螺杆泵的结构及工作原理

螺杆泵的结构及工作原理



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1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 、三螺杆泵的结构



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完全平衡，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，还通过主动螺杆的中央油孔将 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，当泵的排出口完全封闭时，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，让泵起动时的负荷最低，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，并待泵完全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。



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