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單螺桿泵的性能與結構

時間:2016-7-9 14:45:54來源:www.celdeton.com作者:中耐泵業

單螺桿泵的性能與結構
一、主要性能參數
    1.流量  單螺桿泵的流量決定其轉子和定子的尺寸以及泵的轉速。單螺桿泵每一個橫截面內(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)螺桿每轉一次的理論排液量Vth為過流面積與定子導程T的乘積,即:Vth=4eDRT    (1)
    (2)理論流量QVth為螺桿每一轉的理論排液量與轉速的乘積,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——泵套內孔螺旋槽的導程,mm;
      n——泵的轉速(表1),r/min。
    (3)實際流量qV
式中ηV——泵的容積效率,ηV=0.65~0.85,當排壓力較低、螺桿截面直徑DR較大時,取大值。
    2.轉速n  當按液體黏度確定單螺桿泵轉速n時,可參見表1。

表1 單螺桿泵適用的轉速范圍和被送液體黏度

黏度/Pa•s

適用的轉速范圍(r/min

牛頓液體

非牛頓液體

10-³~1

10-³~10

1500~800

1~10

10~100

800~300

10~700

100~1000

300~100

700

1000

100

    單螺桿泵的轉速,還可以根據被送液體在泵工作腔內的軸向流動速度vgm(亦稱轉子、定子間的相對平均滑動速度)來確定,特別來確定,特別是在輸送含有固體顆粒物的液體,且可能對泵的轉子或定子產生磨損時,必須以vgm值確定泵的轉速,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的特性,泵的螺桿直徑和轉速不能改變泵的排出壓力。單螺桿泵的排出壓力為每個定子導程長度T能達到的壓力與導程的乘積。一般每一個定子導程長度能達到的排出壓力為0.3~0.6MPa。為了盡量減小泵的軸向尺寸,通常取泵能達到的排出壓力p2為p2=0.6iT(MPa)
式中  iT——泵的定子導程數,也可稱為泵的級數。
    4.效率η  單螺桿泵工作時,其轉子(螺桿)和定子(泵套)相接觸,并存在相對滑移,因此,單螺桿泵的機械損失較大,泵的效率較低一般為η=50%~80%。每一轉排液量較大的泵效率較高。
    5.使用壽命  單螺桿泵的轉子和定子的相對滑移,將引起轉子和定子的磨損,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,定子的所以壽命不低于2000h。
    6.流量調節  單螺桿泵可在保持排出壓力不變的工況下,通過改變泵的轉速調節流量,泵的流量與轉速成正比,故在一定范圍內可用作定量泵或計量泵。

二、結構  單螺桿泵有臥式和立式兩種結構形式。
    1.臥式單螺桿泵  臥式結構應用較多,其結構布局合理(圖3),泵的吸液管口和吸入室在泵的軸封端,此時,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。當被輸送液體的流動性較差時,可采用尺寸較大的矩形吸液口,并在吸入室內增設螺旋進料器(圖4),用以將被送液體推入泵工作腔,幫助泵吸入液體。

圖4  帶進料器的單螺桿泵
1-定子;2-螺桿(轉子);3-螺旋進料器

    2.立式螺桿泵  立式結構多用于液下和潛水單螺桿泵。
    (1)液下泵  浸沒于液體中,電動機、減速機、軸承箱等泵驅動系統置于液面上方,其吸液管口和吸入室在螺桿的下端。泵工作時,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)。液下泵浸入深度,一般為泵的自身長度。當排出壓力為2.4MPa時,浸入深度為3~3.5m;當需要增加浸入深度時,需用長軸傳動,浸入深度80m以內可用剛性軸轉動,深度再增大(可達數百米)需用柔性軸傳動。
    (2)單螺桿潛液泵  泵體與電動機、萬向聯軸器均潛于被送液體中,電動機置于泵的下面,電動機與泵直聯,泵轉速與電動機轉速相同,泵直接由螺桿靠萬向聯軸器端吸入液體,由螺桿上端向上排出液體,因此,潛液泵沒有長軸,可節省鋼材,也不需用軸封,更沒有泄露問題,但需應用特殊的潛液電動機。
潛液泵的潛入深度取決于泵的排出壓力(揚程),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,可用機械加工廣告制造,大直徑的螺桿采用空心結構。定子多為橡膠制成,常用的有:天然橡膠(用于輸送污水、泥漿、有機涂料等);丁晴橡膠(用于輸送油類、醫藥、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
    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程T(圖1和圖2)是根據需要的流量確定的。當已知被送液體及所需的流量后,根據被送液體的性質,選取適合的轉速(參照表1);根據需要的流量和泵的容積效率確定每一轉的設計排液量;按以下的關系確定DR、e、T值,代入式    (1)核算泵的每一轉的設計排液量。

    當每一轉的排液量為0.016L~16L時e=3~30(大泵取大值),T=2t
    2.單螺桿泵的螺桿和泵套的長度L根據需要達到的排出壓力確定。螺桿和泵套的小長度應大于螺桿形成的兩條密封線(即一個密封腔)所占據的軸向長度,以保證在任一瞬間至少有一條密封線將吸、排液口隔開。螺桿和泵套的小長度Lmin應為:Lmin=(1.2~1.5)T
螺桿和泵套的長度L為:L=iTT+(0.2~0.5)T
式中  iT——級數(定子導程數),iT=p2/0.6

    四、性能換算  當單螺桿泵、雙螺桿泵、三螺桿泵及五螺桿泵的試驗轉速、黏度與規定值的不同時,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時的實測流量;
      qvi——所測定的排出壓力下的實測流量;
      n——規定的轉速;
      ni——所測定的排出壓力下的實測轉速;
      ν——規定的介質黏度,一般為75mm2/s;
      νi——實測黏度,mm2/s;
      k——換算指數,當νi≥ν時,k=0.25,當νi<ν時,k=0.5。
    2.功率  
式中  Pi——所測定排出壓力下的實測功率值,kW;
      P0——排出壓力為0時的實測功率值,kW。

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