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文檔簡介
螺桿泵屬容積式轉子泵,誕生于1931年。由于結構獨特,有自
吸能力、效率高、體積小、工作可靠,且可輸送粘度范圍寬廣的各種
介質,螺桿泵被廣泛應用于石油化工、航運、電力、機械液壓系統(tǒng)、
食品、造紙、污水處理等工業(yè)部門。
作為節(jié)能和節(jié)材產(chǎn)品,螺桿泵在我國的應用范圍正在不斷擴大,
需求量連年增長,越來越受到重視。雖然我國國內(nèi)的螺桿泵與國外專
業(yè)公司相比還存在差距,但隨著我國螺桿泵科研力量的投入及應用實
踐的增多,螺桿泵在替代原來傳統(tǒng)技術方面必將取得良好的使用效果,
實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材效益。
螺桿泵的分類
螺桿泵的家族雖然稱不上龐大,但是按照螺桿的標準,它也可以
分為不同的類型。本文著重介紹最為常用的單螺桿泵、雙螺桿泵以及
三螺桿泵。
01、單螺桿泵
單螺桿泵是一種新型的內(nèi)嚙合回轉式容積泵。主要工作部件是
偏心螺桿(轉子)和固定的襯套(定子)。與其他泵相比,單螺桿泵有
著自己獨特的優(yōu)勢:和離心泵相比,單螺桿泵不需要裝閥門,而流量
是穩(wěn)定的線性流動;和柱塞泵相比,單螺桿泵具有更好的自吸能力;
和隔膜泵相比,單螺桿泵可輸送各種混合雜質,含有氣體及固體顆粒
或纖維的介質,也可輸送各種腐蝕性物質;和齒輪泵相比,單螺桿泵
可輸送高粘度的物質;與柱塞泵、隔膜泵及齒輪泵不同的是,單螺桿
泵可用于藥劑填充和計量。
02、雙螺桿泵
單從結構上而言,雙螺桿泵是外嚙合的螺桿泵。它利用相互嚙合,
互不接觸的兩根螺桿來抽送液體。在結構型式上雙螺桿泵也很齊全,
有臥式、立式、帶加熱套等各種類型,可以輸送有顆粒的低粘度或高
粘度介質,根據(jù)顆粒大小調節(jié)螺桿間距,選用正確的材質,甚至可以
輸送許多腐蝕性介質。
雙螺桿泵作為一種容積式泵,泵內(nèi)吸入室應與排出室嚴密地隔開。
這就要求泵體與螺桿外圓表面及螺桿與螺桿間隙應盡可能小些。同時
螺桿與泵體、螺桿與螺桿間又相互形成密封腔,保證密閉,否則就可
能有液體從間隙中倒流回去。
雙螺桿泵獨特的結構使它可以實現(xiàn)無攪拌、無脈動、平穩(wěn)的輸送
各種介質;由于泵體結構保證泵的工作元件內(nèi)始終存有泵送液體作為
密封液體,因此雙螺桿泵有很強的自吸能力,且能汽液混輸。雙螺桿
泵的特殊設計還保證了泵有高的吸入性能即很小的NPSHr值。
雙螺桿泵又可分為內(nèi)置軸承和外置軸承兩種形式。在內(nèi)置軸承的
結構型式中軸承由輸送物進行潤滑。外置軸承結構的雙螺桿泵則是工
作腔同軸承分開。這種泵的結構和螺桿間存在側間隙,獨立潤滑的外
置軸承允許其輸送各種非潤滑性介質。止匕外,調整同步齒輪使得螺桿
不接觸,同時將輸出扭矩的一半傳給從動螺桿。如所有螺桿泵一樣,
外置軸承式雙螺桿泵也有自吸能力,而且多數(shù)泵輸送元件本身都是雙
吸對稱布置,可消除軸向力,也有很大的吸高。
外置軸承的雙螺桿泵結構的優(yōu)點大大拓寬了雙螺桿泵的使用范
圍,即:除了輸送潤滑性良好的介質外,還可輸送大量的非潤滑性介
質,各種粘度(最高粘度可達3*106mm/s)的介質以及具有腐蝕性(酸、
堿等性質),磨蝕性的液體;
另外雙螺桿泵由于其恒定間隙的存在以及型線上的特點,其屬于
非密封型容積泵,因此除了輸送純液體外,還可輸送氣體和液體的混
合物,即汽液混輸,這也是雙螺桿泵非常獨特的優(yōu)點之一;雙螺桿泵
還可干轉:由于運動部件在工作時互不接觸,因此短時的干轉不會破
壞泵元件,這種特點給自動控制的流程提供了極大的方便,但干運轉
時間受多種因素限制,一般很短。另外雙螺桿泵在輸送過程中無剪切,
無乳化作用,因此不會破壞分子鏈結構和工況流程中所形成的特定的
流體性質,并且由于傳動依靠同步齒輪,泵運轉噪音低,振動小,工
作平穩(wěn)。
外置軸承式雙螺桿泵的種種特性使它在油田化工和船舶工業(yè)中
得到了廣泛的應用。它還可根據(jù)各種使用情況分別采用普通鑄鐵、不
銹鋼等不同材料制造;輸送溫度可達250℃;而且具有不同方式的加
熱結構,理論流量可達2000立方米/小時。
03、三螺桿泵
三螺桿泵是轉子式容積泵,它是利用螺桿嚙合原理,依靠旋轉的
螺桿在泵套內(nèi)相互嚙合。
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
動螺桿和與其嚙合的兩根從動螺桿所組成。三根互相嚙合的螺桿,在
泵缸內(nèi)按每個導程形成為一個密封腔,造成吸排口之間的密封。
高工作壓力可達4Mpa。
目前,三螺桿泵廣泛應用于石油、化纖、冶金、機械、電力、機
床、船舶、玻璃、公路等各行各業(yè)。三螺桿泵適用于輸送燃料油、潤
滑油、液壓油、原油、瀝青及其他類似油的潤滑性液體。三螺桿泵在
工業(yè)領域中作潤滑泵,在液壓系統(tǒng)中作液壓泵,在燃油系統(tǒng)中作輸送
及增壓泵;在輸油系統(tǒng)中作輸送及加油泵。
螺桿泵的工作原理及性能
雖然螺桿泵有著不同的類型,應用于不同領域螺桿泵的特點也不
盡相同。但從根本而言,螺桿泵的基本工作原理是一致的。
01、螺桿泵的基本工作原理
螺桿泵是利用螺桿的回轉來吸排液體的。中間螺桿為主動螺桿,
由原動機帶動回轉,兩邊的螺桿為從動螺桿,隨主動螺桿作反向旋轉。
各螺桿相互嚙合,螺桿與襯筒內(nèi)壁緊密配合,在泵的吸入口和排
出口之間,就會被分隔成一個或多個密封空間。隨著螺桿的轉動和
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。這就是螺桿泵的基本工作原理。
從上述工作原理可以看出,可以更清晰地了解螺桿泵的優(yōu)點:壓
力和流量范圍寬闊;運送液體的種類和粘度范圍寬廣;因為泵內(nèi)的回
轉部件慣性力較低,故可使用很高的轉速;吸入性能好,具有自吸能
力;流量均勻連續(xù),振動小,噪音低;與其它回轉泵相比,對進入的
氣體和污物不太敏感;結構堅實,安裝保養(yǎng)容易。
相應地,螺桿泵存在的缺點也比較明顯: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。
02、螺桿泵的性能
螺桿泵的性能參數(shù)有兩項:排量、功率。螺桿泵的理論排量可由
下式計算:Qt=60Ftnm3/h;其內(nèi)部泄漏量一般用Qs來表示:
Qs=ap/om。泵在壓送不同粘度的液體時,其排量會發(fā)生變化。排量
和粘度的關系可由下式表示:Q2=Qt-(Qt-Ql)(ol/a2)mo螺桿泵的
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
功率是指單位時間內(nèi)泵傳給液體的能量,也稱輸出功率;摩擦功率是
指液體粘性阻力產(chǎn)生的摩擦損失;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。當泵運送的液體粘度不同時,泵的軸功率也
將不同。
螺桿泵的選型
螺桿泵應用廣泛,有“螺桿泵可以輸送任何介質”的說法。但這
不是說某一種螺桿泵可輸送所有的介質,而是根據(jù)介質的特性和性能
參數(shù)數(shù)要求可以選擇螺桿泵的不同類型。如果無意中挑選到不合適的
泵螺桿泵,很有可能會帶來不必要的麻煩。單螺桿泵、雙、三和五螺
桿泵,各有優(yōu)點,在推廣應用螺桿泵時必須有選擇,只有充分利用其
各自的特點,才能更好的實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材、增效益或滿足某種特殊要
求。下面以常見的單螺桿泵、雙螺桿泵以及三螺桿泵為例介紹一些螺
桿泵選型中的技巧。
單螺桿泵的選型要點
單螺桿泵的選擇主要集中在以下幾個參數(shù)上:
01、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(定子)的導程數(shù)來確定:1級:最高工作壓力為0.6MPa;2級:
最高工作壓力為1.2MPa;4級:最高工作壓力為2.4MPa;由于輸
送介質情況不同,對于含有嚴重磨損性的介質,根據(jù)輸送壓力要求來
選擇合適的定子級數(shù)。
02、單螺桿泵轉速的選擇:單螺桿泵由于其結構特點,大部分使用在
輸送較高粘度的液體及含有顆粒的液體,因此其轉數(shù)的選擇非常關鍵。
對于單螺桿泵轉速的選擇則主要依據(jù)介質的磨損性以及介質粘度。
03、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個月,如果選用不當,襯套可能從鋼管
中脫落或橡膠掉塊。
04、材料組合選擇:輸送不同性質的介質,需不同材料組合。
05、性能:一般單螺桿泵的性能表或特性曲線都是以20℃清水為介質
(粘度為lest)時的數(shù)據(jù),對于輸送不同粘度下的流量與軸功率不
同。
06、軸封:根據(jù)需要和輸送介質,可采用機械密封和填料密封兩種,
且這兩種結構具有互換性。
07、泵的驅動方式:由于單螺桿泵為低速泵,泵的驅動方式較多,一
般有低速電機直聯(lián)(6級、8級)、齒輪減速電機驅動、無級變速電機
驅動等方式。
雙螺桿泵選型技巧
雙螺桿泵、三螺桿泵統(tǒng)稱為多螺桿泵。多螺桿泵發(fā)明以來,己廣
泛用于泵送原油、燃料油、潤滑油、動力液、食品、化學劑及合成纖
維漿。目前全球約有上百萬臺多螺桿泵在運轉。應用如此廣泛的多螺
桿泵在選擇上當然也很為慎重。
對于雙螺桿泵的選擇也即是對其性能參數(shù)的選擇:
01、流量:作為容積式泵,影響雙螺桿泵流量的因素主要有轉速、壓
力以及介質的粘度。螺桿泵在工作時,兩螺桿及襯套之間形成密封腔,
螺桿每轉動一周便由進口向出口移出一個密封腔,即一個密封腔體積
的液體被排出去。在泵內(nèi)部不出現(xiàn)泄漏的理想狀態(tài)下,泵的流量與轉
速成正比。但實際工作過程中,泵的密封腔有一定的間隙,且密封腔
前、后存在壓差,因此,有一部分液體回流,即存在泄漏。隨著密封
腔前、后壓差升高,泄漏量逐漸增大。對于不同型線和結構,影響大
小也各不相同。對于雙螺桿泵,粘度大的流體比粘度小的液體的泄漏
要小,泄漏量與介質粘度有一定的比例關系。
02、壓力:雙螺桿泵的工作壓力由出口負載決定,即出口阻力來決定。
出口阻力與泵的出口處的壓力是匹配的,出口阻力越大,工作壓力也
越大。若想知道壓力,則需要用流體力學的知識對出口阻力精確的計
算。
03、軸功率:泵的軸功率分為兩部分,即:液壓功率(壓力液體的能
量)和摩擦功率。對于確定的壓力和流量,其液壓功率是一定的,因
此影響軸功率的因素為摩擦率。摩擦功率是由于運動部件的摩擦而消
耗的那部分功率。顯然摩擦功率是隨著工作壓差的增加而增加的,并
且介質粘度的增加也會引起液體摩擦功率的增加。因此在選擇配套電
機時,介質的粘度也是一個非常重要的參考數(shù)據(jù)。尤其在輸送高粘度
介質時,需要作比較精確的計算。
04、吸上性能:泵工作分為以下幾個階段:吸入,此時液體連續(xù)不斷
地沿吸入管道移動;旋轉的螺桿把能量傳給工作液體;壓出,此時液
體帶有克服壓出管道系統(tǒng)所有阻力所必需的壓力從泵中排出。在以上
三個階段中,最為重要的階段是必須保證泵的吸上條件,泵才能正常
工作,這是泵工作的重要條件,否則就會發(fā)生氣蝕,即引起振動,噪
音等問題。
05、汽蝕余量:泵的汽蝕余量與泵的轉速,導程以及泵所輸送介質的
粘度等因素都有關系,它隨軸向流速,工作粘度的增大而增大。在吸
入條件不好的情況下,宜選擇小導程的雙螺桿泵。這在選型時是很重
要的。
06、雙螺桿泵的轉速選擇常牽涉以下問題:通過選擇合適的泵轉速,
以達到適當?shù)男阅軈?shù)如流量等。隨著粘度的不同,泵的轉速亦應有
所改變。轉速的選擇實質也是吸上性能的問題,尤其是在高粘度的情
況下,如果轉速選得過高,就會引起吸入不足,從而產(chǎn)生噪音和振動
等問題。因此需遵照有關原則選擇轉速。綜上所述,要綜合地考慮以
上各種因素,通過一系列的計算才能精確地知道泵的實際流量是否符
合工況要求。
三螺桿泵的選型常識
盡管三螺桿泵有諸多優(yōu)勢,但若選型不當,則不僅得不到滿意的
運行效果,而且會導致泵的噪音和振動,甚至嚴重損壞泵的內(nèi)部零件,
使泵系統(tǒng)不能正常工作,因此,選型人員應多方慎重考慮,合理選型,
必要時應向有關技術人員咨詢。
三螺桿泵選型時,要盡可能詳盡地了解泵的使用條件,除了運行
參數(shù),如流量,壓力需要清楚以外,輸送介質的特性如介質的腐蝕性,
含汽量,含固溶物的比率及固體顆粒的大小,以及介質的工作溫度,
粘度,比重,對材料的腐蝕性等和泵裝置的吸入條件,安裝條件均要
了解。
類似于單螺桿泵和雙螺桿泵,三螺桿泵的選擇也主要從性能參數(shù)
上去考慮。
泵轉速的選擇主要是依據(jù)被輸送介質粘度和規(guī)格來確定其范圍。
輸送高粘度介質時,泵應選低轉速,若粘度較低,相應可選擇高
轉速:介質粘度>20°E時,對于大規(guī)格的泵(主桿外徑60mm以上),
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