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      高黏度泵的發展趨勢

      时间:2013-04-03 10:17作者:齒輪泵 点击:

    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:
    在現代工業生産中,輸送各種粘稠物料的場合越來越多。如合成纖維工業中的維綸(聚乙烯醇)、腈綸(聚丙烯腈)、滌綸(聚酯)、粘膠纖維等;石油煉化工業中的原油、渣油、瀝青、潤滑油脂等;合成樹脂工業中的環氧樹脂、酚醛樹脂、有機矽樹脂、ABS樹脂等;合成橡膠工業中的丁苯橡膠(SBR);丁腈橡膠(NBR)、矽橡膠、氟橡膠等;醫藥工業中的甘油、澱粉、葡萄糖;在化工業中的牙膏、洗發香波;食品工業中的奶油、巧克力,以及油漆、油墨、塗料等。
    所有這些物料,其壓力、溫度以及腐蝕性、潤滑性等物理化學性質千差萬別,有的吸入口還是高真空狀態,但它們有一個共同的特點,即均爲流動性很差的高粘度介質。如果以清水的粘度爲單位(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)顯然已完全不能適用。如何泵送這些特殊“液體”成爲一個十分棘手的問題。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鼻祖,在國外公司中以美國沃辛頓(Worthington)公司爲代表。但隨著內燃機、電動機的普及、往複式泵的局限性變得十分突出,其作爲高粘度泵的使用幾乎停止,轉而以其高效率和精確計量等優點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。通過優勝劣汰,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前景也不盡相同,
    (2)凸輪泵也稱旋轉活塞泵、羅茨泵。依其凸輪形狀,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。其優點在于轉子之間不直接接觸,磨損較小;軸承外置、潤滑方便且不汙染物料。但相對來說,其轉子型線及中心距控制等加工、裝配和調整精度要求較高,泄漏點多(2~4個),結構複雜,維修及運行成本高,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,食品等場合。
    (3)单螺杆泵 又称蛇泵、摩伊诺(Moyno)泵。该泵是早前应用极为广泛的一种高粘度泵。其转子为一根金属材质的单头阳螺杆(在垂直于轴线的断面上为圆形),定子多为橡胶材质的特殊双阴螺旋(在垂直于轴线的断面上
    孔的形狀爲跑道形)轉子在定子中滾動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。該泵的優點在于輸送平穩,脈動小且對物料無攪拌作用,對固體顆粒也不敏感。但是由于摩擦阻力大,其能耗明顯高于其他形式的轉子泵。如和齒輪泵相比,在同等流量、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,需經常更換,而且完全不能應用于高溫場合。
    (4)双螺杆泵 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,由于同步齿轮的作用,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。随着螺杆的转动,密封腔内的液体即从进料口被带至出料口。双螺杆泵兼具单螺杆泵和凸轮泵的一些优点,而且近年来,双螺杆泵已经有了较大幅度的结构优化,如在同一螺杆轴上同时加工左右旋螺纹以抵消轴向力,并将外置滚动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。尽管如此,由于同步齿轮浸泡在出Vl部的高压介质中,对于高温或强腐蚀性介质等情况显然不太适合。由于螺杆加工、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,较容易发生泵卡死。此外,其能耗基本上是齒輪泵的两倍。
    (5)齒輪泵
    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齧合形成真空從而吸人物料,隨著齒輪轉動,齒槽中的液體被帶至排出口,在齒輪進人齧合時産生的高壓作用下而排出。老式的高粘度齒輪泵在結構上也很接近于凸輪泵,也是由同步齒輪驅動一對工作齒輪,工作齒輪之間不直接接觸,軸承外置且有4個泄漏點。故而這種結構無優勢可言。
    但是,近年來高粘度齒輪泵的結構産生了革命性的變化。以物料強制潤滑整體式內置滑動軸承爲首要特征的大量新技術、新材料、新工藝的綜合運用使齒輪泵的應用範圍越來越廣泛,特別是在高溫、高壓的熔融聚合物輸送等場合,幾乎是其他容積式泵無法替代的。
    目前看來,在低溫低壓的普通高粘度場合,使用多齒差內齧合擺線齒輪泵較爲理想。其主動齒輪爲爪式圓弧曲線的內齒輪,從動齒輪嵌入其中,爲特殊擺線齒廓,齒數分別爲ll齒和8齒,中間用月牙板隔開。該泵結構極爲緊湊,流量大,噪聲小,效率高,且能在較大範圍內適應介質粘度的變化。
    對于聚酯等高溫高壓場合,則必須使用外齧合熔體齒輪泵,其工作轉子爲一對高精度硬齒面齒輪,齒輪與軸整體加工並全部進行精密磨削及抛光,工具鋼制成的整體式滑動軸承端面開卸荷槽,並將高壓物料引至軸承配合面潤滑降溫(相對而言)後,最終回到吸入腔。該泵精度、剛度、容積效率以及尺寸穩定性能等指標都非常高,適用溫度已達450℃,適用壓力已達30MPa,適用粘度已達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)研制雙圓弧齒廓的齒輪泵作爲漸開線齒輪泵的補充。雙圓弧齒形的齒輪齒數少,無根切,磨損小,效率高,且不會産生困油現象。
    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,可使泵運行操作更爲簡化。
    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,以徹底解決泵泄漏問題(特別是在高真空狀態下)。
    6)對于有磨粒或強腐蝕性介質等特殊場合,可考慮兩個泄漏點的外置軸承齒輪泵,經過特別處理的工作齒輪可同時取代凸輪轉子和同步齒輪。
    綜上所述,各種類型的高粘度泵各有其特點和缺憾,但相對來說,隨著齒輪泵的不斷發展和持續改進,以其簡單、可靠、高效、低耗、適用面廣等衆多優點而在高粘度領域獨占鳌頭的趨勢已經越來越明顯。

     

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