3.1.3 各种泵的选择

上面介绍了各种液体输送设备主要是泵。关于泵的选择在有些地方也作了简单介绍。下面，就泵的选择原则和有关特性再作以概述。

3.1.3.1 对泵的一般要求

对泵的要求主要有以下几点：

① 所选的泵应满足食品工艺的要求;

② 结构简单、操作方便;

③ 运转可靠、使用寿命长;

④ 性能良好、效率高、符合装置运转特性;

⑤ 零部件互换性强、容易更换、维修方便;

⑥ 价格低廉。

3.1.3.2 各种泵的特点及适用范围

各种泵的特点及比较见表3-7。

常用的各种泵的适用范围简述如下：

表3-7 泵特点简介

指标	叶片式			容积式
指标	离心式	轴流式	旋涡式	活塞式	旋转式
液体排出状态	流率均匀			有脉动	流率均匀
液体品质	均一液体(或含固体液体)	—	均一液体	均一液体	均一液体
NPSHr/m	4～8	—	2.5～7	4～5	4～5
扬程(或排出压力)	范围大，低至约10m高至约 600m(多级)	2～20m	较高，单级可达100m以上	范围大，排出压力高，为0.3～60MPa
体积流量/ (m³/h)	范围大，低至约 5，高至约30000	较大，约60000	较小，0.4～20	范围较大，1～600
流量与扬程关系	流量减小，扬程增大，反之，流量增大，扬程减小	同离心式	同离心式，但增率和降率较大 (即曲线较陡)	流量增减，排出压力不变。压力增减，流量几乎为定值(原动机恒速)
构造特点	转速高，体积小，运转平稳，基础小，设备维修较易		与离心式基本相同，叶轮较离心叶片结构简单，制造成本低	转速低，能力(排量)小，设备外形庞大，基础大，与原动机连接较复杂	同离心式泵
流量与轴功率关系	依泵比转数而定。流量减小，轴功率减小	依泵比转数而定。流量减小，轴功率增加	流量减小，轴功率增加	当排出压力一定时，流量减小，轴功率减小	同活塞式

(1) 离心泵

① 输送温度下液体黏度不宜大于650mm²/s，否则，泵效率下降较大;

② 流量较大，扬程相对较低;

③ 液体中溶解或夹带的气体不宜大于5%(体积);

④ 液体中含有固体颗粒时，宜选用特殊离心泵(如泥浆泵);

⑤ 要求流量变化大、扬程变化小者，宜选用平坦的H-Q曲线的离心泵，要求流量变化小、扬程变化大者，宜选用陡降的H-Q曲线的离心泵。

(2) 旋涡泵

① 输送温度下液体黏度不大于35mm²/s，温度不大于110℃、流量较小、扬程较高、 H-Q曲线要求较陡者;

② 液体中允许含有约5%(体积)气体;

③ 要求自吸时，可选用自吸式旋涡泵。

(3) 容积式泵

① 输送温度下液体黏度高于650mm²/s者;

② 流量较小且扬程高的，宜选用往复泵;

③ 液体中气体含量允许稍大于5%(体积);

④ 液体需要准确计量时，可选用柱塞式计量泵，液体要求严格密封时，可选用隔膜计量泵;

⑤ 润滑性差的液体不应选用齿轮泵和三螺杆泵，可选用往复泵;

⑥ 流量较小，温度较低、压力要求稳定的，宜选用转子泵或双螺杆泵。

各种泵的工作范围及适用的黏性介质范围可参见图3-32、图3-33。

图3-32 各种泵的工作范围

图3-33 离心泵和往复泵适用的黏性介质范围

当输送黏性介质时，黏性介质对泵性能的影响见图3-34。不同类型泵适用黏度范围见表3-8。

图3-34 黏性液体对泵性能的影响

食品厂所用泵以离心泵居多，旋转泵次之，往复泵较少。一般选择步骤为：

① 根据生产上的送液量及泵安装地点到输送目的地的相关位置，拟定管路长度和管径以及所用管件的种类和数量，然后按流体力学原理计算所需泵的扬程。

② 根据计算所得的H和给定的Q值，从产品目录或制造商产品说明书上，选择能满足要求的泵。选择时，要注意所选泵的扬程和流量应略大于计算所得值，但也不能过大，以免造成泵效率的降低。

表3-8 不同类型泵适用黏度范围

	类型	适用黏度/(mm²/s)		类型	适用黏度/(mm²/s)
叶片式泵	离心泵	<150	容积式泵	单螺杆泵	10～560000
叶片式泵	旋涡泵	<37.5		双螺杆泵	0.6～100000
容积式泵	往复泵	<850		三螺杆泵	21～600
	计量泵	<800		齿轮泵	<2200
	旋转活塞泵	200～10000

③ 当生产要求输液量过大，选不到合适的泵，或生产上输液量波动过大，按最大输液量选泵不很经济时，宜考虑泵的并联问题。这时，选泵所依据的扬程仍为计算所得的扬程。

④ 如选用叶片泵，而被输送液体的黏度、密度较大时，则须对所选泵的特性曲线进行换算，对主要参数H、Q等重新进行校核，并注意工作点是否在高效率区。

3.1.3.3 特殊介质输送时泵的选择及安装

以上已介绍了输送黏性液体时泵的性能、适用范围及选择。在食品工业中，很多操作涉及到含气液体及含固体颗粒液体的输送。下面将讨论输送含气液体及含固体颗粒液体时泵的计算及选择。

(1)含气液体泵输送含气液体时，泵的流量、扬程、效率均有所下降。含气量越大，效率下降越快。随着含气量的增加，泵出现额外的噪音、振动，严重时加剧腐蚀或出现断流、断轴现象。各类泵输送液体中的允许含气量见表3-9。

表3-9 各类泵输送液体的允许含气量

泵的种类	离心泵	旋涡泵	容积式泵
极限允许含气量/%(体积分数)	<5	5～20	5～20

为保证泵的可靠运转，可采取以下措施降低液体内的含气量：

① 吸液池的结构型式和泵吸入管的布置应使各并联泵能等量吸入液体，泵吸入口在吸液池内应具有一定的淹没深度H₁，离池底有一定悬空高度H₂，见图3-35(1)。

(1)

(2)

图3-35 吸入管在吸液池中的布置

② 吸液池的进液管、回流管、废液收集管要远离泵的吸入管口，以免气泡尚未消失就被泵吸入。同时吸入管不能放在池中央、也不能太靠近池壁，一般要离池壁大于1.5D，以免产生旋涡或抽空，见图3-35(2)。

③ 保证管路接头密封良好，避免空气漏入。

④ 吸入管路布置时应避免形成空气囊的部位，见图3-36。

错误

正确

图3-36 吸入管路的布置和空气囊

(2)含固体液体输送含固体液体时，悬浮在液体中的固体颗粒既不能像液体那样吸收、贮存或传递能量，又不能将其动能传给液体。固体颗粒的存在使泵扬程、效率均较输送清水时低。

①输送“非沉降类”均质浆体： “非沉降类”均质浆体指固体颗粒粒径d₅₀≤100μm，固体颗粒质量分数ω≤30%、体积分数φ≤15%的介质。可按该介质的动力黏度计，按黏度变化时泵性能变化的程序修正，参见3.2.2.2离心泵中⑤节所介绍的特性曲线换算部分。

②输送“沉降类”浆体

a. 扬程和效率比输送清水时的值下降同一个比率，见式(3-20)：

(3-20)

式中 HR、ER——分别为扬程比和效率比

H_m——浆体扬程，m

H——清水扬程，m

η_m——泵输送浆体时的效率

η——泵输送清水时的效率

b. 最佳效率点不变，扬程和效率比与流量无关。

c. 泵输送“沉降类”浆体的性能换算：按浆体的质量分数ωw，固体颗粒相对密度d 和颗粒粒径d₅₀，查图3-37ER和HR曲线：

H_m＝HRH

η_m＝ERη

Q不变

(3)易汽化液体易汽化液体主要是指汽化温度低的液体。输送易汽化液体的特点是：

①泵入口压力低：易汽化液体在常温常压下通常为气体，只有在一定压力和低温下才变成饱和液体;

②汽化压力随温度而剧变：易汽化液体通常都处于饱和状态(或有微量过冷度)。这些饱和液体的汽化压力随温度变化非常显著。一般当温度变化±25%时，汽化压力可变化±100%～200%。同时介质的相对密度、比热容、蒸发潜热等物理性质也都发生变化;

图3-37 ER和HR曲线

注：图中横坐标d₅₀是指试样筛分累积质量为50%的颗粒粒径，它保证较该粒径大的颗粒粒径和小于该粒径的颗粒的质量份额相同。

③对泵的轴封要求严：绝大多数易汽化液体有一定的腐蚀性和危险性，因此，不允许泄漏。如漏出因汽化吸热极易造成密封部位结冰。因此，输送此类介质的低温泵对轴封要求很严。

虽然，易汽化液体的输送在食品工业中应用不是很多，但因其具有一定的特殊性，对其输送的特点还是应该有所了解，以便在实际应用时能够正确进行选择。