淺析高粘度齒輪泵的發(fā)展特點(diǎn)

齒輪泵是輸送高粘度液體較為理想的設(shè)備，其應(yīng)用范圍廣泛。

    目前，盡管國內(nèi)企業(yè)已生產(chǎn)出不少適于輸送高粘度液體的齒輪泵，但由于測(cè)試手段不完善，在材料選擇、泄漏與噪聲防治方面仍存在一些問題。特別是國產(chǎn)高粘度齒輪泵在效率、可靠性與使用壽命等方面與國外產(chǎn)品存在較大差距。因此，我國石油和化工等行業(yè)所使用的高粘度齒輪泵多數(shù)仍依賴進(jìn)口。

    國內(nèi)外高粘度齒輪泵的發(fā)展特點(diǎn)如下：

    齒輪結(jié)構(gòu)

    高粘度齒輪泵的齒輪常見的有直齒、斜齒、人字齒、螺旋齒，齒廓主要有漸開線和圓弧型式。通常小型齒輪泵多采用漸開線直齒輪，高溫齒輪泵常采用變位齒輪，輸送高粘度、高壓聚合物熔體的熔體泵多采用漸開線斜齒輪。齒輪與軸制成一體，其剛性及可靠性高于齒輪與軸單獨(dú)制造的齒輪泵。國外低壓齒輪泵的齒輪常采用方形結(jié)構(gòu)，即齒輪的齒寬等于齒頂圓直徑。而高壓場(chǎng)合使用的高粘度齒輪泵的輪齒寬度小于其齒頂圓直徑，這是為了減小齒輪的徑向受壓面積，降低齒輪、軸承的載荷。

    泵體及加熱方式

    一般來說，齒輪泵的泵殼越重，其耐溫度、耐壓強(qiáng)度也越高。泵體材料常采用球墨鑄鐵，亦可采用鑄造鋁合金硬模熔鑄而成，或采用擠壓鋁合金型材加工制造。當(dāng)輸送的介質(zhì)具有腐蝕性時(shí)，可采用成本較高的不銹鋼材料。國外高粘度齒輪泵多采用含鎳、鉻量高的合金鋼作為泵殼材料，這種材料在強(qiáng)度、可靠性及成本方面的綜合性能較好。為解決齒輪泵的困油現(xiàn)象，通常在泵蓋上開設(shè)對(duì)稱的卸荷槽，或向低壓側(cè)方向開設(shè)不對(duì)稱卸荷槽，吸液側(cè)采用錐形卸荷槽，排液側(cè)為矩形卸荷槽，卸荷槽的深度也比液壓工業(yè)中所用的齒輪泵要深。

    由于高粘度齒輪泵輸送的介質(zhì)粘度較高，為減小流動(dòng)阻力，提高泵的吸液能力，必須對(duì)介質(zhì)進(jìn)行加熱或保溫。通常采用電熱元件加熱，可使粘性液體受熱均勻。若溫度波動(dòng)不大，輸送的高粘度液體容易發(fā)生降解時(shí)，建議采用流體加熱方式，特別是排量大的齒輪泵。流體加熱又分內(nèi)置、外置式結(jié)構(gòu)。所謂內(nèi)置式是指在齒輪泵泵體或端蓋的內(nèi)部設(shè)計(jì)突熱套，外置式則是通過螺栓將夾熱套與泵體聯(lián)接在一起。往夾套內(nèi)通入蒸汽、導(dǎo)熱油，還是冷卻水，要根據(jù)介質(zhì)具體情況而定。內(nèi)置式適用于對(duì)輸送液體溫度均勻性要求較高，或要求對(duì)高溫液體進(jìn)行均勻冷卻的場(chǎng)合。當(dāng)電加熱方式缺乏安全性或?qū)囟瓤刂埔蟛桓邥r(shí)，可采用外置式結(jié)構(gòu)。美國VIKING公司生產(chǎn)的內(nèi)嚙合齒輪泵，其泵頭部分的夾套可以對(duì)輸送流體的溫度進(jìn)行控制，無論是在高溫或低溫環(huán)境下，均可帶外置式夾套。
軸承材料、結(jié)構(gòu)與潤(rùn)滑

    高粘度齒輪泵的軸承通常采用滑動(dòng)軸承，并在軸承內(nèi)壁的非承載面上專門設(shè)計(jì)螺旋式流道，螺旋槽的旋向與齒輪軸的轉(zhuǎn)向相同。軸承外端與泵的進(jìn)液口相通，軸承內(nèi)端的螺旋槽與輪齒根部（真空部位）相通。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，借助螺旋作用及軸承兩端的壓力差，將軸承外部的低溫液體吸入軸承，對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻后，流入剛脫開嚙合的齒間，構(gòu)成一個(gè)潤(rùn)滑充分、散熱快的螺旋自吸式低壓潤(rùn)滑系統(tǒng)。該潤(rùn)滑方式的優(yōu)點(diǎn)是：進(jìn)入軸承的潤(rùn)滑液全部是低溫介質(zhì)，粘性潤(rùn)滑液易于形成承載能力強(qiáng)的動(dòng)壓油膜。大量的潤(rùn)滑液循環(huán)不斷地帶走軸承的熱量，對(duì)軸承起到良好的潤(rùn)滑和冷卻作用。由于有充足的液體去填充剛脫離嚙合的輪齒根部，大大改善了齒輪泵的自吸性能，避免了吸空現(xiàn)象，不僅可以提高容積效率，也有利于減輕氣蝕、降低噪聲。四川省機(jī)械研究設(shè)計(jì)院采用將滑動(dòng)軸承浸泡在介質(zhì)中，并通過特殊孔道強(qiáng)制潤(rùn)滑，該技術(shù)已在維綸、滌綸、橡膠、樹脂、化肥等領(lǐng)域的齒輪泵上獲得成功應(yīng)用。

    軸承的材料常用工具鋼，并經(jīng)表面硬化處理，以提高它的抗膠合能力。如果輸送介質(zhì)含磨損性顆粒，則應(yīng)采用很硬的軸承材料，如陶瓷。近年來，GS－1聚四氟乙烯鋼鐵復(fù)合材料被認(rèn)為是較為理想的滑動(dòng)軸承材料。它由冷軋薄鋼板（基體）、燒結(jié)球形多孔青銅粉或銅網(wǎng)（中間層）、聚四氟乙烯（表面層）三層材料復(fù)合而成，兼有金屬和聚四氟乙烯塑料的優(yōu)點(diǎn)。在此材料的基礎(chǔ)上，上海材料研究所又研制出性能更優(yōu)的SF型三層復(fù)合自潤(rùn)滑材料，它以青銅絲網(wǎng)代替青銅粉層，表層的塑料配方經(jīng)過精心篩選。這種軸承材料耐疲勞、承載能力高、摩擦系數(shù)小、使用壽命長(zhǎng)，是提高齒輪泵技術(shù)性能的新穎軸承材料。

    吸排油口

    高粘度齒輪泵的吸液口管徑一般較大，有時(shí)采用擴(kuò)散形吸液口來擴(kuò)大低壓區(qū)的容積，以降低入口液體的流速，減小泵的吸液阻力。這種結(jié)構(gòu)還可以減小作用在軸頸及軸承上的徑向力，延長(zhǎng)高粘度齒輪泵的使用壽命。

    止回閥與安全閥

    在齒輪泵的輸出管路上安裝有一個(gè)止回閥，這樣在檢修泵及輸出管道時(shí)，系統(tǒng)中的液體不至于倒流；齒輪泵帶負(fù)荷停車時(shí)，在其輸出管道內(nèi)產(chǎn)生局部真空，可防止泵倒轉(zhuǎn)。高粘度齒輪泵的出口管路上還設(shè)置安全閥等保護(hù)裝置，這樣一旦泵的出口通道發(fā)生堵塞，就可以打開安全閥卸壓。安全閥可以與泵體或泵蓋鑄成一體，也可以單獨(dú)裝配。