高粘度泵的开发

齿轮泵是输送高粘度液体的理想设备，应用范围广。虽然国内企业生产了很多适合输送高粘度液体的齿轮泵，但由于测试方法不完善，在选材、泄漏、防噪声等方面仍存在一些问题。特别是国产高粘度齿轮泵在效率、可靠性、使用寿命等方面与国外产品存在较大差距。因此，我国石油和化工行业使用的大部分高粘度齿轮泵仍依赖进口。国内外高粘度齿轮泵的发展特点如下:齿轮结构高粘度泵的齿轮通常为直齿、斜齿、人字齿和螺旋齿，齿形主要为渐开线和圆弧型。通常小型齿轮泵采用渐开线直齿轮，高温齿轮泵常采用变位齿轮，输送高粘度、高压聚合物熔体的熔体泵采用渐开线斜齿轮。齿轮和轴制成一个整体，其刚性和可靠性高于单独制造的齿轮泵。国外低压齿轮泵的齿轮往往采用方形结构，即齿轮的齿宽等于齿顶圆的直径。而高压场合使用的高粘度齿轮泵的齿宽小于齿顶圆直径，是为了减少齿轮的径向压缩面积，减轻齿轮和轴承的负荷。泵体及加热方式一般来说，齿轮泵的泵壳越重，其耐温性和抗压强度越高。泵体的材料往往是球墨铸铁，也可以是硬模铸造的铸造铝合金，也可以是挤压铝合金型材。当输送介质具有腐蚀性时，可采用成本较高的不锈钢。国外高粘度齿轮泵多采用高镍铬含量的合金钢作为泵壳材料，在强度、可靠性和成本方面具有良好的综合性能。为了解决齿轮泵困油的问题，通常在泵盖上设置对称卸荷槽，或者在低压侧设置不对称卸荷槽，在吸液侧设置锥形卸荷槽，在排液侧设置矩形卸荷槽，卸荷槽的深度比液压行业使用的齿轮泵更深。由于高粘度泵输送的介质粘度大，为了减小流动阻力，提高泵的吸液能力，必须对介质进行加热或保温。通常，电加热元件用于均匀加热粘性液体。如果温度波动不大，输送的高粘度液体容易降解，建议采用流体加热，尤其是大排量齿轮泵。流体加热分为内部结构和外部结构。所谓内置式是指在齿轮泵的泵体或端盖内部设计一个突热夹套，外置式是通过螺栓将热夹套与泵体连接起来。夹套内通入的是蒸汽、导热油还是冷却水，取决于介质的具体情况。内置式适用于要求输送液体温度均匀性高或高温液体冷却均匀的场合。当电加热方式缺乏安全性或对温度控制要求不高时，可采用外置结构。美国VIKING公司生产的内啮合齿轮泵可以用泵头处的夹套来控制输送流体的温度，在高低温环境下都可以加装外夹套。轴承材料、结构和润滑滑动轴承通常用于高粘度泵的轴承，在轴承内壁的非轴承面上专门设计了螺旋流道，螺旋槽的旋转方向与齿轮轴的旋转方向相同。轴承外端与泵的进液口相通，轴承内端的螺旋槽与轮齿根部(真空部分)相通。重要官员转动时，轴承外的低温液体通过螺旋作用和轴承两端的压力差被吸入轴承，经轴承润滑冷却后流入新脱离的齿中，形成润滑充分、散热快的螺旋自吸低压润滑系统。这种润滑方式的优点是进入轴承的润滑液都是低温介质，粘稠的润滑液容易形成承载能力强的动态油膜。大量的润滑液不断循环，带走轴承的热量，对轴承起到很好的润滑和冷却作用。由于有足够的液体充满新脱开的轮齿根部，齿轮泵的自吸性能大大提高，避免了吸气现象，不仅提高了容积效率，还有助于减少气蚀和噪音。四川机械研究设计院采用介质浸泡滑动轴承，通过特殊孔强制润滑的方法。该技术已成功应用于维尼纶、聚酯、橡胶、树脂、化肥等领域的齿轮泵。工具钢是常用的轴承材料，表面硬化，以提高其抗胶合能力。如果输送介质含有磨粒，应使用非常坚硬的轴承材料，如陶瓷。GS-1 PTFE钢复合材料被认为是一种理想的滑动轴承材料。它由冷轧钢板(基体)、烧结球形多孔青铜粉或铜网(中间层)和聚四氟乙烯(表层)组成，兼有金属和聚四氟乙烯塑料的优点。在这种材料的基础上，上海材料研究所开发了性能更好的SF型三层复合自润滑材料，用青铜丝网代替青铜粉层，表层的塑性配方经过了精心选择。这种轴承材料具有耐疲劳、承载能力高、摩擦系数低、使用寿命长等优点，是提高齿轮泵技术性能的新型轴承材料。吸入口和排出口高粘度泵的吸入口直径一般较大，有时采用扩散吸入口来扩大低压区的容积，以降低入口液体的流量，减少泵的吸入阻力。这种结构还可以减小作用在轴颈和轴承上的径向力，延长高粘度齿轮泵的使用寿命。止回阀和安全阀齿轮泵的输出管路上装有止回阀，使泵和输出管路检修时，系统中的液体不会倒流；当齿轮泵带负荷停机时，其输出管道中会产生局部真空，这会阻止泵反转。高粘度齿轮泵的出口管道上还设有安全阀等保护装置，一旦泵的出口通道堵塞，可以打开安全阀泄压。安全阀可以与泵体或泵盖集成在一起，也可以单独装配。