使用二級(jí)脫鹽水時(shí)外嚙合齒輪泵的徑向間隙

廖傳林劉小寧

（1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院2.武漢工程大學(xué))

使用二級(jí)脫鹽水時(shí)外嚙合齒輪泵的徑向間隙

廖傳林*1劉小寧1，2

（1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院2.武漢工程大學(xué))

基于二級(jí)脫鹽水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)二級(jí)脫鹽水在液壓傳動(dòng)中的使用特點(diǎn)進(jìn)行了分析，研究了使用二級(jí)脫鹽水時(shí)外嚙合齒輪泵齒輪徑向間隙的確定方法。

齒輪泵二級(jí)脫鹽水容積效率泄漏量徑向間隙

TH 137

0 前言

石油是人類的有限資源，低碳生活、環(huán)境保護(hù)是人類共同的愿望。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)廣泛使用礦物油基液壓油作為傳動(dòng)工作介質(zhì)，這對(duì)環(huán)境的保護(hù)極為不利。綠色液壓傳動(dòng)技術(shù)——純水液壓傳動(dòng)，目前在行業(yè)內(nèi)受到廣泛的重視，并進(jìn)行了大量的探索和研究。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，一般采用經(jīng)過過濾后的自然水（源自地表水或地下水）作為工作介質(zhì)。它的優(yōu)點(diǎn)在于：避免了使用液壓油而帶來的環(huán)境污染和火災(zāi)隱患；節(jié)約了石油資源；工作介質(zhì)（水）價(jià)格低廉，來源廣泛，運(yùn)輸、儲(chǔ)存方便，沒有污水處理；有利于工作人員的身體健康；避免了工作介質(zhì)對(duì)產(chǎn)成品的污染（如食品、藥品、紡織品等），同時(shí)，水的自清潔特性使設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)方便[1]。

但是，水所具有的黏度低、潤滑性差、導(dǎo)電性強(qiáng)和汽化壓力高等特點(diǎn)，也給純水液壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用和研究帶來了困難。以下將討論使用二級(jí)脫鹽水時(shí)外嚙合齒輪泵徑向間隙的確定方法。

1 二級(jí)脫鹽水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

二級(jí)脫鹽水的處理過程：自然水在動(dòng)力泵的作用下送入機(jī)械過濾器，過濾水中的雜質(zhì)，吸附高分子有機(jī)物，然后送入陽離子交換器中，進(jìn)行一級(jí)脫鹽處理，即通過陽離子交換樹脂的交換作用除去水中的C,2+、Mg2+等陽離子，使之成為軟水；再送入陰離子交換器中，進(jìn)行二級(jí)脫鹽，即通過陰離子交換樹脂的交換作用除去SO42-、Cl-等陰離子，使水質(zhì)達(dá)到二級(jí)脫鹽水標(biāo)準(zhǔn)。

二級(jí)脫鹽水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（主要參數(shù)）[2]：

pH值（25℃）9.0～10.5

硬度（CaCO3）0（體積分率）

SiO2＜0.05×10-6(體積分率)

電導(dǎo)率0.05～3 μs/cm

總固形物＜10×10-6(體積分率)

2 二級(jí)脫鹽水在液壓傳動(dòng)中的使用特點(diǎn)[1]

摩擦副的密封性能能得到保證。采用二級(jí)脫鹽水，由于水中固形物含量極低＜10×10-6(體積分率)，且微粒直徑很小，幾乎沒有硬質(zhì)微小顆粒，大大降低了磨粒磨損，有效保證了摩擦副的密封性能。

減緩了氣蝕對(duì)液壓元件的破壞作用。采用二級(jí)脫鹽水可以減少、甚至避免電化學(xué)腐蝕。合格的二級(jí)脫鹽水其水質(zhì)電導(dǎo)率極低，僅在0.05～3 μs/cm之間，幾乎沒有導(dǎo)電性。同時(shí)，水質(zhì)pH值為偏堿性（pH=9.0～10.5），大大降低了H+的濃度，可以防止純水中H+形成氫氣而引起的電化學(xué)腐蝕。

水介質(zhì)工作循環(huán)無水垢現(xiàn)象。使用二級(jí)脫鹽水為工作介質(zhì)，由于水的硬度值近似為零（即不含無機(jī)鹽），水溫升高時(shí)，工作介質(zhì)也不會(huì)結(jié)垢。

3 齒輪泵容積效率的影響因素分析[3]

齒輪泵容積效率ηv可表示為泵的實(shí)際流量與理論流量的比值：

式中Qt——理論流量，L/min；

ΔQ——容積損失量，L/min。

容積損失量ΔQ包括：a)齒輪端面間隙的泄漏量ΔQs；b)徑向間隙泄漏量ΔQδ；c)齒面接觸處的泄漏量ΔQn；d)液體壓縮時(shí)的彈性損失ΔQt。其中齒輪端面間隙的泄漏量約占總泄漏量的75%～80%，徑向間隙泄漏量約占總泄漏量的15%～20%，這兩項(xiàng)之和是影響齒輪泵容積效率的主要因素，對(duì)提高齒輪泵容積效率起著決定性作用。外嚙合齒輪泵間隙泄漏途徑如圖1所示。

4 使用二級(jí)脫鹽水時(shí)齒輪泵徑向間隙的確定

相同直徑的雙齒輪外嚙合齒輪泵其齒輪徑向間隙的泄漏量ΔQδ為：

式中ΔQδ——泄漏量，L/min；

Δp——高壓腔與軸承腔（軸承腔與吸入腔壓力相等）液體的壓差，Pa；

圖1 齒輪泵間隙泄漏途徑

δ——齒輪徑向間隙，m；

Se——齒頂厚，m；

μ——液體的動(dòng)力黏度，Pa·s；

Re——齒頂圓半徑，m；

Z0——過渡區(qū)齒數(shù)（齒頂與殼體接觸的齒數(shù)）;

B——齒寬，m；

n——齒輪轉(zhuǎn)速，r/min。

由式（2）可知，齒輪徑向間隙的泄漏量ΔQδ與齒輪徑向間隙δ3成正比，與液體的動(dòng)力黏度μ成反比。在其它幾何參數(shù)不變的情況下，齒輪徑向間隙減小，可減小泄漏量，提高容積效率，但黏性摩擦?xí)龃螅瑯右鸸β蕮p失，使總效率下降。二級(jí)脫鹽水具有黏度低的特性，黏性摩擦相比油液要小得多，黏性摩擦引起的功率損失較小，但對(duì)泄漏量有較大影響。

液體的泄漏和黏性摩擦都會(huì)引起功率損失，當(dāng)功率損失最小時(shí)，相對(duì)應(yīng)的間隙值為最佳間隙值。由徑向間隙所引起的總功率損失為ΔNδ，其值為：

式中ΔNδ——總功率損失，W；

ΔNQδ——齒輪徑向間隙泄漏的功率損失，W;

ΔNhδ——齒頂與液體的黏性摩擦功率損失，W。

將式（2）、式（4）代入式（3）整理得：

由式（5）可得：

由式（6）可知，齒輪徑向間隙泄漏的功率損失ΔNQδ是與齒輪徑向間隙δ成正比，隨著齒輪徑向間隙的增加而加大的。如果其他參數(shù)視為常數(shù)的話，齒輪徑向間隙所引起的總功率損失ΔNδ可以看成是δ的函數(shù)，且有最小值，見圖2。

圖2 齒輪徑向間隙泄漏的功率損失

由式（6）求極小值，得徑向間隙的最佳值δ0：

式中δ0——齒輪徑向間隙的最佳值，m。

由式（7）可知，當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，齒輪徑向間隙的最佳值δ0與液體的動(dòng)力黏度μ成正比。在一般情況下，使用液壓油作為工作介質(zhì)，由于存在微量的硬質(zhì)顆粒（濾油精度高也不可避免），磨粒磨損也會(huì)使固定間隙的齒輪泵間隙量擴(kuò)大。在實(shí)際確定徑向間隙值時(shí)，還應(yīng)考慮軸承中的間隙，以及齒輪承受徑向力產(chǎn)生偏心是否會(huì)使齒頂刮傷殼體等問題。通常，齒輪徑向間隙δ0在0.03～0.1 mm之間選取。使用二級(jí)脫鹽水時(shí)，介質(zhì)穩(wěn)定性好，受溫度影響不大，由于不存在大量磨粒磨損，又沒有水垢產(chǎn)生，能有效地保證摩擦副的密封性能。

5 結(jié)論

二級(jí)脫鹽水的黏度約為液壓油的三分之一，齒輪徑向間隙減小也不會(huì)使黏性摩擦損失增加。綜合考慮齒輪泵的總功率損失，齒輪徑向間隙δ0可取0.02～0.06 mm,齒輪泵轉(zhuǎn)速較大時(shí)，取大值，轉(zhuǎn)速較小時(shí)，取低值，這樣能有效地控制齒輪泵的運(yùn)行效率。

[1] 廖傳林.使用二級(jí)脫鹽水時(shí)外嚙合齒輪泵端面間隙的確定方法研究[J].液壓與氣動(dòng)，2011（5）：62.

[2] 水處理編委會(huì).水處理手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983.

[3] 何存興.液壓元件[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

Radial Clearance of External Gear Pump Using Twice Desalted Water

Liao Chuanlin Liu Xiaoning

Based on the analysis of the quality standards about twice desalted water and the characteristics of twice desalted water used in hydraulic transmission，this article researched determining methond of the radial clearance of external gear pumps using twice desalted water.

Gear pump;Twice desalted water；Volumetric efficiency；Leakage rate；Radial clearance

*廖傳林，男，1965年生，副教授，高級(jí)工程師。武漢市，430205。

2012-02-28）