第二節(jié)　液體輸送設(shè)備

食品工業(yè)有許多類型的液體輸送泵，按工作原理和結(jié)構(gòu)特征不同，泵可分為葉輪泵和容積泵。

葉輪泵是將泵中葉輪高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的動(dòng)能和壓能。由于葉輪中有彎曲且扭曲的葉片，故稱葉輪泵，也叫葉片泵。根據(jù)葉輪結(jié)構(gòu)對(duì)液體作用力的不同又分為如下幾種。

（1）離心泵　離心泵依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪對(duì)被泵送液料的動(dòng)力作用，把能量連續(xù)傳遞給料液而完成輸送。食品工業(yè)中液體輸送主要是離心泵，如奶泵、飲料泵、水泵等。

（2）軸流泵　靠葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軸向推力而抽送液體的泵。屬于低揚(yáng)程、大流量泵型，一般的性能范圍：揚(yáng)程1～12m，流量0.3～65m3/s，比轉(zhuǎn)數(shù)500～1600。　

（3）混流泵　葉輪旋轉(zhuǎn)既產(chǎn)生慣性離心力又產(chǎn)生軸向推力而抽送液體的泵。

（4）旋渦泵　就是靠旋轉(zhuǎn)葉輪對(duì)液體的作用力，在液體運(yùn)動(dòng)方向上給液體以沖量來(lái)傳遞動(dòng)能以實(shí)現(xiàn)輸送液體。旋渦泵是一種高壓泵、清水泵。

容積泵又稱正排量泵、正位移泵，這種泵通過(guò)包容料液的封閉工作空間（泵腔）周期性的容積變化或位置移動(dòng)，把能量周期性地傳遞給料液，使料液的壓力增加，直至強(qiáng)制排出。根據(jù)主要構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式，常見容積泵又分為往復(fù)泵（如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵）和轉(zhuǎn)子泵（如螺桿泵、齒輪泵、羅茨泵、滑片泵、撓性泵等）。下面對(duì)主要液體輸送泵進(jìn)行闡述。

一、離心泵

離心泵是食品加工中應(yīng)用比較廣泛的流體輸送設(shè)備。離心泵構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于拆卸、清理、沖洗和消毒，機(jī)械效率較高。適用于輸送水、乳品、冰激凌、糖蜜和油脂等，也可用來(lái)輸送帶有固體懸浮物的料液。

1.離心泵的工作原理

離心泵的工作原理如圖2-38所示。在蝸殼形的泵殼2內(nèi)，有一固定在泵軸上的工作葉輪1。葉輪上有6～12片稍微向后彎曲的葉片，葉片之間形成了液體通道。泵殼中央有液體吸入口和吸入管連接，液體經(jīng)濾網(wǎng)6、底閥5和吸入管4進(jìn)到泵內(nèi)。泵殼上的液體排出口7與調(diào)節(jié)閥8和排出管9連接，泵軸3用電動(dòng)機(jī)或其他動(dòng)力裝置帶動(dòng)。

啟動(dòng)前，先將泵殼2內(nèi)充滿被輸送液體，啟動(dòng)后泵軸3帶動(dòng)葉輪1旋轉(zhuǎn)，葉片間的液體隨葉輪1一起旋轉(zhuǎn)。在離心力作用下，液體沿著葉片間通道從葉輪中心進(jìn)口處被甩到葉輪外圍，以高速流入泵殼2，液體流到蝸形通道后，由于截面逐漸擴(kuò)大，大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。于是液體以較高的壓力，從排出口7進(jìn)入排出管9，輸送到所需的場(chǎng)所。當(dāng)葉輪中心的液體被甩出后，泵殼的吸入口就形成了一定的真空，外面的大氣壓力迫使液體經(jīng)底閥5和吸入管4進(jìn)入泵內(nèi)，填補(bǔ)了液體排出后的空間。這樣，只要葉輪1不停旋轉(zhuǎn)，液體就源源不斷地被吸入與排出。

離心泵若在啟動(dòng)前未充滿液體，則泵殼內(nèi)存在空氣。由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力也很小。此時(shí)，在吸入口處所形成的真空不足以將液體吸到泵內(nèi)，雖啟動(dòng)離心泵，但不能輸送液體，此現(xiàn)象稱為“氣縛”。為便于使泵內(nèi)充滿液體，在吸入管底部安裝帶吸濾網(wǎng)的底閥，底閥為止回閥，濾網(wǎng)是為了防止固體物質(zhì)進(jìn)到泵內(nèi)，損壞葉輪葉片或妨礙泵的正常操作。

2.離心泵的主要部件

離心泵結(jié)構(gòu)如圖2-39所示。離心泵的主要構(gòu)件有葉輪、泵殼和軸封裝置。食品廠最常使用的離心式飲料泵，因其泵殼內(nèi)所有構(gòu)件都是用不銹鋼制作，通常稱之為衛(wèi)生泵，在飲料廠常用于輸送原漿、料液等。考慮到食品衛(wèi)生和經(jīng)常清洗的要求，食品工廠常選用的離心式飲料泵為葉片少的封閉型葉輪，泵蓋及葉輪拆裝方便，其軸封多采用不透性石墨端密封結(jié)構(gòu)。

（1）葉輪　從離心泵的工作原理可知，葉輪是離心泵的最重要部件。按結(jié)構(gòu)可分為三種，見圖2-40。

①閉式葉輪　閉式葉輪如圖2-40（a）所示，葉片兩側(cè)都有蓋板，這種葉輪效率較高，應(yīng)用最廣，但只適用于輸送清潔液體。按吸液方式的不同，離心泵可分為單吸式和雙吸式兩種，單吸式構(gòu)造簡(jiǎn)單，液體從葉輪一側(cè)被吸入；雙吸式比較復(fù)雜，液體從葉輪兩側(cè)吸入。顯然，雙吸式具有較大的吸液能力，而且基本上可以消除軸向推力。

②半閉式葉輪　半閉式葉輪如圖2-40（b）所示，葉輪吸入口一側(cè)沒(méi)有前蓋板，而另一側(cè)有后蓋板，它也適用于輸送懸浮液。

③開式葉輪　開式葉輪如圖2-40（c）所示，開式葉輪兩側(cè)都沒(méi)有蓋板，制造簡(jiǎn)單，清洗方便。由于葉輪和殼體不能很好密合，部分液體會(huì)流回吸液側(cè)，因而效率較低。開式葉輪適用于輸送含雜質(zhì)的懸浮液。

（2）泵殼　離心泵的外殼多做成蝸殼形，其內(nèi)有一個(gè)截面逐漸擴(kuò)大的蝸形通道。葉輪在泵殼內(nèi)順著蝸形通道向逐漸擴(kuò)大的方向旋轉(zhuǎn)。由于通道逐漸擴(kuò)大，葉輪四周拋出的液體可逐漸降低流速，減少能量損失，從而使部分動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)化為靜壓能。有的離心泵為了減少液體進(jìn)入蝸殼時(shí)的碰撞，在葉輪與泵殼之間安裝一固定的引導(dǎo)輪，見圖2-41。引導(dǎo)輪具有很多逐漸轉(zhuǎn)向的孔道，使高速液體流過(guò)時(shí)能均勻而緩慢地將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，使能量損失降到最低程度。

（3）軸封裝置　泵軸與泵殼之間的密封又稱軸封。作用是防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周流出，或者外界空氣以相反方向流入泵殼內(nèi)。軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種形式。

3.離心泵的安裝、使用與維護(hù)

在安裝離心泵時(shí)，泵的安裝高度必須低于泵的允許吸上真空高度。管道不宜過(guò)長(zhǎng)，盡量減少?gòu)濐^，連接處要緊密，避免空氣進(jìn)入產(chǎn)生空氣囊。管道應(yīng)單獨(dú)設(shè)立支架，不要把全部質(zhì)量壓在泵上。啟動(dòng)前應(yīng)向泵殼內(nèi)注滿液體，才能啟動(dòng)工作。但是如果輸出罐液面等于或高于離心泵葉輪中心線，可直接啟動(dòng)工作，不需注入液體，使用中如有不正常聲音，應(yīng)停機(jī)檢查，排除故障后再工作。密封裝置磨損后，應(yīng)及時(shí)更換。如使用過(guò)程中出現(xiàn)吸不上料液現(xiàn)象，有可能是因?yàn)榱弦簻囟冗^(guò)高，安裝位置不當(dāng)，或料液過(guò)于黏稠造成的。離心泵每工作1000h左右，應(yīng)更換新潤(rùn)滑脂。在抽送腐蝕性液體或食品物料后，應(yīng)及時(shí)對(duì)泵進(jìn)行清洗。

二、螺桿泵

螺桿泵是一種新型的內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)式容積泵，是利用一根或數(shù)根螺桿的相互嚙合空間容積變化來(lái)輸送液體的。螺桿泵具有效率高、自吸能力強(qiáng)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，各種難以輸送的介質(zhì)都可用螺桿泵來(lái)輸送。螺桿泵有單螺桿、雙螺桿和多螺桿等幾種，按螺桿的軸向安裝位置可分為臥式和立式兩種。

1.螺桿泵結(jié)構(gòu)

單螺桿泵的結(jié)構(gòu)如圖2-42所示。泵的主要部件是轉(zhuǎn)子（螺桿）和定子（螺腔）。轉(zhuǎn)子是一根單頭螺旋的鋼轉(zhuǎn)子；定子是一個(gè)通常由彈性材料制造的、具有雙頭螺旋孔的定子。轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。泵內(nèi)的轉(zhuǎn)子是呈圓形斷面的螺桿，定子通常是泵體內(nèi)具有雙頭螺紋的橡皮襯套，螺桿的螺距為橡皮套的內(nèi)螺紋螺距的一半。螺桿在橡皮套內(nèi)作行星運(yùn)動(dòng)，螺桿是通過(guò)平行銷聯(lián)軸節(jié)（或偏心聯(lián)軸器）與電動(dòng)機(jī)相連來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)的。

2.螺桿泵工作原理

螺桿與橡皮套相配合形成一個(gè)個(gè)互不相通的封閉腔。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，封閉腔沿軸向由吸入端向排出端方向運(yùn)動(dòng)，封閉腔在排出端消失，同時(shí)在吸入端形成新的封閉腔。螺桿作行星運(yùn)動(dòng)使封閉腔不斷形成，向前運(yùn)動(dòng)以至消失即將料液向前推進(jìn)，從而產(chǎn)生抽吸料液的作用。

3.螺桿泵的使用維護(hù)

螺桿泵不能空轉(zhuǎn)，開泵前應(yīng)灌滿液體。為滿足不同流量的要求，可通過(guò)調(diào)速裝置來(lái)改變螺桿轉(zhuǎn)速，以符合生產(chǎn)需要。泵的合理轉(zhuǎn)速為750～1500r/min。轉(zhuǎn)速過(guò)高，易引起橡皮襯套發(fā)熱而損壞，過(guò)低會(huì)影響生產(chǎn)能力。對(duì)填料坯密封裝置應(yīng)定期檢查調(diào)整。每班工作結(jié)束后，應(yīng)對(duì)泵進(jìn)行清洗，對(duì)軸承要定期進(jìn)行潤(rùn)滑。

目前食品加工中多采用單螺桿臥式泵，主要用于高黏度液體及帶有固體物料的漿體，如淀粉漿、番茄醬、醬油、蜂蜜、巧克力混合料、牛奶、奶油、奶酪、肉漿及未稀釋的啤酒醪液等。

三、齒輪泵

齒輪泵是一種回轉(zhuǎn)式容積泵，主要用來(lái)輸送黏稠料液，如糖漿、油類等。齒輪泵的種類比較多，按齒輪形狀可分為正齒輪泵、斜齒輪泵、人字齒輪泵等；按齒輪的嚙合方式分為外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，外嚙合齒輪泵應(yīng)用較多。

1.外嚙合齒輪泵

外嚙合齒輪泵主要由主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、泵體及泵蓋組成，如圖2-43所示。食品加工用齒輪泵采用耐腐蝕材料如尼龍、不銹鋼等制成。

在互相嚙合的一對(duì)齒輪中，主動(dòng)齒輪由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪相嚙合而轉(zhuǎn)動(dòng)。嚙合區(qū)將工作空間分割成吸入腔和排出腔。當(dāng)一對(duì)齒輪按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，嚙合的齒輪在吸入腔逐漸分開，使吸入腔的容積逐漸增大，壓力降低，形成部分真空。液體在大氣壓作用下，經(jīng)吸料管進(jìn)入吸入腔，直至充滿各個(gè)齒間。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，液體分兩路進(jìn)入齒間，沿泵體的內(nèi)壁被齒輪擠壓送到排出腔。在排出腔里齒輪嚙合容積減小，液體壓力增大，由排出腔壓至出料管。隨著主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪的不斷旋轉(zhuǎn)，泵便能不斷吸入和排出液體。

這種齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，具有自吸功能，工作可靠，應(yīng)用范圍較廣。但是，所輸送的液體必須具有潤(rùn)滑性，否則輪齒極易磨損，甚至發(fā)生咬合現(xiàn)象。這種齒輪泵效率低，噪聲較大，流量為0.3～200m3/h，出口壓力≤4MPa。

2.內(nèi)嚙合齒輪泵

內(nèi)嚙合齒輪泵一般由一個(gè)內(nèi)齒輪和一個(gè)外齒輪圈構(gòu)成，其中內(nèi)齒輪為主動(dòng)輪，在其外側(cè)的泵體上有吸入口和壓出口，如圖2-44所示。內(nèi)齒輪與外齒輪之間裝有月牙形隔板，將進(jìn)料端與壓出端隔開，因其結(jié)構(gòu)特征，常被稱為星月泵。這種泵多作為低壓泵應(yīng)用。通常內(nèi)齒輪泵的流量≤341m3/h，出口壓力<0.7MPa。

四、羅茨泵

羅茨泵的工作原理與齒輪泵相仿，依靠?jī)蓚€(gè)嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子完成吸料和泵出。轉(zhuǎn)子形狀簡(jiǎn)單，一般為兩葉或三葉，易于拆卸清洗。這種轉(zhuǎn)子對(duì)料液的攪動(dòng)作用更小，因此對(duì)于黏稠料液的適應(yīng)能力更強(qiáng)，尤其適用于含有顆粒的黏稠料液。普通的三葉轉(zhuǎn)子形狀如圖2-45（a）所示，對(duì)于含有較大顆粒的黏稠料液，轉(zhuǎn)子還可以設(shè)計(jì)成蝴蝶形，如圖2-45（b）所示，在所有相互嚙合處均可使料液易于排出，避免因夾持顆粒而造成擠壓破損。由于羅茨泵轉(zhuǎn)子的制造精度要求較高，所以羅茨泵的價(jià)格也較高。

五、滑片泵

滑片泵屬于回轉(zhuǎn)式容積泵，它主要由泵體、轉(zhuǎn)子、滑片和兩側(cè)蓋板等組成，如圖2-46所示。轉(zhuǎn)子為圓柱形，具有徑向槽，被偏心安裝在泵殼內(nèi)，轉(zhuǎn)子表面與泵殼內(nèi)表面構(gòu)成月牙形空間。滑片置于槽中，既隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，又能沿轉(zhuǎn)子槽徑向滑動(dòng)。滑片靠離心力作用緊貼泵體內(nèi)腔（而旋片式真空泵是依靠彈簧的作用力使旋片緊貼泵腔）。轉(zhuǎn)子在前半轉(zhuǎn)時(shí)相鄰兩滑片所包圍的空間逐漸增大，形成真空，吸入液體，而轉(zhuǎn)子在后半轉(zhuǎn)時(shí)，此空間逐漸減小將液體擠到排出管中。

在輸送肉糜時(shí)，為了使肉糜中的空氣盡可能排除，減少肉糜中氣泡和脂肪氧化，保證肉糜外觀及色、香、味，還要在泵體中部安裝一個(gè)連接真空系統(tǒng)的接口，并在出口處裝有防止肉糜進(jìn)入真空管道的濾網(wǎng)。泵體與真空系統(tǒng)相連后，使肉糜在自重和真空吸力作用下進(jìn)入泵內(nèi)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定灌裝生產(chǎn)。在新型灌腸機(jī)填充用滑片泵上，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定填充，除設(shè)置中心凸輪外，泵殼也采用與中心凸輪相適應(yīng)的封閉曲線形狀。中心凸輪和外殼凸輪聯(lián)合控制滑片的徑向位置，控制可靠，而且兩凸輪控制所形成的瞬時(shí)流量穩(wěn)定，但加工制造復(fù)雜。采用軸向進(jìn)料，使得進(jìn)料容易、拆卸清洗方便，同時(shí)，保證灌腸產(chǎn)品致密，泵腔連接至真空系統(tǒng)。

六、活塞泵

活塞泵屬于往復(fù)式容積泵，依靠活塞或柱塞（泵腔較小時(shí)）在泵缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)液體輸送。在輸送液體工作時(shí)，在電動(dòng)機(jī)和曲柄帶動(dòng)下，活塞做往復(fù)活塞運(yùn)動(dòng)將液體吸入和排出，活塞泵由液力端和動(dòng)力端組成，液力端直接輸送液體，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力。適用于輸送流量較小、壓力較高的各種介質(zhì)，因?yàn)樵诹髁啃　毫Φ膱?chǎng)合更能顯示出較高的效率和良好的運(yùn)行特性。常用的有單缸單作用泵和三缸單作用泵。