齒輪泵在特殊工況下的應(yīng)用

2012-08-22

齒輪泵在特殊工況下的應(yīng)用

　　齒輪泵在特殊工況下的應(yīng)用很多應(yīng)用場(chǎng)合下，泵不只是簡(jiǎn)單地輸送常溫低壓的水類介質(zhì)。隨著粘度升高，離心泵會(huì)變得低效，用戶需要考慮采用正位移泵（PD泵，或稱容積式泵）。
　　
　　當(dāng)壓力需要升高，一些正位移泵難以為繼。當(dāng)溫度升高時(shí)。其他的泵也將失效。那么當(dāng)需要35公斤以上的壓力，或者300攝氏度的高溫，又或者粘度高達(dá)幾十萬(wàn)或幾百萬(wàn)厘泊時(shí)怎么辦？也許有些泵經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)或修改現(xiàn)有設(shè)計(jì)，可以滿足其中一個(gè)或者兩個(gè)要求，但是當(dāng)工況需要泵滿足全部這些苛刻條件時(shí)怎么辦？這就需要為這些惡劣工況設(shè)計(jì)的高性能外嚙合齒輪泵。這種泵通過(guò)專門優(yōu)化的材質(zhì)、間隙及設(shè)計(jì)，可以處理任何一種或所有這些工況。外齒輪泵有兩根相同尺寸的嚙合齒輪軸。驅(qū)動(dòng)軸連接電機(jī)或減速機(jī)（通過(guò)彈性聯(lián)軸器）并帶動(dòng)另一根軸。在重載型工業(yè)齒輪泵內(nèi)，齒輪通常與軸為整體一個(gè)部件，軸頸的公差很小。齒輪軸為整體是為了承受高壓、高粘度下的高扭矩載荷。四個(gè)軸頸處的滑動(dòng)軸承動(dòng)態(tài)支撐且以泵送介質(zhì)潤(rùn)滑軸承。有三種常見的齒輪形式:直齒、斜齒和人字齒。這三種形式各有利弊，有不同的應(yīng)用。直齒是簡(jiǎn)單的形式，在高壓工況下為應(yīng)用，因?yàn)闆](méi)有軸向推力，且輸送效率較高。斜齒在輸送過(guò)程中的脈動(dòng)小，且在較高速度運(yùn)行時(shí)更加安靜，因?yàn)辇X的嚙合是漸進(jìn)式的。但是，由于軸向推動(dòng)力的作用，軸承材質(zhì)的選用可能會(huì)造成進(jìn)出口壓差有限、處理粘度較低。因?yàn)檩S向力會(huì)將齒輪推向軸承斷面而摩擦，所以只有選用硬度較高的軸承材質(zhì)或在其斷面做特殊設(shè)計(jì)，才能應(yīng)對(duì)這種軸向推力。人字齒是背對(duì)背的斜齒形式了，能提供比直齒稍低的脈動(dòng)，且軸向力可被平衡。然而，制造成本高，組裝/拆卸困難，因?yàn)楸仨毘蓪?duì)安裝。在高粘度應(yīng)用中，液體容易固化，或是在非常大的泵中，這的確是個(gè)大的弊端。外齒輪泵的運(yùn)行原理很簡(jiǎn)單，液體進(jìn)入泵吸入端，被嚙合的齒間空穴吸入，然后在齒間空穴內(nèi)被帶動(dòng)，沿齒輪軸外緣到達(dá)出口端。重新嚙合的齒將液體推出空穴進(jìn)入背壓處。理論上說(shuō)，正位移泵的額定流量和壓力無(wú)關(guān)。但是，容積失效或內(nèi)泄漏是所以形式的正位移泵所固有的。為了達(dá)到高壓差和所需額定流量，齒輪泵必須克服這種內(nèi)泄漏。
　　
　　內(nèi)泄漏有四種：1：齒輪軸頸與軸承之間 2：齒輪端面與軸承端面之間，3：齒頂與泵殼之間，4：嚙合齒之間。
　　
　　為使泵的承壓能力大，這些配合部件之間的間隙必須愈小愈好以限制內(nèi)漏。但是，只是縮小間隙并非說(shuō)起來(lái)那樣簡(jiǎn)單，也必須考慮其他因素如溫度、粘度和選材。由內(nèi)泄漏并非全是壞事。在齒輪泵中，有些內(nèi)漏是必須的，用來(lái)潤(rùn)滑內(nèi)部通路，并在滑動(dòng)軸承內(nèi)形成液膜以動(dòng)態(tài)支撐齒輪軸。正確的設(shè)計(jì)應(yīng)該是，內(nèi)泄漏量是流量的1-3%。材質(zhì)選用是高溫工業(yè)泵選型中非常重要的。齒輪泵經(jīng)常用來(lái)輸送高腐蝕性、耐磨性或易變性流體。泵殼、軸和軸承材質(zhì)首先要與泵送液體相匹配。當(dāng)在額外考慮高溫時(shí)，泵的設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜，甚至需要考慮各種不同材質(zhì)的熱膨脹性。如前所述，內(nèi)部間隙需愈小愈好以達(dá)到壓力能力。在高溫情況下，由于部件的熱脹性泵需要在既有的間隙內(nèi)膨脹。這已經(jīng)超出了大多數(shù)通用型齒輪泵生產(chǎn)廠家的通常的考量范圍。高估材料熱脹性會(huì)導(dǎo)致泵的間隙過(guò)松，而不能產(chǎn)生所需壓力；低估熱脹性會(huì)導(dǎo)致泵在達(dá)到過(guò)程溫度時(shí)發(fā)生抱死。基于這個(gè)原因，為高溫或低溫設(shè)計(jì)的泵往往在非設(shè)計(jì)溫度時(shí)不能良好的運(yùn)行。

上海帕特泵業(yè)制造有限公司

2012年08月22日星期三

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