質(zhì)量源于設計 風險源于認知
離心泵（圖1）應用廣泛，在乳品、啤酒、飲料、醫(yī)藥、生物、化妝品和精細化工等行業(yè)均會涉及到離心泵的使用。1000多年前，中國發(fā)明并使用的"水車"是最早出現(xiàn)的離心泵原型；17世紀，人類利用"水車原理"制作的第一臺離心泵問世。離心泵的工作原理：當泵腔內(nèi)充滿液體時，在電機運行帶動軸和葉輪旋轉(zhuǎn)的過程中會產(chǎn)生離心力，液體在做圓周運動時自葉輪中心向外周拋出，同時，在葉輪的中心部分形成低壓區(qū)并與吸入液面的壓力形成壓力差，于是液體會不斷的被"吸入"并以一定的壓力排出，從而實現(xiàn)連續(xù)輸送的功能。
圖1 離心泵
根據(jù)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(jù)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(jù)葉輪的設計不同，離心泵又可分為工業(yè)級、食品級和無菌級。
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、半開放式和全開放式三類（圖2）。封閉式葉輪屬于典型的工業(yè)級的葉輪設計，半開放式葉輪屬于食品與制藥級的葉輪設計，全開放式葉輪屬于無菌級的葉輪設計。封閉式葉輪的優(yōu)點是流速快、效率高，滿足對大流量、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是兼顧了流速、效率與衛(wèi)生型設計的要求，其工作效率不超過60%，常用于食品、飲料與制藥行業(yè)；在生物制藥等無菌要求極高的行業(yè)，為保證離心泵的無菌級要求，葉輪常采用全開放式設計，其工作效率也會大幅度的降低，通常情況下，無菌型離心泵的效率只有30%左右。
圖2 葉輪的分類
單級離心泵的泵腔內(nèi)只有一個葉輪，在制藥行業(yè)的流體工藝系統(tǒng)輸送操作中，衛(wèi)生型單級離心泵廣泛應用于制藥用水系統(tǒng)、無菌配液系統(tǒng)和在線清洗系統(tǒng)（CIP），"開放式、無死角"已成為無菌級衛(wèi)生型離心泵的設計方向，該設計需保證在泵腔內(nèi)的任何一個部位都不存在死角，任何一個部位都可以被物料完全、足夠的浸潤，以達到任何一個部位都可以在CIP過程中完成自身的清洗，同時，該設計還能對機械密封實現(xiàn)化的自冷卻（圖3）。衛(wèi)生型離心泵在使用時流速相對柔緩，適合輸送無菌藥液、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，該泵需滿足原位在線清洗與在線滅菌的要求，并能耐受高溫、酸液、堿液等工況。
圖3 開放式、無死角設計
當前，高效、環(huán)保與節(jié)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(wèi)生型離心泵設計效率的提高相結合，將為高效、環(huán)保與節(jié)能目標的實現(xiàn)起到實質(zhì)性作用。因此，如何提高衛(wèi)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(zhàn)，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(nèi)置型機械密封等特點外，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(wèi)生型離心泵的效率較常規(guī)設計提高了10%，極限設計可超過70%。"KyNX"系列離心泵可以達到常規(guī)離心泵在衛(wèi)生工況下無法達到的參數(shù)，并在機械密封周圍可以獲得持續(xù)的固定壓力，即便接近該區(qū)域的液體汽化壓力也不會引起機械密封的干轉(zhuǎn)，從而可延長機械密封的使用壽命，同時，新葉輪設計下離心泵的整體汽蝕余量值（NPSHr）也發(fā)生了顯著下降，更有效地避免了汽蝕現(xiàn)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(xiàn)代工業(yè)對離心泵在高效、環(huán)保節(jié)能與衛(wèi)生等多方面的綜合要求，它必將成為離心泵行業(yè)的又一個劃時代產(chǎn)品。
參考文獻
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【專家簡介】張功臣，制藥行業(yè)專家，主要從事制藥流體與生物工藝系統(tǒng)的研究與實踐，全國制藥工程設計競賽委員會專家，ISPE培訓專家，國家藥監(jiān)局檢查員培訓專家，國家標準《GB50913-2013 醫(yī)藥工藝用水系統(tǒng)設計規(guī)范》編委。
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