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齒輪泵的工作原理及結構要求

發布時間: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...

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。當齒輪旋轉時,嚙合點左側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一定的容積,膠料或塑料熔體沿泵體內表面被帶往排出腔。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、兩側泵蓋及泵體的外部加熱冷卻裝置組成的。齒輪泵內的主動齒輪由長軸直接與驅動裝置連接,被動齒輪在主動齒輪的帶動下共同朝輸送方向旋轉,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、強度高、穩定性好。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   為可靠。通常兩齒輪之間中心距近似等于齒面寬度。當泵內壓力差特別高時,可采用非直齒型輪齒結構。齒面寬度小于兩齒間的中心距時,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,齒數越少,齒間越深,脈動越大。為了減少脈動,可增加齒數,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,形成一定漏流量。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一定的范圍內,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)升溫迅速,比較經濟;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中,控制系統占有重要地位。擠出機、齒輪泵、機頭等各個部分相匹配的各工藝參數由微機以極快的速度控制,以充分發揮齒輪泵的獨特功能,達到系統的動態平衡。齒輪泵輸出量的穩定性與泵速度有直接關系,泵的速度由數字控制器來控制,數字控制器安裝在電機、變速機構所組成的驅動系統中,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,當泵的溫度發生變化時,膠料與塑料的粘度以及塑料比熱容也相應地發生變化。例如在加工LDPE溫差為16%時,引起擠出率的變化為1%。

當擠出系統中安裝了齒輪泵,螺桿擠出機內就不必再有太高的壓力了,逆流量和泄流量的減少,螺桿轉速的提高,既改善了制品的質量,又節省了能源。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象,不論螺桿擠出機內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一定的物料,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量。例如,在PET薄膜生產系統中使用齒輪泵后,改善了薄膜厚度精度,厚度變動從士3%降至士0.5%;在生產壁厚為2mm的醫用PVC管時,其厚度公差精度可達士0.37%。


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