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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。

    螺杆泵工作时,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;对中工作最好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,在保存时最好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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