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齿轮泵的工作原理及结构要求

发布时间:2018-05-21
​齿轮泵是一种容积泵,它依靠齿轮相互啮合过程中所引起的工作容积变化来输送胶料、塑料..

齿轮泵是一种容积泵,它依靠齿轮相互啮合过程中所引起的工作容积变化来输送胶料、塑料熔体。以外啮合齿轮泵为例,其工作容积由泵体、侧盖及齿轮的各齿间槽构成。当一对齿轮相互啮合时,由于齿轮的轮齿与壳体内孔表面间隙很小,齿轮端面与盖板间隙也很小,因而把吸入腔和压出腔隔开,当齿轮旋转时,啮合点左侧啮合着的齿逐渐退出啮合,空间增大,形成局部真空,把胶料或塑料熔体不断吸进吸入腔;啮合点右侧的齿逐渐进入啮合,把齿间的胶料或塑料熔体挤压出来。其过程是当主动轮带动从动轮旋转时,在吸入口胶料或塑料熔体充满齿间,轮齿的顶圆半径扫过   的容积,胶料或塑料熔体沿泵体内表面被带往排出腔。从两个齿轮流出的胶料或塑料熔体在排出腔相互汇合,其中绝大部分被挤入泵的出口,只有小部分返回到吸入腔。随着齿轮不断地吸入和排出,达到输送胶料或塑料熔体的目的。

在橡塑挤出系统中所应用的齿轮泵通常为三部分组合式结构,它是由两个相互啮合的主动齿轮和被动齿轮、泵体、两侧泵盖及泵体的外部加热冷却装置组成的。齿轮泵内的主动齿轮由长轴直接与驱动装置连接,被动齿轮在主动齿轮的带动下共同朝输送方向旋转,将胶料或粘度较高、流动性较差的塑料熔体通过流道输送到机头。

齿轮泵作为一种高压容器,盛装着各种不同的胶料或熔体,有的熔体腐蚀性较强。因此要求泵体用合金钢或不锈钢来制造。但是,不锈钢的泵体成本高,力学强度低。一般对泵体的要求是轻量化、、稳定性好。轮齿结构按直齿结构设计较多。齿轮常和轴制成一体,这样在高扭矩条件下   为。通常两齿轮之间   距近似等于齿面宽度。当泵内压力差特别高时,可采用非直齿型轮齿结构。齿面宽度小于两齿间的   距时,齿面宽度小,受压面积小,可以降低轴承和轮齿的负荷。此外,齿面宽度减小,可以缩短两轴承之间的距离,减少挠度。对于容积较大的齿轮泵,可通过动力分配器使两个齿轮轴同为主动轴,以减小轮齿啮合力,减少变形。

齿轮泵输送胶料或塑料熔体的过程中,轮齿是一对一对相互啮合的。因此其瞬时流量是脉动的。物料的脉动程度取决于轮齿的弹性模量和轮齿的多少,齿数越少,齿间越深,脉动越大。为了减少脉动,可增加齿数,通常轮齿都多于16个。这也符合轮齿避免根切的原则。

齿轮泵的容积效率、能量效率、胶料压力、胶料温度及机械磨损都与机械间隙的大小有直接关系,确定机械间隙时,既要考虑建立所需要的压力,防止过多胶料的反向流动,又要考虑胶料受高剪切易引起过热降解等工艺要求,通常采用的机械间隙为0.035~0.15mm,当然这个间隙与胶料粘度、压力、温度以及齿轮转速、容积效率密切相关。沉浸在胶料之中的两个相互啮合的齿轮在压力作用下,胶料沿着各种间隙向压力低的方向流动,形成   漏流量。漏流量的多少取决于胶料粘度的高低、工艺操作条件及泵的几何结构。

在泵体的外部设有加热冷却装置,目的是把泵的温度控制在   的范围内,使泵保持的工艺条件。加热常采用电加热和液体加热两种方式,电加热(如带状和铸铝加热器)升温,比较经济;液体加热温度较均匀,也容易控制。对于容量超过1500cm³的齿轮泵,推荐采用液(汽)体加热。

2齿轮泵的控制

在挤出机一齿轮泵挤出系统中,控制系统占有重要地位。挤出机、齿轮泵、机头等各个部分相匹配的各工艺参数由微机以快的速度控制,以充分发挥齿轮泵的   功能,达到系统的动态平衡。齿轮泵输出量的稳定性与泵速度有直接关系,泵的速度由数字控制器来控制,数字控制器安装在电机、变速机构所组成的驱动系统中,它准确地控制着泵的速度,准确度可达0.1%以上。此外,泵体温度的变化也影响泵的输出量,当泵的温度发生变化时,胶料与塑料的粘度以及塑料比热容也相应地发生变化。例如在加工LDPE温差为16%时,引起挤出率的变化为1%。

当挤出系统中安装了齿轮泵,螺杆挤出机内就不必再有太高的压力了,逆流量和泄流量的减少,螺杆转速的提高,既   了制品的质量,又节省了能源。例如,将电机功率为65kW,挤出量为150kg/h的直径90mm单螺杆挤出机与齿轮泵连接后进行实验,结果表明,挤出量约增加了30%,总动力消耗约减少了25%。此外,对掺有较高比例回收料的材料也能适应。(允许在排气式挤出机上装有排气孔且一直敞开)。

在齿轮泵输送物料过程中不存在物料滑动现象,不论螺杆挤出机内的物料压力如何变化、流量如何波动,齿轮泵始终能供给机头   的物料,减少机头的波动。无论何种挤出机头,在该处均能保持恒定压力。其压力输出波动仅为士0.1%,从而提高了制品的质量。例如,在PET薄膜生产系统中使用齿轮泵后,   了薄膜厚度精度,厚度变动从士3%降至士0.5%;在生产壁厚为2mm的医用PVC管时,其厚度公差精度可达士0.37%。


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