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YCB圓弧齒輪泵在特殊工況下的應用

時(shí)間:2013-07-17 14:03 作者:特種泵 點(diǎn)擊:次
YCB圓弧齒輪泵在特殊工況下的應用 隨著(zhù)粘度升高,YCB齒輪泵會(huì )變得低效,用戶(hù)需要考慮采用正位移泵(PD泵,或稱(chēng)容積式泵)。當壓力需要升高,一些正位移泵難以為繼。而溫度升高時(shí)

YCB圓弧齒輪泵在特殊工況下的應用
    隨著(zhù)粘度升高,YCB齒輪泵會(huì )變得低效,用戶(hù)需要考慮采用正位移泵(PD泵,或稱(chēng)容積式泵)。當壓力需要升高,一些正位移泵難以為繼。而溫度升高時(shí),其它的泵也將失效。
那么當需要35公斤以上的壓力,或者300攝氏度的高溫,又或者粘度高達幾十萬(wàn)或幾百萬(wàn)厘泊時(shí)怎么辦?也許有些泵¾過(guò)專(zhuān)門(mén)設計或修改現有設計,可以滿(mǎn)足其中一或者兩個(gè)要求,但當工況需要泵滿(mǎn)足全部這些苛刻條件時(shí)怎么辦?
    這就需要為這些惡劣工況設計的高性能外YCB圓弧齒輪泵。這種泵通過(guò)專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的材質(zhì)、間隙及設計,可以處理任何一種或所有這些工況。
    外YCB圓弧齒輪泵有兩根相同尺寸的嚙合齒輪軸。驅動(dòng)軸連接電機或減速機(通過(guò)彈性聯(lián)軸器)并帶動(dòng)另一根軸。在重載型工業(yè)YCB圓弧齒輪泵內,齒輪通常與軸為整體(一個(gè)部件),軸頸的公差很小。
    齒輪軸為整體式是為了承受高壓高粘度下的高扭矩載荷。四個(gè)軸頸處的滑動(dòng)軸承動(dòng)態(tài)支撐且以泵送介質(zhì)潤滑齒輪軸。
    有三種常用的齒輪形式:直齒、斜齒和人字齒。這三種形式各有利弊,有不同的應用。
直齒是簡(jiǎn)單的形式,在高壓工況下為最優(yōu)應用,因為沒(méi)有軸向推力,且輸送效率較高。
斜齒在輸送過(guò)程中的脈動(dòng)最小,且在較高速度運行時(shí)更加安靜,因為齒的嚙合是漸進(jìn)式的。但是,由于軸向推力的作用,軸承材質(zhì)的選用可能會(huì )造成進(jìn)出口壓差有限、處理粘度較低。因為軸向力會(huì )將齒輪推向軸承端面而摩擦,所以只有選用硬度較高的軸承材質(zhì)或在其端面作特殊設計,才能應對這種軸向推力。
    人字齒是背對背的斜齒形式,能提供比直齒稍低的脈動(dòng),且軸向力可被平衡。然而,制造成本高,組裝/拆卸困難,因為必須成對安裝。在高粘度應用中,液體容易固化,或是在非常大的泵中,這的確是個(gè)大的弊端。
    外YCB圓弧齒輪泵的運行原¬理很簡(jiǎn)單。液體進(jìn)入泵吸入端,被未嚙合的齒間空穴吸入,然后在齒間空穴內被帶動(dòng),沿齒輪軸外緣到達出口端。重新嚙合的齒將液體推出空穴進(jìn)入背壓處。
    理論上說(shuō),正位移泵的額定流量和壓力無(wú)關(guān)。但是,容積失效或內泄漏是所有型式的正位移泵所固有的。為了達到高壓差和所需額定流量,YCB圓弧齒輪泵必須克服這種內泄漏。
內泄漏途徑有四種:1)齒輪軸頸與軸承之間,2)齒輪端面與軸承端面之間,3)齒頂與泵殼之間,4)嚙合齒之間。
    為使泵的承壓能力最大化,這些配合部件之間的間隙必須愈小愈好以限制內漏。但是,只是縮小間隙并非說(shuō)起來(lái)那樣簡(jiǎn)單,也必須考慮其它因素如溫度、粘度和選材。
有內泄漏并非全是壞事。在YCB圓弧齒輪泵中,有些內漏是必須的,用來(lái)潤滑內部通路,并在滑動(dòng)軸承內形成液膜以動(dòng)態(tài)支撐齒輪軸。正確的設計應該是,內泄漏量是流量的1~3%。
    材質(zhì)選用是高溫工業(yè)泵選型中非常重要的。YCB圓弧齒輪泵¾常用來(lái)輸送高腐蝕性、磨蝕性或易變性流體。泵殼、軸和軸承材質(zhì)首先要與泵送液體相匹配。當再額外考慮高溫時(shí),泵的設計變得更加復雜,甚至需要考慮各種不同材料的熱膨脹性。
    如前所述,內部間隙需越小越好以達到最高的壓力能力。在高溫情況下,由于部件的熱脹性,泵需要在即有的間隙內“膨脹”,這已¾¬超出了大多數通用型YCB圓弧齒輪泵生產(chǎn)廠(chǎng)家的通常的考量范圍。高估材料熱脹性會(huì )導致泵的間隙太松,而不能產(chǎn)生所需壓力;低估熱脹性會(huì )導致泵在達到過(guò)程溫度時(shí)發(fā)生抱死?;谶@個(gè)原¬因,為高溫或低溫設計的泵往往在非設計溫度時(shí)不能良好的運行。
    舉個(gè)例子,如泵體為316不銹鋼,齒輪軸為304不銹鋼,軸承為石墨。316不銹鋼熱脹率為17x10-6mm/mm/deg C,304是11x10-6mm/mm/degC,而碳是3.6x10-6mm/mm/degC。泵制造商必須有高溫時(shí)計算泵內間隙的能力。
    泵的預熱是必要的,它可以避免高溫沖擊使部件損壞。當泵送流體溫度高于150℃時(shí)推薦預熱。當使用機械密封時(shí),泵需預熱到操作溫度差的30℃之內,以防止傷害密封面。夾套型泵可通過(guò)蒸汽、熱媒及電加熱方式來(lái)預熱。
    粘度是流體流動(dòng)的阻力,高粘度工況的第1個(gè)問(wèn)題是如何使流體進(jìn)泵。泵必須轉得很慢以使流體進(jìn)入未嚙合齒間空穴,這個(gè)空穴形成吸力將流體吸入泵中。間隙越緊,泵的內密封性越好,吸力越強。
    一旦流體進(jìn)入泵內,內部的間隙就需要根據粘度正確界定。間隙過(guò)小會(huì )限制流體在通路中的流動(dòng),使軸承缺乏潤滑而過(guò)熱;間隙過(guò)大,液膜強度下降而不能支撐和潤滑齒輪軸,造成軸頸與軸承直接接觸,導致先期失效。
    處理高粘度流體另外一個(gè)重要因素是驅動(dòng)齒輪的高扭矩,齒輪軸必須足夠堅實(shí),以傳遞驅動(dòng)機的高扭矩。齒形設計非常重要,太大則輸送效率不夠,太小則承受不了高扭矩。
    加載在齒輪軸上的扭矩和齒上的剪切力會(huì )隨著(zhù)粘度和壓差的升高而加大,當這些因素再結合高溫度時(shí),齒輪軸和齒形的設計變得異常重要,因為金屬部件隨溫度升高的彈性系數下降。
    涉及高壓、高粘度、高溫的工況使用戶(hù)不再選用離心泵而轉向正位移泵(PD泵)。而當這些工況變得特別嚴苛時(shí),很多其它形式的PD泵到了使用極限,剩下的選擇就是外嚙合YCB圓弧齒輪泵。
    外YCB圓弧齒輪泵的生產(chǎn)廠(chǎng)家有很多,但很少能應對這些工況。明智的用戶(hù)選擇的應該是,有高要求應用¾驗的,有成功處理這些工況可追溯記錄的供應商。

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