齒輪泵的工作原理及結(jié)構(gòu)要求

發(fā)布時(shí)間：2018-07-20

齒輪泵是一種容積泵，它依靠齒輪相互嚙合過(guò)程中所引起的工作容積變化來(lái)輸送膠料、塑料熔體。以外嚙合齒輪泵為例，其工作容積由泵體、側(cè)蓋及齒輪的各齒間槽構(gòu)成。當(dāng)一對(duì)齒輪相互嚙合時(shí)，由于齒輪的輪齒與殼體內(nèi)孔表面間隙很小，齒輪端面與蓋板間隙也很小，因而把吸入腔和壓出腔隔開(kāi)。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合點(diǎn)左側(cè)嚙合著的齒逐漸退出嚙合，空間增大，形成局部真空，把膠料或塑料熔體不斷吸進(jìn)吸入腔；嚙合點(diǎn)右側(cè)的齒逐漸進(jìn)入嚙合，把齒間的膠料或塑料熔體擠壓出來(lái)。其過(guò)程是當(dāng)主動(dòng)輪帶動(dòng)從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在吸入口膠料或塑料熔體充滿齒間，輪齒的頂圓半徑掃過(guò)   的容積，膠料或塑料熔體沿泵體內(nèi)表面被帶往排出腔。從兩個(gè)齒輪流出的膠料或塑料熔體在排出腔相互匯合，其中絕大部分被擠入泵的出口，只有小部分返回到吸入腔。隨著齒輪不斷地吸入和排出，達(dá)到輸送膠料或塑料熔體的目的。

在橡塑擠出系統(tǒng)中所應(yīng)用的齒輪泵通常為三部分組合式結(jié)構(gòu)，它是由兩個(gè)相互嚙合的主動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪、泵體、兩側(cè)泵蓋及泵體的外部加熱冷卻裝置組成的。齒輪泵內(nèi)的主動(dòng)齒輪由長(zhǎng)軸直接與驅(qū)動(dòng)裝置連接，被動(dòng)齒輪在主動(dòng)齒輪的帶動(dòng)下共同朝輸送方向旋轉(zhuǎn)，將膠料或粘度較高、流動(dòng)性較差的塑料熔體通過(guò)流道輸送到機(jī)頭。

齒輪泵作為一種高壓容器，盛裝著各種不同的膠料或熔體，有的熔體腐蝕性較強(qiáng)。因此要求泵體用合金鋼或不銹鋼來(lái)制造。但是，不銹鋼的泵體成本高，力學(xué)強(qiáng)度低。一般對(duì)泵體的要求是輕量化、、穩(wěn)定性好。輪齒結(jié)構(gòu)按直齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較多。齒輪常和軸制成一體，這樣在高扭矩條件下   為。通常兩齒輪之間距近似等于齒面寬度。當(dāng)泵內(nèi)壓力差特別高時(shí)，可采用非直齒型輪齒結(jié)構(gòu)。齒面寬度小于兩齒間的距時(shí)，齒面寬度小，受壓面積小，可以降低軸承和輪齒的負(fù)荷。此外，齒面寬度減小，可以縮短兩軸承之間的距離，減少撓度。對(duì)于容積較大的齒輪泵，可通過(guò)動(dòng)力分配器使兩個(gè)齒輪軸同為主動(dòng)軸，以減小輪齒嚙合力，減少變形。

齒輪泵輸送膠料或塑料熔體的過(guò)程中，輪齒是一對(duì)一對(duì)相互嚙合的。因此其瞬時(shí)流量是脈動(dòng)的。物料的脈動(dòng)程度取決于輪齒的彈性模量和輪齒的多少，齒數(shù)越少，齒間越深，脈動(dòng)越大。為了減少脈動(dòng)，可增加齒數(shù)，通常輪齒都多于16個(gè)。這也符合輪齒避免根切的原則。

齒輪泵的容積效率、能量效率、膠料壓力、膠料溫度及機(jī)械磨損都與機(jī)械間隙的大小有直接關(guān)系，確定機(jī)械間隙時(shí)，既要考慮建立所需要的壓力，防止過(guò)多膠料的反向流動(dòng)，又要考慮膠料受高剪切易引起過(guò)熱降解等工藝要求，通常采用的機(jī)械間隙為0.035~0.15mm，當(dāng)然這個(gè)間隙與膠料粘度、壓力、溫度以及齒輪轉(zhuǎn)速、容積效率密切相關(guān)。沉浸在膠料之中的兩個(gè)相互嚙合的齒輪在壓力作用下，膠料沿著各種間隙向壓力低的方向流動(dòng)，形成   漏流量。漏流量的多少取決于膠料粘度的高低、工藝操作條件及泵的幾何結(jié)構(gòu)。

在泵體的外部設(shè)有加熱冷卻裝置，目的是把泵的溫度控制在   的范圍內(nèi)，使泵保持的工藝條件。加熱常采用電加熱和液體加熱兩種方式，電加熱(如帶狀和鑄鋁加熱器)升溫，比較經(jīng)濟(jì)；液體加熱溫度較均勻，也容易控制。對(duì)于容量超過(guò)1500cm3的齒輪泵，推薦采用液(汽)體加熱。

2齒輪泵的控制

在擠出機(jī)一齒輪泵擠出系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)占有重要地位。擠出機(jī)、齒輪泵、機(jī)頭等各個(gè)部分相匹配的各工藝參數(shù)由微機(jī)以快的速度控制，以充分發(fā)揮齒輪泵的   功能，達(dá)到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。齒輪泵輸出量的穩(wěn)定性與泵速度有直接關(guān)系，泵的速度由數(shù)字控制器來(lái)控制，數(shù)字控制器安裝在電機(jī)、變速機(jī)構(gòu)所組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，它準(zhǔn)確地控制著泵的速度，準(zhǔn)確度可達(dá)0.1%以上。此外，泵體溫度的變化也影響泵的輸出量，當(dāng)泵的溫度發(fā)生變化時(shí)，膠料與塑料的粘度以及塑料比熱容也相應(yīng)地發(fā)生變化。例如在加工LDPE溫差為16%時(shí)，引起擠出率的變化為1%。

當(dāng)擠出系統(tǒng)中安裝了齒輪泵，螺桿擠出機(jī)內(nèi)就不必再有太高的壓力了，逆流量和泄流量的減少，螺桿轉(zhuǎn)速的提高，既了制品的質(zhì)量，又節(jié)省了能源。例如，將電機(jī)功率為65kW，擠出量為150kg/h的直徑90mm單螺桿擠出機(jī)與齒輪泵連接后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，擠出量約增加了30%，總動(dòng)力消耗約減少了25%。此外，對(duì)摻有較高比例回收料的材料也能適應(yīng)。(允許在排氣式擠出機(jī)上裝有排氣孔且一直敞開(kāi))。

在齒輪泵輸送物料過(guò)程中不存在物料滑動(dòng)現(xiàn)象，不論螺桿擠出機(jī)內(nèi)的物料壓力如何變化、流量如何波動(dòng)，齒輪泵始終能供給機(jī)頭   的物料，減少機(jī)頭的波動(dòng)。無(wú)論何種擠出機(jī)頭，在該處均能保持恒定壓力。其壓力輸出波動(dòng)僅為士0.1%，從而提高了制品的質(zhì)量。例如，在PET薄膜生產(chǎn)系統(tǒng)中使用齒輪泵后，了薄膜厚度精度，厚度變動(dòng)從士3%降至士0.5%；在生產(chǎn)壁厚為2mm的醫(yī)用PVC管時(shí)，其厚度公差精度可達(dá)士0.37%。