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美國VICKERS威格士齒輪泵可有效地阻斷上游的壓力脈動(dòng)及流量波動(dòng)
齒輪泵是依靠泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化和移動(dòng)來輸送液體或使之增壓的回轉(zhuǎn)泵。由兩個(gè)齒輪、泵體與前后蓋組成兩個(gè)封閉空間，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪脫開側(cè)的空間的體積從小變大，形成真空，將液體吸入，齒輪嚙合側(cè)的空間的體積從大變小，而將液體擠入管路中去。吸入腔與排出腔是靠?jī)蓚€(gè)齒輪的嚙合線來隔開的。VICKERS齒輪泵的排出口的壓力取決于泵出口處阻力的大小。
齒輪泵的概念是很簡(jiǎn)單的，它的最基本形式就是兩個(gè)尺寸相同的齒輪在一個(gè)緊密配合的殼體內(nèi)相互嚙合旋轉(zhuǎn)，這個(gè)殼體的內(nèi)部類似“8"字形，兩個(gè)齒輪裝在里面，齒輪的外徑及兩側(cè)與殼體緊密配合。來自于擠出機(jī)的物料在吸入口進(jìn)入兩個(gè)齒輪中間，并充滿這一空間，隨著齒的旋轉(zhuǎn)沿殼體運(yùn)動(dòng)，最后在兩齒嚙合時(shí)排出。
在術(shù)語上講，VICKERS齒輪泵也叫正排量裝置，即像一個(gè)缸筒內(nèi)的活塞，當(dāng)一個(gè)齒進(jìn)入另一個(gè)齒的流體空間時(shí)，因?yàn)橐后w是不可壓縮的，所以液體和齒就不能在同一時(shí)間占據(jù)同一空間，這樣，液體就被機(jī)械性地?cái)D排出來。由于齒的不斷嚙合，這一現(xiàn)象就連續(xù)在發(fā)生，因而也就在泵的出口提供了一個(gè)連續(xù)排除量，泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，排出的量是一樣的。隨著驅(qū)動(dòng)軸的不間斷地旋轉(zhuǎn)，泵也就不間斷地排出流體。泵的流量直接與泵的轉(zhuǎn)速有關(guān)。
實(shí)際上，在泵內(nèi)有很少量的流體損失，因?yàn)檫@些流體被用來潤滑軸承及齒輪兩側(cè)，而泵體也絕不可能無間隙配合，故不能使流體100%地從出口排出，所以少量的流體損失是必然的，這使泵的運(yùn)行效率不能達(dá)到100%。然而泵還是可以良好地運(yùn)行，對(duì)大多數(shù)擠出物料來說，仍可以達(dá)到93%～98%的效率。
對(duì)于粘度或密度在工藝中有變化的流體，這種泵不會(huì)受到太多影響。如果有一個(gè)阻尼器，比如在排出口側(cè)放一個(gè)濾網(wǎng)或一個(gè)限制器，泵則會(huì)推動(dòng)流體通過它們。如果這個(gè)阻尼器在工作中變化，亦即如果濾網(wǎng)變臟、堵塞了，或限制器的背壓升高了，則泵仍將保持恒定的流量，直至達(dá)到裝置中最弱的部件的機(jī)械極限(通常裝有一個(gè)扭矩限制器)。
對(duì)于一臺(tái)泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)際上是有限制的，這主要取決于工藝流體，如果傳送的是油類，泵則能以很高的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，但當(dāng)流體是一種高粘度的聚合物熔體時(shí)，這種限制就會(huì)大幅度升高。
推動(dòng)高粘流體進(jìn)入吸入口一側(cè)的兩齒空間是非常重要的，如果這一空間沒有填充滿，則泵就不能排出準(zhǔn)確的流量，所以PV值(壓力×流速)也是另外一個(gè)限制因素，而且是一個(gè)工藝變量。由于這些限制，VICKERS齒輪泵制造商將提供一系列產(chǎn)品，即不同的規(guī)格及排量(每轉(zhuǎn)一周所排出的量)。這些泵將與具體的應(yīng)用工藝相配合，以使系統(tǒng)能力及價(jià)格達(dá)到。
－II泵的齒輪與軸共為一體，采用通體淬硬工藝，可獲得更長的工作壽命。“D"型軸承結(jié)合了強(qiáng)制潤滑機(jī)理，使聚合物經(jīng)軸承表面，并返回到泵的進(jìn)口側(cè)，以確保旋轉(zhuǎn)軸的有效潤滑。這一特性減少了聚合物滯留并降解的可能性。精密加工的泵體可使“D"型軸承與齒輪軸精確配合，確保齒輪軸不偏心，以防止齒輪磨損。Parkool密封結(jié)構(gòu)與聚四氟唇型密封共同構(gòu)成水冷密封。這種密封實(shí)際上并不接觸軸的表面，它的密封原理是將聚合物冷卻到半熔融狀態(tài)而形成自密封。也可以采用Rheoseal密封，它在軸封內(nèi)表上加工有反向螺旋槽，可使聚合物被反壓回到進(jìn)口。為便于安裝，制造商設(shè)計(jì)了一個(gè)環(huán)形螺栓安裝面，以使與其它設(shè)備的法蘭安裝相配合，這使得筒形法蘭的制造更容易。
－IIVICKERS齒輪泵帶有與泵的規(guī)格相匹配的加熱元件，可供用戶選配，這可保證加溫快速和熱量控制。與泵體內(nèi)加熱方式不同，這些元件的損壞只限于一個(gè)板子上，與整個(gè)泵無關(guān)。
驅(qū)動(dòng)裝置
齒輪泵由一個(gè)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可有效地阻斷上游的壓力脈動(dòng)及流量波動(dòng)。在VICKERS齒輪泵出口處的壓力脈動(dòng)可以控制在1%以內(nèi)。在擠出生產(chǎn)線上采用一臺(tái)VICKERS齒輪泵，可以提高流量輸出速度，減少物料在擠出機(jī)內(nèi)的剪切及駐留時(shí)間。
外嚙合VICKERS齒輪泵是應(yīng)用泛的一種VICKERS齒輪泵，一般VICKERS齒輪泵通常指的就是外嚙合VICKERS齒輪泵。它的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要有主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、泵體、泵蓋和安全閥等組成。泵體、泵蓋和齒輪構(gòu)成的密封空間就是VICKERS齒輪泵的工作室。兩個(gè)齒輪的輪軸分別裝在兩泵蓋上的軸承孔內(nèi)，主動(dòng)齒輪軸伸出泵體，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。外嚙合VICKERS齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低、工作可靠、應(yīng)用范圍廣。
齒輪泵工作時(shí)，主動(dòng)輪隨電動(dòng)機(jī)一起旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)從動(dòng)輪跟著旋轉(zhuǎn)。當(dāng)吸入室一側(cè)的嚙合齒逐漸分開時(shí)，吸入室容積增大，壓力降低，便將吸人管中的液體吸入泵內(nèi)；吸入液體分兩路在齒槽內(nèi)被齒輪推送到排出室。液體進(jìn)入排出室后，由于兩個(gè)齒輪的輪齒不斷嚙合，使液體受擠壓而從排出室進(jìn)入排出管中。主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪不停地旋轉(zhuǎn)，泵就能連續(xù)不斷地吸入和排出液體。
泵體上裝有安全閥，當(dāng)排出壓力超過規(guī)定壓力時(shí)，輸送液體可以自動(dòng)頂開安全閥，使高壓液體返回吸入管。
內(nèi)嚙合VICKERS齒輪泵，它由一對(duì)相互嚙合的內(nèi)齒輪及它們中間的月牙形件、泵殼等構(gòu)成。月牙形件的作用是將吸入室和排出室隔開。當(dāng)主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在齒輪脫開嚙合的地方形成局部真空，液體被吸入泵內(nèi)充滿吸入室各齒間，然后沿月牙形件的內(nèi)外兩側(cè)分兩路進(jìn)入排出室。在輪齒進(jìn)入嚙合的地方，存在于齒間的液體被擠壓而送進(jìn)排出管。
齒輪泵除具有自吸能力、流量與排出壓力無關(guān)等特點(diǎn)外，泵殼上無吸入閥和排出閥，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流量均勻、工作可靠等特性，但效率低、噪音和振動(dòng)大、易磨損，主要用來輸送無腐蝕性、無固體顆粒并且具有潤滑能力的各種油類，溫度一般不超過70 ℃，例如潤滑油、食用植物油等。一般流量范圍為0.045～30ms/h，壓力范圍為0.7—20MPa，工作轉(zhuǎn)速為1200—4000r/min。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；
（2）工作要求低，應(yīng)用廣泛；
（3）端蓋和齒輪的各個(gè)齒間槽組成了許多固定的密封工作腔，只能用作定量泵。
齒輪采用國際九十年代優(yōu)良水平的新技術(shù)--雙圓弧正弦曲線齒型圓弧。它與漸開線齒輪相比，的優(yōu)點(diǎn)是齒輪嚙合過程中齒廓面沒有相對(duì)滑動(dòng)，所以齒面無磨損、運(yùn)轉(zhuǎn)平衡、無困液現(xiàn)象，噪聲低、壽命長、效率高。該泵擺脫傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的束縛，使得VICKERS齒輪泵在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用上進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域。
泵設(shè)有差壓式安全閥作為超載保護(hù)，安全閥全回流壓力為泵額定排出壓力1.5倍。也可在允許排出壓力范圍內(nèi)根據(jù)實(shí)際需要另行調(diào)整。但是此安全閥不能作減壓閥長期工作，減壓閥在需要時(shí)可另行安裝。
該泵軸端密封設(shè)計(jì)為兩種形式，一種是機(jī)械密封，另一種是填料密封，可根據(jù)具體使用情況和用戶要求確定。
泵的分類
就核心組成部件齒輪而言，主要由公法線VICKERS齒輪泵和圓弧VICKERS齒輪泵。公法線VICKERS齒輪泵輸送含雜質(zhì)的介質(zhì)比圓弧VICKERS齒輪泵要耐用，而圓弧VICKERS齒輪泵結(jié)構(gòu)特殊，輸送干凈的介質(zhì)，噪音低，壽命長，各有各的優(yōu)點(diǎn)。
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小、質(zhì)量輕、工藝性好、價(jià)格便宜、自吸力強(qiáng)、對(duì)油液污染不敏感、轉(zhuǎn)速范圍大、能耐沖擊性負(fù)載，維護(hù)方便、工作可靠。
缺點(diǎn)：徑向力不平衡、流動(dòng)脈動(dòng)大、噪聲大、效率低，零件的互換性差，磨損后不易修復(fù)，不能做變量泵用。
困油現(xiàn)象
原因：液壓油在漸開線VICKERS齒輪泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，因齒輪相交處的封閉體積隨時(shí)間改變，常有一部分的液壓油被密封在齒間，如圖2所示，稱為困油現(xiàn)象，因液壓油不可壓縮將使外接齒輪產(chǎn)生極大的振動(dòng)和噪聲，影響系統(tǒng)正常工作。
措施：在前后蓋板或浮動(dòng)軸套上開卸荷槽，開設(shè)卸荷槽的原則：兩槽間距為最小閉死容積，而使閉死容積由大變小時(shí)與壓油腔相通，閉死容積由小變大時(shí)與吸油腔相通。
泄漏現(xiàn)象
齒輪泵的泄漏較大，外嚙合齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)泄漏途徑有以下三點(diǎn)：一為齒輪頂隙，其次為測(cè)隙，第三為嚙合間隙。
其中端面?zhèn)认缎孤┹^大，占總泄漏量的80%-85%，當(dāng)壓力增加時(shí)，前者不會(huì)改變，但后者撓度大增，此為外嚙合VICKERS齒輪泵泄漏最主要的原因，容積效率較低，故不適合用作高壓泵。
解決方法：端面間隙補(bǔ)償采用靜壓平衡措施，在齒輪和蓋板之間增加一個(gè)補(bǔ)償零件，如浮動(dòng)軸套、浮動(dòng)側(cè)板。
受力不均衡現(xiàn)象
右側(cè)是壓油腔，左側(cè)是吸油腔，兩腔的壓力是不平衡的；另外壓油腔因齒頂泄漏，其壓力為遞減。兩不均衡壓力作用于齒輪和軸稱徑向不平衡壓力，油壓越高，該力越大，加速軸承磨損，降低軸承壽命，使軸彎曲，加大齒頂與軸孔磨損。
防止措施：采用壓力平衡槽或縮小壓油腔。
