用两颗齿轮咬住每一滴油：KRACHT齿轮泵如何把容积式原理做到极致

在液压与流体输送的世界里，“容积式泵”是一个大词族——齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等等，而其中外啮合齿轮泵又是最常见、结构之一。KRACHT（克拉克特）的齿轮泵，尤其是KF、KP等系列，把这个“两颗齿轮咬住每一滴油”的简单原理，做到高压力、高可靠、宽适应范围，在风电、船舶、化工、塑料、润滑系统等众多领域都有大量应用。

下面我从原理、结构特点、性能范围、典型应用和使用维护几个角度，系统地把KRACHT齿轮泵讲清楚。

一、外啮合齿轮泵的基本原理：咬合区就是“移动的小活塞”

KRACHT的齿轮泵属于外啮合齿轮泵（external gear pumps）。原理并不复杂，但要真正把原理发挥好，需要在齿轮几何、间隙控制、材料与密封上下很大功夫。

简单原理描述：

1）泵体内有两个啮合的齿轮：一个主动齿轮（接驱动轴），一个从动齿轮

2）油液从吸油口进入两齿轮的齿间空间（齿槽）

3）齿轮旋转时，齿槽把油液从吸油侧“搬运”到压油侧

4）在齿轮啮合区域，齿与齿之间接触，将齿槽内的油液“挤”向压油口

5）因为啮合区的空间不断减小，油液被强制排出，形成连续的流量输出

从能量角度看：驱动轴的机械能通过齿面啮合转换成油液的压力能。每一个齿槽就相当于一个“小活塞”，啮合一次完成一次吸油–排油循环。

正因为是通过几何容积来输送油，所以在一定转速和粘度下，理论流量几乎与压力无关，这是容积式泵的基本特性。

二、KRACHT齿轮泵的产品家族与定位

KRACHT在齿轮泵主要有两大系列：

KF系列：输送泵（transfer pumps），偏重通用输送、润滑与低压–中压应用

KP系列：高压齿轮泵（high-pressure gear pumps），偏重油液压系统中的高压动力源

此外，KM系列为齿轮马达（gear motors），与齿轮泵在结构上类似，只是功能相反：用压力油驱动齿轮旋转，输出机械功。

1）KF系列：通用输送与润滑的主力

KF系列的排量范围大约在2.5–630 cm³/rev，对应的额定流量取决于转速和压力。主要特点：

宽广的排量规格：从小到2.5 cm³/rev，大到630 cm³/rev，覆盖很宽的功率范围

额定压力：许多型号在25–30 bar左右，属于“低压–中压输送”级别

最高压力：部分规格在特定条件下可达约315–480 bar，但更多是短时或特定工况

极宽的粘度范围：某些型号适用粘度可达12–100 000 mm²/s，从很稀的溶剂到非常粘稠的熔体都能处理

介质温度范围：约–40…200°C，视密封与材料而定

自吸能力：在绝大多数情况下，齿轮泵是自吸的，但粘度时可能需要入口正压辅助

噪声优化版本：针对含气量高的介质，提供低噪版本，通过特殊齿轮几何和结构降低噪声

万能阀（Universal Valve）：可选装在泵上的特殊阀，使得即使驱动轴转向改变，P/T口仍保持不变，适合某些正反转或摇摆工况

三、结构细节：从齿形到密封，把每一个细节都做成“工程变量”

KRACHT的齿轮泵之所以能在众多场景中被认可，和它在结构上的一系列精细设计密切相关。

1）齿轮几何与齿形优化

采用特殊齿形（如斜齿、修形齿），以减小啮合冲击和流量脉动，降低噪声与压力波动

噪声优化版本KF会根据介质含气情况调整齿形与泵内油道，在牺牲约3%流量前提下，显著降低噪声水平

2）壳体与轴承设计

壳体材料包括灰铸铁、球墨铸铁、铝合金等，兼顾强度、散热与耐腐蚀性

轴承部分采用多层滑动轴承或滚动轴承，根据型号和应用可选：

多层滑动轴承（含铅材料），适合高载荷与润滑条件良好的工况

带外伸轴承的结构，以承受外部径向载荷（如皮带轮张紧力）

3）轴封与密封方案

提供NBR、FKM、HNBR、PTFE、EPDM等多种密封材料，以适应不同介质温度与化学性质

单唇封、双唇封+外伸轴承、带冲洗接口（quench）的机械密封等多种结构形式，用于解决高转速、高温、高粘度下的密封与寿命问题

对于某些应用（如水下、浸没安装），提供特殊密封和排水结构

4）万能阀（U2 Valve）与旋转方向无关设计

对于KF系列，可以选装万能阀，使得无论驱动轴顺时针还是逆时针旋转，泵的吸油口与压油口都不变

这在风力发电、船舶推进、摇摆工况下非常重要，因为可能出现转向变化或摆动运动

5）安装与驱动接口

多种法兰形式：DIN、SAE、内螺纹、外螺纹、带喷嘴法兰等，方便与系统集成

多种轴伸型式：平键轴、花键轴、锥轴等，方便与电机或发动机直连

可配多种驱动形式：IEC电机、NEMA电机、液压马达、气动马达、船用发动机等，可以提供成套电机–泵单元

四、性能怎么看？流量、压力、功率与寿命的平衡

选泵和用泵，实际上是在流量、压力、安装空间、寿命与成本之间做平衡。KRACHT的样本里通常会给出非常详尽的性能表，比如KF系列会给出在950 min⁻¹、1150 min⁻¹等不同转速下，各个压力点的流量和所需轴功率。

1）流量Q与排量Vg、转速n的关系

理论流量计算很简单：

Q_theo=Vg×n×10⁻³（单位：L/min，Vg单位：cm³/rev）

实际流量会因为间隙泄漏、介质粘度、入口条件等有所下降，样本中通常会给出一个“额定流量Q_n”，并附带误差范围（例如+2.5%/–5%）。

2）压力对流量与功率的影响

齿轮泵在低压时几乎“恒排量”，但随着压力升高，内部间隙泄漏增大，实际流量会略有下降

轴功率P与压力、流量、效率有关：

P=(p×Q)/(600×η)

其中p为压力（bar），Q为流量（L/min），η为总效率。样本中给出的“所需驱动功率”一般是按额定条件（特定粘度、温度、转速）测得的，并建议电机功率高出约15%以保证可靠启动。

3）粘度对性能的影响

粘度太低：内部泄漏大，容积效率下降，润滑变差，磨损加快

粘度太高：吸油困难，流动阻力大，填充效率下降，可能引起入口汽蚀或噪声增加

KRACHT的样本中会给出“粘度–推荐转速”对应表，帮助工程师在给定介质粘度下选择合适转速

4）寿命与维护周期

对于KF/KP系列齿轮泵，KRACHT在技术资料中给出了维护计划表，比如：

之后每3000小时进行一次小检查

每6000小时进行一次更全面维护

维护内容包括：检查流量与压力、检查介质温度、检查设备温度、检查阀门功能、检查等电位连接、听噪声、清洁、视觉检查泄漏、密封液位、齿轮箱状况、轴承、轴封等

五、典型应用案例：从风电齿轮箱到化工输送

1）风电齿轮箱润滑

风力发电的齿轮箱需要在温度、高转速、高振动下长期可靠运行

KF系列可作为预润滑/主润滑泵，将润滑油从油箱泵入齿轮箱，确保齿轮和轴承始终有足够油膜

若存在电机频繁反转或停机时反转，可选万能阀保证油流向不变

2）船舶推进与齿轮箱润滑

船舶齿轮箱、尾轴管等需要润滑系统，KRACHT齿轮泵可以在船用柴油机或电机驱动下长期稳定运行

海洋环境还涉及盐雾、潮湿等，外壳材料和防腐处理需要特别考虑

3）化工与塑料行业的介质输送

在化工和塑料行业，大量高粘度、高温甚至含磨料的介质需要可靠输送

KF系列宽粘度与宽温度范围，配合合适的材料和密封，可以胜任树脂、熔体、添加剂等输送任务

对含磨料介质，可选更耐磨的轴承与齿轮材料，并加强过滤，延长寿命

4）过滤器系统中的输油泵

在回油过滤或旁路过滤系统中，通常需要输油泵把油从油箱打进过滤器，再送回系统

KF系列的低脉动与相对平稳流动，有利于过滤器长期稳定工作

5）工业液压系统中的高压动力源

KP系列高压齿轮泵可以作为中小功率液压系统或子系统的动力源，尤其是在移动机械和工业设备中

相比柱塞泵，齿轮泵结构更简单、成本较低，对油液清洁度要求相对宽松，但效率与噪声需要综合考虑

六、安装与调试：从对中到吸油条件的每一个细节

1）对中与联轴器

泵与电机（或发动机）之间的对中非常重要，否则会对轴承和密封造成额外载荷，引发早期失效

推荐：使用弹性联轴器、爪式联轴器或磁力耦合器，在保证传递扭矩的同时，容忍一定的对中误差

2）吸油条件与管路设计

吸油管径要足够，尽量避免过多弯头与局部缩径

吸油口应低于油箱液面，保证一定静压头（通常0.5–1 bar），高粘度时可能需要更大静压

避免吸油管中产生气囊和旋涡，可使用防旋涡板或适当的吸油口结构

3）排气与初次启动

新安装或换油后启动，要确保系统充分排气，否则可能在齿轮啮合区出现气蚀或局部缺油

KRACHT技术资料中也提到系统启机或换油后应排气，以免损坏泵

4）安全阀与系统保护

若泵出口可能堵死，压力会异常升高，需要设置安全阀或压力限制装置

对于有万能阀的KF泵，也要注意安全阀的设定与安装位置

5）等电位与接地

尤其是在船舶、海上平台和化工装置，要确保泵、电机和管路之间良好的等电位连接，避免杂散电流导致电化学腐蚀或电气故障

七、维护与故障诊断：从“听声音”到“看漏油”的一套方法

1）按运行时间进行的定期检查

初始运行后24小时内：检查有无异常噪声、振动、泄漏和温升

之后每3000小时：检查流量与压力、介质温度、泵体温升、阀门功能、等电位连接、油液状况、听觉异常、清洁和外部泄漏

每6000小时：增加对齿轮箱状况、轴承、轴封、外伸轴承等的深入检查

2）更换与备件

根据运行数据与工况，提前计划轴封、轴承、齿轮等备件的更换周期

KRACHT提供了详细的维护与修理时间估算，方便用户停机计划

八、选型与使用中的“关键问号”

如果你准备在项目中用KRACHT齿轮泵，下面这些问题值得提前想清楚：

1）用途是“输送”还是“液压动力”？

输送与润滑：优先考虑KF系列，兼顾粘度范围、温度与结构形式

液压动力：考虑KP系列，关注额定压力、总效率及与系统的兼容性

2）介质粘度与温度范围有多？

高粘度、高温熔体：关注材料与密封的耐温与耐化学性，考虑入口加热、保温与降转速

低粘度、低温：关注自吸能力、入口压力，必要时采用增压泵

3）是否需要噪声优化？

在办公楼周边或夜间运行的设备，噪声敏感；可选噪声优化版KF，注意它会牺牲约3%流量

4）是否需要旋转方向无关或万能阀？

有反转、摆动或不确定转向的应用，建议选装万能阀，保证油路始终一致

5）维护与备件策略？

根据运行小时制定预防性维护计划，而不是“坏了再修”

对船用、风电、海上平台等不易接近场合，更要提前规划备件库存

九、发展方向：更高效、更清洁、更智能的齿轮泵

齿轮泵这种结构看似“古老”，但KRACHT仍在持续迭代，主要趋势包括：

效率提升：通过优化齿轮几何和间隙控制，提高容积效率与机械效率

低噪声与低脉动：针对噪声敏感应用，持续优化齿形与流道

更广泛的介质与材料：应对生物基油、难燃液压油、特殊化学介质，开发更兼容的材料和密封方案

智能化与监控：在泵或驱动端集成转速、温度、压力和振动传感器，与上位系统通信，实现状态监测与故障预测