齒輪泵的工作原理及結構要求

發(fā)布時間：2018-07-20

齒輪泵是一種容積泵，它依靠齒輪相互嚙合過程中所引起的工作容積變化來輸送膠料、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成。當一對齒輪相互嚙合時，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。當齒輪旋轉(zhuǎn)時，嚙合點左側(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吸入腔；嚙合點右側(cè)的齒逐漸進入嚙合，把齒間的膠料或塑料熔體擠壓出來。其過程是當主動輪帶動從動輪旋轉(zhuǎn)時，在吸入口膠料或塑料熔體充滿齒間，輪齒的頂圓半徑掃過   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，達到輸送膠料或塑料熔體的目的。

在橡塑擠出系統(tǒng)中所應用的齒輪泵通常為三部分組合式結構，它是由兩個相互嚙合的主動齒輪和被動齒輪、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)的主動齒輪由長軸直接與驅(qū)動裝置連接，被動齒輪在主動齒輪的帶動下共同朝輸送方向旋轉(zhuǎn)，將膠料或粘度較高、流動性較差的塑料熔體通過流道輸送到機頭。

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。因此要求泵體用合金鋼或不銹鋼來制造。但是，不銹鋼的泵體成本高，力學強度低。一般對泵體的要求是輕量化、、穩(wěn)定性好。輪齒結構按直齒結構設計較多。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。當泵內(nèi)壓力差特別高時，可采用非直齒型輪齒結構。齒面寬度小于兩齒間的距時，齒面寬度小，受壓面積小，可以降低軸承和輪齒的負荷。此外，齒面寬度減小，可以縮短兩軸承之間的距離，減少撓度。對于容積較大的齒輪泵，可通過動力分配器使兩個齒輪軸同為主動軸，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程中，輪齒是一對一對相互嚙合的。因此其瞬時流量是脈動的。物料的脈動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，脈動越大。為了減少脈動，可增加齒數(shù)，通常輪齒都多于16個。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、膠料溫度及機械磨損都與機械間隙的大小有直接關系，確定機械間隙時，既要考慮建立所需要的壓力，防止過多膠料的反向流動，又要考慮膠料受高剪切易引起過熱降解等工藝要求，通常采用的機械間隙為0.035~0.15mm，當然這個間隙與膠料粘度、壓力、溫度以及齒輪轉(zhuǎn)速、容積效率密切相關。沉浸在膠料之中的兩個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，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構。

在泵體的外部設有加熱冷卻裝置，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；液體加熱溫度較均勻，也容易控制。對于容量超過1500cm3的齒輪泵，推薦采用液(汽)體加熱。

2齒輪泵的控制

在擠出機一齒輪泵擠出系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)占有重要地位。擠出機、齒輪泵、機頭等各個部分相匹配的各工藝參數(shù)由微機以快的速度控制，以充分發(fā)揮齒輪泵的   功能，達到系統(tǒng)的動態(tài)平衡。齒輪泵輸出量的穩(wěn)定性與泵速度有直接關系，泵的速度由數(shù)字控制器來控制，數(shù)字控制器安裝在電機、變速機構所組成的驅(qū)動系統(tǒng)中，它準確地控制著泵的速度，準確度可達0.1%以上。此外，泵體溫度的變化也影響泵的輸出量，當泵的溫度發(fā)生變化時，膠料與塑料的粘度以及塑料比熱容也相應地發(fā)生變化。例如在加工LDPE溫差為16%時，引起擠出率的變化為1%。

當擠出系統(tǒng)中安裝了齒輪泵，螺桿擠出機內(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，將電機功率為65kW，擠出量為150kg/h的直徑90mm單螺桿擠出機與齒輪泵連接后進行實驗，結果表明，擠出量約增加了30%，總動力消耗約減少了25%。此外，對摻有較高比例回收料的材料也能適應。(允許在排氣式擠出機上裝有排氣孔且一直敞開)。

在齒輪泵輸送物料過程中不存在物料滑動現(xiàn)象，不論螺桿擠出機內(nèi)的物料壓力如何變化、流量如何波動，齒輪泵始終能供給機頭   的物料，減少機頭的波動。無論何種擠出機頭，在該處均能保持恒定壓力。其壓力輸出波動僅為士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，厚度變動從士3%降至士0.5%；在生產(chǎn)壁厚為2mm的醫(yī)用PVC管時，其厚度公差精度可達士0.37%。