單螺桿泵的工作原理、特點(diǎn)及選用方法

螺桿泵是一種單螺桿式輸運(yùn)泵,它的主要工作部件是偏心螺旋體的螺桿（稱轉(zhuǎn)子）和內(nèi)表面呈雙線螺旋面的螺桿襯套（稱定子）。其工作原理是當(dāng)電動機(jī)帶動泵軸轉(zhuǎn)動時(shí),螺桿一方面繞本身的軸線旋轉(zhuǎn),另一方面它又沿襯套內(nèi)表面滾動,于是形成泵的密封腔室。螺桿每轉(zhuǎn)一周,密封腔內(nèi)的液體向前推進(jìn)一個(gè)螺距,隨著螺桿的連續(xù)轉(zhuǎn)動,液體螺旋形方式從一個(gè)密封腔壓向另一個(gè)密封腔,最后擠出泵體。螺桿泵是一種新型的輸送液體的機(jī)械,具有結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠,使用維修方便、出液連續(xù)均勻、壓力穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

一種利用螺桿的旋轉(zhuǎn)來吸排液體的泵，它適于吸排黏稠液體.

1.螺桿泵的基本工作原理

螺桿泵是利用螺桿的回轉(zhuǎn)來吸排液體的。圖1表示三螺桿泵的剖視圖。圖中，中間螺桿為主動螺桿，由原動機(jī)帶動回轉(zhuǎn)，兩邊的螺桿為從動螺桿，隨主動螺桿作反向旋轉(zhuǎn)。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(nèi)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(gè)或多個(gè)密封空間。隨著螺桿的轉(zhuǎn)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(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(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/cm2，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)，振動小，噪音低；

6)與其它回轉(zhuǎn)泵相比，對進(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(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(fù)荷。從動螺桿所受徑向力沿其整個(gè)長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，因此對螺桿要產(chǎn)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(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)的壓力就會上升到使泵損壞或使電動機(jī)過載的危險(xiǎn)程度。所以，在泵的吸排口處，就必須設(shè)置安全閥。

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=60Ftnm3/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)，其排量會發(fā)生變化。排量和粘度的關(guān)系可由下式表示： Q2=Qt-(Qt-Q1)(σ1/σ2)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=Kn1.5D2σm千瓦

式中：n—轉(zhuǎn)速；D—主動螺桿的外徑；—粘度；K—與螺桿長度有關(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

螺桿泵應(yīng)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(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，應(yīng)在吸排閥和旁通閥全開的情況下起動，讓泵起動時(shí)的負(fù)荷低，直到原動機(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)流動的，而循環(huán)的油量越多，循環(huán)的時(shí)間越長，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，盡可能減少對泵的牽連等。此外，備用螺桿，在保存時(shí)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(jì)，阿基米德發(fā)明的螺旋桿，可以平穩(wěn)連續(xù)地將水提至幾米高處，其原理仍為現(xiàn)代螺桿泵所利用。