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容积泵

什么是容积泵?


容积泵对截留的流体进行机械移动,使其通过系统。在入口(吸入)侧容积扩大,而在出口(排出)侧容积缩小。因此每转的容积是固定的,且理论上是恒定的,与出口压力、入口真空或流体特性无关。容积泵也具有自吸性,可在入口处产生强真空。这可简化整个系统的设计,并且进行维护时无需重新起动。

容积泵的运作方式与离心泵大不相同,离心泵依靠加速流体的动力在压力下输送流量,并且对压力变化非常敏感。右图为外啮合齿轮泵(通用容积泵)和离心泵的对比图,两者使用了相同规格的电机。尽管离心泵可以达到更高的流量,但它们极易受到压力的影响。

隔膜泵

不受压力影响的流动只存在于理论中。材料弯曲、内部泄露(“漏气”)、磨损以及其它变量都会导致些许的压力依存性。压力依存性的大小与泵的类型以及泵组件的精密度有关。选择泵类型时,通常必须在精确度、寿命和系统响应之间进行权衡。通过与泵设计者密切合作并使用高精度、高质量的组件,可以最大程度地减少不利因素。

根据不同的泵特性和应用,可将容积泵分为两大类。

  • 往复式
  • 回转式


往复式容积泵


往复式容积泵通过机械装置重复的线性运动来运行。该运动通常被称为冲程,通常以每冲程的容积来区分泵的规格。由于往复式泵每转一次排出一次,因此流量曲线是脉冲式的。如果使用不当,这种脉冲流可能会导致过度振动和/或液压系统损坏,有时也称为“水锤”。该脉冲流还会导致峰值流量高于平均流量,因此需要仔细设计液压回路。对于精确、可重复的流体计量和配量,往复泵是理想的选择。最常见的往复泵类型有

  • 隔膜泵
  • 活塞泵
  • 柱塞泵


隔膜泵

隔膜泵使用可内外弯曲的柔性膜(通常称为隔膜)。隔膜的运动改变了泵内部的容积,通过与阀门连接,即可允许流体流入泵并从泵流出。隔膜泵是处理真空、空气以及低压腐蚀性流体的理想选择。

隔膜泵

活塞泵

在活塞泵中,活塞在紧密配合的缸内滑动。当活塞缩回时,容积扩大。通常来说,随着容积的扩大,入口处的阀门会打开,以允许流体进入泵中。当活塞进行相反运动时,容积缩小,出口处的阀门打开,使流体从泵排出。

活塞泵

无阀活塞泵

这种特殊的活塞泵为无阀结构,有时也称为无阀计量泵。这种泵的运动属于正弦线性运动,与 360° 旋转的活塞相结合。活塞的尾端有一个平面,该平面与活塞同步运动以打开/关闭入口和出口。这种类型的泵去除了会发生磨损和粘着的阀门,大大简化了整体设计。

无阀活塞泵

柱塞泵

柱塞泵的工作方式与活塞泵的几乎相同。不同之处在于,柱塞穿过密封件进入泵容腔。柱塞的位移体积改变了泵内的流体容积,从而产生泵送动作。

柱塞泵

回转式容积泵


回转式容积泵利用一系列旋转容积来传输流体,而不是往复泵的线性运动。旋转元件抵靠泵壳体或其他旋转元件进行密封。通常每转有多个容积,因此流量要比往复泵平稳得多。但是,这些容积通常不如往复泵那么精确,这使得它们不太适合计量或分配应用。最常见的回转式容积泵类型有:

  • 外啮合齿轮泵
  • 内啮合齿轮泵
  • 叶片泵
  • 蠕动泵
  • 罗茨泵


外啮合齿轮泵

外啮合齿轮泵是最简单、最常见的回转齿轮泵。它们通常具有两个齿轮,位于两个独立轴上,其中一个轴连接到电动机。齿轮解啮合在泵的入口处形成真空。当齿轮转动时,流体被截留在齿轮齿与壳体的腔壁之间。然后通过旋转将流体移动到出口并排出。由于齿轮啮合,流体无法回流到入口,而必须从出口排出。泵送的流体可润滑齿轮啮合以及相关的轴颈轴承。

外啮合齿轮泵

内啮合齿轮泵

内啮合齿轮泵使用具有不同齿数和不同尺寸的齿轮,其中之一具有内齿。齿轮相对于泵壳是偏心的,随着齿轮的旋转,齿轮啮合处打开一个缝隙。这些容积腔由充当密封件的月牙板分隔开。经过月牙板之后,(齿轮)开始嵌入啮合,将流体排放到出口。较高的功率要求、复杂的月牙板以及较高的齿轮制造难度,使得内啮合齿轮泵在某种程度上成为一类特殊的产品。

内啮合齿轮泵

盖劳特泵 (Gerotor)

盖劳特泵 (Gerotor) 是一种特殊的内啮合齿轮泵,不使用月牙板。其内转子通常由电机驱动。取消月牙板简化了设计,但需要较高的精度和较低的间隙。其光滑剖面和流畅的运行方式允许其处理其他传统齿轮泵无法使用的特殊材料。

盖劳特泵 (Gerotor)

叶片泵

叶片泵只有一个相对于泵腔偏心的旋转元件。该旋转元件包含多个叶片,这些叶片可以滑动或变形以适合腔壁的轮廓。叶片在腔壁上形成紧密滑动的密封空间,在入口处捕获流体并将其排放到出口。由于叶片接触腔壁,因此叶片泵对压力变化非常不敏感。但是叶片和腔壁之间的滑动会产生功耗、噪音和使用寿命等问题。

叶片泵

蠕动泵

蠕动泵有时也称为滚子泵,其移动液体的方式为通过使用滚子将流体存留在软管中并将其从入口移动到出口。这种设计使得流体仅与管子内部接触。这一特征再加上管路易于更换,使蠕动泵非常适合一次性使用的应用,例如透析机中的血液接触。然而,频繁挤压管路意味着需要频繁更换管路,这使得它们给许多应用带来麻烦。蠕动泵具有脉冲流,非常类似于往复泵。

蠕动泵

罗茨泵

罗茨泵类似于外啮合齿轮泵,但其具有叶形元件而不是齿轮。每个叶形元件分别由一个带有定时齿轮的电机驱动。这可避免两个叶片相互接触,从而减少磨损并最大程度地减少流体剪切力。由于齿数少,与其他容积泵相比,罗茨泵能够处理更大的固体。

罗茨泵

泵的选择


为液压系统选择正确类型的泵是制造可靠、高效设备的第一步。建议与泵设计工程师紧密合作,确保选择最佳性能的泵以实现较长使用寿命和系统稳定性。在设计之初选择正确的泵类型和质量可以大大简化整个系统,节省时间、空间、金钱并且减少问题的发生。