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三螺杆泵的工作原理

来源:圆弧齿轮泵-导热油泵 发布时间:2012/2/21 11:01:37
三螺杆泵的工作原理
       尽管三螺杆泵有诸多优势,但若选型不当,则不仅得不到满意的运行效果,而且会导致泵的噪音和振动,甚至严重损坏泵的内部零件,使泵系统 不能正常工作,因此,选型人员应多方慎重考虑,合理选型 ,必要时应向我公司技术部门咨询。三螺杆泵选型时,要尽可能详尽地了解泵的使用条件,除了运行参数,如流量 ,压力需要清楚以外,输送介质的特性如介质的腐蚀性,含汽量,含固溶物的比率及固体颗粒的大小,以及介质的工作温度,粘度,比重,对材料的腐蚀性等和泵装置的吸入条件,安装条件均要了解,根据我们的经验,三螺杆泵选型 时应注意以下几点:
       1. 泵转速的选择
       1.1 以输送介质粘度和泵的规格确定转速范围:
       输送高粘度介质时,泵应选低转速,若粘度较低,相应可选择高转速:
       介质粘度〉 20°E 时,对于大规格的泵(主杆外径60mm 以上),转速以970rpm 或720rpm 为宜,如果粘度更高(粘度>80°E )如粘胶液,可降低转速使用,推荐 200-500rpm ;
       对于小规格的泵,介质粘度>20°E 时,转速以1450rpm 或970rpm 为宜,如果粘度更高(粘度>80°E ),可降低转速使用,推荐300-600rpm ;
       1.2 由于泵的转速越高,在相同性能参数下,泵的体积就越小,但由于转速高,摩擦功率高,泵的磨损就大,寿命就短,如果输送介质的润滑性比较差或含有微量杂质,应选择较低转速,以使泵保持较长的寿命,推荐在1450rpm 以下。
       2. 结构的选择可根据泵的安装和使用条件参考三螺杆泵的系列和型式来进行,原则上: 
       2.1 输送润滑性油类,温度在80°C 以下选择内置结构的泵;
       2.2 温度超过80°C 或输送介质润滑性差时,选择外置 轴承 结构的泵;
       2.3 输送流动性差,粘度较高的介质或需要所输送介质进行加热或保温时选择双层加热泵体结构的泵;
       2.4 高温输送时,应选择耐高温的材料所制成的泵,请与我厂联系。
       3. 泵材料组合的选择:
       详见材料组合。
       4. 关于泵的吸入能力可查阅我厂样本提供的 NPSHr 或 [HS] 值 。
       5. 配套的选配
       泵的选型确定后,根据样本数据可查到泵的轴功率 N ,该轴功率再加上一定的功率储备后,作为选配电机的依据,一般电机功率Nm 应不小于泵轴功率N 乘以功率储备系数K 后所得值, K 值可参照下表取值: 
N ( KW)
N<5
5<N<10
10<N<50
N>50
K
1.25
1.2
1.15
1.1
       另外,选泵时还常由于样本提供的泵性能参数均以表格形式或特定粘度、转速下性能曲线的形式给出,所需泵的性能值有时不能直接读出,这时可遵循以下原则作粗略估算,若需比较准确的数据可向专业人员咨询。
       三螺杆泵的流量、压力在相同转速、粘度时近似呈直线关系,压力越高,流量越小。
       相同粘度、压力下,泵的流量与转速近似成正比。
       相同转速、粘度下,轴功率与压力近似成正比。
       同一粘度、压力下,轴功率与转速近似成正比。 
       粘度增大时,流量和轴功率均增加,但由于其中关系较复杂,必要时可向专业人员咨询。
      只要选型得当,维护合理,三螺杆泵就可保证令人满意的运行
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。
      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 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过载的危险程度。所以,在泵的吸排口处,就必须设置安全阀。 0 Y  p7 U) K6 m) w
      螺杆泵的轴封,通常采用机械轴封,并可根据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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