你知道螺桿泵嗎?螺桿泵工作原理是利用螺桿的回轉(zhuǎn)來吸排液體的。中間螺桿為主動螺桿,由原動機帶動回轉(zhuǎn),兩邊的螺桿為從動螺桿,隨主動螺桿作反向旋轉(zhuǎn)。 各螺桿相互嚙合,螺桿與襯筒內(nèi)壁緊密配......
螺桿泵工作原理是利用螺桿的回轉(zhuǎn)來吸排液體的。中間螺桿為主動螺桿,由原動機帶動回轉(zhuǎn),兩邊的螺桿為從動螺桿,隨主動螺桿作反向旋轉(zhuǎn)。
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(zhuǎn)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。
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:
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壓力和流量范圍寬闊;
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運送液體的種類和粘度范圍寬廣;
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因為泵內(nèi)的回轉(zhuǎn)部件慣性力較低,故可使用很高的轉(zhuǎn)速;
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吸入性能好,具有自吸能力;
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流量均勻連續(xù),振動小,噪音低;
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與其它回轉(zhuǎn)泵相比,對進入的氣體和污物不太敏感;
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結(jié)構(gòu)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。
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。下面著重介紹最為常用的單螺桿泵、雙螺桿泵以及三螺桿泵。
單螺桿泵是一種新型的內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)式容積泵。主要工作部件是偏心螺桿(轉(zhuǎn)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:
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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。
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和隔膜泵相比,單螺桿泵可輸送各種混合雜質(zhì),含有氣體及固體顆?;蚶w維的介質(zhì),也可輸送各種腐蝕性物質(zhì)。
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和齒輪泵相比,單螺桿泵可輸送高粘度的物質(zhì)。
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。
單從結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì),根據(jù)顆粒大小調(diào)節(jié)螺桿間距,選用正確的材質(zhì),甚至可以輸送許多腐蝕性介質(zhì)。
特點: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(jié)構(gòu)使它可以實現(xiàn)無攪拌、無脈動、平穩(wěn)的輸送各種介質(zhì);由于泵體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式中軸承由輸送物進行潤滑。外置軸承結(jié)構(gòu)的雙螺桿泵則是工作腔同軸承分開。
外置軸承雙螺桿泵特點:這種泵的結(jié)構(gòu)和螺桿間存在側(cè)間隙,獨立潤滑的外置軸承允許其輸送各種非潤滑性介質(zhì)。此外,調(diào)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(jié)構(gòu)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(zhì)外,還可輸送大量的非潤滑性介質(zhì),各種粘度(最高粘度可達3*106mm/s)的介質(zhì)以及具有腐蝕性(酸、堿等性質(zhì)),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(zhuǎn):由于運動部件在工作時互不接觸,因此短時的干轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)和工況流程中所形成的特定的流體性質(zhì),并且由于傳動依靠同步齒輪,泵運轉(zhuǎn)噪音低,振動小,工作平穩(wěn)。
應用: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(jié)構(gòu),理論流量可達2000立方米/小時。
三螺桿泵是轉(zhuǎn)子式容積泵,它是利用螺桿嚙合原理,依靠旋轉(zhuǎn)的螺桿在泵套內(nèi)相互嚙合。
原理: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。
三螺桿泵把被輸送的介質(zhì)封閉在嚙合腔內(nèi),沿螺桿軸向連續(xù)勻速地推至排出口,為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力。工作時,兩端分別作用液體的吸排壓力,對螺桿產(chǎn)生軸向推力。
此外,還通過主動螺桿的中央油孔將 高壓油引入各螺桿軸套的底部,從而在螺桿下端會產(chǎn)生一個與軸向推力方向相反的平衡推力。所以,對于壓差小于10千克力/cm2的小型泵,可以采用止推軸承。
由于兩從動螺桿與主動螺桿左右對稱嚙合,三螺桿泵作用在主動螺桿上的徑向力完全平衡,主動螺桿不承受彎曲負荷。從動螺桿所受徑向力沿其整個長度都由泵缸襯套來支承,不需要在外端另設軸承,基本上也不承受彎曲負荷。
在運行中,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。
三螺桿泵和其它容積泵一樣,當泵的排出口完全封閉時,泵內(nèi)的壓力就會上升到使泵損壞或使電動機過載的危險程度。所以,在泵的吸排口處,就必須設置安全閥。軸封通常采用機械軸封,并可根據(jù)工作壓力高低采取不同的形式。
特點:三螺桿泵顯著的特點是結(jié)構(gòu)簡單、壓力脈動小、流量穩(wěn)定、工作平穩(wěn)可靠、允許高轉(zhuǎn)速、噪音低、效率高、壽命長,有自吸能力。
根據(jù)所輸送介質(zhì)需要,螺桿泵裝置可提供加熱或冷卻結(jié)構(gòu)。它適用于輸送各種無腐蝕性油類及類似油和潤滑性液體。輸送液體的粘度范圍一般為3.0~760mm2/s(1.2~100°E),高粘度介質(zhì)可通過加溫降粘后輸送,其溫度一般不超過150℃。其流量范圍一般為0.2~250m3/h,最高工作壓力可達4MPa。
應用: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。
螺桿泵應用廣泛,有“螺桿泵可以輸送任何介質(zhì)”的說法。但這不是說某一種螺桿泵可輸送所有的介質(zhì),而是根據(jù)介質(zhì)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。
單螺桿泵的選擇主要集中在以下幾個參數(shù)上:
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:
由于輸送介質(zhì)情況不同,對于含有嚴重磨損性的介質(zhì),根據(jù)輸送壓力要求來選擇合適的定子級數(shù)。
單螺桿泵由于其結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)數(shù)的選擇非常關鍵。對于單螺桿泵轉(zhuǎn)速的選擇則主要依據(jù)介質(zhì)的磨損性以及介質(zhì)粘度。
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。
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:
一般單螺桿泵的性能表或特性曲線都是以20℃清水為介質(zhì)(粘度為1cst)時的數(shù)據(jù),對于輸送不同粘度下的流量與軸功率不同。
根據(jù)需要和輸送介質(zhì),可采用機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)動方式:
由于單螺桿泵為低速泵,泵的驅(qū)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(qū)動、無級變速電機驅(qū)動等方式。
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,已廣泛用于泵送原油、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(zhuǎn)。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:
作為容積式泵,影響雙螺桿泵流量的因素主要有轉(zhuǎn)速、壓力以及介質(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu),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(zhì)粘度有一定的比例關系。
2.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。
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(zhì)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(zhì)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(zhì)時,需要作比較精確的計算。
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(zhuǎn)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。
泵的汽蝕余量與泵的轉(zhuǎn)速,導程以及泵所輸送介質(zhì)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。
6.雙螺桿泵的轉(zhuǎn)速選擇常牽涉以下問題:
通過選擇合適的泵轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速亦應有所改變。
轉(zhuǎn)速的選擇實質(zhì)也是吸上性能的問題,尤其是在高粘度的情況下,如果轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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。
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(zhì)的特性如介質(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)速的選擇主要是依據(jù)被輸送介質(zhì)粘度和規(guī)格來確定其范圍。
輸送高粘度介質(zhì)時,泵應選低轉(zhuǎn)速,若粘度較低,相應可選擇高轉(zhuǎn)速:介質(zhì)粘度>20°E時,對于大規(guī)格的泵(主桿外徑60mm以上),轉(zhuǎn)速以970rpm或720rpm為宜,如果粘度更高(粘度〉80°E)如粘膠液,可降低轉(zhuǎn)速使用,推薦200-500rpm;
對于小規(guī)格的泵,介質(zhì)粘度〉20°E時,轉(zhuǎn)速以1450rpm或970rpm為宜,如果粘度更高(粘度〉80°E),可降低轉(zhuǎn)速使用,推薦300-600rpm;
由于泵的轉(zhuǎn)速越高,在相同性能參數(shù)下,泵的體積就越小,但由于轉(zhuǎn)速高,摩擦功率高,泵的磨損就大,壽命就短,如果輸送介質(zhì)的潤滑性比較差或含有微量雜質(zhì),應選擇較低轉(zhuǎn)速,以使泵保持較長的壽命,推薦在1450rpm以下。
結(jié)構(gòu)的選擇可根據(jù)泵的安裝和使用條件參考三螺桿泵的系列和型式來進行,這其中又有四個可參考的原則:
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輸送潤滑性油類,溫度在80℃以下選擇內(nèi)置軸承結(jié)構(gòu)的泵;
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溫度超過80℃或輸送介質(zhì)潤滑性差時,選擇外置軸承結(jié)構(gòu)的泵;
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輸送流動性差,粘度較高的介質(zhì)或需要所輸送介質(zhì)進行加熱或保溫時選擇雙層加熱泵體結(jié)構(gòu)的泵;
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另外,根據(jù)不同的情況,要綜合考慮泵的材料組合、吸入能力、配套電機的選配的因素。只要選型得當,維護合理,三螺桿泵就可保證令人滿意的運行。
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