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齒輪泵選型需要考慮哪些因素
閱讀：1242 發(fā)布時(shí)間：2020-3-4微型泵通常指體積小巧,，流量低的泵類產(chǎn)品,。按照不同的技術(shù)原理又可以分成微型離心泵、微型齒輪泵,、微型隔膜泵,、微型柱塞泵、微型蠕動(dòng)泵,、微型旋片泵,、旋渦泵等等，按照驅(qū)動(dòng)方式可以分成直聯(lián)式,、磁力驅(qū)動(dòng)式,，按照運(yùn)動(dòng)方式可以分成往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式,，按照材質(zhì)可以分為金屬泵、塑料泵,、復(fù)合泵等，按照輸送液體的溫度可以分為低溫泵,、高溫泵和常溫泵,，按照不同動(dòng)力來源可以分為氣動(dòng)式泵、直流泵（12V,24v,48v等等）,、伺服泵,、交流泵、變頻泵等等,。而使用者往往習(xí)慣于用自己的實(shí)際使用需求來給泵命名,，例如循環(huán)泵、加壓泵,、取樣泵,、冷卻泵、尿素泵,、色譜泵,、沖洗泵、霧化泵等等,。有了這么多的細(xì)分,，難免給用戶的選泵帶來很多的困惑，這里我司針對(duì)微型泵的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn),，結(jié)合常見應(yīng)用做一些分析和建議,，供選泵時(shí)參考。
無論是什么類型的泵,，萬變不離其宗,，它們的作用就是通過對(duì)被輸送液體做工，使得被輸送液體產(chǎn)生符合要求的流動(dòng),。這里就出現(xiàn)了泵選型的基本參數(shù)：流量和壓力,。通常來說，離心泵在小流量下很難做到高揚(yáng)程（高壓力）,，所以在需要小流量高壓力的場(chǎng)合,，容積式泵出現(xiàn)的頻率很高。其中一種就是微型齒輪泵,。
微型（磁力）齒輪泵的特點(diǎn)是：
（1）工作時(shí)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪需要相互嚙合
（2）泵內(nèi)間隙小,，齒輪與泵體，軸與軸承之間的間隙都在幾十微米的范圍
（3）軸承和齒輪一般都采用高分子材料電機(jī)的扭矩通過磁力聯(lián)軸器傳遞到軸
所以在選擇該種類型泵的時(shí)候,，需要考慮液體的流量,、入口和出口壓力,、粘度、液體的腐蝕性,、顆粒情況,、溫度、液體對(duì)剪切力的敏感程度,、入口和出口管線情況,、電機(jī)的類型、流量和壓力的控制方式（精度,、批量,、逆止）等等。
1,、流量
制造精良的微型磁力齒輪泵的一般可以在50~4000rpm轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作,，通過查找每個(gè)型號(hào)的流量-壓力-轉(zhuǎn)速曲線，就可以方便的進(jìn)行選型(lpm是升/分鐘,，斜線代表壓差)
由于泵內(nèi)部存在間隙的原因,，總有一部分處于泵出口端的高壓液體會(huì)沿著泵內(nèi)部的間隙從泵內(nèi)部回流到泵的入口端，造成泵的實(shí)際輸出流量小于理論值,。并且隨著進(jìn)出口壓力差的增大,，內(nèi)部的回流流量也相應(yīng)加大。泵的實(shí)際流量=泵的理論流量-泵內(nèi)部泄漏量,。從上圖中可以看出,，在相同轉(zhuǎn)速下，壓力越高,，實(shí)際流量越低,。另外也可以看到在出口壓力穩(wěn)定的情況下，泵的流量和轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系,，這也是齒輪泵可以作為計(jì)量泵的理論依據(jù),。但是如果壓力波動(dòng)，那么線性關(guān)系將被破壞,，這種現(xiàn)象在輸送低粘度液體的系統(tǒng)中表現(xiàn)更為明顯,。
2、壓力
一般我們只考慮進(jìn)出口壓差,，但是分別了解進(jìn)口壓力和出口壓力對(duì)于正確的選型至關(guān)重要,。因?yàn)橛袝r(shí)候泵的進(jìn)口可能是負(fù)壓，有時(shí)候可能是正壓,。如果是負(fù)壓的情況,，需要知道具體的負(fù)壓值，當(dāng)泵的入口壓力小于大氣壓時(shí)，泵在相同轉(zhuǎn)速和壓差情況下的流量會(huì)低于性能曲線中的正常值,。當(dāng)入口真空度達(dá)到一個(gè)極值時(shí),，泵將無法正常工作(NPSHa<NPSHr)。另外每臺(tái)泵都有一個(gè)大允許工作壓力,，也就是泵的大承壓,，當(dāng)泵的入口壓力>大氣壓時(shí)，必須保證出口壓力<泵的大承壓,，也就是“入口壓力+壓差<泵的大承壓”,，這樣才能保證泵的長期安全工作。
另外,，我們也需要正確理解泵的出口壓力。齒輪泵是一種容積泵,，我們通常說NP系列微型磁力泵可以達(dá)到20bar壓差,，這里的20bar指的是泵的能力。但是泵安裝在一個(gè)系統(tǒng)里以后,，實(shí)際能夠達(dá)到的工作壓力是由系統(tǒng)的阻力決定的,。系統(tǒng)的阻力=液體在管道中流動(dòng)阻力+可能的容器壓力。
圖中泵的實(shí)際工作壓力=液體流經(jīng)管道的壓力降+液體流經(jīng)閥門的壓力降+罐體內(nèi)的壓力,。如果中間還有高度差引起的壓力降和彎管引起的壓力降,，都要計(jì)算在內(nèi)。
3,、粘度
液體的粘度對(duì)泵的性能和功率都有影響,，粘度同時(shí)又受溫度甚至是剪切力的影響。因?yàn)辇X輪泵內(nèi)部泄漏的存在,，泵在輸送粘度越大的液體時(shí),，內(nèi)部泄漏越小，實(shí)際輸出流量就會(huì)大,。所以相比于低粘度的水來說,，輸送高粘度的液體時(shí)，同一型號(hào)的泵在相同轉(zhuǎn)速和壓差下,，泵的實(shí)際輸出流量會(huì)大一些,。（加對(duì)比曲線）。但是隨著液體粘度的升高,，液體本身的流動(dòng)性下降,，同時(shí)齒輪在高粘度液體中旋轉(zhuǎn)所需要消耗的功率也會(huì)急劇上升，所以隨著輸送液體粘度的升高,，泵的工作轉(zhuǎn)速也應(yīng)該適當(dāng)降低,，這樣不僅可以降低不必要的能耗，也能防止氣蝕的發(fā)生,。齒輪泵工作時(shí),，由于齒輪間的嚙合,、軸承和軸之間的摩擦以及磁力聯(lián)軸器的損耗都會(huì)產(chǎn)生溫升，進(jìn)而對(duì)液體粘度產(chǎn)生影響,，如果液體的性狀或者工藝需求對(duì)溫度變化非常敏感,，那么選型時(shí)需要考慮泵轉(zhuǎn)速、內(nèi)部間隙,、齒形設(shè)計(jì)等因素來限制泵的做功對(duì)液體溫度的影響,。如果液體對(duì)剪切力非常敏感，那么需要通過降低轉(zhuǎn)速來應(yīng)對(duì),。
4,、液體的腐蝕性
液體的腐蝕性會(huì)嚴(yán)重影響泵的使用壽命。我們必須保證泵內(nèi)所有接觸液體的部件都是能夠耐受所輸送液體的腐蝕的,。通常來說,，NP系列齒輪泵泵體采用的316L不銹鋼材料對(duì)各種液體的耐腐蝕性性能比較容易查找，我們的陶瓷軸耐腐蝕性也很好,，主要是PEEK/PPS齒輪和軸承對(duì)不同化學(xué)介質(zhì)的適用性需要進(jìn)一步考慮,。PEEK和PPS本身的耐腐蝕性很好，適用范圍很廣,，但是也有一些液體會(huì)讓它們?nèi)苊?，特別是它們?cè)谝恍┮后w中只有非常輕微的溶脹，可能在其它的應(yīng)用中可以被評(píng)判為“可用”,，但是由于微型泵本身非常小的內(nèi)部間隙,，這些非常輕微的溶脹可能會(huì)引起泵的卡死。
5,、顆粒情況
由于微型齒輪泵內(nèi)部的微小間隙,，任何接近間隙范圍的顆粒都有可能將泵卡死，另外即便是非常微小的硬性顆粒,，都有可能在齒輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下將齒輪或者軸承yong久性地破壞,。有些顆粒是存在于液體中的，還有很多情況下可能液體是干凈的,，但是系統(tǒng)管道和容器,、接頭、焊點(diǎn)中可能會(huì)有顆粒的存在,，特別是新安裝或者改造的系統(tǒng)中這類情況非常普遍,。所以建議用戶在泵的入口安300-400目的過濾器，以保護(hù)泵的安全,。過濾器的選擇除了保證材料不被液體腐蝕外,，還要考慮過濾器的耐溫、耐壓和過流面積。如果過流面積太小會(huì)導(dǎo)致入口阻力過大,，也可能會(huì)造成過濾器頻繁堵塞,。
6、溫度：
談到溫度,，我們需要考慮液體的溫度以及泵工作的環(huán)境溫度二個(gè)方面,。
1）液體溫度
泵的零部件要能保證可以在液體溫度范圍內(nèi)長期穩(wěn)定工作，包括泵體,、軸承,、齒輪、軸,、磁驅(qū)和密封圈的材料,。同時(shí)我們還要考慮在溫度下泵的大允許工作壓力的變化。特別是泵體薄的磁力罩部位的承壓能力,。對(duì)于磁力聯(lián)軸器,，我們不僅要考慮到所用磁粉的耐溫等級(jí)，還要考慮磁體成型以后老化的溫度,。液體溫度還會(huì)影響到泵內(nèi)間隙。因?yàn)椴煌考牟牧虾统叽绲牟煌?，在同樣的溫升下不同部件的尺寸變化量是不同的,，造成間隙的變化?？偟恼f來有可能造成低溫下流量太小,，高溫時(shí)泵可能卡死。所以在前期咨詢時(shí)應(yīng)該考慮實(shí)際工況下液體的溫度范圍,，以便出廠時(shí)設(shè)置合適的泵內(nèi)間隙,。換句話說即便我們的泵可以在-40~150攝氏度下工作。但是如果詢價(jià)時(shí)提供的液體溫度與實(shí)際范圍相差太大,，有可能泵在運(yùn)行中發(fā)生流量不夠或者卡死的現(xiàn)象,。由于泵和電機(jī)是用連接架連接的，泵頭的溫度也會(huì)傳遞到電機(jī)上,，對(duì)于電機(jī)的耐溫等級(jí)也會(huì)有一定影響,。
2）環(huán)境溫度
環(huán)境溫度會(huì)對(duì)電機(jī)的選型產(chǎn)生很大影響?？赡芤渲玫蜏鼗蛘吒邷仉姍C(jī),，如果是配置無刷直流電機(jī)，那么環(huán)境溫度對(duì)驅(qū)動(dòng)器性能的影響也是相當(dāng)大,。另外有些液體在常溫或者冬天的低溫下會(huì)凝固,，此時(shí)就需要考慮采用泵頭加熱的方式來保證泵的正常開機(jī)，比較常見的方式是在泵頭上纏繞伴熱帶。
七,，電機(jī)的類型和功率選擇
通常來說電機(jī)可以分為交流電機(jī)（普通交流電機(jī),，變頻電機(jī)，防爆電機(jī),，變頻防爆電機(jī),，單相電機(jī)等）、直流有刷電機(jī),、直流無刷電機(jī)（BLDC）,、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。在工業(yè)領(lǐng)域各種交流電機(jī)用得比較多,，首先看是1x220V還是3X220V或者3X380V,，電壓確定了再看是否要防爆（防爆等級(jí)）或者變頻。選擇變頻通常是因?yàn)橐m應(yīng)一定的流量范圍,，但是一來變頻電機(jī)成本高,，還要加裝變頻器，所以客戶還可以通過出口旁路的方式來調(diào)節(jié)流量,。由于交流電機(jī)體積比較龐大,，調(diào)速精度不高，在很多商用設(shè)備中不便于安裝,，此時(shí)各種直流電機(jī),、步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)就可以大顯神通了。普通的有刷直流電機(jī)可以直接通過供電電壓進(jìn)行調(diào)速,，但是由于碳刷的壽命短,，碳刷磨損后的微小碳粉可能對(duì)系統(tǒng)造成危害，所以在各類專業(yè)設(shè)備中的使用越來越少,。無刷直流電機(jī)體積小巧,，拋除了傳統(tǒng)的碳刷，使用壽命得到延長,，可以就地手動(dòng)調(diào)速,、遠(yuǎn)程模擬信號(hào)調(diào)速或遠(yuǎn)程數(shù)字信號(hào)調(diào)速，越來越多地被市場(chǎng)所接受,。當(dāng)客戶需要微小流量并且控制精度高時(shí),，可以考慮使用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)成本相對(duì)低廉,，轉(zhuǎn)速一般<800rpm,，所以如果您需要的流量跨度大，精度高,，那么建議考慮使用伺服電機(jī),。
電機(jī)功率=（流量*壓力/效率）*安全系數(shù),。很多時(shí)候電機(jī)功率選擇的難點(diǎn)在于安全余量的選擇上。對(duì)于交流電機(jī),，國標(biāo)中有對(duì)于不同功率電機(jī)的安全系數(shù)有規(guī)定的值,。但是我們還要根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境，比如海拔高度,，環(huán)境溫度,，環(huán)境通風(fēng)狀況，連續(xù)工作時(shí)間,，啟停頻率,，調(diào)速頻率，過載可能性等等因素來合理改變安全系數(shù),。