齿轮泵主轴承优化研究 Summary：齿轮泵广泛应用于石油、化工、船舶、电力、粮油、食品、医疗、建材、冶金、国防科研等行业，适用于输送无固体颗粒和纤维、无腐蚀性、温度不高于150℃、粘度5-1500cst或其它类似润滑油的液体的润滑油。齿轮泵的优点是结构简单紧凑，体积小，重量轻，做工好，价格低，采用计算机技术研究泵运行过程中内部流场状态，积累基本数据是优化泵设计、提高泵性能、促进高端产品定位的重要途径。Keys：齿轮泵；主轴承；优化策略；引言作为流体动力系统的能量转换元件，齿轮泵(特别是外啮合齿轮泵)具有结构紧凑，自吸性能高，抗污染性强，使用寿命长等特点，广泛应用于采矿行业、冶金行业、船舶工程等领域。1齿轮泵的工作原理 齿轮泵运转时，主动齿轮随发动机旋转，带动从动齿轮转动。吸入室一侧的齿轮齿逐渐分离时，吸入室体积增大，压力减小，吸入管内的液体被吸进泵；吸入的液体由齿槽中的齿轮推动，并通过两条路送入排气口。液体进入排气室后，由于两个齿轮的轮齿连续啮合，液体被压入排气管。齿轮泵的结构由啮合在一起的两个齿轮组成，称为齿轮泵。它由齿轮齿啮合空间的体积变化驱动，属于旋转式泵或可视为容积泵。根据啮合
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，可分为外啮合泵和内啮合齿轮泵；每颗牙齿的形状可以分为正牙泵、斜齿泵、人牙泵等。主要由驱动齿轮、从动齿轮、泵体、泵盖和安全阀等组成。由泵体、泵盖和齿轮组成的密封空间是齿轮泵的工作室。两个齿轮的轴分别安装在两个泵盖上的轴承孔中，活齿轴取出泵体并通过电机旋转。外啮合齿轮泵1-泵体2-主动齿轮3-从动齿轮4-安全阀5-调节螺母2故障原因2.1齿轮泵主轴承故障原因分析通过对齿轮泵在运行过程中的故障分析，可以看出主轴承故障的比例是所有设备部件故障中最高的，因此如果想解决齿轮泵不能长周期运行的问题，首先要解决主轴承故障问题。被动齿轮与惰轮轴间的主轴承结构关系是惰轮轴为固定轴，在正常运行过程中，主轴承与被动齿轮是同步围绕惰轮轴旋转的。通过多次设备检修打开的情况来看，主要出现如下几种情况：（1）主轴承经常出现与被动齿轮脱落的情况；（2）主轴承的内外侧均有很严重的磨损和腐蚀痕迹。磨蚀达到一定严重程度时，主轴承会从均匀磨蚀转变为机械部件的摩擦，主轴承会产生裂缝甚至出现断裂情况。2.2滑动轴承温度高原因分析引起滑动轴承温度高的原因有很多，如驱动机与设备未能保持同心，引起设备振动造成滑动轴承油膜破坏出现较大摩擦，从而导致滑动轴承温度出现升高现象；滑动轴承侧隙及顶间隙过小，导致润滑油实际流入轴与滑动轴承间隙内的量相对较少，难以形成良好的润滑油膜，同时也因为间隙过小，润滑油不易带走摩擦引发的设备热量，引起温度升高，滑动轴承与轴颈的接触面积低于75%，使接触部分产生过大负载压力引起温度升高；转子中心定位不准造成推力轴承承受额外附加载荷，或主轴位移造成平衡盘磨损，轴向力偏移预警轴承承受过大轴向力发热，引起润滑油温度升高，润滑油冷却效果降低导致滑动轴承温度高；轴承箱后压盖预留间隙过小，没有预留出转子热膨胀间隙，或没有预留够平衡盘位移间隙，造成轴承箱压盖与转动部件碰磨引起温度升高；平衡鼓间隙过大或平衡管堵塞造成轴向力无法平衡，引起滑动轴承温度高；润滑油冷却系统失效导致润滑油温度过高，润滑油变质造成润滑油冷却效果减低，引起温度升高；工艺抽空造成设备振动，或引起轴向力平衡系统失效，导致设备动静碰磨引起滑动轴承温度升高；叶轮与轴配合间隙过大、背帽松动、联轴器与轴配合间隙过大、滑动轴承背紧力不足等设备松动问题均可能造成设备振动，引起温度升高。3解决方案及
措施
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3.1网格及收敛
标准
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无关性验证网格作为泵壳内流道模型的
表
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现形式，同样也是数值计算及结果分析的基础，对于求解过程的稳定性及计算结果的准确性有着非常重要的影响。收敛标准控制着每个时间步内迭代计算精度，进一步影响整个流场计算结果的准确性。因此，为了尽可能消除人为因素对模拟结果的影响，需进行无关性验证。三维内流道有限元模型的网格质量良好。因此只需验证网格节点增加到一定程度后对计算结果的准确性基本无影响。3.2齿数与介质粘度对高粘度齿轮泵压力的影响在泵正常工作过程中，内压场的变化直接影响泵的性能，中低粘度部分(1~15pa•s)的齿数对进口压力影响不大，但随着中粘度的增加，齿数的增加可能导致非线性变化趋势但变化范围较小，约为0.01MPa。相比之下，介质粘度对进口压力的影响比较明显:随着介质粘度的增加，进口压力逐渐减小，可以看出在高粘度齿轮泵运行期间更有可能发生空化现象。陷阱油现象是高粘度齿轮泵亟待解决的关键问题，是噪音和空气腐蚀的主要原因。高粘度齿轮泵支架粘度的增加会增加休眠油的严重程度，因此高粘度齿轮泵的齿数不应过多，卸载槽的尺寸也应适当增加。3.3甩油环材质选择甩油环与轴之间发生相对运动极易产生黏着磨损及磨粒磨损，磨屑掉入润滑油中会造成润滑油污染，颗粒状的磨屑存在于润滑油中又会加速甩油环本身及滑动轴承与主轴的磨损，引起恶性循环，导致甩油环及轴承损坏。结合黏着磨粒磨损计算公式及磨损发生原因可以得出使用与轴材质不同、硬度较高、表面粗糙度低材质的甩油环能有效降低磨损量，延长使用寿命。多数情况下甩油环可使用黄铜、青铜、铸锌等材质。3.4齿数与介质粘度对高粘度齿轮泵流量的影响随着齿数的增加，出口流量减少，主要原因是槽的体积减小。环境粘度对出口流量的影响有限。高粘度齿轮泵运行过程中，输出压力和流量趋势因齿数和介质粘度而异，可以看出增加齿数会导致泵输出功率降低和泵效率降低，前提是泵增加介质粘度可以提高泵的输出功率和泵的整体运行效率。流速脉动量也是高粘度齿轮泵性能的最重要指标之一，随着介质粘度的增大，流速脉动系数逐渐增大，随着齿数的增加，下降趋势显而易见。结束语通过采取以上措施，提高主轴承的润滑性，增加主轴承抗磨蚀性，通过优化改进的零部件，解决外啮合齿轮泵在运行过程中的主轴故障频发问题。Reference[1]王霞琴,邓龙,柴红强,曹川川.变工作条件下齿轮泵特性分析[J].液压与气动,2022,46(08):178-188.[2]刘家懿,竺宁,张鹏.齿轮泵主轴承优化研究[J].甘肃科技纵横,2022,51(05):40-42+25.[3]邵伟.高粘度齿轮泵故障与解决措施分析[J].中国设备工程,2021(14):30-32. -
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