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螺桿泵的工作原理

1 螺桿泵的基本工作原理

    螺桿泵是利用螺桿的回轉(zhuǎn)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(dòng)螺桿,由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn), 兩邊的螺桿為從動(dòng)螺桿,隨主動(dòng)螺桿作反向旋轉(zhuǎn)。主、從動(dòng)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(nèi)壁的緊密配合,在泵的吸 入口和排出口之間, 就會(huì)被分隔成一個(gè)或多個(gè)密封空間。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)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(xù)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(zhuǎn)時(shí)被不斷 向前推進(jìn)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(gè)空間曲面。 在這個(gè)曲面上存在著諸如ab或de之類的非密封區(qū),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(gòu)成液體的通道,使主動(dòng)螺桿凹槽A與從動(dòng)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(gè)“∞” 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(gè)獨(dú)立的“∞”形密封空間,每一個(gè)密封空間所占有的軸向長(zhǎng)度恰好等于累桿的導(dǎo)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(zhǎng)度至少要大于一個(gè)導(dǎo)程。

   從上述工作原理可以看出,螺桿泵有以下優(yōu)點(diǎn):

    1)壓力和流量范圍寬闊。壓力約在3.4-340千克力/cm 2,流量可達(dá)18600cm3/分;

    2)運(yùn)送液體的種類和粘度范圍寬廣;

    3)因?yàn)楸脙?nèi)的回轉(zhuǎn)部件慣性力較低,故可使用很高的轉(zhuǎn)速;

    4)吸入性能好,具有自吸能力;

    5)流量均勻連續(xù),振動(dòng)小,噪音低;

    6)與其它回轉(zhuǎn)泵相比,對(duì)進(jìn)入的氣體和污物不太敏感;

    7)結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí),安裝保養(yǎng)容易。

    螺桿泵的缺點(diǎn)是,螺桿的加工和裝配要求較高;泵的性能 對(duì)液體的粘度變化比較敏感。

    2 三螺桿泵的結(jié)構(gòu)

    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(dòng)螺桿和與其嚙合的兩根從動(dòng)螺桿所組成。三根互相 嚙合的螺桿,在泵缸內(nèi)按每個(gè)導(dǎo)程形成為一個(gè)密封腔,造成 吸排口之間的密封。

    泵工作時(shí),由于兩從動(dòng)螺桿與主動(dòng)螺桿左右對(duì)稱嚙合, 故作用在主動(dòng)螺桿上的徑向力完全平衡,主動(dòng)螺桿不承受彎 曲負(fù)荷。從動(dòng)螺桿所受徑向力沿其整個(gè)長(zhǎng)度都由泵缸襯套來支承,因此,不需要在外端另設(shè) 軸承,基本上也不承受彎曲負(fù)荷。在運(yùn)行中,螺桿外圓表面和 泵缸內(nèi)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(shí),兩端分別作用著液體的吸排壓力,因此對(duì)螺桿要產(chǎn)生軸向推力。對(duì)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(dòng)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(chǎn)生一個(gè)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(dāng)泵的排出口完全封閉時(shí),泵內(nèi)的壓力就會(huì)上升到使泵損壞或使電動(dòng)機(jī)過載的危險(xiǎn)程度。所以,在泵的吸排口處,就必須設(shè)置**閥。

    螺桿泵的軸封,通常采用機(jī)械軸封,并可根據(jù)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(jì)算:

    Qt=60Ftn m3/h

    式中:F—泵缸的有效截面積,cm2;t—螺桿螺紋的導(dǎo)程, m;n—主動(dòng)螺桿的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。

    螺桿泵的內(nèi)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(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù);m=0.3-0.5。

    泵在壓送不同粘度的液體時(shí),其排量會(huì)發(fā)生變化。排量和 粘度的關(guān)系可由下式表示:

    Q2=Qt-(Qt-Q1)(σ12)m

    式中:Q1—粘度為σ1時(shí)的排量;Q2—粘度為σ2時(shí)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(shí)間內(nèi)泵傳給液體的能量,也稱輸出 功率,可用下式計(jì)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(shí) 際排量,m3/s。

    摩擦功率是指液體粘性阻力產(chǎn)生的摩擦損失,可由下式表示:

    Nf=Kn1.5D2 σm 千瓦

    式中:n—轉(zhuǎn)速;D—主動(dòng)螺桿的外徑;—粘度;K—與螺桿長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù);m=0.3-0.5。

    由上可見,當(dāng)泵運(yùn)送的液體粘度不同時(shí),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(dāng)計(jì)算泵的軸功率時(shí),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(dòng)

    螺桿泵應(yīng)在吸排停止閥全開的情況下起動(dòng),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(zhuǎn),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(dòng),應(yīng)在吸排閥和旁通閥全開的情況下起動(dòng),讓泵起動(dòng)時(shí)的負(fù)荷*低,直到原動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí),再將旁通閥逐漸關(guān)閉。

    當(dāng)旁通閥開啟時(shí),液體是在有節(jié)流的情況下在泵中不斷循環(huán)流動(dòng)的,而循環(huán)的油量越多,循環(huán)的時(shí)間越長(zhǎng),液體的發(fā)熱也就越嚴(yán)重,甚至使泵因高溫變形而損壞,必須引起注意。

    4.2 運(yùn)轉(zhuǎn)

螺桿泵必須按既定的方向運(yùn)轉(zhuǎn),以產(chǎn)生一定的吸排。

    泵工作時(shí),應(yīng)注意檢查壓力、溫度和機(jī)械軸封的工作。對(duì)軸封應(yīng)該允許有微量的泄漏,如泄漏量不超過20-30秒/滴,則認(rèn)為正常。假如泵在工作時(shí)產(chǎn)生噪音,這往往是因油溫太低,油液粘度太高,油液中進(jìn)入空氣,聯(lián)軸節(jié)失中或泵過度磨損等原因引起。

    4.3 停車

    泵停車時(shí),應(yīng)先關(guān)閉排出停止閥,并待泵完全停轉(zhuǎn)后關(guān)閉吸入停止閥。

    4.4 螺桿泵因工作螺桿長(zhǎng)度較大,剛性較差,容易引起彎曲,造成工作失常。對(duì)軸系的連接必須很好對(duì)中;對(duì)中工作*好是在安裝定位后進(jìn)行,以免管路牽連造成變形;連接管路時(shí)應(yīng)獨(dú)立固定,盡可能減少對(duì)泵的牽連等。此外,備用螺桿,在保存時(shí)*好采用懸吊固定的方法,避免因放置不平而造成的變形。

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