在工業(yè)生產(chǎn)中,高粘度介質(zhì)(通常指粘度大于1000cP的介質(zhì),如熔融塑料、粘稠樹脂、膏狀物料等)的輸送一直是技術(shù)難點(diǎn)。這類介質(zhì)流動(dòng)性差、易殘留、輸送阻力大,普通泵型難以達(dá)到穩(wěn)定輸送需求。轉(zhuǎn)子泵作為一種容積式泵,憑借特別的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與工作原理,在高粘度介質(zhì)輸送中展現(xiàn)出明顯優(yōu)點(diǎn),普遍應(yīng)用于化工、食品、橡膠、涂料等區(qū)域。以下從轉(zhuǎn)子泵適配高粘度介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)、具體應(yīng)用場(chǎng)景及使用注意事項(xiàng)三方面展開說明。
一、轉(zhuǎn)子泵適配高粘度介質(zhì)的核心優(yōu)點(diǎn)
轉(zhuǎn)子泵主要依靠?jī)蓚€(gè)或多個(gè)同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,在泵腔內(nèi)形成周期性容積變化,通過吸入、擠壓、排出三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)介質(zhì)輸送。相較于齒輪泵、離心泵等其他泵型,其適配高粘度介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)集中體現(xiàn)在三方面。
一是低剪切力輸送,保護(hù)介質(zhì)特性。高粘度介質(zhì)(如食品行業(yè)的巧克力漿、化工行業(yè)的高分子樹脂)對(duì)剪切力敏感,過度剪切易導(dǎo)致介質(zhì)成分破壞、性能劣化。轉(zhuǎn)子泵的轉(zhuǎn)子采用漸開線、擺線等柔和齒形設(shè)計(jì),旋轉(zhuǎn)時(shí)與泵腔內(nèi)壁無剛性摩擦,且介質(zhì)在泵腔內(nèi)流動(dòng)路徑平緩,剪切力遠(yuǎn)低于齒輪泵,能大程度保留介質(zhì)原有特性,避免因輸送過程影響產(chǎn)品質(zhì)量。
二是強(qiáng)自吸能力,適應(yīng)高粘度介質(zhì)流動(dòng)性差的特點(diǎn)。高粘度介質(zhì)因分子間作用力大,難以依靠自身重力進(jìn)入泵腔,普通離心泵易出現(xiàn)“吸空”現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子泵在運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)形成的真空度愈高(通常可達(dá)-0.08MPa以上),且吸入通道設(shè)計(jì)愈寬,能快將高粘度介質(zhì)吸入泵腔,即使介質(zhì)粘度超過100000cP,仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定自吸,無需額外設(shè)置灌注裝置。
三是抗堵塞、易清潔,降低維護(hù)成本。高粘度介質(zhì)易在泵腔內(nèi)殘留、凝固,若清理不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致堵塞。轉(zhuǎn)子泵的泵腔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)子與泵腔間隙可根據(jù)介質(zhì)粘度調(diào)整(通常為0.1-0.5mm),減少介質(zhì)殘留空間;部分型號(hào)采用快拆式結(jié)構(gòu),松開螺栓即可拆解轉(zhuǎn)子與泵腔,便于清理殘留介質(zhì)。同時(shí),轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中對(duì)介質(zhì)有攪拌作用,能減少介質(zhì)沉淀,進(jìn)一步降低堵塞風(fēng)險(xiǎn)。
二、轉(zhuǎn)子泵在高粘度介質(zhì)中的具體應(yīng)用場(chǎng)景
(一)化工行業(yè):高粘度樹脂、膠粘劑輸送
化工行業(yè)常需輸送環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、熱熔膠等高粘度介質(zhì)(粘度通常為5000-50000cP),這類介質(zhì)在常溫下易凝固,且對(duì)輸送過程中的溫度、剪切力敏感。轉(zhuǎn)子泵在該場(chǎng)景中的應(yīng)用需主要關(guān)注溫度控制與材質(zhì)適配。
輸送時(shí),需為轉(zhuǎn)子泵配備夾套式泵體,通過通入熱水或蒸汽(溫度根據(jù)介質(zhì)特性設(shè)定,一般為50-150℃)加熱泵腔,維持介質(zhì)粘度在適宜輸送范圍;材質(zhì)方面,泵體、轉(zhuǎn)子選用316L不銹鋼或哈氏合金,防止樹脂中的固化劑、催化劑腐蝕設(shè)備;密封件選用不怕溫不怕化學(xué)腐蝕的全氟醚橡膠,避免介質(zhì)泄漏。例如,在環(huán)氧樹脂生產(chǎn)線中,采用流量為10-30m³/h、壓力為0.8-1.6MPa的雙轉(zhuǎn)子泵,可實(shí)現(xiàn)樹脂從反應(yīng)釜到成型設(shè)備的連續(xù)輸送,且輸送過程中樹脂粘度變化率低于5%,達(dá)到生產(chǎn)工藝要求。
(二)食品行業(yè):膏狀物料、高糖醬料輸送
食品行業(yè)的果醬、蜂蜜、巧克力漿、肉糜等均屬于高粘度介質(zhì)(粘度2000-20000cP),對(duì)設(shè)備衛(wèi)生性、要求高。轉(zhuǎn)子泵在該場(chǎng)景中需以“衛(wèi)生級(jí)設(shè)計(jì)”為核心選型標(biāo)準(zhǔn)。
材質(zhì)上,所有與介質(zhì)接觸的部件(轉(zhuǎn)子、泵腔、密封件)需選用316L 不銹鋼,表面拋光精度達(dá) Ra≤0.4μm,避免介質(zhì)殘留滋生病菌;密封件采用硅橡膠,符合 FDA 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),防止不好的物質(zhì)溶出。輸送巧克力漿時(shí),因巧克力漿含可可脂,溫度過低易凝固,需通過夾套泵體將溫度控制在 35-45℃,同時(shí)選用擺線轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),降低剪切力,避免可可脂析出影響口感。某大型糖果廠采用流量為 5-15m³/h、壓力為 0.4-0.8MPa 的衛(wèi)生級(jí)轉(zhuǎn)子泵輸送巧克力漿,實(shí)現(xiàn)了從攪拌罐到澆注機(jī)的無間斷輸送,且設(shè)備清洗時(shí)間較守舊齒輪泵縮短 60%。
(三)橡膠行業(yè):橡膠膠漿、熔融橡膠輸送
橡膠行業(yè)的橡膠膠漿(粘度 10000-100000cP)、熔融橡膠(溫度 150-200℃)輸送,對(duì)泵的高溫、防止磨損性能要求嚴(yán)格。轉(zhuǎn)子泵在該場(chǎng)景中的應(yīng)用需經(jīng)得起高溫設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
泵體采用高溫鑄鐵或不銹鋼,轉(zhuǎn)子選用合金鋼材(如鉻鉬鋼),并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,提升表面硬度(HRC≥50),承受熔融橡膠的高溫與摩擦;軸承選用經(jīng)得起高溫陶瓷軸承,配合高溫潤(rùn)滑脂,確定在 200℃以上環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。輸送橡膠膠漿時(shí),因膠漿中含有炭黑、硫化劑等固體顆粒,需將轉(zhuǎn)子與泵腔間隙調(diào)整至 0.3-0.5mm,避免顆??ㄔ陂g隙中損壞轉(zhuǎn)子;同時(shí),在泵進(jìn)入口設(shè)置過濾精度為 1mm 的濾網(wǎng),防止大塊雜質(zhì)進(jìn)入泵腔。例如,在輪胎生產(chǎn)過程中,采用流量為 20-50m³/h、壓力為 1.2-2.0MPa 的多轉(zhuǎn)子泵,可將熔融橡膠輸送至壓延機(jī),輸送速率較守舊螺桿泵提升 30%,且設(shè)備故障率降低。
(四)涂料行業(yè):高粘度膩?zhàn)印⒑駶{型涂料輸送
涂料行業(yè)的厚漿型涂料、膩?zhàn)樱ㄕ扯?5000-30000cP)含有大量顏料、填料,易沉淀、堵塞管路,且對(duì)輸送過程中的攪拌均勻性有要求。轉(zhuǎn)子泵在該場(chǎng)景中的應(yīng)用需注重防沉淀與流量穩(wěn)定性。
選型時(shí),選擇擇用三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子泵,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的攪拌作用不錯(cuò),能防止顏料沉淀;泵腔流道設(shè)計(jì)為大口徑、光滑內(nèi)壁,減少顏料堆積;流量控制方面,通過變頻電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(通常為 100-500r/min),實(shí)現(xiàn)流量準(zhǔn)確控制(誤差≤±2%),達(dá)到不同涂裝工藝對(duì)涂料流量的要求。在厚漿型涂料生產(chǎn)線中,采用流量為 5-20m³/h、壓力為 0.6-1.2MPa 的轉(zhuǎn)子泵,可將涂料從分散罐輸送至過濾設(shè)備,且輸送后涂料的固含量偏差小于 1%,確定涂裝質(zhì)量。
三、轉(zhuǎn)子泵在高粘度介質(zhì)應(yīng)用中的注意事項(xiàng)
一是正確調(diào)整轉(zhuǎn)子間隙。間隙過大易導(dǎo)致介質(zhì)回流,降低輸送速率;間隙過小則可能因介質(zhì)中微量顆粒造成轉(zhuǎn)子與泵腔摩擦損壞。需根據(jù)介質(zhì)粘度、含固量調(diào)整間隙,粘度越高、含固量越大,間隙應(yīng)適當(dāng)增大(如介質(zhì)粘度 50000cP 以上,間隙調(diào)整為 0.3-0.5mm)。
二是控制運(yùn)行轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速過高會(huì)增加介質(zhì)剪切力,且可能導(dǎo)致泵腔內(nèi)溫度升高,影響介質(zhì)特性;轉(zhuǎn)速過低則會(huì)降低輸送速率。通常建議轉(zhuǎn)速控制在 100-600r/min,具體根據(jù)介質(zhì)粘度確定,粘度過高時(shí)適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。
三是定期維護(hù)密封系統(tǒng)。高粘度介質(zhì)易侵入密封面,導(dǎo)致密封失效。需每周檢查密封件磨損情況,每 3 個(gè)月替換一次密封潤(rùn)滑脂;若發(fā)現(xiàn)密封泄漏,及時(shí)替換密封件,避免介質(zhì)泄漏引發(fā)穩(wěn)定隱患。