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      高粘度泵的發展趨勢

      时间:2013-06-20 08:16作者:齒輪泵 点击:

    輸送高粘度介質的柱塞式、凸輪式、螺杆式以及齒輪式等幾種類型的容積式泵其各自的技術特點,應用狀況及發展趨勢分析如下:

    在現代産業出産中,輸送各種粘稠物料的場合越來越多。如合成纖維産業中的維綸(聚乙烯醇)、腈綸(聚丙烯腈)、滌綸(聚酯)、粘膠纖維等;石油煉化産業中的原油、渣油、瀝青、潤滑油脂等;合成樹脂産業中的環氧樹脂、酚醛樹脂、有機矽樹脂、ABS樹脂等;合成橡膠産業中的丁苯橡膠(SBR);丁腈橡膠(NBR)、矽橡膠、氟橡膠等;醫藥産業中的甘油、澱粉、葡萄糖;在化産業中的牙膏、洗發香波;食物産業中的奶油、巧克力,以及油漆、油墨、塗料等。


    所有這些物料,其壓力、溫度以及侵蝕性、潤滑性等物理化學性質千差萬別,有的吸進口仍是高真空狀態,但它們有一個共同的特點,即均爲活動性很差的高粘度介質。假如以淨水的粘度爲單位(1cP),這種物料的粘度高達數千乃至數百萬厘泊(cP)。在這種情況下,借助葉輪産生離心力而將液體向外抛出的離心泵(包括軸流泵和混流泵)顯然已完全不能合用。如何泵送這些特殊“液體”成爲一個十分棘手的題目。所以,專門輸送粘稠物料的高粘度泵成爲泵世界一個獨特而十分重要的領域,探討其研發、制造以及使用的曆程及其發展趨勢具有重大的現實意義。


    (1)柱塞泵在蒸汽機時代,往複式泵可以稱得上高粘度泵的開山祖師,在國外公司中以美國沃辛頓(Worthington)公司爲代表。但跟著內燃機、電念頭的普及、往複式泵的局限性變得十分凸起,其作爲高粘度泵的使用幾乎休止,轉而以其高效率和精確計量等長處而演變爲精巧的高壓液壓泵或計量泵等形式。


    所以,容積式泵的另一大類—轉子泵,現在已成爲高粘度泵的主力軍團。通過優越劣汰,在最近幾十年中,基本上有四類轉子泵仍應用于各種高粘度場合,但其使用範圍和發展遠景也不盡相同,


    (2)凸輪泵也稱旋轉活塞泵、羅茨泵。依其凸輪外形,又可分爲單葉、雙葉、三葉等形式。該泵的特點在于凸輪作爲工作轉子,在一對同步齒輪的驅動下相互齧合,轉子之間始終保持恒定的微小間隙,通過周期性的容積變化將物料從吸入腔帶至壓出腔並擠出。其長處在于轉子之間不直接接觸,磨損較小;軸承外置、潤滑利便且不汙染物料。但相對來說,其轉子型線及中央距控制等加工、裝配和調整精度要求較高,泄漏點多(2~4個),結構複雜,維修及運行本錢高,且出口壓力波動較大。現在該型泵主要用在衛生潔淨程度要求較高的醫藥,食物等場合。


    (3)單螺杆泵 又稱蛇泵、摩伊諾(Moyno)泵。該泵是早前應用極爲廣泛的一種高粘度泵。其轉子爲一根金屬材質的單頭陽螺杆(在垂直于軸線的斷面上爲圓形),定子多爲橡膠材質的特殊雙陰螺旋(在垂直于軸線的斷面上


    孔的外形爲跑道形)轉子在定子中動彈時所形成的密封線逐漸向出口端移動,從而使液體沿軸線從進料口移至出料口。該泵的長處在于輸送平穩,脈動小且對物料無攪拌作用,對固體顆粒也不敏感。但是因爲摩擦阻力大,其能耗顯著高于其他形式的轉子泵。如和齒輪泵比擬,在平等流量、壓力等指標下,功率配置基本上爲3:1。加之其定子材質等因素,定子磨損很快,需常常更換,而且完全不能應用于高溫場合。


    (4)雙螺杆泵 又称魁姆俾泵(Quimby)。该泵的工作转子为两根同样大小的螺杆轴,一根轴上的左旋螺纹与另一根轴上的右旋螺纹相啮合,因为同步齿轮的作用,两轴相互不接触,但保持0.05~-0.15ram左右的间隙,从而形成一个个独立的密封腔。跟着螺杆的滚动,密封腔内的液体即从进料口被带至出料口。雙螺杆泵兼具單螺杆泵和凸轮泵的一些长处,而且近年来,雙螺杆泵已经有了较大幅度的结构优化,如在统一螺杆轴上同时加工左右旋螺纹以抵消轴向力,并将外置动弹轴承改为直接支承螺杆外圆的内置滑动轴承(铜套),同步齿轮也改在螺杆中部,因而结构大为简化,且泄漏点减少至一个。尽管如斯,因为同步齿轮浸泡在出Vl部的高压介质中,对于高温或强侵蚀性介质等情况显然不太适合。因为螺杆加工、装配及运行精度较高,对杂质较为敏感,特别是当物料有反应不完全的团块时,较轻易发生泵卡死。此外,其能耗基本上是齒輪泵的两倍。


    (5)齒輪泵


    该泵的吸排液原理类似于凸轮泵。即由工作齿轮在吸人口脱开啮合形成真空从而吸人物料,跟着齿轮滚动,齿槽中的液体被带至排出口,在齿轮进人啮合时产生的高压作用下而排出。老式的高粘度齒輪泵在结构上也很接近于凸轮泵,也是由同步齿轮驱动一对工作齿轮,工作齿轮之间不直接接触,轴承外置且有4个泄漏点。故而这种结构无上风可言。


    但是,近年来高粘度齒輪泵的结构产生了革命性的变化。以物料强制润滑整体式内置滑动轴承为首要特征的大量新技术、新材料、新工艺的综合运用使齒輪泵的应用范围越来越广泛,特别是在高温、高压的熔融聚合物输送等场合,几乎是其他容积式泵无法替换的。


    目前看来,在低温低压的普通高粘度场合,使用多齿差内啮合摆线齒輪泵较为理想。其主动齿轮为爪式圆弧曲线的内齿轮,从动齿轮嵌入其中,为特殊摆线齿廓,齿数分别为ll齿和8齿,中间用月牙板隔开。该泵结构极为紧凑,流量大,噪声小,效率高,且能在较大范围内适应介质粘度的变化。


    对于聚酯等高温高压场合,则必需使用外啮合熔体齒輪泵,其工作转子为一对高精度硬齿面齿轮,齿轮与轴整体加工并全部进行精密磨削及抛光,工具钢制成的整体式滑动轴承端面开卸荷槽,并将高压物料引至轴承配合面润滑降温(相对而言)后,终极回到吸入腔。该泵精度、刚度、容积效率以及尺寸不乱机能等指标都非常高,合用温度已达450℃,合用压力已达30MPa,合用粘度已达4×106cP。


    除此之外,有關高粘度齒輪泵的優化設計或發展方向還有:


    1)研制双圆弧齿廓的齒輪泵作为渐开线齒輪泵的增补。双圆弧齿形的齿轮齿数少,无根切,磨损小,效率高,且不会产生困油现象。


    2)用斜齒、人字齒結構取代普通的直齒結構。不僅可大幅降低流量及壓力脈動,還具有一定的自潔功能。國外公司甚至已在高溫熔體泵中使用人字齒輪。


    3)使用帶多個精密傳感器的電加熱夾套取代熱媒保溫夾套,可使泵運行操縱更爲簡化。


    4)采用太陽——行星齒輪結構,設置多個進出流道,以達到平衡徑向力的目的,同時還能降低汽蝕發生的機會。該結構已在小型的紡絲計量泵上采用。


    5)綜合采用螺旋密封(迷宮)、機械密封、填料密封等多種形式的密封結構,以徹底解決泵泄漏題目(特別是在高真空狀態下)。


    6)对于有磨粒或强侵蚀性介质等特殊场合,可考虑两个泄漏点的外置轴承齒輪泵,经由特别处理的工作齿轮可同时取代凸轮转子和同步齿轮。


    綜上所述,各種類型的高粘度泵各有其特点和缺憾,但相对来说,跟着齒輪泵的不断发展和持续改进,以其简朴、可靠、高效、低耗、合用面广等众多长处而在高粘度领域夺得冠军的趋势已经越来越显著。

     


     

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