單螺桿泵的性能與結(jié)構(gòu)

單螺桿泵的性能與結(jié)構(gòu)
一、主要性能參數(shù)
    1.流量  單螺桿泵的流量決定其轉(zhuǎn)子和定子的尺寸以及泵的轉(zhuǎn)速。單螺桿泵每一個(gè)橫截面內(nèi)（圖1和圖2），定子孔的截面面積為；螺桿的截面面積為。

圖1 螺桿的幾何形狀

圖2 泵套的幾何形狀

    泵的過流面積為定子孔與螺桿截面面積之差，即為4eDR。
    （1）螺桿每轉(zhuǎn)一次的理論排液量Vth為過流面積與定子導(dǎo)程T的乘積，即：Vth=4eDRT    （1）
    （2）理論流量QVth為螺桿每一轉(zhuǎn)的理論排液量與轉(zhuǎn)速的乘積，即：
    或
式中  e——螺桿截面圓心與軸線的偏心距，mm；
      DR——螺桿圓形截面的直徑，DR=2R，mm；
      T——泵套內(nèi)孔螺旋槽的導(dǎo)程，mm；
      n——泵的轉(zhuǎn)速（表1），r/min。
    （3）實(shí)際流量qV或
式中ηV——泵的容積效率，ηV=0.65~0.85，當(dāng)排壓力較低、螺桿截面直徑DR較大時(shí)，取大值。
    2.轉(zhuǎn)速n  當(dāng)按液體黏度確定單螺桿泵轉(zhuǎn)速n時(shí)，可參見表1。

表1 單螺桿泵適用的轉(zhuǎn)速范圍和被送液體黏度

    單螺桿泵的轉(zhuǎn)速，還可以根據(jù)被送液體在泵工作腔內(nèi)的軸向流動(dòng)速度vgm（亦稱轉(zhuǎn)子、定子間的相對(duì)平均滑動(dòng)速度）來確定，特別來確定，特別是在輸送含有固體顆粒物的液體，且可能對(duì)泵的轉(zhuǎn)子或定子產(chǎn)生磨損時(shí)，必須以vgm值確定泵的轉(zhuǎn)速，詳見JB/T 8644-2007《單螺桿泵》附錄A。
    3.排出壓力  單螺桿泵的排出壓力取決于泵的排出管路系統(tǒng)的特性，泵的螺桿直徑和轉(zhuǎn)速不能改變泵的排出壓力。單螺桿泵的排出壓力為每個(gè)定子導(dǎo)程長(zhǎng)度T能達(dá)到的壓力與導(dǎo)程的乘積。一般每一個(gè)定子導(dǎo)程長(zhǎng)度能達(dá)到的排出壓力為0.3~0.6MPa。為了盡量減小泵的軸向尺寸，通常取泵能達(dá)到的排出壓力p2為p2=0.6iT（MPa）
式中  iT——泵的定子導(dǎo)程數(shù)，也可稱為泵的級(jí)數(shù)。
    4.效率η  單螺桿泵工作時(shí)，其轉(zhuǎn)子（螺桿）和定子（泵套）相接觸，并存在相對(duì)滑移，因此，單螺桿泵的機(jī)械損失較大，泵的效率較低一般為η=50%~80%。每一轉(zhuǎn)排液量較大的泵效率較高。
    5.使用壽命  單螺桿泵的轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)滑移，將引起轉(zhuǎn)子和定子的磨損，主要是定子磨損，因此，單螺桿泵的使用壽命較低。一般要求：在輸送清水或類似清水的液體時(shí)，定子的所以壽命不低于2000h。
    6.流量調(diào)節(jié)  單螺桿泵可在保持排出壓力不變的工況下，通過改變泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量，泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，故在一定范圍內(nèi)可用作定量泵或計(jì)量泵。

二、結(jié)構(gòu)  單螺桿泵有臥式和立式兩種結(jié)構(gòu)形式。
    1.臥式單螺桿泵  臥式結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多，其結(jié)構(gòu)布局合理（圖3），泵的吸液管口和吸入室在泵的軸封端，此時(shí)，泵軸封的密封壓力為吸入壓力，密封壓力較低，可減少泄漏的可能性。當(dāng)被輸送液體的流動(dòng)性較差時(shí)，可采用尺寸較大的矩形吸液口，并在吸入室內(nèi)增設(shè)螺旋進(jìn)料器（圖4），用以將被送液體推入泵工作腔，幫助泵吸入液體。

圖4  帶進(jìn)料器的單螺桿泵
1-定子；2-螺桿（轉(zhuǎn)子）；3-螺旋進(jìn)料器

    2.立式螺桿泵  立式結(jié)構(gòu)多用于液下和潛水單螺桿泵。
    （1）液下泵  浸沒于液體中，電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、軸承箱等泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)置于液面上方，其吸液管口和吸入室在螺桿的下端。泵工作時(shí)，吸液管口位于泵的下端，適于輸送罐（池）底部的沉淀物，但派液室和排液管位于泵軸封端，軸封的密封壓力為泵的排出壓力，增加了密封難度（特別是泵的排出壓力較高時(shí)）。液下泵浸入深度，一般為泵的自身長(zhǎng)度。當(dāng)排出壓力為2.4MPa時(shí)，浸入深度為3~3.5m；當(dāng)需要增加浸入深度時(shí)，需用長(zhǎng)軸傳動(dòng)，浸入深度80m以內(nèi)可用剛性軸轉(zhuǎn)動(dòng)，深度再增大（可達(dá)數(shù)百米）需用柔性軸傳動(dòng)。
    （2）單螺桿潛液泵  泵體與電動(dòng)機(jī)、萬(wàn)向聯(lián)軸器均潛于被送液體中，電動(dòng)機(jī)置于泵的下面，電動(dòng)機(jī)與泵直聯(lián)，泵轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同，泵直接由螺桿靠萬(wàn)向聯(lián)軸器端吸入液體，由螺桿上端向上排出液體，因此，潛液泵沒有長(zhǎng)軸，可節(jié)省鋼材，也不需用軸封，更沒有泄露問題，但需應(yīng)用特殊的潛液電動(dòng)機(jī)。
潛液泵的潛入深度取決于泵的排出壓力（揚(yáng)程），潛液泵不適于抽送沉淀物，一般多用于油田抽送黏性原油，下潛深度可達(dá)1000m。
    （3）螺桿  一般為圓形截面的單頭螺旋桿，定子孔為雙頭螺旋孔，稱作1-2型（或1/2型）。另一種為2-3型（或2/3型），其螺桿截面為橢圓形的雙頭螺旋桿、定子孔為三頭螺旋孔。2-3型的工作容積比1-2型增大45%，在相同的轉(zhuǎn)速下流量增大45%，在相同的流量下可減小定子的磨損，提高使用壽命。目前應(yīng)用較多的仍是1-2型螺桿和泵套。
    螺桿材料為碳鋼、合金鋼和不銹鋼，可用機(jī)械加工廣告制造，大直徑的螺桿采用空心結(jié)構(gòu)。定子多為橡膠制成，常用的有：天然橡膠（用于輸送污水、泥漿、有機(jī)涂料等）；丁晴橡膠（用于輸送油類、醫(yī)藥、食品、化妝品等）；氟橡膠（用于輸送烴、苯、烷溶劑等）；氯磺化聚乙烯橡膠（用于輸送酸、堿、油化纖漿液等）及聚氨酯橡膠等。

三、主要幾何參數(shù)
    1.單螺桿泵螺桿的圓形截面直徑DR、偏心距e、螺距t及電子螺旋孔截面尺寸和導(dǎo)程T（圖1和圖2）是根據(jù)需要的流量確定的。當(dāng)已知被送液體及所需的流量后，根據(jù)被送液體的性質(zhì)，選取適合的轉(zhuǎn)速（參照表1）；根據(jù)需要的流量和泵的容積效率確定每一轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)排液量；按以下的關(guān)系確定DR、e、T值，代入式    (1)核算泵的每一轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)排液量。

    當(dāng)每一轉(zhuǎn)的排液量為0.016L~16L時(shí)e=3~30（大泵取大值），T=2t
    2.單螺桿泵的螺桿和泵套的長(zhǎng)度L根據(jù)需要達(dá)到的排出壓力確定。螺桿和泵套的小長(zhǎng)度應(yīng)大于螺桿形成的兩條密封線（即一個(gè)密封腔）所占據(jù)的軸向長(zhǎng)度，以保證在任一瞬間至少有一條密封線將吸、排液口隔開。螺桿和泵套的小長(zhǎng)度Lmin應(yīng)為：Lmin=（1.2~1.5）T
螺桿和泵套的長(zhǎng)度L為：L=iTT+（0.2~0.5）T
式中  iT——級(jí)數(shù)（定子導(dǎo)程數(shù)），iT=p2/0.6

    四、性能換算  當(dāng)單螺桿泵、雙螺桿泵、三螺桿泵及五螺桿泵的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速、黏度與規(guī)定值的不同時(shí)，泵的流量和功率可按下式換算。
    1.流量  
式中  qv0——排出壓力為0時(shí)的實(shí)測(cè)流量；
      qvi——所測(cè)定的排出壓力下的實(shí)測(cè)流量；
      n——規(guī)定的轉(zhuǎn)速；
      ni——所測(cè)定的排出壓力下的實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速；
      ν——規(guī)定的介質(zhì)黏度，一般為75mm2/s；
      νi——實(shí)測(cè)黏度，mm2/s；
      k——換算指數(shù)，當(dāng)νi≥ν時(shí)，k=0.25，當(dāng)νi＜ν時(shí)，k=0.5。
    2.功率  
式中  Pi——所測(cè)定排出壓力下的實(shí)測(cè)功率值，kW；
      P0——排出壓力為0時(shí)的實(shí)測(cè)功率值，kW。