使用二级脱盐水时外啮合齿轮泵的径向间隙

廖传林刘小宁

（1.武汉软件工程职业学院2.武汉工程大学)

使用二级脱盐水时外啮合齿轮泵的径向间隙

廖传林*1刘小宁1，2

（1.武汉软件工程职业学院2.武汉工程大学)

基于二级脱盐水水质标准，对二级脱盐水在液压传动中的使用特点进行了分析，研究了使用二级脱盐水时外啮合齿轮泵齿轮径向间隙的确定方法。

齿轮泵二级脱盐水容积效率泄漏量径向间隙

TH 137

0 前言

石油是人类的有限资源，低碳生活、环境保护是人类共同的愿望。液压传动系统广泛使用矿物油基液压油作为传动工作介质，这对环境的保护极为不利。绿色液压传动技术——纯水液压传动，目前在行业内受到广泛的重视，并进行了大量的探索和研究。在液压传动系统中，一般采用经过过滤后的自然水（源自地表水或地下水）作为工作介质。它的优点在于：避免了使用液压油而带来的环境污染和火灾隐患；节约了石油资源；工作介质（水）价格低廉，来源广泛，运输、储存方便，没有污水处理；有利于工作人员的身体健康；避免了工作介质对产成品的污染（如食品、药品、纺织品等），同时，水的自清洁特性使设备维护、保养方便[1]。

但是，水所具有的黏度低、润滑性差、导电性强和汽化压力高等特点，也给纯水液压传动技术的应用和研究带来了困难。以下将讨论使用二级脱盐水时外啮合齿轮泵径向间隙的确定方法。

1 二级脱盐水的水质标准

二级脱盐水的处理过程：自然水在动力泵的作用下送入机械过滤器，过滤水中的杂质，吸附高分子有机物，然后送入阳离子交换器中，进行一级脱盐处理，即通过阳离子交换树脂的交换作用除去水中的C,2+、Mg2+等阳离子，使之成为软水；再送入阴离子交换器中，进行二级脱盐，即通过阴离子交换树脂的交换作用除去SO42-、Cl-等阴离子，使水质达到二级脱盐水标准。

二级脱盐水水质标准（主要参数）[2]：

pH值（25℃）9.0～10.5

硬度（CaCO3）0（体积分率）

SiO2＜0.05×10-6(体积分率)

电导率0.05～3 μs/cm

总固形物＜10×10-6(体积分率)

2 二级脱盐水在液压传动中的使用特点[1]

摩擦副的密封性能能得到保证。采用二级脱盐水，由于水中固形物含量极低＜10×10-6(体积分率)，且微粒直径很小，几乎没有硬质微小颗粒，大大降低了磨粒磨损，有效保证了摩擦副的密封性能。

减缓了气蚀对液压元件的破坏作用。采用二级脱盐水可以减少、甚至避免电化学腐蚀。合格的二级脱盐水其水质电导率极低，仅在0.05～3 μs/cm之间，几乎没有导电性。同时，水质pH值为偏碱性（pH=9.0～10.5），大大降低了H+的浓度，可以防止纯水中H+形成氢气而引起的电化学腐蚀。

水介质工作循环无水垢现象。使用二级脱盐水为工作介质，由于水的硬度值近似为零（即不含无机盐），水温升高时，工作介质也不会结垢。

3 齿轮泵容积效率的影响因素分析[3]

齿轮泵容积效率ηv可表示为泵的实际流量与理论流量的比值：

式中Qt——理论流量，L/min；

ΔQ——容积损失量，L/min。

容积损失量ΔQ包括：a)齿轮端面间隙的泄漏量ΔQs；b)径向间隙泄漏量ΔQδ；c)齿面接触处的泄漏量ΔQn；d)液体压缩时的弹性损失ΔQt。其中齿轮端面间隙的泄漏量约占总泄漏量的75%～80%，径向间隙泄漏量约占总泄漏量的15%～20%，这两项之和是影响齿轮泵容积效率的主要因素，对提高齿轮泵容积效率起着决定性作用。外啮合齿轮泵间隙泄漏途径如图1所示。

4 使用二级脱盐水时齿轮泵径向间隙的确定

相同直径的双齿轮外啮合齿轮泵其齿轮径向间隙的泄漏量ΔQδ为：

式中ΔQδ——泄漏量，L/min；

Δp——高压腔与轴承腔（轴承腔与吸入腔压力相等）液体的压差，Pa；

图1 齿轮泵间隙泄漏途径

δ——齿轮径向间隙，m；

Se——齿顶厚，m；

μ——液体的动力黏度，Pa·s；

Re——齿顶圆半径，m；

Z0——过渡区齿数（齿顶与壳体接触的齿数）;

B——齿宽，m；

n——齿轮转速，r/min。

由式（2）可知，齿轮径向间隙的泄漏量ΔQδ与齿轮径向间隙δ3成正比，与液体的动力黏度μ成反比。在其它几何参数不变的情况下，齿轮径向间隙减小，可减小泄漏量，提高容积效率，但黏性摩擦会增大，同样引起功率损失，使总效率下降。二级脱盐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损失较小，但对泄漏量有较大影响。

液体的泄漏和黏性摩擦都会引起功率损失，当功率损失最小时，相对应的间隙值为最佳间隙值。由径向间隙所引起的总功率损失为ΔNδ，其值为：

式中ΔNδ——总功率损失，W；

ΔNQδ——齿轮径向间隙泄漏的功率损失，W;

ΔNhδ——齿顶与液体的黏性摩擦功率损失，W。

将式（2）、式（4）代入式（3）整理得：

由式（5）可得：

由式（6）可知，齿轮径向间隙泄漏的功率损失ΔNQδ是与齿轮径向间隙δ成正比，随着齿轮径向间隙的增加而加大的。如果其他参数视为常数的话，齿轮径向间隙所引起的总功率损失ΔNδ可以看成是δ的函数，且有最小值，见图2。

图2 齿轮径向间隙泄漏的功率损失

由式（6）求极小值，得径向间隙的最佳值δ0：

式中δ0——齿轮径向间隙的最佳值，m。

由式（7）可知，当其他参数不变时，齿轮径向间隙的最佳值δ0与液体的动力黏度μ成正比。在一般情况下，使用液压油作为工作介质，由于存在微量的硬质颗粒（滤油精度高也不可避免），磨粒磨损也会使固定间隙的齿轮泵间隙量扩大。在实际确定径向间隙值时，还应考虑轴承中的间隙，以及齿轮承受径向力产生偏心是否会使齿顶刮伤壳体等问题。通常，齿轮径向间隙δ0在0.03～0.1 mm之间选取。使用二级脱盐水时，介质稳定性好，受温度影响不大，由于不存在大量磨粒磨损，又没有水垢产生，能有效地保证摩擦副的密封性能。

5 结论

二级脱盐水的黏度约为液压油的三分之一，齿轮径向间隙减小也不会使黏性摩擦损失增加。综合考虑齿轮泵的总功率损失，齿轮径向间隙δ0可取0.02～0.06 mm,齿轮泵转速较大时，取大值，转速较小时，取低值，这样能有效地控制齿轮泵的运行效率。

[1] 廖传林.使用二级脱盐水时外啮合齿轮泵端面间隙的确定方法研究[J].液压与气动，2011（5）：62.

[2] 水处理编委会.水处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1983.

[3] 何存兴.液压元件[M].北京：机械工业出版社，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

*廖传林，男，1965年生，副教授，高级工程师。武汉市，430205。

2012-02-28）