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螺杆泵基本原理和特点

时间:2013-03-20      阅读:466

 螺杆泵是一种单螺杆式输运泵,它的主要工作部件是偏心螺旋体的螺杆(称转子)和内表面呈双线螺旋面的螺杆衬套(称定子)。其工作原理是当电动机带动泵轴转动时,螺杆一方面绕本身的轴线旋转,另一方面它又沿衬套内表面滚动,于是形成泵的密封腔室。螺杆每转一周,密封腔内的液体向前推进一个螺距,随着螺杆的连续转动,液体螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔,zui后挤出泵体。螺杆泵是一种新型的输送液体的机械,具有结构简单、工作安全可靠、使用维修方便、出液连续均匀、压力稳定等优点。
  一种利用螺杆的旋转来吸排液体的泵,它zui适于吸排黏稠液体.
  1. 螺杆泵的基本工作原理
  螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。图中表示三螺杆泵的剖视图。图中,中间螺杆为主动螺杆,由原动机带动回转,两边的螺杆为从动螺杆,随主动螺杆作反向旋转。主、从动螺 杆的螺纹均为双头螺纹。
  由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合,在泵的吸 入口和排出口之间, 就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合,这些密封空间在泵的吸入端不断形成,将吸入室中的液体封入其中,并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端,将封闭在 各空间中的液体不断排出,犹如一螺母在螺纹回转时被不断 向前推进的情形那样,这就是螺杆泵的基本工作原理。
  螺杆泵的工作原理是:螺杆泵工作时,液体被吸入后就进入螺纹与泵壳所围的密封空间,当主动螺杆旋转时,螺杆泵密封容积在螺牙的挤压下提高螺杆泵压力,并沿轴向移动。由于螺杆是等速旋转,所以液体出流流量也是均匀的。
  螺杆泵特点为:螺杆泵损失小,经济性能好。压力高而均匀,流量均匀,转速高,能与原动机直联。
  螺杆泵可以输送润滑油,输送燃油,输送各种油类及高分子聚合物,用于输送黏稠液体。
  输送高粘度介质:
  根据泵的大小不同可以输送粘度从37000-200000厘泊的介质。
  含有颗粒或纤维的介质:颗粒直径可以这30mm(不超过转子偏心距)。纤维长可以350mm(相当0.4位转子的螺距)。其含量一般可达介质窖的40%,若介质中的固体物为细微之粉沫状时,zui高含量可达 60%或更高也能输送。
  要求输送压力稳定,介质固有结构不爱破坏时,选用单螺杆泵输送zui为理想。
  泵体剧烈振动或产生噪音:
  产生原因:水泵安装不牢或水泵安装过高;电机滚珠轴承损坏;水泵主轴弯曲或与电机主轴不同心、不平行等。
  处理方法:装稳水泵或降低水泵的安装高度;更换电机滚珠轴承;矫正弯曲的水泵主轴或调整好水泵与电机的相对位置。
  传动轴或电机轴承过热:
  产生原因:缺少润滑油或轴承破裂等。
  处理方法:加注润滑油或更换轴承。
  螺杆泵不出水产生原因:泵体和吸水管没灌满引水;动水位低于水泵滤水管;吸水管破裂等。
  螺杆与壳体之间的密封面是一个空间曲面。 在这个曲面上存在着诸如ab或de之类的非密封区,并且与螺杆的凹槽部分形成许多三角形的缺口abc、def。这些三角形 的缺口构成液体的通道,使主动螺杆凹槽A与从动螺杆上的 凹槽B、C相连通。而凹槽B、C又沿着自己的螺线绕向背面, 并分别和背面的凹槽D、E相连通。由于在槽D、E与槽F(它属 于另一头螺线)相衔接的密封面上,也存在着类似于正面的三 角形缺口a’b’c’,所以D、F、E也将相通。这样,凹槽ABCDEA也就组成一个“∞” 形的密封空间(如采用单头螺纹,则凹槽将顺轴向盘饶螺杆, 将吸排口贯通,无法形成密封)。不难想象,在这样的螺杆 上,将形成许多个独立的“∞”形密封空间,每一个密封空间所占有的轴向长度恰好等于累杆的导程t。因此,为了使螺杆 能吸、排油口分隔开来,螺杆的螺纹段的长度至少要大于一个导程。
  从上述工作原理可以看出,螺杆泵有以下优点:
  1)压力和流量范围宽阔。压力约在3.4-340千克力/cm 2,流量可达18600cm3/分;
  2)运送液体的种类和粘度范围宽广;
  3)因为泵内的回转部件惯性力较低,故可使用很高的转速;
  4)吸入性能好,具有自吸能力;
  5)流量均匀连续,振动小,噪音低;
  6)与其它回转泵相比,对进入的气体和污物不太敏感;
  7)结构坚实,安装保养容易。
  螺杆泵的缺点是,螺杆的加工和装配要求较高;泵的性能 对液体的粘度变化比较敏感。
  2 螺杆泵的结构
  它主要是由固定在泵体中的衬套(泵缸)以及安插在泵缸 中的主动螺杆和与其啮合的两根从动螺杆所组成。三根互相 啮合的螺杆,在泵缸内按每个导程形成为一个密封腔,造成 吸排口之间的密封。
  泵工作时,由于两从动螺杆与主动螺杆左右对称啮合, 故作用在主动螺杆上的径向力*平衡,主动螺杆不承受弯 曲负荷。从动螺杆所受径向力沿其整个长度都由泵缸衬套来支承,因此,不需要在外端另设 轴承,基本上也不承受弯曲负荷。在运行中,螺杆外圆表面和 泵缸内壁之间形成的一层油膜,可防止金属之间的直接接触,使螺杆齿面的磨损大大减少。
  螺杆泵工作时,两端分别作用着液体的吸排压力,因此对螺杆要产生轴向推力。对于压差小于10千克力/cm2 的小型泵,可以采用止推轴承。此外,还通过主动螺杆的*油孔将 高压油引入各螺杆轴套的底部,从而在螺杆下端产生一个与轴向推力方向相反的平衡推力。
  螺杆泵和其它容积泵一样,当泵的排出口*封闭时,泵内的压力就会上升到使泵损坏或使电动机过载的危险程度。所以,在泵的吸排口处,就必须设置安全阀。
  螺杆泵的轴封,通常采用机械轴封,并可根据工作压力的高低采取不同的形式。
  3 螺杆泵的性能
  3.1 排量
  螺杆泵的理论排量可由下式计算:
  Qt=60Ftn m3/h
  式中:F—泵缸的有效截面积,cm2;t—螺杆螺纹的导程, m;n—主动螺杆的每分钟转数。
  螺杆泵的内部泄漏量Qs:
  Qs=αp/σm
  式中:p—泵的工作压力;σ—所排送的液体的粘度;α—与 螺杆直径和有效长度有关的系数;m=0.3-0.5。
  泵在压送不同粘度的液体时,其排量会发生变化。排量和 粘度的关系可由下式表示:
  Q2=Qt-(Qt-Q1)(σ1/σ2)m
  式中:Q1—粘度为σ1时的排量;Q2—粘度为σ2时的排量。
  3.2 功率
  泵的轴功率一般为水功率、摩擦功率和泄漏损失功率这三部分的总和。
  水功率Nc是指单位时间内泵传给液体的能量,也称输出 功率,可用下式计算:
  Nc=PQ×10-3 千瓦
  式中:P—泵的排出压力和吸入压力之差,帕;Q—泵的实 际排量,m3/s。
  摩擦功率是指液体粘性阻力产生的摩擦损失,可由下式表示:
  Nf=Kn1.5D2 σm 千瓦
  式中:n—转速;D—主动螺杆的外径;—粘度;K—与螺杆长度有关的系数;m=0.3-0.5。
  由上可见,当泵运送的液体粘度不同时,泵的轴功率也将不同。
  泄漏损失是指液体从高压处漏回低压处所造成的功率损失。
  所以,当计算泵的轴功率时,如采用理论排量,则泵的轴功率由下式表示:
  N=NfPQt10-3 千瓦
  4 螺杆泵的管理
  4.1 起动
  螺杆泵应在吸排停止阀全开的情况下起动,以防过载或吸空。
  螺杆泵虽然具有干吸能力,但是必须防止干转,以免擦伤工作表面。
  假如泵需要在油温很低或粘度很高的情况下起动,应在吸排阀和旁通阀全开的情况下起动,让泵起动时的负荷zui低,直到原动机达到额定转速时,再将旁通阀逐渐关闭。
  当旁通阀开启时,液体是在有节流的情况下在泵中不断循环流动的,而循环的油量越多,循环的时间越长,液体的发热也就越严重,甚至使泵因高温变形而损坏,必须引起注意。
  4.2 运转
  螺杆泵必须按既定的方向运转,以产生一定的吸排。
  泵工作时,应注意检查压力、温度和机械轴封的工作。对轴封应该允许有微量的泄漏,如泄漏量不超过20-30秒/滴,则认为正常。假如泵在工作时产生噪音,这往往是因油温太低,油液粘度太高,油液中进入空气,联轴节失中或泵过度磨损等原因引起。
  4.3 停车
  泵停车时,应先关闭排出停止阀,并待泵*停转后关闭吸入停止阀。
  4.4 螺杆泵因工作螺杆长度较大,刚性较差,容易引起弯曲,造成工作失常。对轴系的连接必须很好对中;对中工作是在安装定位后进行,以免管路牵连造成变形;连接管路时应独立固定,尽可能减少对泵的牵连等。此外,备用螺杆,在保存时采用悬吊固定的方法,避免因放置不平而造成的变形公元前三世纪,阿基米德发明的螺旋杆,可以平稳连续地将水提至几米高处,其原理仍为现代螺杆泵所利用。
  1.单螺杆泵的压力确定:
  单螺杆泵zui大输出压力是根据衬套级数即衬套的导程数来确定:
  1级:zui高工作压力为0.6 MPa;
  2级:zui高工作压力为1.2 MPa;
  4级:zui高工作压力为2.4 MPa;
  由于输送介质情况不同,对于含有严重磨损性的介质,请参照表一选择衬套级数。
  表一:根据介质的磨损性选择衬套级数
  磨损性 一级 二级
  无 0.6MPa 1.2MPa
  一般 0.4MPa 0.8MPa
  严重 0.2MPa 0.4MPa
  2.单螺杆泵转速的选择:
  单螺杆泵由于其结构特点,大部分使用在输送较高粘度的液体及含有颗粒的液体,因此其转数的选择非常关键,根据经验,列出表二、表三,您可根据具体情况综合考虑。
  表二:根据介质的磨损性选择泵转速
  磨损性 介质名称 转速(rpm)
  无 淡水、促凝剂、油、浆汁、肉沫、油漆、肥皂水、血液、甘油 400-1000
  一般 泥浆、悬浮液、工业废水、油漆颜料、废丝水(糖)、灰浆、鱼、麦麸、菜籽油过滤后的沉积物 200-400
  严重 石灰浆、粘土、灰泥、陶土 50-200
  *表中给出了所输送的具体介质及其磨损特性的特例,请注意介质的特性随其浓度和温度的变化而变化。
  *当泵的规格大时,转速应选低一些。
 

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