条从O 到曲线上通过需要操作点A到叶轮直径为D 的标准曲线上的B 点的直线，读出压力H 和需要新的压力H1，那么新的叶轮直径可通过下面公式获得：如果把叶轮直径减小到D1，就可以取得最经济的泵的安装了，大多数的泵的曲线图上有不

13、同叶轮直径的曲线。速度控制改变速度将会改变由叶轮产生的离心力，这样，压力和泵送能力也将改变，速度高，离心力大，速度低，离心力小。控制速度是调整泵最有效的方法，叶轮的速度对于泵的运转性能来说是相对一致的，因此，泵所消耗的功率和对液体的处理也同时是一致的。变频器可以和一个三相电机一起使用，对流量和压强的控制有人工或自动控制两种实现方式。压头和压强密 度以米水柱为单位的压头是不依赖于被泵送液体的密度的，然而密度对于排出压强和功率消耗是非常重要的。在不同情况下，如果泵和液体的粘度相同，那么液体被泵送的高度相同，（在例子中是10米），与密度无关，以米水柱为单位的泵的压头也是相同的，然而，做为密度液体的质

14、量（单位）则不同，压强测量表的读数也不同，看表6.7.9 的例子。泵的压强（米水柱）等于以米液柱高的压强相对密度。泵送重的液体比泵送轻的液体泵的Q作的功要大，消耗的功率也随密度相应成比例地改变，如果在例中A需要1KW，那么B 需要1.2KW，C需要0.8KW。粘 度高粘度的液体比低粘度的液体产生更高的流动阻力，当泵送高粘度的液体时，流速和压头都将降低，由于在叶轮和泵壳中流动阻力的增加，动力消耗也将提高。离心泵可以处理相对粘度较高的液体，但粘度不应超过500cP，因为超出此水平，动力的需要会急剧上升液环泵液环泵，如图6.7.10 和图6.7.11，如果泵壳由充有一半以上的液体，那么它就能自注，这

15、种泵能泵送气体含量高的液体。该泵由一个在泵壳内转动的带有辐射状直叶片的叶轮（4），一个进口一个出口和一个传动电机组成，液体由进口（1）进到叶片之间，并朝着泵壳加速，在泵壳内形成与叶轮转速一样的液环。在泵壳壁上有一槽沟，由点2 开始，在接近点的过程中渐渐地变深变宽，到点3开始逐渐又变浅，直到点6，当液体被叶片输送时，该槽沟也被充满，因此，叶片之间增加了可用的容积。这就在中心产生了真空引起更多的液体从吸入管中吸到这个空间中。一旦通过点3，随着槽沟变浅，叶片之间的容积减少，逐渐地使液体返向中心，直到液体从点7 到泵出口5 排出。如果吸入管道有空气存在，它将和液体一起被泵送走。正位移泵泵送原理这种类型

16、的泵以正向排液的原理工作。这些泵被分为两种主要类型，旋转式泵和往复式泵，而每种泵又包括许多型号。正位移泵的原理是每一转或每一往复运动，一定数量的液体被泵送，不考虑压差H。然而，当泵送粘度较低的液体时，就可能出现打滑，随着压力的增加渗漏也一定会发生，这样每一转或每一冲程流量就会减少，渗漏随着粘度的增加而减少。正位移泵出口的节流会显著提高压力，因此非常重要的是：1 泵后不能有任何阀被关闭。2 泵和卸压阀一起安装，阀安装在泵里或另接旁通。罗茨泵泵有两个转子，如图6.7.12 通常每一转子有2-3 片凸齿，当转子转动时，在进口处产生真空，真空吸液体进入泵里，然后液体沿着泵壳周边移动到出口，随着容积的减

17、小，液体被推出出口，过程图解如图6.7.13 所示。转子由泵后部的齿轮独立驱动，转子相互不接触，也不触及泵壳，但泵里每一部分相互间隙非常小。应 用当粘度超过大约300cP 时，这种类型的泵有100% 容积效率（没有打滑）。由于其卫生设计和对产品的温和处理，因此这种泵广泛应用于泵送高脂肪含量的稀奶油、发酵乳制品、凝乳或乳清混合物等等。偏心螺杆泵在输送低粘度产品时，这种泵比罗茨泵更加紧密，这种泵一般认为接近罗茨泵的卫生程度，且对产品的处理温和。因此螺杆泵的应用范围和罗茨泵相同。如图6.7.14 偏心螺杆泵不能空转，即使是几秒钟，否则损坏。柱塞泵柱塞泵由在套桶中往复运动的柱塞构成，如图6.7.15进口、出口阀控制液流，以使液体流动方向正确。柱塞泵在乳品上主要用作计量泵，均质机也是一种形式的柱塞泵隔膜泵气动隔膜泵如图6.7.16 所示为其中的一种，用于对产品的温和处理，由于空气压力是恒定的，出口压力和排出容量随产品压力的变化而波动。因此这种泵主要用于输送产品，