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泵阀知识介绍：螺杆泵工作原理与特点

上传：水晶果冻来源：绿色建材网 [2008年1月28日]

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    螺杆泵是一种单螺杆式输运泵,它的主要工作部件是偏心螺旋体的螺杆（称转子）和内表面呈双线螺旋面的螺杆衬套（称定子）。其工作原理是当电动机带动泵轴转动时,螺杆一方面绕本身的轴线旋转,另一方面它又沿衬套内表面滚动, 于是形成泵的密封腔室。螺杆每转一周,密封腔内的液体向前推进一个螺距,随着螺杆的连续转动,液体螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔,最后挤出泵体。螺杆泵是一种新型的输送液体的机械,具有结构简单、工作安全可靠,使用维修方便、出液连续均匀、压力稳定等优点。
    一种利用螺杆的旋转来吸排液体的泵，它最适于吸排黏稠液体.
    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/cm2，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=60Ftnm3/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=Kn1.5D2σm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公元前三世纪，阿基米德发明的螺旋杆，可以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。

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