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螺桿泵工作原理與特點

來源:圓弧齒輪泵-導熱油泵 發布時間:2012/2/21 11:01:37
      螺桿泵是一種單螺桿式輸運泵,它的主要工作部件是偏心螺旋體的螺桿(稱轉子)和內表面呈雙線螺旋面的螺桿襯套(稱定子)。其工作原理是當電動機帶動泵軸轉動時,螺桿一方面繞本身的軸線旋轉,另一方面它又沿襯套內表面滾動,于是形成泵的密封腔室。螺桿每轉一周,密封腔內的液體向前推進一個螺距,隨著螺桿的連續轉動,液體螺旋形方式從一個密封腔壓向另一個密封腔,最后擠出泵體。螺桿泵是一種新型的輸送液體的機械,具有結構簡單、工作安全可靠,使用維修方便、出液連續均勻、壓力穩定等優點。
一種利用螺桿的旋轉來吸排液體的泵,它最適于吸排黏稠液體.
     1.螺桿泵的基本工作原理
      螺桿泵是利用螺桿的回轉來吸排液體的。圖1表示三螺桿泵的剖視圖。圖中,中間螺桿為主動螺桿,由原動機帶動回轉,兩邊的螺桿為從動螺桿,隨主動螺桿作反向旋轉。主、從動螺桿的螺紋均為雙頭螺紋。
由于各螺桿的相互嚙合以及螺桿與襯筒內壁的緊密配合,在泵的吸入口和排出口之間,就會被分隔成一個或多個密封空間。隨著螺桿的轉動和嚙合,這些密封空間在泵的吸入端不斷形成,將吸入室中的液體封入其中,并自吸入室沿螺桿軸向連續地推移至排出端,將封閉在各空間中的液體不斷排出,猶如一螺母在螺紋回轉時被不斷向前推進的情形那樣,這就是螺桿泵的基本工作原理。
      螺桿與殼體之間的密封面是一個空間曲面。在這個曲面上存在著諸如ab或de之類的非密封區,并且與螺桿的凹槽部分形成許多三角形的缺口abc、def。這些三角形的缺口構成液體的通道,使主動螺桿凹槽A與從動螺桿上的凹槽B、C相連通。而凹槽B、C又沿著自己的螺線繞向背面,并分別和背面的凹槽D、E相連通。由于在槽D、E與槽F(它屬于另一頭螺線)相銜接的密封面上,也存在著類似于正面的三角形缺口a"b"c",所以D、F、E也將相通。這樣,凹槽ABCDEA也就組成一個“∞”形的密封空間(如采用單頭螺紋,則凹槽將順軸向盤饒螺桿,將吸排口貫通,無法形成密封)。不難想象,在這樣的螺桿上,將形成許多個獨立的“∞”形密封空間,每一個密封空間所占有的軸向長度恰好等于累桿的導程t。因此,為了使螺桿能吸、排油口分隔開來,螺桿的螺紋段的長度至少要大于一個導程。
      從上述工作原理可以看出,螺桿泵有以下優點:
      1)壓力和流量范圍寬闊。壓力約在3.4-340千克力/cm2,流量可達18600cm3/分;
      2)運送液體的種類和粘度范圍寬廣;
      3)因為泵內的回轉部件慣性力較低,故可使用很高的轉速;
      4)吸入性能好,具有自吸能力;
      5)流量均勻連續,振動小,噪音低;
      6)與其它回轉泵相比,對進入的氣體和污物不太敏感;
      7)結構堅實,安裝保養容易。
      螺桿泵的缺點是,螺桿的加工和裝配要求較高;泵的性能對液體的粘度變化比較敏感。
      2、三螺桿泵的結構
      它主要是由固定在泵體中的襯套(泵缸)以及安插在泵缸中的主動螺桿和與其嚙合的兩根從動螺桿所組成。三根互相嚙合的螺桿,在泵缸內按每個導程形成為一個密封腔,造成吸排口之間的密封。
      泵工作時,由于兩從動螺桿與主動螺桿左右對稱嚙合,故作用在主動螺桿上的徑向力完全平衡,主動螺桿不承受彎曲負荷。從動螺桿所受徑向力沿其整個長度都由泵缸襯套來支承,因此,不需要在外端另設軸承,基本上也不承受彎曲負荷。在運行中,螺桿外圓表面和泵缸內壁之間形成的一層油膜,可防止金屬之間的直接接觸,使螺桿齒面的磨損大大減少。
      螺桿泵工作時,兩端分別作用著液體的吸排壓力,因此對螺桿要產生軸向推力。對于壓差小于10千克力/cm2的小型泵,可以采用止推軸承。此外,還通過主動螺桿的中央油孔將高壓油引入各螺桿軸套的底部,從而在螺桿下端產生一個與軸向推力方向相反的平衡推力。
      螺桿泵和其它容積泵一樣,當泵的排出口完全封閉時,泵內的壓力就會上升到使泵損壞或使電動機過載的危險程度。所以,在泵的吸排口處,就必須設置安全閥。
      螺桿泵的軸封,通常采用機械軸封,并可根據工作壓力的高低采取不同的形式。
     3螺桿泵的性能
     3.1排量
      螺桿泵的理論排量可由下式計算: Qt=60Ftnm3/h
      式中:F—泵缸的有效截面積,cm2;t—螺桿螺紋的導程,m;n—主動螺桿的每分鐘轉數。
      螺桿泵的內部泄漏量Qs:
      Qs=αp/σm
      式中:p—泵的工作壓力;σ—所排送的液體的粘度;α—與螺桿直徑和有效長度有關的系數;m=0.3-0.5。
泵在壓送不同粘度的液體時,其排量會發生變化。排量和粘度的關系可由下式表示: Q2=Qt-(Qt-Q1)(σ1/σ2)m
式中:Q1—粘度為σ1時的排量;Q2—粘度為σ2時的排量。
      3.2功率
      泵的軸功率一般為水功率、摩擦功率和泄漏損失功率這三部分的總和。
      水功率Nc是指單位時間內泵傳給液體的能量,也稱輸出功率,可用下式計算:
      Nc=PQ×10-3千瓦
      式中:P—泵的排出壓力和吸入壓力之差,帕;Q—泵的實際排量,m3/s。
      摩擦功率是指液體粘性阻力產生的摩擦損失,可由下式表示: Nf=Kn1.5D2σm千瓦
      式中:n—轉速;D—主動螺桿的外徑;—粘度;K—與螺桿長度有關的系數;m=0.3-0.5。
      由上可見,當泵運送的液體粘度不同時,泵的軸功率也將不同。    泄漏損失是指液體從高壓處漏回低壓處所造成的功率損失。 所以,當計算泵的軸功率時,如采用理論排量,則泵的軸功率由下式表示: N=NfPQt10-3千瓦
     4螺桿泵的管理
     4.1起動
      螺桿泵應在吸排停止閥全開的情況下起動,以防過載或吸空。
      螺桿泵雖然具有干吸能力,但是必須防止干轉,以免擦傷工作表面。
      假如泵需要在油溫很低或粘度很高的情況下起動,應在吸排閥和旁通閥全開的情況下起動,讓泵起動時的負荷最低,直到原動機達到額定轉速時,再將旁通閥逐漸關閉。
      當旁通閥開啟時,液體是在有節流的情況下在泵中不斷循環流動的,而循環的油量越多,循環的時間越長,液體的發熱也就越嚴重,甚至使泵因高溫變形而損壞,必須引起注意。
     4.2運轉
      螺桿泵必須按既定的方向運轉,以產生一定的吸排。 泵工作時,應注意檢查壓力、溫度和機械軸封的工作。對軸封應該允許有微量的泄漏,如泄漏量不超過20-30秒/滴,則認為正常。假如泵在工作時產生噪音,這往往是因油溫太低,油液粘度太高,油液中進入空氣,聯軸節失中或泵過度磨損等原因引起。
      4.3停車
      泵停車時,應先關閉排出停止閥,并待泵完全停轉后關閉吸入停止閥。
     4.4螺桿泵因工作螺桿長度較大,剛性較差,容易引起彎曲,造成工作失常。對軸系的連接必須很好對中;對中工作最好是在安裝定位后進行,以免管路牽連造成變形;連接管路時應獨立固定,盡可能減少對泵的牽連等。此外,備用螺桿,在保存時最好采用懸吊固定的方法,避免因放置不平而造成的變形公元前三世紀,阿基米德發明的螺旋桿,可以平穩連續地將水提至幾米高處,其原理仍為現代螺桿泵所利用。
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