挠性叶轮泵——输送粘性流体而不受损害

在处理粘性流体方面挠性叶轮泵有很多优于离心泵的地方。挠性叶轮技术先驱Jabsco公司的MartinRuse在本文中论述了挠性叶轮泵的工作基本原理和它在安装、维护和使用方面的诸多优点。诸如挠性叶轮泵之类的正排量泵在很多工业领域的应用场合中都是作为离心泵的替代品。挠性叶轮泵于大约60年前由Jabsco公司（现在是从事动量和流量控制的ITT工业集团的一部分）发明，它同离心泵相比在处理粘性流体方面存在明显优点。叶轮转过偏心凸轮后，每单元空腔的容积减少。通过入口管时单元空腔容积增加，形成局部真空，大气把流体压入空腔。空腔通过出口管时容积减少，流体被挤出空腔进入出口管。挠性叶轮泵输送粘性流体的关键之处在于流速和泵转速成正比。这里需要考虑两个重要因素。第一是泵自身内部的摩擦损失，第二是流体与泵入口管壁之间的摩擦损失。泵内摩擦损失增加了流体粘性并导致离心泵性能急剧下降。尽管粘性摩擦力可以通过减小泵的转速来减少，但由于离心泵的性能主要依赖流体通过叶轮时的速度，因此减小转速会导致泵性能急剧下降。实际应用中流体粘度都被限制，最高至200-300cP。而挠性叶轮泵可以通过降低泵的转速来减少由于粘性而引起的内部摩擦损失。这种泵的叶轮叶片可以自动调节来适应转速、流体粘度和不同压力。如何让流体进入泵内是输送流体时的主要问题。入口管内部摩擦损失而导致的压力下降是防碍流体进入泵内的重要因素。为减少摩擦损失，入口管尺寸必须随粘度增加而增加。另外入口管应尽可能短并且不要弯曲。流体粘度越大泵就越难提升流体，如果粘度极高，就应在泵位之上安装带有溢入式料斗的供给箱来给流体提供正压头。安装时的优点挠性叶轮泵的主要优点是在某些特殊场合可以把它安装在最方便的位置；和离心泵不同的是，它们不必局限于安装在液位之下的溢入侧位置。因此可以把它们安装在地面之上的安全位置，这样就避免了泵或管道被绊倒或被来往车辆损害的可能性。另一个优点是储液器的配置，如果储液器（典型的如桶和罐装容器）由外部供应商提供，就可能没有配套的底部出口法兰或阀门。某些容器如橡胶内衬的储液箱不能在底部开出口；而挠性叶轮泵可以通过在储液箱顶部开口用一根简易的软管连接来解决这个问题。这样储液箱就既可以安装在地面上也可以安装在地面下，而且不用设置溢入口。便于初次使用也是挠性叶轮泵的一个重要优点，尤其是在启动过程中有不熟练的操作人员时。挠性叶轮泵的起始和随后的操作只需要进行切换，没有复杂的启动过程。维护时的优点泵经过仔细布置后可大大简化维护过程。挠性叶轮泵安装在液位之上，维修时可以排空，不用再连接管道，也不会在维修时泵内还充满流体，导致端盖打开时流体溢出。相比之下，潜水泵一般浸在液体中容易被遗忘直至失效！在它们需要进行修理时都浸没在粘稠、令人厌恶或带腐蚀性的液体中。因此修理这种密封泵几乎是不可能的，至少也比修理挠性叶轮泵要复杂的多。影响挠性叶轮泵自吸性能的因素有挡板、空气泄露和内部泄露。出口侧的常闭阀和挡板会防碍入口侧形成局部真空。入口侧的空气泄露以及叶轮转至入口侧过程中的内部泄露都会防碍局部真空的形成（在保证入口管接头都密封的情况下），例如长期输送带磨粒的物料对泵体造成严重刮伤而导致的泄露。不过如果叶轮是由橡胶制成，由于橡胶材料不会被明显磨损并且具有弹性，所以它能适应磨损后的泵体形状。因此挠性叶轮泵要想比其他类型的泵（如齿轮泵）更长久的保持它的自吸性能和容积效率就必须在刚性部件之间保留固定的间隙。需要维修时Jabsco公司的挠性叶轮泵可以很方便地拆掉端盖和旧端面板。替换之后除了磨损最严重的泵之外叶轮又可以进入最大效率的工作状态。这类泵还可以很方便地拆开按照就地清洗程序（CIP）进行清洗，它们的设计方式确保清洗液在清洗过程中可以到达泵内所有区域。实际用例填充蛋糕的奶油和果酱之类的食品是实际应用中粘性极高的一类物料，要想成功地对它们进行处理，泵的转速必须要达到70-100转/分。填充蛋糕的奶油有稠有稀。这类物料通常需要在料斗内装入加压板把它们压入泵内。同样粘度的果酱不需要此类辅助物，因为它的自有重量足以使它通过入口管到达泵内。一个典型的应用例子就是把果酱从容器送到填充机的料斗内，然后填充机把果酱放在装有蛋糕和馅饼的传送带上，或者直接在填充机头部挤成一条条放到下面的蛋糕和馅饼上。料斗位于输送果酱的泵之上。用一根软管把料斗和填充机顶部连接起来，并进而连接填充机内部。对于粘度太高不能通过自重流动的果酱，开始应选择极低泵速（20转/分），然后逐渐增加直到最佳转速，这样可以避免果酱乳化。泵转速的选择很大程度上依赖于实际情况和输送的物料。例如，低转速适合于果酱，500转/分的转速适合于糖浆，1000转/分的转速则适合于双倍牛奶的奶油。在进行成批处理和轮换时泵既要卫生又要容易清洗。Jabsco公司的28系列卫生型挠性叶轮泵由316级奥氏体不锈钢制成，叶轮由含有三元乙丙橡胶的卫生橡胶材料制成，符合美国3A卫生标准管理协会最近的0209标准。挠性叶轮泵还具有大量其他特性使它们非常适合用于加工工业。如可以输送具有磨削性的液体而不受损害，以及不受损地输送含硬质或软质颗粒的液体。