高粘度不锈钢齿轮油泵结构性能特点及要求关键技术

高粘度不锈钢齿轮油泵结构性能特点及要求关键技术
石化工业中，高粘度不锈钢齿轮油泵输送高粘度液体时，其寿命及其对输送液体中杂质的耐受性是其它容积泵难以企及的。当出口压力波动时，齿轮泵输出流量不会发生大的变化，且在较宽的出口压力范围内，泵的工作效率及综合性能较好。齿轮泵还有加工方便、造价低、自吸能力强等优点，所以它在石化行业高粘度液体的定量输送方面得到了广泛应用，但目前我国石化行业所使用的高粘度齿轮泵多依赖进口。因此，研究开发适合我国石化生产条件的输送高粘度液体的齿轮泵，了解和掌握齿轮泵的特点、性能及其发展方向十分必要。
齿轮泵输送的高粘度液体在常温下往往呈固态，在保温状态时才为液体。齿轮泵输送粘稠液体时，不仅要解决高粘度带来的问题，而且经常伴随着腐蚀和磨损等。因此，齿轮泵除了应具有良好的抽吸性能外，还应能长期连续运转，工作稳定、可靠；材料耐高温、耐腐蚀、耐磨损；制造成本和运转费用低。
输送高粘度液体的齿轮泵通常需要配套润滑系统、导热或冷却系统。设计与制造方面涉及的关键技术有：高精度齿轮的加工和检测；轴、轴承和齿轮材料的性能及热处理；齿轮泵结构设计与性能测试等。我国虽已生产出部分这样的齿轮泵，但在测试手段、材料选择、泄漏与噪声防治等方面仍然有一些问题。与国外产品相比，国产齿轮泵的效率、可靠性与使用寿命还相差甚远。
1、齿轮的结构及材料
国外低压不锈钢齿轮泵的齿轮通常采用方形结构，即齿轮的齿宽等于它的齿顶圆直径。而高压场合使用的高粘度齿轮泵的轮齿宽度小于齿顶圆直径，以减小齿轮的径向受压面积，从而降低齿轮、轴承的载荷。齿轮材料一般采用合金结构钢，如20Cr,18CrMnTi,20C>iVInTi。对需要渗碳淬火的齿轮，则用淬透性好的合金结构钢，如20CrMo.20NiCrMo.20Ni2CrMoNb、38CrMoA1等。
2、泵体及加热方式
一般来说，齿轮泵的泵壳越重，在温度、压力及外力作用下的强度也越高，所以用于较高压力场合的齿轮泵通常较重。泵体的材料过去大多用孕育铸铁(如HT25-47,HT30-45,HT30-54，现已有采用铸造铝合金(如ZLlll)硬模融铸或挤压
铝合金型材加工制造。当输送腐蚀性介质时，可采用不锈钢，但成本较高，因此在多数情况下推荐采用含镍、铬量高的合金钢作为泵壳材料，它在强度、可靠性及成本方面的综合性能较好。为了解决齿轮泵的困油现象，通常在泵盖上开设对称卸荷槽(对低压齿轮泵)或向低压侧偏移的不对称卸荷槽(对中高压齿轮泵)，吸液侧采用锥形卸荷槽，排液侧为矩形卸荷槽，卸荷槽的深度也比液压工业中所用齿轮泵的要深。
由于齿轮泵输送介质的粘度较高，为减小流动阻力，提高泵的吸液能力，必须对介质加热、保温，当环境温度或介质温度变动较大时尤应注意这一点，通常采用电热元件加热。若温度波动不大、输送的高粘度液体容易发生降解时，则采用流体加热，排量大于1500mL/r的齿轮泵建议采用此加热方式。流体加热又分内置式和外置式两种，所谓内置式是指在齿轮泵泵体或端盖的内部设计一个夹热套；外置式则是通过螺栓将夹热套与泵体连接在一起。至于往夹套内通入蒸汽、导热油还是冷却水，则根据介质的具体情况而定。内置式适用于对输送液体的温度均匀性要求较高或要求对高温液体进行均匀冷却的场合。当电加热方式缺乏安全性或对温度控制要求不高时可采用外置式夹套结构。
3、轴承材料、结构与润滑
高粘度齿轮泵通常采用滑动轴承，在轴承内壁的非承载面上设计有螺旋式流道，螺旋旋向与齿轮轴的转向相同。轴承外端与泵的进液口相通，轴承内端的螺旋槽与齿轮刚刚脱开啮合的轮齿根部(真空部位)相通。当轴旋转时，借助螺旋作用及轴承两端的压力差，低温液体被吸入轴承，然后流入刚脱开啮合的齿间，构成一个润滑充分、散热快的螺旋自吸式低压润滑系统。该润滑方式的优点是：进入轴承的润滑液是低温的，易形成承载能力强的动压油膜。大量润滑液不断循环，带走轴承热量，良好地润滑和冷却轴承。由于有充足的液体填充刚脱离啮合的轮齿根部，大大改善了齿轮泵的自吸性能，避免了吸空现象，既提高了容积效率，也有利于减轻气蚀和降低噪声。
轴承材料常用工具钢并作表面硬化处理，以提高其抗胶合能力。若输送介质含磨砺性颗粒，则采用很硬的轴承材料(如陶瓷)，其耐磨性、抗胶合性优于软性轴承材料。GS-1聚四氟乙烯钢铁背复合材料(国外称DL；材料)被认为是较理想的滑动轴承材料，它由冷轧薄钢板(基体)、烧结球形多孔青铜粉或铜网(中间层)、聚四氟乙烯(表面层)等三层材料复合而成，兼有金属和聚四氟乙烯的优点。在DL材料的基础上，上海材料研究所研制出性能更优的SF型三层复合自润滑材料，不锈钢齿轮油泵以青铜丝网代替青铜粉层，表层的塑料配方经过精心筛选。这种轴承材料耐疲劳，承载能力高，摩擦系数小，使用寿命长，充分发挥了金属刚性强、塑料自润滑性好的长处，是提高齿轮泵技术性能的新型轴承材料。
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