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螺桿泵工作原理介紹和性能特點(diǎn) |
發(fā)布時(shí)間：2013-08-14 10:33:33 |
來自：
---光正泵閥
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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。圖中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。
螺桿泵的工作原理是：螺桿泵工作時(shí)，液體被吸入后就進(jìn)入螺紋與泵殼所圍的密封空間，當(dāng)主動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺桿泵密封容積在螺牙的擠壓下提高螺桿泵壓力，并沿軸向移動(dòng)。由于螺桿是等速旋轉(zhuǎn)，所以液體出流流量也是均勻的。
螺桿泵特點(diǎn)為：螺桿泵損失小，經(jīng)濟(jì)性能好。壓力高而均勻，流量均勻，轉(zhuǎn)速高，能與原動(dòng)機(jī)直聯(lián)。
螺桿泵可以輸送潤滑油，輸送燃油，輸送各種油類及高分子聚合物，用于輸送黏稠液體。
輸送高粘度介質(zhì)：
根據(jù)泵的大小不同可以輸送粘度從37000-200000厘泊的介質(zhì)。
含有顆�；蚶w維的介質(zhì)：顆粒直徑可以這30mm（不超過轉(zhuǎn)子偏心距）。纖維長可以350mm（相當(dāng)0.4位轉(zhuǎn)子的螺距）。其含量一般可達(dá)介質(zhì)窖的40%，若介質(zhì)中的固體物為細(xì)微之粉沫狀時(shí)，最高含量可達(dá) 60%或更高也能輸送。
要求輸送壓力穩(wěn)定，介質(zhì)固有結(jié)構(gòu)不愛破壞時(shí)，選用單螺桿泵輸送最為理想。
泵體劇烈振動(dòng)或產(chǎn)生噪音：
產(chǎn)生原因：水泵安裝不牢或水泵安裝過高；電機(jī)滾珠軸承損壞；水泵主軸彎曲或與電機(jī)主軸不同心、不平行等。
處理方法：裝穩(wěn)水泵或降低水泵的安裝高度；更換電機(jī)滾珠軸承；矯正彎曲的水泵主軸或調(diào)整好水泵與電機(jī)的相對位置。
傳動(dòng)軸或電機(jī)軸承過熱：
產(chǎn)生原因：缺少潤滑油或軸承破裂等。
處理方法：加注潤滑油或更換軸承。
水泵不出水：
產(chǎn)生原因：泵體和吸水管沒灌滿引水；動(dòng)水位低于水泵濾水管；吸水管破裂等。
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/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(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(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=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)(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=Kn1.5D2 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)荷最低，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，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；對中工作最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，盡可能減少對泵的牽連等。此外，備用螺桿，在保存時(shí)最好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。
1.單螺桿泵的壓力確定：
單螺桿泵最大輸出壓力是根據(jù)襯套級數(shù)即襯套的導(dǎo)程數(shù)來確定：
1級：最高工作壓力為0.6 MPa；
2級：最高工作壓力為1.2 MPa；
4級：最高工作壓力為2.4 MPa；
由于輸送介質(zhì)情況不同，對于含有嚴(yán)重磨損性的介質(zhì)，請參照表一選擇襯套級數(shù)。
表一：根據(jù)介質(zhì)的磨損性選擇襯套級數(shù)
磨損性 一級 二級
無 0.6MPa 1.2MPa
一般 0.4MPa 0.8MPa
嚴(yán)重 0.2MPa 0.4MPa
2.單螺桿泵轉(zhuǎn)速的選擇：
單螺桿泵由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大部分使用在輸送較高粘度的液體及含有顆粒的液體，因此其轉(zhuǎn)數(shù)的選擇非常關(guān)鍵，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，列出表二、表三，您可根據(jù)具體情況綜合考慮。
表二：根據(jù)介質(zhì)的磨損性選擇泵轉(zhuǎn)速
磨損性 介質(zhì)名稱 轉(zhuǎn)速（rpm）
無 淡水、促凝劑、油、漿汁、肉沫、油漆、肥皂水、血液、甘油 400-1000
一般 泥漿、懸浮液、工業(yè)廢水、油漆顏料、廢絲水（糖）、灰漿、魚、麥麩、菜籽油過濾后的沉積物 200-400
嚴(yán)重 石灰漿、粘土、灰泥、陶土 50-200
�。碇薪o出了所輸送的具體介質(zhì)及其磨損特性的特例，請注意介質(zhì)的特性隨其濃度和溫度的變化而變化。
�。�(dāng)泵的規(guī)格大時(shí)，轉(zhuǎn)速應(yīng)選低一些。
表三：根據(jù)介質(zhì)粘度選擇泵轉(zhuǎn)速
介質(zhì)粘度（cst） 1-1000 1000-10000 10000-100000 100000-
1000000
轉(zhuǎn)速（rpm） 400-1000 200-400 <200 <100
＊在選擇轉(zhuǎn)速時(shí)也要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)橐恍┢渌蛩匾灿绊懼D(zhuǎn)速的選擇，在最后確定了上述數(shù)值的同時(shí)最好與生產(chǎn)廠家協(xié)商。
3.單螺桿泵襯套橡膠材料的選擇：
單螺桿泵襯套為橡膠制品，也是單螺桿泵的一個(gè)易損件，它的選擇好壞，直接影響襯套的壽命，一般正常情況下襯套的壽命為3-6個(gè)月，如果選用不當(dāng)，襯套可能從鋼管中脫落或橡膠掉塊。所以要求我們對橡膠的基本特性及橡膠對各種不同介質(zhì)的適應(yīng)性有所了解，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)列出表四、表五。
表四：橡膠基本特性
橡膠特性 丁晴橡膠NBR 氯丁橡膠CR 氟橡膠PPM 乙丙橡膠EPDM
耐最高溫度 +120°C +110°C +200°C +150°C
耐磨性 優(yōu) 很好 優(yōu) 很好
耐老化性 很好 很好 優(yōu) 優(yōu)
耐臭氧 不行 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu)
耐蒸汽 很好 不行 優(yōu) 優(yōu)
耐燃性 很好 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu)
表五：單螺桿泵的襯套常用橡膠
橡膠的適應(yīng)性 乙丙橡膠EPDM 氟橡膠PPM 氯丁橡膠CR 丁晴橡膠NBR
水（污水） 很好 很好 很好 很好
植物油 一般 很好 一般 很好
礦物油 不行 很好 一般 很好
氨水 一般 不行 不行 很好
芳香族溶劑 不行 很好 不行 不行
濃堿 很好 不行 很好 很好
濃硝酸 不行 一般 不行 不行
冰醋酸 不行 很好 不行 很好
稀硫酸 很好 很好 不行 很好
濃硫酸 一般 很好 不行 不行
稀鹽酸 很好 很好 很好 很好
濃鹽酸 很好 很好 不行 很好
熱水 很好 不行 不行 一般
汽油 不行 很好 一般 很好
甲苯 不行 很好 不行 不行
二甲苯 不行 很好 不行 不行
乙醇 很好 很好 很好 一般
煤油 不行 很好 很好 很好
柴油 不行 很好 不行 很好
氯化烴 不行 一般 不行 不行
含酮類物料 很好 不行 不行 不行
含醇類物料 很好 很好 很好 很好
含脂類物料 很好 不行 不行 不行
含醚類物料 很好 不行 不行 不行
泥漿 很好 一般 一般 很好
磷酸 很好 一般 很好 一般
碳酸鈉 很好 不行 很好 很好
糖醛 很好 一般 一般 一般
苯100 不行 很好 不行 不行
丙酮 很好 不行 不行 不行
亞麻子油 很好 很好 很好 很好
二硫化碳 不行 很好 不行 不行
4.材料組合選擇：
輸送不同性質(zhì)的介質(zhì)，需不同材料組合。
5.性能表：
一般單螺桿泵的性能表或特性曲線都是以20C清水為介質(zhì)（粘度為1cst）時(shí)的數(shù)據(jù)，對于輸送不同粘度下的流量與軸功率不同。
6.軸封：
根據(jù)需要和輸送介質(zhì)，可采用機(jī)械密封和填料密封兩種，且這兩種結(jié)構(gòu)具有互換性。
7.泵的驅(qū)動(dòng)方式：
由于單螺桿泵為低速泵，泵的驅(qū)動(dòng)方式較多，一般有低速電機(jī)直聯(lián)（6級、8級）、齒輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)、無級變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)等方式。
螺桿泵在污水處理中的選用及應(yīng)用過程
螺桿泵因其有可變量輸送、自吸能力強(qiáng)、可逆轉(zhuǎn)、能輸送含固體顆粒的液體等特點(diǎn)，在污水處理廠中，廣泛地被使用在輸送水、濕污泥和絮凝劑藥液方面。螺桿泵選用應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)、合理、可靠的原則。如果在設(shè)計(jì)選型方面考慮不周，會(huì)給以后的使用、管理、維修帶來麻煩，所以選用一臺(tái)按生產(chǎn)實(shí)際需要，合理可靠的螺桿泵既能保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，又可降低修理成本。
一、螺桿泵的轉(zhuǎn)速選用
螺桿泵的流量與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，相對于低轉(zhuǎn)速的螺桿泵，高轉(zhuǎn)速的螺桿泵雖能增加了流量和揚(yáng)程，但功率明顯增大，高轉(zhuǎn)速加速了轉(zhuǎn)子與定子間的磨耗，必定使螺桿泵過早失效，而且高轉(zhuǎn)速螺桿泵的定轉(zhuǎn)子長度很短，極易磨損，因而縮短了螺桿泵的使用壽命。
通過減速機(jī)構(gòu)或無級調(diào)速機(jī)構(gòu)來降低轉(zhuǎn)速，使其轉(zhuǎn)速保持在每分三百轉(zhuǎn)以下較為合理的范圍內(nèi)，與高速運(yùn)轉(zhuǎn)的螺桿泵相比，使用壽命能延長幾倍。
二、螺桿泵的品質(zhì)
現(xiàn)在市場上的螺桿泵的種類較多，相對而言，進(jìn)口的螺桿泵設(shè)計(jì)合理，材質(zhì)精良，但價(jià)格較高，服務(wù)方面有的不到位，配件價(jià)格高，訂貨周期長，可能影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。
國內(nèi)生產(chǎn)的大都仿制進(jìn)口產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，在選用國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品時(shí)，在考慮其性價(jià)比的時(shí)候，選用低轉(zhuǎn)速，長導(dǎo)程，傳動(dòng)量部件材質(zhì)優(yōu)良，額定壽命長的產(chǎn)品。
三、確保雜物不進(jìn)入泵體
濕污泥中混入的固體雜物會(huì)對螺桿泵的橡膠材質(zhì)定子造成損壞，所以確保雜物不進(jìn)入泵的腔體是很重要的，很多污水廠在泵前加裝了粉碎機(jī)，也有的安裝格柵裝置或?yàn)V網(wǎng)，阻擋雜物進(jìn)入螺桿泵，對于格柵應(yīng)及時(shí)清撈以免造成堵塞。
四、避免斷料
螺桿泵決不允許在斷料的情形下運(yùn)轉(zhuǎn)，一經(jīng)發(fā)生，橡膠定子由于干摩擦，瞬間產(chǎn)生高溫而燒壞，所以，粉碎機(jī)完好，格柵暢通是螺桿泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件之一，為此，有些螺桿泵還在泵身上安裝了斷料停機(jī)裝置，當(dāng)發(fā)生斷料時(shí)，由于螺桿泵其有自吸功能的特性，腔體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生真空，真空裝置會(huì)使螺桿泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
五、保持恒定的出口壓力
螺桿泵是一種容積式回轉(zhuǎn)泵，當(dāng)出口端受阻以后，壓力會(huì)逐漸升高，以至于超過預(yù)定的壓力值。此時(shí)電機(jī)負(fù)荷急劇增加。傳動(dòng)機(jī)械相關(guān)零件的負(fù)載也會(huì)超出設(shè)計(jì)值，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生電機(jī)燒毀、傳動(dòng)零件斷裂。為了避免螺桿泵損壞，一般會(huì)在螺桿泵出口處安裝旁通溢流閥，用以穩(wěn)定出口壓力，保持泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 |
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