外环流高粘度凸轮泵的研制

　　动设备石油化工设备技术，2001，外环流高粘度凸轮泵的研制徐秀生，张维学，邹云祥（沈阳市工业泵厂，辽宁沈阳110024）凸轮泵，并将试制过程中解决的技术问题作了扼要介绍。

　　1前言在石油化工生产装置中，泵所输送的物料差别很大就物料粘度而言，可从工业用油直至粘度高达几十万Pa.s的聚合物外环流高粘度凸轮泵与其它泵如螺杆泵、齿轮泵等相比较，具有效率高、输送粘度范围大低剪切力、自吸能力强、改变转速调节流量稳定、操作简单故障率低等特点可适合于食品、化工、石油化工合成树脂工业化妆品工业制药工业等领域内作为送料、复料、定量输送混合输送和真空拉拔之甩目前，我国现有石油化工生产装置中所使用的高粘度泵多为螺杆泵、齿轮泵等，它们在生产装置中起着重要的作用。凸轮泵是输送高粘度介质为理想的泵种之一，所以十分有必要掌握和应用这方面的技术2结构特点外环流高粘度凸轮泵属于容积式转子泵，它的工作元件是一个工作轮，安放在泵体中，每个工作轮各具有二个（或一个）轮齿，轮齿的外周是同泵体同心的圆柱面。这种泵的工作原理为：主动轴通过一对同步齿轮带动从动轴，再带动两轴端一对凹凸相间、相位差90*的结构相同的凸轮转子同速旋转，则吸入区容积逐渐增大，压力降低，形成部分真空，从而将输送介质吸入到泵室内，凸轮继续运转时将介质输送到待压区，输送介质处于待压送状态由于凸轮转子不停运转，介质继续输送到达高压区时，工作腔容积不断减少，断转动，使工作腔容积不断发生周期性变化，从而将介质不断吸入和排出这种泵与螺杆泵、齿轮泵等有以下三点不同：a）两个工作轮的传动依靠一对外嗤合同步齿轮进行，工作轮相互不传递扭矩，所以在工作时工作轮磨损很小；b）每个工作轮的齿数为2，轮齿间能容纳液体的空腔特别大，即泵内过流面积大，而且在输送液体时流速慢，不发生破乳、液体搅拌等现象，因此很适合于输送高粘度液体，液体粘度高可达c）工作轮的轮齿并不啮合或接触，液封只在工作轮和定子接触面之间存在，而在工作轮彼此之间并不存在所以，对工作轮而言，只要求工作轮外圆有一定的精度和粗糙度要求，而对轮齿侧面形状要求精度并不高，这样简化了工作轮的加工，方便了制造外环流高粘度凸轮泵主要用于两个方面：a）原油、稠油、橡胶胶浆、有机高分子粘胶液，工作轮材料为灰铸铁球墨铸铁、铜合金或碳钢；b）食品工业和生物工程，工作轮材料为不锈钢。

　　外环流高粘度凸轮泵由于所输送的介质为大学机制专业，工程师，副总工程师。主要从事容积式转子泵及离心泵的设计工作。已发表论文20余篇，油田用稠油成果先后获国家星火三等奖，部。省科技进步二等奖等，获压力增高，介质被压出泵室外。由于凸轮转子不徐秀生等。外环流高粘度凸轮泵的研制高温、高粘度，因此，在结构上，具有如下特点（如所示）：外环流凸轮泵a）夹套式泵体，保温良妊外环流高粘度凸轮泵的泵体为二件组合式结构，由于泵输送的为高粘度介质，因此泵必需有良好的保温，以免高粘度介质降温凝固。泵体二个组成部分均采用夹套式，通入液体或气体热介质，使泵整体达到均匀加热、保温的状态；b）泵本身设计有安全阀。外环流高粘度凸轮泵和其它容积泵一样，泵运行时的出口压力取决于出口管路的背压，如果出口被堵塞或出口阀门未打开，泵出口及其附近泵腔部分的压力会快速升高，因而需设置一个限制该处压力的安全阀当压力升高到规定压力时，安全阀打开回流即进口和出口相贯通，可以保证泵安全运行。外环流高粘度凸轮泵其安全阀设置在端盖上且与端盖铸为一体；c）可靠的密封效果，避免了轴向泄漏外环流高粘度凸轮泵的轴封采用了旋转0型圈、单弹簧、多弹簧和波纹管机械密封等四种形式，可以满足不同条件下的需要；d）阔嘴入口，减少了径向力。外环流高粘度凸轮泵的入口处存在负压，由于输送介质粘度高，使作用于转子及轴承上的径向力很大，妨碍了泵性能的发挥并影响到泵的使用寿命因此采用了阔嘴入口，扩大低压区，以减小径向力，延长使用寿命，并提高泵的自吸能力。

　　3性能特点外环流高粘度凸轮泵能输送的介质粘度范围非常宽，它能输送粘度非常低的介质，也能输送粘度达200Pa.s的特粘介质3.1更适合于输送粘性液体一般来说，对于离心泵，随着粘度的增加，其流量扬程下降，功率增加当介质粘度大于20mm2/s时，离心泵需进行性能换算当必需汽蚀余量（NPSHr）远小于净正压头（NPSHa）时，如果不考虑效率和能耗，离心泵有时可用到粘度时，如果粘度较大，离心泵将很可能汽蚀。

　　对于外环流高粘度凸轮泵，一方面随着粘度的增加，内部泄漏量下降，容积效率提高，流量增加，从而使泵的效率提高，功耗降低另一方面，粘度的提高将使液体的摩擦阻力增大，相应又会降低泵的效率，使功耗略有增力P.但总体而言，随着粘度的增加，外环流高粘度凸轮泵的效率有所提高。

　　1000kg/m3时，比较离心泵和外环流高粘度凸轮泵的轴功率：4.2kW，外环流高粘度凸轮泵的轴功率约为50kW，而外环流高粘度凸轮泵的轴功率约为所以，外环流高粘度凸轮泵很适合于输送粘性介质。

　　3.2可用于计量外环流高粘度凸轮泵与往复泵一样，具有正排量特性，因此能适用于许多计量场合，如果没有滑移量，则这种泵是无误差的、准确的计量装置。如果滑移量小，或在整个工况范围内使之保持不变，则这种泵也是一个良好的计量装置3.3具有自吸功能泵的自吸功能，指泵在启动前不需灌泵，经短时间运转，靠本身的作用可将液体吸上来，投入正常运行。

　　外环流高粘度凸轮泵具有自吸功能，在其转子湿润（指不完全淹没或灌满）的情况下，可形成84.6~94.6kPa的真空，因而在进口处能排出空气，吸入液体3.4可输送含气体的液体含气液体指液体中夹带气体，夹带的气体主外环流高粘度凸轮泵具有以下性能特点：要来源于：石油化工设备技术年b）溶解在液体中的气体由于进口压力的降低而分离出来；外环流高粘度凸轮泵由于具有自吸功能，因此允许液体中的含气量较大，一般可达2（左右。当含气量较大时，流量、效率将有所下降，并会产生轻微振动和噪声。但不会出现断轴、断流等现象3.5低剪切力有些对剪切力敏感的介质，或希望泵输送时其溶液中的悬浮物或固体物不被破坏的介质，要求泵工作时对介质相当柔合。外环流高粘度凸轮泵由于其转速低，泵过流面积大，转子空穴之空腔特别大，因而其剪切力低，泵输送时对溶液中的悬浮物或固体物几乎不破坏3. 6可以正反转运转有些生产装置，在一段时间内液体需从A处输送到B处，在另一段时间内液体又需从B处输送到A处；另有些生产装置，进口管容易堵死，需要反冲等等，这往往要求泵具有反转功能外环流高粘度凸轮泵可以进行正反转工作，其流量、压力等参数保持不变4解决的几个关键技术问题外环流高粘度凸轮泵在研制过程中主要解决了以下几个技术问题：4. 1结构紧凑沈阳市工业泵厂设计生产的WZB型凸轮泵，如所示该泵采用了悬臂式结构，将轴承、传动齿轮等设计在泵体外部，转子由两端轴承支承，通过齿轮带动做恒定位差旋转轴承齿轮等单独润滑，不与输送介质接触，这样可以延长轴承、齿轮的使用寿命，从而也提高了泵的使用寿命4.2双定轴内封外环流高粘度凸轮泵采用双定轴型式，因为这样转子与定轴可单独形成一个工作腔，克服了其它型式凸轮泵靠两转子之间的密封线来形成一个工作腔的特点，这样转子外表面与定轴的密封线加长，增加密封效果，从而可以减少泵滑移量，提高泵的容积效率，尤其在高压（p=4.0MPa）时更为有利⑴T 4.3消除闭死容积某些凸轮泵工作时靠两转子相对旋转运动时进行内封，两转子空穴处相对运转时产生闭合区，这一区域产生困油现象，从而产生振动和噪声。这种结构在低压（p1.6MPa）时较好，但在高压（p=4.0MPa）时难以避免出现振动和噪声。外环流高粘度凸轮泵采用双定轴内封，转子运转时互相不干涉，可以消除困油区，克服闭死容积，消除振动源，解决了振动和噪声问题4.4采用高硬度材料外环流高粘度凸轮泵其过流部件均采用了高硬度材料，并进行热处理等，从而有效地提高了泵的使用寿命其过流部件使用寿命可达15 000小时以上5运行根据上述理论，先后设计生产了WZB5/2十余种型号的外环流高粘度凸轮泵，经试验站测试合格后，进行现场工业性运转试验和技术跟踪，结果表明：泵运行平稳效率高、安全阀灵敏、可靠，故障率低，对敏感性介质比较柔合且自吸能力强目前，WZB型外环流高粘度凸轮泵已先后用于华北油田、辽河油田、北京燕山石化公司、锦西炼油厂、上海杉杉集团、吉林吉联集团公司、锦州炼油厂、抚顺石化公司等单位，得到了用户的肯定6结论外环流高粘度凸轮泵的研制成功，弥补了我国此类泵研究的不足，同时也充分揭示了外环流高粘度凸轮泵具有运行平稳、可靠性高对粘稠介质适用性强等优点为其广泛应用作了理论与实践的探索，从而为设计、开发、制造适合于我国石油化工生产条件的外环流高粘度凸轮泵奠定了基础