淺析高粘度齒輪泵的發展特點

    齒輪泵是輸送高粘度液體較為理想的設備，其應用范圍廣泛。 
    目前，盡管國內企業已生產出不少適于輸送高粘度液體的齒輪泵，但由于測試手段不完善，在材料選擇、泄漏與噪聲防治方面仍存在一些問題。特別是國產高粘度齒輪泵在效率、可靠性與使用壽命等方面與國外產品存在較大差距。因此，我國石油和化工等行業所使用的高粘度齒輪泵多數仍依賴進口。 
    國內外高粘度齒輪泵的發展特點如下： 
    齒輪結構 
    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制造的齒輪泵。國外低壓齒輪泵的齒輪常采用方形結構，即齒輪的齒寬等于齒頂圓直徑。而高壓場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。當輸送的介質具有腐蝕性時，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象，通常在泵蓋上開設對稱的卸荷槽，或向低壓側方向開設不對稱卸荷槽，吸液側采用錐形卸荷槽，排液側為矩形卸荷槽，卸荷槽的深度也比液壓工業中所用的齒輪泵要深。 
    由于高粘度齒輪泵輸送的介質粘度較高，為減小流動阻力，提高泵的吸液能力，必須對介質進行加熱或保溫。通常采用電熱元件加熱，可使粘性液體受熱均勻。若溫度波動不大，輸送的高粘度液體容易發生降解時，建議采用流體加熱方式，特別是排量大的齒輪泵。流體加熱又分內置、外置式結構。所謂內置式是指在齒輪泵泵體或端蓋的內部設計突熱套，外置式則是通過螺栓將夾熱套與泵體聯接在一起。往夾套內通入蒸汽、導熱油，還是冷卻水，要根據介質具體情況而定。內置式適用于對輸送液體溫度均勻性要求較高，或要求對高溫液體進行均勻冷卻的場合。當電加熱方式缺乏安全性或對溫度控制要求不高時，可采用外置式結構。美國VIKING公司生產的內嚙合齒輪泵，其泵頭部分的夾套可以對輸送流體的溫度進行控制，無論是在高溫或低溫環境下，均可帶外置式夾套。
軸承材料、結構與潤滑 
    高粘度齒輪泵的軸承通常采用滑動軸承，并在軸承內壁的非承載面上專門設計螺旋式流道，螺旋槽的旋向與齒輪軸的轉向相同。軸承外端與泵的進液口相通，軸承內端的螺旋槽與輪齒根部（真空部位）相通。當軸旋轉時，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，對軸承進行潤滑和冷卻后，流入剛脫開嚙合的齒間，構成一個潤滑充分、散熱快的螺旋自吸式低壓潤滑系統。該潤滑方式的優點是：進入軸承的潤滑液全部是低溫介質，粘性潤滑液易于形成承載能力強的動壓油膜。大量的潤滑液循環不斷地帶走軸承的熱量，對軸承起到良好的潤滑和冷卻作用。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。四川省機械研究設計院采用將滑動軸承浸泡在介質中，并通過特殊孔道強制潤滑，該技術已在維綸、滌綸、橡膠、樹脂、化肥等領域的齒輪泵上獲得成功應用。 
    軸承的材料常用工具鋼，并經表面硬化處理，以提高它的抗膠合能力。如果輸送介質含磨損性顆粒，則應采用很硬的軸承材料，如陶瓷。近年來，GS－1聚四氟乙烯鋼鐵復合材料被認為是較為理想的滑動軸承材料。它由冷軋薄鋼板（基體）、燒結球形多孔青銅粉或銅網（中間層）、聚四氟乙烯（表面層）三層材料復合而成，兼有金屬和聚四氟乙烯塑料的優點。在此材料的基礎上，上海材料研究所又研制出性能更優的SF型三層復合自潤滑材料，它以青銅絲網代替青銅粉層，表層的塑料配方經過精心篩選。這種軸承材料耐疲勞、承載能力高、摩擦系數小、使用壽命長，是提高齒輪泵技術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，有時采用擴散形吸液口來擴大低壓區的容積，以降低入口液體的流速，減小泵的吸液阻力。這種結構還可以減小作用在軸頸及軸承上的徑向力，延長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止回閥，這樣在檢修泵及輸出管道時，系統中的液體不至于倒流；齒輪泵帶負荷停車時，在其輸出管道內產生局部真空，可防止泵倒轉。高粘度齒輪泵的出口管路上還設置安全閥等保護裝置，這樣一旦泵的出口通道發生堵塞，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，也可以單獨裝配。