化工儀器網
技術文章
齒輪泵選型需要考慮哪些因素
閱讀：1175 發布時間：2020-3-4微型泵通常指體積小巧，流量低的泵類產品。按照不同的技術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、微型蠕動泵、微型旋片泵、旋渦泵等等，按照驅動方式可以分成直聯式、磁力驅動式，按照運動方式可以分成往復式和旋轉式，按照材質可以分為金屬泵、塑料泵、復合泵等，按照輸送液體的溫度可以分為低溫泵、高溫泵和常溫泵，按照不同動力來源可以分為氣動式泵、直流泵（12V,24v,48v等等）、伺服泵、交流泵、變頻泵等等。而使用者往往習慣于用自己的實際使用需求來給泵命名，例如循環泵、加壓泵、取樣泵、冷卻泵、尿素泵、色譜泵、沖洗泵、霧化泵等等。有了這么多的細分，難免給用戶的選泵帶來很多的困惑，這里我司針對微型泵的結構和性能特點，結合常見應用做一些分析和建議，供選泵時參考。
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被輸送液體做工，使得被輸送液體產生符合要求的流動。這里就出現了泵選型的基本參數：流量和壓力。通常來說，離心泵在小流量下很難做到高揚程（高壓力），所以在需要小流量高壓力的場合，容積式泵出現的頻率很高。其中一種就是微型齒輪泵。
微型（磁力）齒輪泵的特點是：
（1）工作時主動輪和從動輪需要相互嚙合
（2）泵內間隙小，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的扭矩通過磁力聯軸器傳遞到軸
所以在選擇該種類型泵的時候，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、液體對剪切力的敏感程度、入口和出口管線情況、電機的類型、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轉速范圍內工作，通過查找每個型號的流量-壓力-轉速曲線，就可以方便的進行選型(lpm是升/分鐘，斜線代表壓差)
由于泵內部存在間隙的原因，總有一部分處于泵出口端的高壓液體會沿著泵內部的間隙從泵內部回流到泵的入口端，造成泵的實際輸出流量小于理論值。并且隨著進出口壓力差的增大，內部的回流流量也相應加大。泵的實際流量=泵的理論流量-泵內部泄漏量。從上圖中可以看出，在相同轉速下，壓力越高，實際流量越低。另外也可以看到在出口壓力穩定的情況下，泵的流量和轉速成線性關系，這也是齒輪泵可以作為計量泵的理論依據。但是如果壓力波動，那么線性關系將被破壞，這種現象在輸送低粘度液體的系統中表現更為明顯。
2、壓力
一般我們只考慮進出口壓差，但是分別了解進口壓力和出口壓力對于正確的選型至關重要。因為有時候泵的進口可能是負壓，有時候可能是正壓。如果是負壓的情況，需要知道具體的負壓值，當泵的入口壓力小于大氣壓時，泵在相同轉速和壓差情況下的流量會低于性能曲線中的正常值。當入口真空度達到一個極值時，泵將無法正常工作(NPSHa<NPSHr)。另外每臺泵都有一個大允許工作壓力，也就是泵的大承壓，當泵的入口壓力>大氣壓時，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到20bar壓差，這里的20bar指的是泵的能力。但是泵安裝在一個系統里以后，實際能夠達到的工作壓力是由系統的阻力決定的。系統的阻力=液體在管道中流動阻力+可能的容器壓力。
圖中泵的實際工作壓力=液體流經管道的壓力降+液體流經閥門的壓力降+罐體內的壓力。如果中間還有高度差引起的壓力降和彎管引起的壓力降，都要計算在內。
3、粘度
液體的粘度對泵的性能和功率都有影響，粘度同時又受溫度甚至是剪切力的影響。因為齒輪泵內部泄漏的存在，泵在輸送粘度越大的液體時，內部泄漏越小，實際輸出流量就會大。所以相比于低粘度的水來說，輸送高粘度的液體時，同一型號的泵在相同轉速和壓差下，泵的實際輸出流量會大一些。（加對比曲線）。但是隨著液體粘度的升高，液體本身的流動性下降，同時齒輪在高粘度液體中旋轉所需要消耗的功率也會急劇上升，所以隨著輸送液體粘度的升高，泵的工作轉速也應該適當降低，這樣不僅可以降低不必要的能耗，也能防止氣蝕的發生。齒輪泵工作時，由于齒輪間的嚙合、軸承和軸之間的摩擦以及磁力聯軸器的損耗都會產生溫升，進而對液體粘度產生影響，如果液體的性狀或者工藝需求對溫度變化非常敏感，那么選型時需要考慮泵轉速、內部間隙、齒形設計等因素來限制泵的做功對液體溫度的影響。如果液體對剪切力非常敏感，那么需要通過降低轉速來應對。
4、液體的腐蝕性
液體的腐蝕性會嚴重影響泵的使用壽命。我們必須保證泵內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齒輪和軸承對不同化學介質的適用性需要進一步考慮。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讓它們溶脹，特別是它們在一些液體中只有非常輕微的溶脹，可能在其它的應用中可以被評判為“可用”，但是由于微型泵本身非常小的內部間隙，這些非常輕微的溶脹可能會引起泵的卡死。
5、顆粒情況
由于微型齒輪泵內部的微小間隙，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轉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，但是系統管道和容器、接頭、焊點中可能會有顆粒的存在，特別是新安裝或者改造的系統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導致入口阻力過大，也可能會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境溫度二個方面。
1）液體溫度
泵的零部件要能保證可以在液體溫度范圍內長期穩定工作，包括泵體、軸承、齒輪、軸、磁驅和密封圈的材料。同時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。對于磁力聯軸器，我們不僅要考慮到所用磁粉的耐溫等級，還要考慮磁體成型以后老化的溫度。液體溫度還會影響到泵內間隙。因為不同部件的材料和尺寸的不同，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。總的說來有可能造成低溫下流量太小，高溫時泵可能卡死。所以在前期咨詢時應該考慮實際工況下液體的溫度范圍，以便出廠時設置合適的泵內間隙。換句話說即便我們的泵可以在-40~150攝氏度下工作。但是如果詢價時提供的液體溫度與實際范圍相差太大，有可能泵在運行中發生流量不夠或者卡死的現象。由于泵和電機是用連接架連接的，泵頭的溫度也會傳遞到電機上，對于電機的耐溫等級也會有一定影響。
2）環境溫度
環境溫度會對電機的選型產生很大影響。可能要配置低溫或者高溫電機，如果是配置無刷直流電機，那么環境溫度對驅動器性能的影響也是相當大。另外有些液體在常溫或者冬天的低溫下會凝固，此時就需要考慮采用泵頭加熱的方式來保證泵的正常開機，比較常見的方式是在泵頭上纏繞伴熱帶。
七，電機的類型和功率選擇
通常來說電機可以分為交流電機（普通交流電機，變頻電機，防爆電機，變頻防爆電機，單相電機等）、直流有刷電機、直流無刷電機（BLDC）、步進電機和伺服電機。在工業領域各種交流電機用得比較多，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）或者變頻。選擇變頻通常是因為要適應一定的流量范圍，但是一來變頻電機成本高，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節流量。由于交流電機體積比較龐大，調速精度不高，在很多商用設備中不便于安裝，此時各種直流電機、步進電機或者伺服電機就可以大顯神通了。普通的有刷直流電機可以直接通過供電電壓進行調速，但是由于碳刷的壽命短，碳刷磨損后的微小碳粉可能對系統造成危害，所以在各類專業設備中的使用越來越少。無刷直流電機體積小巧，拋除了傳統的碳刷，使用壽命得到延長，可以就地手動調速、遠程模擬信號調速或遠程數字信號調速，越來越多地被市場所接受。當客戶需要微小流量并且控制精度高時，可以考慮使用步進電機或伺服電機，步進電機成本相對低廉，轉速一般<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。
電機功率=（流量*壓力/效率）*安全系數。很多時候電機功率選擇的難點在于安全余量的選擇上。對于交流電機，國標中有對于不同功率電機的安全系數有規定的值。但是我們還要根據實際使用環境，比如海拔高度，環境溫度，環境通風狀況，連續工作時間，啟停頻率，調速頻率，過載可能性等等因素來合理改變安全系數。