外部齿轮泵

2020年11月23日

什么是外置齿轮泵?

外啮合齿轮泵是一种旋转容积泵可以追溯到16世纪晚期。它们通常由水轮驱动,因为它们可以利用简单的齿轮旋转来传递流体。外啮合齿轮泵已经发展成为最简单和最常见的旋转容积泵类型。通常,外部齿轮泵有两个齿轮在独立的轴上,其中一个轴连接到电机。在不同的行业和应用中,驱动器的类型、尺寸和建筑材料有很大的不同。外部齿轮油泵流量从20 ml/min到50 L/min,压力高达500 bar。

DPP齿轮从磁力耦合齿轮泵2

DPP齿轮从磁力耦合齿轮泵2

外部齿轮泵是如何工作的

齿轮泵的循环可分为三个不同的动作:

  1. 齿轮的啮合使泵的进口处的体积增大。膨胀的容积产生真空,允许外部压力将流体推入泵内。
  2. 当齿轮旋转时,流体被困在齿轮齿和壳体腔壁之间。这将流体从泵的进口侧传输到出口侧。紧密的间隙和旋转速度最大限度地减少了流体内部向后泄漏。
  3. 额外的流体被输送到出口侧,随着齿轮联锁将流体排出出口而产生的体积减少。
外接齿轮泵的DPP图

外接齿轮泵的DPP图

齿轮类型

外部齿轮泵设计利用三种齿轮类型之一:

  • 正齿轮:正齿轮是最简单的几何形状。它们可以通过包括注射成型在内的多种制造方法制成。直齿圆柱齿轮的几何形状也很适合磨削或电火花加工,使硬化材料成为一种选择。然而,直齿圆柱齿轮的整个长度同时啮合,导致更大的操作,对空化更敏感,并降低寿命。
  • 斜齿轮:斜齿轮是正齿轮,但沿齿轮轴向螺旋。这减少了噪音和振动,因为牙齿在旋转过程中逐渐啮合和断开,从而获得更长的寿命。然而,螺旋形状诱导轴向力,可导致齿轮和壳体之间的磨损。这必须通过仔细的设计和材料选择来解决。斜齿轮比正齿轮更难生产;它们仍然可以成型,尽管精度降低了。
  • 人字齿轮:人字齿轮具有斜齿轮的优点,无需合成轴向力。螺旋线围绕齿轮的中心平面镜像,形成v形“人字形”图案。虽然这在功能上优于其他齿轮类型,但它的生产更具挑战性,因此是最昂贵的选择。
正螺旋人字齿轮泵

正螺旋人字齿轮泵

优点/缺点

外置齿轮泵的主要特点和优点是什么?

齿轮泵结构紧凑、简单,运动部件数量有限。小型外啮合齿轮泵通常运行在高达4000转/分,允许高流量在紧凑的信封。它们是完全可逆的,适用于复杂的液压程序。与离心泵不同,齿轮泵是自吸的,可以干举显著的高度。

由于输出与速度成正比,并且是平滑、无脉冲的流量,因此外部齿轮泵通常用于计量、混合和简单的控制反馈操作。它们可以处理高粘度和低粘度流体,但咨询泵工程师对于确保泵在最佳状态下运行非常重要。齿轮泵是最安静的容积式泵之一,非常适合于需要声音的应用场合。

齿轮泵的一个重要子类是磁力耦合齿轮泵。这些泵没有动态密封,因此使用寿命长,没有外部泄漏的风险。

外部齿轮泵有哪些限制?

齿轮及其轴颈轴承由泵送流体润滑,不得长时间干燥运行。使用研磨剂泵送液体会很快磨损齿轮侧面和内部轴承,因为泵送液体也是润滑液体。

齿轮和外壳之间的紧密公差,紧密的齿轮啮合,以及有限的齿体积,使得泵送带有大的悬浮固体的流体非常困难。如果预计会有悬浮物,可以在入口一侧安装一个过滤器。然而,在进口处产生过高的真空可能导致汽蚀。

齿轮泵的工作速度不应超过其推荐的转速范围。齿轮泵的液力轴颈轴承针对特定的转速范围进行了优化。令人惊讶的是,泵的运行太慢可能会导致加速磨损。

对于高温应用,重要的是确保工作温度范围与泵规格兼容。壳体和齿轮的热膨胀可能会改变泵内的间隙,从而改变性能并可能加速磨损。

如果有足够的功率,齿轮泵将在下游堵塞时继续克服背压泵送。这可能导致过压并导致系统破裂。齿轮泵的内部泄漏限制了其最大压力。此外,减压阀(旁通阀)可集成到泵中,以在规定压力下使出口与进口短路。

外齿轮泵的高速度,紧密的间隙,齿轮啮合,使其不适合剪切敏感的液体,如油漆和肥皂。

建筑材料/配置选项

如下表所示,齿轮泵可以用多种材料制造。通过对建筑材料与液体的精确匹配,可以获得更高的寿命和优化的成本。而外齿轮泵通常存在于铸铁中,较新的材料允许这些泵处理液体,如硫酸、次氯酸钠、三氯化铁、氢氧化钠和数百种其他腐蚀性液体。

  • 外部(头,外壳,支架)-铁,球墨铸铁,钢,不锈钢,高合金,复合材料,聚苯乙烯,ETFE
  • 轴-钢,不锈钢,高合金,氧化铝陶瓷,PEEK
  • 齿轮-钢,不锈钢,碳化物,聚四氟乙烯,PPS, PEEK
  • 轴瓦/轴承-碳,青铜,碳化硅,针轴承,PEEK,
  • 轴封-填料、唇形密封、部件机械密封、磁性联轴器

为什么齿轮泵不是生来平等的

生活

  • 泵的寿命是设计细节、制造精度和工程师之间的协作的结合:
  • 轴承的尺寸和排列对低磨损率至关重要。
  • 正确的润滑路径是微妙的,但重要的是保持轴承润滑、冷却,并有足够的液体形成适当的流体动力层。
  • 保持小,一致的轴颈轴承间隙减少接触,但要求高,可重复的加工精度。
  • 不良的齿轮齿廓质量,无论是成型或加工实践不良,将加速磨损。
  • 如果使用不当,即使是最好的设计和最高质量的泵也可能表现不佳。与泵工程师的接触和接触对于延长泵的使用寿命至关重要。
  • 选择适当的材料

一致性

对于OEM应用,泵对泵的重复性是一个关键的,但经常被忽视的特性。有许多因素影响齿轮泵的重复性,包括齿轮公差、壳体公差、轴承公差、装配对准和电机一致性。如果没有适当的控制,在高压下泵与泵之间的变化可能超过20%。确保泵制造商有一个健全的质量控制系统,100%的泵测试,建立良好的声誉是至关重要的。

海豹

电机轴和外壳之间的密封是泵中最具寿命限制的部件。需要使用系统设计者的实际流体仔细选择和测试密封件。密封抽水的效果与抽腐蚀性酸的效果大不相同。此外,密封失效可能会导致周围设备的损坏,而不仅仅是泵。如果压力和速度允许,最好的解决办法是使用磁力联轴器。

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