質(zhì)量源于設計 風(fēng)險源于認知
離心泵（圖1）應用廣泛，在乳品、啤酒、飲料、醫藥、生物、化妝品和精細化工等行業(yè)均會(huì )涉及到離心泵的使用。1000多年前，中國發(fā)明并使用的"水車(chē)"是最早出現的離心泵原型；17世紀，人類(lèi)利用"水車(chē)原理"制作的第一臺離心泵問(wèn)世。離心泵的工作原理：當泵腔內充滿(mǎn)液體時(shí)，在電機運行帶動(dòng)軸和葉輪旋轉的過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生離心力，液體在做圓周運動(dòng)時(shí)自葉輪中心向外周拋出，同時(shí)，在葉輪的中心部分形成低壓區并與吸入液面的壓力形成壓力差，于是液體會(huì )不斷的被"吸入"并以一定的壓力排出，從而實(shí)現連續輸送的功能。
圖1 離心泵
根據使用工況的不同，制藥行業(yè)用的離心泵大致分為普通型離心泵和自吸型離心泵；根據所能達到的流量與揚程范圍不同，普通型離心泵可分為單級離心泵和多級離心泵；根據葉輪的設計不同，離心泵又可分為工業(yè)級、食品級和無(wú)菌級。
效率是離心泵的重要生產(chǎn)指標之一，離心泵葉輪的設計可分為封閉式、半開(kāi)放式和全開(kāi)放式三類(lèi)（圖2）。封閉式葉輪屬于典型的工業(yè)級的葉輪設計，半開(kāi)放式葉輪屬于食品與制藥級的葉輪設計，全開(kāi)放式葉輪屬于無(wú)菌級的葉輪設計。封閉式葉輪的優(yōu)點(diǎn)是流速快、效率高，滿(mǎn)足對大流量、高揚程的工況要求，因此，工業(yè)級離心泵的工作效率可以達到88%；半封閉式葉輪的特點(diǎn)是兼顧了流速、效率與衛生型設計的要求，其工作效率不超過(guò)60%，常用于食品、飲料與制藥行業(yè)；在生物制藥等無(wú)菌要求極高的行業(yè)，為保證離心泵的無(wú)菌級要求，葉輪常采用全開(kāi)放式設計，其工作效率也會(huì )大幅度的降低，通常情況下，無(wú)菌型離心泵的效率只有30%左右。
圖2 葉輪的分類(lèi)
單級離心泵的泵腔內只有一個(gè)葉輪，在制藥行業(yè)的流體工藝系統輸送操作中，衛生型單級離心泵廣泛應用于制藥用水系統、無(wú)菌配液系統和在線(xiàn)清洗系統（CIP），"開(kāi)放式、無(wú)死角"已成為無(wú)菌級衛生型離心泵的設計方向，該設計需保證在泵腔內的任何一個(gè)部位都不存在死角，任何一個(gè)部位都可以被物料完全、足夠的浸潤，以達到任何一個(gè)部位都可以在CIP過(guò)程中完成自身的清洗，同時(shí)，該設計還能對機械密封實(shí)現化的自冷卻（圖3）。衛生型離心泵在使用時(shí)流速相對柔緩，適合輸送無(wú)菌藥液、生物制品等敏感性物料，可有效減少對物料成分的破壞；同時(shí)，該泵需滿(mǎn)足原位在線(xiàn)清洗與在線(xiàn)滅菌的要求，并能耐受高溫、酸液、堿液等工況。
圖3 開(kāi)放式、無(wú)死角設計
當前，高效、環(huán)保與節能的要求對離心泵的重新設計提出了新的要求。近兩年，高效電機IE2和IE3已經(jīng)在歐洲被要求強制使用，高效電機的合理使用與衛生型離心泵設計效率的提高相結合，將為高效、環(huán)保與節能目標的實(shí)現起到實(shí)質(zhì)性作用。因此，如何提高衛生型離心泵的效率已成為泵體供應商的主要研究課題之一。
2013年，德國某知名離心泵供應商迎接了該挑戰，該公司在原有的"KN系列"離心泵的基礎上完成了全新的"KyNX系列"離心泵的研發(fā)，該泵除保留了原有的AISI 316L/1.4404鍛造設計、渦輪設計泵殼與內置型機械密封等特點(diǎn)外，在泵體工作效率方便有了大幅度地提高，其創(chuàng )新的核心是葉輪部分采用了半開(kāi)放式的"雙面葉翼"設計（圖4）。
圖4 "KyNX系列"離心泵
"雙面葉翼"設計使衛生型離心泵的效率較常規設計提高了10%，極限設計可超過(guò)70%。"KyNX"系列離心泵可以達到常規離心泵在衛生工況下無(wú)法達到的參數，并在機械密封周?chē)梢垣@得持續的固定壓力，即便接近該區域的液體汽化壓力也不會(huì )引起機械密封的干轉，從而可延長(cháng)機械密封的使用壽命，同時(shí)，新葉輪設計下離心泵的整體汽蝕余量值（NPSHr）也發(fā)生了顯著(zhù)下降，更有效地避免了汽蝕現象對離心泵產(chǎn)生的傷害。
綜上所述，新款"KyNX系列"離心泵是IE2/IE3高效電機與高效優(yōu)良的"雙面葉翼"設計完美融合的新產(chǎn)品，有效解決了現代工業(yè)對離心泵在高效、環(huán)保節能與衛生等多方面的綜合要求，它必將成為離心泵行業(yè)的又一個(gè)劃時(shí)代產(chǎn)品。
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【專(zhuān)家簡(jiǎn)介】張功臣，制藥行業(yè)專(zhuān)家，主要從事制藥流體與生物工藝系統的研究與實(shí)踐，全國制藥工程設計競賽委員會(huì )專(zhuān)家，ISPE培訓專(zhuān)家，國家藥監局檢查員培訓專(zhuān)家，國家標準《GB50913-2013 醫藥工藝用水系統設計規范》編委。
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