第二节　液体输送设备

食品工业有许多类型的液体输送泵，按工作原理和结构特征不同，泵可分为叶轮泵和容积泵。

叶轮泵是将泵中叶轮高速旋转的机械能转化为液体的动能和压能。由于叶轮中有弯曲且扭曲的叶片，故称叶轮泵，也叫叶片泵。根据叶轮结构对液体作用力的不同又分为如下几种。

（1）离心泵　离心泵依靠高速旋转叶轮对被泵送液料的动力作用，把能量连续传递给料液而完成输送。食品工业中液体输送主要是离心泵，如奶泵、饮料泵、水泵等。

（2）轴流泵　靠叶轮旋转产生的轴向推力而抽送液体的泵。属于低扬程、大流量泵型，一般的性能范围：扬程1～12m，流量0.3～65m3/s，比转数500～1600。　

（3）混流泵　叶轮旋转既产生惯性离心力又产生轴向推力而抽送液体的泵。

（4）旋涡泵　就是靠旋转叶轮对液体的作用力，在液体运动方向上给液体以冲量来传递动能以实现输送液体。旋涡泵是一种高压泵、清水泵。

容积泵又称正排量泵、正位移泵，这种泵通过包容料液的封闭工作空间（泵腔）周期性的容积变化或位置移动，把能量周期性地传递给料液，使料液的压力增加，直至强制排出。根据主要构件的运动形式，常见容积泵又分为往复泵（如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵）和转子泵（如螺杆泵、齿轮泵、罗茨泵、滑片泵、挠性泵等）。下面对主要液体输送泵进行阐述。

一、离心泵

离心泵是食品加工中应用比较广泛的流体输送设备。离心泵构造简单，便于拆卸、清理、冲洗和消毒，机械效率较高。适用于输送水、乳品、冰激凌、糖蜜和油脂等，也可用来输送带有固体悬浮物的料液。

1.离心泵的工作原理

离心泵的工作原理如图2-38所示。在蜗壳形的泵壳2内，有一固定在泵轴上的工作叶轮1。叶轮上有6～12片稍微向后弯曲的叶片，叶片之间形成了液体通道。泵壳中央有液体吸入口和吸入管连接，液体经滤网6、底阀5和吸入管4进到泵内。泵壳上的液体排出口7与调节阀8和排出管9连接，泵轴3用电动机或其他动力装置带动。

启动前，先将泵壳2内充满被输送液体，启动后泵轴3带动叶轮1旋转，叶片间的液体随叶轮1一起旋转。在离心力作用下，液体沿着叶片间通道从叶轮中心进口处被甩到叶轮外围，以高速流入泵壳2，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。于是液体以较高的压力，从排出口7进入排出管9，输送到所需的场所。当叶轮中心的液体被甩出后，泵壳的吸入口就形成了一定的真空，外面的大气压力迫使液体经底阀5和吸入管4进入泵内，填补了液体排出后的空间。这样，只要叶轮1不停旋转，液体就源源不断地被吸入与排出。

离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸到泵内，虽启动离心泵，但不能输送液体，此现象称为“气缚”。为便于使泵内充满液体，在吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为止回阀，滤网是为了防止固体物质进到泵内，损坏叶轮叶片或妨碍泵的正常操作。

2.离心泵的主要部件

离心泵结构如图2-39所示。离心泵的主要构件有叶轮、泵壳和轴封装置。食品厂最常使用的离心式饮料泵，因其泵壳内所有构件都是用不锈钢制作，通常称之为卫生泵，在饮料厂常用于输送原浆、料液等。考虑到食品卫生和经常清洗的要求，食品工厂常选用的离心式饮料泵为叶片少的封闭型叶轮，泵盖及叶轮拆装方便，其轴封多采用不透性石墨端密封结构。

（1）叶轮　从离心泵的工作原理可知，叶轮是离心泵的最重要部件。按结构可分为三种，见图2-40。

①闭式叶轮　闭式叶轮如图2-40（a）所示，叶片两侧都有盖板，这种叶轮效率较高，应用最广，但只适用于输送清洁液体。按吸液方式的不同，离心泵可分为单吸式和双吸式两种，单吸式构造简单，液体从叶轮一侧被吸入；双吸式比较复杂，液体从叶轮两侧吸入。显然，双吸式具有较大的吸液能力，而且基本上可以消除轴向推力。

②半闭式叶轮　半闭式叶轮如图2-40（b）所示，叶轮吸入口一侧没有前盖板，而另一侧有后盖板，它也适用于输送悬浮液。

③开式叶轮　开式叶轮如图2-40（c）所示，开式叶轮两侧都没有盖板，制造简单，清洗方便。由于叶轮和壳体不能很好密合，部分液体会流回吸液侧，因而效率较低。开式叶轮适用于输送含杂质的悬浮液。

（2）泵壳　离心泵的外壳多做成蜗壳形，其内有一个截面逐渐扩大的蜗形通道。叶轮在泵壳内顺着蜗形通道向逐渐扩大的方向旋转。由于通道逐渐扩大，叶轮四周抛出的液体可逐渐降低流速，减少能量损失，从而使部分动能有效地转化为静压能。有的离心泵为了减少液体进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间安装一固定的引导轮，见图2-41。引导轮具有很多逐渐转向的孔道，使高速液体流过时能均匀而缓慢地将动能转化为静压能，使能量损失降到最低程度。

（3）轴封装置　泵轴与泵壳之间的密封又称轴封。作用是防止高压液体从泵壳内沿轴的四周流出，或者外界空气以相反方向流入泵壳内。轴封装置有填料密封和机械密封两种形式。

3.离心泵的安装、使用与维护

在安装离心泵时，泵的安装高度必须低于泵的允许吸上真空高度。管道不宜过长，尽量减少弯头，连接处要紧密，避免空气进入产生空气囊。管道应单独设立支架，不要把全部质量压在泵上。启动前应向泵壳内注满液体，才能启动工作。但是如果输出罐液面等于或高于离心泵叶轮中心线，可直接启动工作，不需注入液体，使用中如有不正常声音，应停机检查，排除故障后再工作。密封装置磨损后，应及时更换。如使用过程中出现吸不上料液现象，有可能是因为料液温度过高，安装位置不当，或料液过于黏稠造成的。离心泵每工作1000h左右，应更换新润滑脂。在抽送腐蚀性液体或食品物料后，应及时对泵进行清洗。

二、螺杆泵

螺杆泵是一种新型的内啮合回转式容积泵，是利用一根或数根螺杆的相互啮合空间容积变化来输送液体的。螺杆泵具有效率高、自吸能力强、适用范围广等优点，各种难以输送的介质都可用螺杆泵来输送。螺杆泵有单螺杆、双螺杆和多螺杆等几种，按螺杆的轴向安装位置可分为卧式和立式两种。

1.螺杆泵结构

单螺杆泵的结构如图2-42所示。泵的主要部件是转子（螺杆）和定子（螺腔）。转子是一根单头螺旋的钢转子；定子是一个通常由弹性材料制造的、具有双头螺旋孔的定子。转子在定子内转动。泵内的转子是呈圆形断面的螺杆，定子通常是泵体内具有双头螺纹的橡皮衬套，螺杆的螺距为橡皮套的内螺纹螺距的一半。螺杆在橡皮套内作行星运动，螺杆是通过平行销联轴节（或偏心联轴器）与电动机相连来转动的。

2.螺杆泵工作原理

螺杆与橡皮套相配合形成一个个互不相通的封闭腔。当螺杆转动时，封闭腔沿轴向由吸入端向排出端方向运动，封闭腔在排出端消失，同时在吸入端形成新的封闭腔。螺杆作行星运动使封闭腔不断形成，向前运动以至消失即将料液向前推进，从而产生抽吸料液的作用。

3.螺杆泵的使用维护

螺杆泵不能空转，开泵前应灌满液体。为满足不同流量的要求，可通过调速装置来改变螺杆转速，以符合生产需要。泵的合理转速为750～1500r/min。转速过高，易引起橡皮衬套发热而损坏，过低会影响生产能力。对填料坯密封装置应定期检查调整。每班工作结束后，应对泵进行清洗，对轴承要定期进行润滑。

目前食品加工中多采用单螺杆卧式泵，主要用于高黏度液体及带有固体物料的浆体，如淀粉浆、番茄酱、酱油、蜂蜜、巧克力混合料、牛奶、奶油、奶酪、肉浆及未稀释的啤酒醪液等。

三、齿轮泵

齿轮泵是一种回转式容积泵，主要用来输送黏稠料液，如糖浆、油类等。齿轮泵的种类比较多，按齿轮形状可分为正齿轮泵、斜齿轮泵、人字齿轮泵等；按齿轮的啮合方式分为外啮合和内啮合两种，外啮合齿轮泵应用较多。

1.外啮合齿轮泵

外啮合齿轮泵主要由主动齿轮、从动齿轮、泵体及泵盖组成，如图2-43所示。食品加工用齿轮泵采用耐腐蚀材料如尼龙、不锈钢等制成。

在互相啮合的一对齿轮中，主动齿轮由电动机带动旋转，从动齿轮与主动齿轮相啮合而转动。啮合区将工作空间分割成吸入腔和排出腔。当一对齿轮按图示方向转动时，啮合的齿轮在吸入腔逐渐分开，使吸入腔的容积逐渐增大，压力降低，形成部分真空。液体在大气压作用下，经吸料管进入吸入腔，直至充满各个齿间。随着齿轮的转动，液体分两路进入齿间，沿泵体的内壁被齿轮挤压送到排出腔。在排出腔里齿轮啮合容积减小，液体压力增大，由排出腔压至出料管。随着主动齿轮、从动齿轮的不断旋转，泵便能不断吸入和排出液体。

这种齿轮泵结构简单，质量轻，具有自吸功能，工作可靠，应用范围较广。但是，所输送的液体必须具有润滑性，否则轮齿极易磨损，甚至发生咬合现象。这种齿轮泵效率低，噪声较大，流量为0.3～200m3/h，出口压力≤4MPa。

2.内啮合齿轮泵

内啮合齿轮泵一般由一个内齿轮和一个外齿轮圈构成，其中内齿轮为主动轮，在其外侧的泵体上有吸入口和压出口，如图2-44所示。内齿轮与外齿轮之间装有月牙形隔板，将进料端与压出端隔开，因其结构特征，常被称为星月泵。这种泵多作为低压泵应用。通常内齿轮泵的流量≤341m3/h，出口压力<0.7MPa。

四、罗茨泵

罗茨泵的工作原理与齿轮泵相仿，依靠两个啮合转动的转子完成吸料和泵出。转子形状简单，一般为两叶或三叶，易于拆卸清洗。这种转子对料液的搅动作用更小，因此对于黏稠料液的适应能力更强，尤其适用于含有颗粒的黏稠料液。普通的三叶转子形状如图2-45（a）所示，对于含有较大颗粒的黏稠料液，转子还可以设计成蝴蝶形，如图2-45（b）所示，在所有相互啮合处均可使料液易于排出，避免因夹持颗粒而造成挤压破损。由于罗茨泵转子的制造精度要求较高，所以罗茨泵的价格也较高。

五、滑片泵

滑片泵属于回转式容积泵，它主要由泵体、转子、滑片和两侧盖板等组成，如图2-46所示。转子为圆柱形，具有径向槽，被偏心安装在泵壳内，转子表面与泵壳内表面构成月牙形空间。滑片置于槽中，既随转子转动，又能沿转子槽径向滑动。滑片靠离心力作用紧贴泵体内腔（而旋片式真空泵是依靠弹簧的作用力使旋片紧贴泵腔）。转子在前半转时相邻两滑片所包围的空间逐渐增大，形成真空，吸入液体，而转子在后半转时，此空间逐渐减小将液体挤到排出管中。

在输送肉糜时，为了使肉糜中的空气尽可能排除，减少肉糜中气泡和脂肪氧化，保证肉糜外观及色、香、味，还要在泵体中部安装一个连接真空系统的接口，并在出口处装有防止肉糜进入真空管道的滤网。泵体与真空系统相连后，使肉糜在自重和真空吸力作用下进入泵内，实现稳定灌装生产。在新型灌肠机填充用滑片泵上，为实现稳定填充，除设置中心凸轮外，泵壳也采用与中心凸轮相适应的封闭曲线形状。中心凸轮和外壳凸轮联合控制滑片的径向位置，控制可靠，而且两凸轮控制所形成的瞬时流量稳定，但加工制造复杂。采用轴向进料，使得进料容易、拆卸清洗方便，同时，保证灌肠产品致密，泵腔连接至真空系统。

六、活塞泵

活塞泵属于往复式容积泵，依靠活塞或柱塞（泵腔较小时）在泵缸内做往复运动来实现液体输送。在输送液体工作时，在电动机和曲柄带动下，活塞做往复活塞运动将液体吸入和排出，活塞泵由液力端和动力端组成，液力端直接输送液体，把机械能转换成液体的压力。适用于输送流量较小、压力较高的各种介质，因为在流量小、压力的场合更能显示出较高的效率和良好的运行特性。常用的有单缸单作用泵和三缸单作用泵。