撓性葉輪泵——輸送粘性流體而不受損害

在處理粘性流體方面撓性葉輪泵有很多優(yōu)于離心泵的地方。撓性葉輪技術(shù)先驅(qū)Jabsco公司的Martin Ruse在本文中論述了撓性葉輪泵的工作基本原理和它在安裝、維護(hù)和使用方面的諸多優(yōu)點(diǎn).

諸如撓性葉輪泵之類的正排量泵在很多工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用場合中都是作為離心泵的替代品。撓性葉輪泵于大約60年前由Jabsco公司（現(xiàn)在是從事動量和流量控制的ITT工業(yè)集團(tuán)的一部分）發(fā)明，它同離心泵相比在處理粘性流體方面存在明顯優(yōu)點(diǎn)。
葉輪轉(zhuǎn)過偏心凸輪后，每單元空腔的容積減少。通過入口管時單元空腔容積增加，形成局部真空，大氣把流體壓入空腔。空腔通過出口管時容積減少，流體被擠出空腔進(jìn)入出口管。
撓性葉輪泵輸送粘性流體的關(guān)鍵之處在于流速和泵轉(zhuǎn)速成正比。這里需要考慮兩個重要因素。第一是泵自身內(nèi)部的摩擦損失，第二是流體與泵入口管壁之間的摩擦損失。泵內(nèi)摩擦損失增加了流體粘性并導(dǎo)致離心泵性能急劇下降。盡管粘性摩擦力可以通過減小泵的轉(zhuǎn)速來減少，但由于離心泵的性能主要依賴流體通過葉輪時的速度，因此減小轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致泵性能急劇下降。實(shí)際應(yīng)用中流體粘度都被限制，最高至200-300cP。而撓性葉輪泵可以通過降低泵的轉(zhuǎn)速來減少由于粘性而引起的內(nèi)部摩擦損失。這種泵的葉輪葉片可以自動調(diào)節(jié)來適應(yīng)轉(zhuǎn)速、流體粘度和不同壓力。
如何讓流體進(jìn)入泵內(nèi)是輸送流體時的主要問題。入口管內(nèi)部摩擦損失而導(dǎo)致的壓力下降是防礙流體進(jìn)入泵內(nèi)的重要因素。為減少摩擦損失，入口管尺寸必須隨粘度增加而增加。另外入口管應(yīng)盡可能短并且不要彎曲。流體粘度越大泵就越難提升流體，如果粘度極高，就應(yīng)在泵位之上安裝帶有溢入式料斗的供給箱來給流體提供正壓頭。
安裝時的優(yōu)點(diǎn)
撓性葉輪泵的主要優(yōu)點(diǎn)是在某些特殊場合可以把它安裝在最方便的位置；和離心泵不同的是，它們不必局限于安裝在液位之下的溢入側(cè)位置。因此可以把它們安裝在地面之上的安全位置，這樣就避免了泵或管道被絆倒或被來往車輛損害的可能性。另一個優(yōu)點(diǎn)是儲液器的配置，如果儲液器（典型的如桶和罐裝容器）由外部供應(yīng)商提供，就可能沒有配套的底部出口法蘭或閥門。某些容器如橡膠內(nèi)襯的儲液箱不能在底部開出口；而撓性葉輪泵可以通過在儲液箱頂部開口用一根簡易的軟管連接來解決這個問題。這樣儲液箱就既可以安裝在地面上也可以安裝在地面下，而且不用設(shè)置溢入口。
便于初次使用也是撓性葉輪泵的一個重要優(yōu)點(diǎn)，尤其是在啟動過程中有不熟練的操作人員時。撓性葉輪泵的起始和隨后的操作只需要進(jìn)行切換，沒有復(fù)雜的啟動過程。
維護(hù)時的優(yōu)點(diǎn)
泵經(jīng)過仔細(xì)布置后可大大簡化維護(hù)過程。撓性葉輪泵安裝在液位之上，維修時可以排空，不用再連接管道，也不會在維修時泵內(nèi)還充滿流體，導(dǎo)致端蓋打開時流體溢出。相比之下，潛水泵一般浸在液體中容易被遺忘直至失效！在它們需要進(jìn)行修理時都浸沒在粘稠、令人厭惡或帶腐蝕性的液體中。因此修理這種密封泵幾乎是不可能的，至少也比修理撓性葉輪泵要復(fù)雜的多。
影響撓性葉輪泵自吸性能的因素有擋板、空氣泄露和內(nèi)部泄露。出口側(cè)的常閉閥和擋板會防礙入口側(cè)形成局部真空。入口側(cè)的空氣泄露以及葉輪轉(zhuǎn)至入口側(cè)過程中的內(nèi)部泄露都會防礙局部真空的形成（在保證入口管接頭都密封的情況下），例如長期輸送帶磨粒的物料對泵體造成嚴(yán)重刮傷而導(dǎo)致的泄露。不過如果葉輪是由橡膠制成，由于橡膠材料不會被明顯磨損并且具有彈性，所以它能適應(yīng)磨損后的泵體形狀。因此撓性葉輪泵要想比其他類型的泵（如齒輪泵）更長久的保持它的自吸性能和容積效率就必須在剛性部件之間保留固定的間隙。
需要維修時Jabsco公司的撓性葉輪泵可以很方便地拆掉端蓋和舊端面板。替換之后除了磨損最嚴(yán)重的泵之外葉輪又可以進(jìn)入最大效率的工作狀態(tài)。這類泵還可以很方便地拆開按照就地清洗程序（CIP）進(jìn)行清洗，它們的設(shè)計方式確保清洗液在清洗過程中可以到達(dá)泵內(nèi)所有區(qū)域。
實(shí)際用例
填充蛋糕的奶油和果醬之類的食品是實(shí)際應(yīng)用中粘性極高的一類物料，要想成功地對它們進(jìn)行處理，泵的轉(zhuǎn)速必須要達(dá)到70-100轉(zhuǎn)/分。填充蛋糕的奶油有稠有稀。這類物料通常需要在料斗內(nèi)裝入加壓板把它們壓入泵內(nèi)。同樣粘度的果醬不需要此類輔助物，因為它的自有重量足以使它通過入口管到達(dá)泵內(nèi)。一個典型的應(yīng)用例子就是把果醬從容器送到填充機(jī)的料斗內(nèi)，然后填充機(jī)把果醬放在裝有蛋糕和餡餅的傳送帶上，或者直接在填充機(jī)頭部擠成一條條放到下面的蛋糕和餡餅上。料斗位于輸送果醬的泵之上。用一根軟管把料斗和填充機(jī)頂部連接起來，并進(jìn)而連接填充機(jī)內(nèi)部。
對于粘度太高不能通過自重流動的果醬，開始應(yīng)選擇極低泵速（20轉(zhuǎn)/分），然后逐漸增加直到最佳轉(zhuǎn)速，這樣可以避免果醬乳化。泵轉(zhuǎn)速的選擇很大程度上依賴于實(shí)際情況和輸送的物料。例如，低轉(zhuǎn)速適合于果醬，500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速適合于糖漿，1000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速則適合于雙倍牛奶的奶油。
在進(jìn)行成批處理和輪換時泵既要衛(wèi)生又要容易清洗。Jabsco公司的28系列衛(wèi)生型撓性葉輪泵由316級奧氏體不銹鋼制成，葉輪由含有三元乙丙橡膠的衛(wèi)生橡膠材料制成，符合美國3A衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)管理協(xié)會最近的0209標(biāo)準(zhǔn)。
撓性葉輪泵還具有大量其他特性使它們非常適合用于加工工業(yè)。如可以輸送具有磨削性的液體而不受損害，以及不受損地輸送含硬質(zhì)或軟質(zhì)顆粒的液體。