高黏度泵的發(fā)展趨勢(shì)

時(shí)間：2013-04-03 10:17作者：齒輪泵　點(diǎn)擊： 次

送高粘度介質(zhì)的柱塞式、凸輪式、螺桿式以及齒輪式等幾種類型的容積式泵其各自的技術(shù)特點(diǎn)，應(yīng)用狀況及發(fā)展趨勢(shì)分析如下：
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，輸送各種粘稠物料的場(chǎng)合越來(lái)越多。如合成纖維工業(yè)中的維綸(聚乙烯醇)、腈綸(聚丙烯腈)、滌綸(聚酯)、粘膠纖維等；石油煉化工業(yè)中的原油、渣油、瀝青、潤(rùn)滑油脂等；合成樹脂工業(yè)中的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂、ABS樹脂等；合成橡膠工業(yè)中的丁苯橡膠(SBR)；丁腈橡膠(NBR)、硅橡膠、氟橡膠等；醫(yī)藥工業(yè)中的甘油、淀粉、葡萄糖；在化工業(yè)中的牙膏、洗發(fā)香波；食品工業(yè)中的奶油、巧克力，以及油漆、油墨、涂料等。
所有這些物料，其壓力、溫度以及腐蝕性、潤(rùn)滑性等物理化學(xué)性質(zhì)千差萬(wàn)別，有的吸入口還是高真空狀態(tài)，但它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即均為流動(dòng)性很差的高粘度介質(zhì)。如果以清水的粘度為單位(1cP)，這種物料的粘度高達(dá)數(shù)千乃至數(shù)百萬(wàn)厘泊(cP)。在這種情況下，借助葉輪產(chǎn)生離心力而將液體向外拋出的離心泵(包括軸流泵和混流泵)顯然已完全不能適用。如何泵送這些特殊“液體”成為一個(gè)十分棘手的問題。所以，專門輸送粘稠物料的高粘度泵成為泵世界一個(gè)獨(dú)特而十分重要的領(lǐng)域，探討其研發(fā)、制造以及使用的歷程及其發(fā)展趨勢(shì)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
(1)柱塞泵在蒸汽機(jī)時(shí)代，往復(fù)式泵可以稱得上高粘度泵的鼻祖，在國(guó)外公司中以美國(guó)沃辛頓(Worthington)公司為代表。但隨著內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)的普及、往復(fù)式泵的局限性變得十分突出，其作為高粘度泵的使用幾乎停止，轉(zhuǎn)而以其高效率和精確計(jì)量等優(yōu)點(diǎn)而演變?yōu)榫傻母邏阂簤罕没蛴?jì)量泵等形式。
所以，容積式泵的另一大類—轉(zhuǎn)子泵，現(xiàn)在已成為高粘度泵的主力軍團(tuán)。通過(guò)優(yōu)勝劣汰，在最近幾十年中，基本上有四類轉(zhuǎn)子泵仍應(yīng)用于各種高粘度場(chǎng)合，但其使用范圍和發(fā)展前景也不盡相同，
(2)凸輪泵也稱旋轉(zhuǎn)活塞泵、羅茨泵。依其凸輪形狀，又可分為單葉、雙葉、三葉等形式。該泵的特點(diǎn)在于凸輪作為工作轉(zhuǎn)子，在一對(duì)同步齒輪的驅(qū)動(dòng)下相互嚙合，轉(zhuǎn)子之間始終保持恒定的微小間隙，通過(guò)周期性的容積變化將物料從吸入腔帶至壓出腔并擠出。其優(yōu)點(diǎn)在于轉(zhuǎn)子之間不直接接觸，磨損較小；軸承外置、潤(rùn)滑方便且不污染物料。但相對(duì)來(lái)說(shuō)，其轉(zhuǎn)子型線及中心距控制等加工、裝配和調(diào)整精度要求較高，泄漏點(diǎn)多(2～4個(gè))，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修及運(yùn)行成本高，且出口壓力波動(dòng)較大。現(xiàn)在該型泵主要用在衛(wèi)生潔凈程度要求較高的醫(yī)藥，食品等場(chǎng)合。
(3)單螺桿泵 又稱蛇泵、摩伊諾(Moyno)泵。該泵是早前應(yīng)用極為廣泛的一種高粘度泵。其轉(zhuǎn)子為一根金屬材質(zhì)的單頭陽(yáng)螺桿(在垂直于軸線的斷面上為圓形)，定子多為橡膠材質(zhì)的特殊雙陰螺旋(在垂直于軸線的斷面上
孔的形狀為跑道形)轉(zhuǎn)子在定子中滾動(dòng)時(shí)所形成的密封線逐漸向出口端移動(dòng)，從而使液體沿軸線從進(jìn)料口移至出料口。該泵的優(yōu)點(diǎn)在于輸送平穩(wěn)，脈動(dòng)小且對(duì)物料無(wú)攪拌作用，對(duì)固體顆粒也不敏感。但是由于摩擦阻力大，其能耗明顯高于其他形式的轉(zhuǎn)子泵。如和齒輪泵相比，在同等流量、壓力等指標(biāo)下，功率配置基本上為3：1。加之其定子材質(zhì)等因素，定子磨損很快，需經(jīng)常更換，而且完全不能應(yīng)用于高溫場(chǎng)合。
(4)雙螺桿泵 又稱魁姆俾泵(Quimby)。該泵的工作轉(zhuǎn)子為兩根同樣大小的螺桿軸，一根軸上的左旋螺紋與另一根軸上的右旋螺紋相嚙合，由于同步齒輪的作用，兩軸相互不接觸，但保持0．05～-0．15ram左右的間隙，從而形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的密封腔。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，密封腔內(nèi)的液體即從進(jìn)料口被帶至出料口。雙螺桿泵兼具單螺桿泵和凸輪泵的一些優(yōu)點(diǎn)，而且近年來(lái)，雙螺桿泵已經(jīng)有了較大幅度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如在同一螺桿軸上同時(shí)加工左右旋螺紋以抵消軸向力，并將外置滾動(dòng)軸承改為直接支承螺桿外圓的內(nèi)置滑動(dòng)軸承(銅套)，同步齒輪也改在螺桿中部，因而結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，且泄漏點(diǎn)減少至一個(gè)。盡管如此，由于同步齒輪浸泡在出Vl部的高壓介質(zhì)中，對(duì)于高溫或強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)等情況顯然不太適合。由于螺桿加工、裝配及運(yùn)行精度較高，對(duì)雜質(zhì)較為敏感，特別是當(dāng)物料有反應(yīng)不完全的團(tuán)塊時(shí)，較容易發(fā)生泵卡死。此外，其能耗基本上是齒輪泵的兩倍。
(5)齒輪泵
該泵的吸排液原理類似于凸輪泵。即由工作齒輪在吸人口脫開嚙合形成真空從而吸人物料，隨著齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒槽中的液體被帶至排出口，在齒輪進(jìn)人嚙合時(shí)產(chǎn)生的高壓作用下而排出。老式的高粘度齒輪泵在結(jié)構(gòu)上也很接近于凸輪泵，也是由同步齒輪驅(qū)動(dòng)一對(duì)工作齒輪，工作齒輪之間不直接接觸，軸承外置且有4個(gè)泄漏點(diǎn)。故而這種結(jié)構(gòu)無(wú)優(yōu)勢(shì)可言。
但是，近年來(lái)高粘度齒輪泵的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了革命性的變化。以物料強(qiáng)制潤(rùn)滑整體式內(nèi)置滑動(dòng)軸承為首要特征的大量新技術(shù)、新材料、新工藝的綜合運(yùn)用使齒輪泵的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，特別是在高溫、高壓的熔融聚合物輸送等場(chǎng)合，幾乎是其他容積式泵無(wú)法替代的。
目前看來(lái)，在低溫低壓的普通高粘度場(chǎng)合，使用多齒差內(nèi)嚙合擺線齒輪泵較為理想。其主動(dòng)齒輪為爪式圓弧曲線的內(nèi)齒輪，從動(dòng)齒輪嵌入其中，為特殊擺線齒廓，齒數(shù)分別為ll齒和8齒，中間用月牙板隔開。該泵結(jié)構(gòu)極為緊湊，流量大，噪聲小，效率高，且能在較大范圍內(nèi)適應(yīng)介質(zhì)粘度的變化。
對(duì)于聚酯等高溫高壓場(chǎng)合，則必須使用外嚙合熔體齒輪泵，其工作轉(zhuǎn)子為一對(duì)高精度硬齒面齒輪，齒輪與軸整體加工并全部進(jìn)行精密磨削及拋光，工具鋼制成的整體式滑動(dòng)軸承端面開卸荷槽，并將高壓物料引至軸承配合面潤(rùn)滑降溫(相對(duì)而言)后，最終回到吸入腔。該泵精度、剛度、容積效率以及尺寸穩(wěn)定性能等指標(biāo)都非常高，適用溫度已達(dá)450℃，適用壓力已達(dá)30MPa，適用粘度已達(dá)4×106cP。
除此之外，有關(guān)高粘度齒輪泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)或發(fā)展方向還有：
1)研制雙圓弧齒廓的齒輪泵作為漸開線齒輪泵的補(bǔ)充。雙圓弧齒形的齒輪齒數(shù)少，無(wú)根切，磨損小，效率高，且不會(huì)產(chǎn)生困油現(xiàn)象。
2)用斜齒、人字齒結(jié)構(gòu)取代普通的直齒結(jié)構(gòu)。不僅可大幅降低流量及壓力脈動(dòng)，還具有一定的自潔功能。國(guó)外公司甚至已在高溫熔體泵中使用人字齒輪。
3)使用帶多個(gè)精密傳感器的電加熱夾套取代熱媒保溫夾套，可使泵運(yùn)行操作更為簡(jiǎn)化。
4)采用太陽(yáng)——行星齒輪結(jié)構(gòu)，設(shè)置多個(gè)進(jìn)出流道，以達(dá)到平衡徑向力的目的，同時(shí)還能降低汽蝕發(fā)生的機(jī)會(huì)。該結(jié)構(gòu)已在小型的紡絲計(jì)量泵上采用。
5)綜合采用螺旋密封(迷宮)、機(jī)械密封、填料密封等多種形式的密封結(jié)構(gòu)，以徹底解決泵泄漏問題(特別是在高真空狀態(tài)下)。
6)對(duì)于有磨粒或強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)等特殊場(chǎng)合，可考慮兩個(gè)泄漏點(diǎn)的外置軸承齒輪泵，經(jīng)過(guò)特別處理的工作齒輪可同時(shí)取代凸輪轉(zhuǎn)子和同步齒輪。
綜上所述，各種類型的高粘度泵各有其特點(diǎn)和缺憾，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，隨著齒輪泵的不斷發(fā)展和持續(xù)改進(jìn)，以其簡(jiǎn)單、可靠、高效、低耗、適用面廣等眾多優(yōu)點(diǎn)而在高粘度領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭的趨勢(shì)已經(jīng)越來(lái)越明顯。

 

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