高粘度泵是輸送高粘度液體較為理想的設備,其應用范圍廣泛。目前,盡管國內企業已生產出不少適于輸送高粘度液體的高粘度泵,但由于測試手段不完善,在材料選擇、泄漏與噪聲防治方面仍存在一些問題。特別是國產高粘度泵在效率、可靠性與使用壽命等方面與國外產品存在較大差距。因此,我國石油和化工等行業所使用的高粘度高粘度泵多數仍依賴進口。
國內外高粘度泵的發展特點如下:
泵體及加熱方式
一般來說,高粘度泵的泵殼越重,其耐溫度、耐壓強度也越高。泵體材料常采用球墨鑄鐵,亦可采用鑄造鋁合金硬模熔鑄而成,或采用擠壓鋁合金型材加工制造。當輸送的介質具有腐蝕性時,可采用成本較高的不銹鋼材料。國外高粘度泵多采用含鎳、鉻量高的合金鋼作為泵殼材料,這種材料在強度、可靠性及成本方面的綜合性能較好。為解決高粘度泵的困油現象,通常在高粘度泵蓋上開設對稱的卸荷槽,或向低壓側方向開設不對稱卸荷槽,吸液側采用錐形卸荷槽,排液側為矩形卸荷槽,卸荷槽的深度也比液壓工業中所用的高粘度泵要深。
由于高粘度泵輸送的介質粘度較高,為減小流動阻力,提高泵的吸液能力,必須對介質進行加熱或保溫。通常采用電熱元件加熱,可使粘性液體受熱均勻。若溫度波動不大,輸送的高粘度液體容易發生降解時,建議采用流體加熱方式,特別是排量大的高粘度泵。流體加熱又分內置、外置式結構。所謂內置式是指在高粘度泵泵體或端蓋的內部設計突熱套,外置式則是通過螺栓將夾熱套與泵體聯接在一起。往夾套內通入蒸汽、導熱油,還是冷卻水,要根據介質具體情況而定。內置式適用于對輸送液體溫度均勻性要求較高,或要求對高溫液體進行均勻冷卻的場合。當電加熱方式缺乏安全性或對溫度控制要求不高時,可采用外置式結構。美國VIKING公司生產的內嚙合高粘度泵,其泵頭部分的夾套可以對輸送流體的溫度進行控制,無論是在高溫或低溫環境下,均可帶外置式夾套。
齒輪結構
高粘度泵的齒輪常見的有直齒、斜齒、人字齒、螺旋齒,齒廓主要有漸開線和圓弧型式。通常小型高粘度泵多采用漸開線直齒輪,高溫高粘度泵常采用變位齒輪,輸送高粘度、高壓聚合物熔體的熔體泵多采用漸開線斜齒輪。齒輪與軸制成一體,其剛性及可靠性高于齒輪與軸單獨制造的高粘度泵。國外低壓高粘度泵的齒輪常采用方形結構,即齒輪的齒寬等于齒頂圓直徑。而高壓場合使用的高粘度泵的輪齒寬度小于其齒頂圓直徑,這是為了減小齒輪的徑向受壓面積,降低齒輪、軸承的載荷。
高粘度泵的軸承通常采用滑動軸承,并在軸承內壁的非承載面上專門設計螺旋式流道,螺旋槽的旋向與齒輪軸的轉向相同。軸承外端與泵的進液口相通,軸承內端的螺旋槽與輪齒根部(真空部位)相通。當軸旋轉時,借助螺旋作用及軸承兩端的壓力差,將軸承外部的低溫液體吸入軸承,對軸承進行潤滑和冷卻后,流入剛脫開嚙合的齒間,構成一個潤滑充分、散熱快的螺旋自吸式低壓潤滑系統。該潤滑方式的優點是:進入軸承的潤滑液全部是低溫介質,粘性潤滑液易于形成承載能力強的動壓油膜。大量的潤滑液循環不斷地帶走軸承的熱量,對軸承起到良好的潤滑和冷卻作用。由于有充足的液體去填充剛脫離嚙合的輪齒根部,大大改善了高粘度泵的自吸性能,避免了吸空現象,不僅可以提高容積效率,也有利于減輕氣蝕、降低噪聲。四川省機械研究設計院采用將滑動軸承浸泡在介質中,并通過特殊孔道強制潤滑,該技術已在維綸、滌綸、橡膠、樹脂、化肥等領域的高粘度泵上獲得成功應用。