螺杆泵

一、

泵简介

1、概念： 用来输送液体并提高液体压力的机器我们称之为泵。 2、分类： 按照能量施加给介质的方法，泵可分两大类。

第一类：动态泵——能量连续地施加，以增加泵内液体的速度。常见有：离心泵、轴流泵、旋涡泵、特殊作用泵（如喷射泵、液压泵、电磁泵）等。 第二类：容积泵——能量通过力的作用，周期性地使工作容积发生变化来输送液体。有：往复泵（活塞泵、柱塞泵）、隔膜泵、回转泵。 二、

螺杆泵

螺杆泵属容积式转子泵，有单转子的，也有多转子的。主要输送油料和粘度大一点的介质。 1、原理

由两个或三个螺杆啮合在一起形成的泵，称之为螺杆泵。它依靠螺杆相互啮合空间的容积变化来输送液体。根据螺杆的数目，可分为单螺杆泵，双螺杆泵，三螺杆泵和五螺杆泵。如下图 ：

主动螺杆通过填料函伸出泵壳经联轴器由电动机驱动，并通过齿轮带动从动杆旋转。主动螺杆与从动螺杆有不同的螺纹，若主动螺杆为右旋螺纹，从动螺杆为左旋螺纹。两螺杆与泵壳、和两螺杆之间一般保持0.10～0.15㎜的间隙，不仅能起到吸入时和排除时隔开的作用，而且还防止液体倒流。

当螺杆旋转时，靠吸入侧的啮合空间打开与吸入室接通。使吸入室容积增大，压力降低，而将液体吸入。液体进入泵后随螺杆旋转而作轴向

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运动，液体的轴向移动相当于螺母在螺杆上的相对移动。为了使充满螺杆齿槽的液体不致于旋转，必须以固定齿条、紧密靠在螺纹内将液体挡住，双螺杆泵中从动螺杆与齿槽接触的凸齿，起了挡住液体，使其不能旋转的挡板作用。随着螺杆不断旋转，液体使从吸入室沿轴向移动至排出室。 2、螺杆泵的分类

有单转子泵和多转子泵两种类型。 3、螺杆泵结构的优缺点。

优点：

 流量和压力范围广（1.5～1820m3/h）(3.5～350㎏/㎝2)

 液体种类和粘度范围广；（润滑油、燃料油）和高粘度液体（如橡胶液、化纤粘胶液等）

 转速高，因此驱动机选择限制少，可达3000r/min  内部流速低，搅动起泡小；

 机械振动低，无脉动流动，运转平稳；  结构紧凑、便于安装和维护；  与其它转子泵比，螺杆泵更能耐杂质； 缺点：

 由于紧公差与小工作间隙,故成本较高、制造困难。  工作特性对粘度变化敏感;  高压能力要求长的泵送元件.

4、流量

因为螺杆泵是一种容积式泵，每转一转就能输送一定液体。排量可用

工作容积VD表示，VD—转子每转一转排出的容积。并且它仅取决于转子的外形尺寸，用m3/r表示，净流量用Q表示，理论流量用Qt表示。泄流量用S表示。 那么Q＝Qt－S Qt＝KD3N 那么Q＝KD3N－S

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K－经验值，与泵的基本尺寸参数有关 D—计算螺杆横截面积所用的一个名义直径。 N—螺杆转速N（r/min）

S—泄露量，取决于大量实验，所得的经验数据，这是设计泵的基础数据。 从以上公式可以看出：对于一个给定结构的泵来说，泵的尺寸稍有增大，流量会增大许多（D3）。 5、加压能力：

如果螺杆泵的结构合理，它就可以用于很宽的压力范围，压力可达5000Lb/(345bar)要求有小的内部泄露。小的运转间隙，增加活动密封的数量，也即增加输送元件的压力梯度。

因此：泵的进出口压力差，造成输送元件的内部泄露，使活动密封腔室产生压力梯度！

当在任何一点测量时，压力梯度接近线形的。 出口压力 入口压力

6、设计原理：

压力梯度产生液压反作用力。如何吸收这些反作用力？通常用机械的和液压的方法。 设计方法有两种： (1) 同步转子法：

这种设计理论上转子之间和内腔不相互结合，螺旋面之间也接触。 (2) 非同步法：

依靠转子本身螺旋形状的精度来保证正确的啮合和运动传递。转子把泵体内腔当作滑动轴承来承受沿整个转子长度的泵送反作用力。

同步螺杆转子需在轴端部设计，端部轴承支撑，和独立的分配齿轮，以吸收作用力来维持合理的运转间隙。

非同步螺杆泵，则不需齿轮和外力轴承，因此在结构设计上就相当简单。但在制造零件上，则要求精度高了，材质要求硬度高等。 7、机构

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基本类型：

 单转子式；  多转子同步；  多转子非同步。

多转子同步和多转子非同步还有单端和双端，双端结构紧凑。多数是双端的。

双端螺杆泵由两个对置的单端泵构成实际是两个并联的单端泵。轴向的

力大小相等方向相反，轴向载荷被平衡掉了。用在流量要求大，介质粘度大的场合。

 单端泵:只有一个螺杆转子，和定子组成。特点：压力高→平衡轴向载荷复杂→设计复杂→设计平衡结构。  同步结构 ： 有齿轮内置和俩种结构。

齿轮内置： 输送液体是唯一润滑剂；

输送清洁介质 ； 结构紧凑； 密封简单。

齿轮外置：输送介质广泛；

用四个填料函或机封； 外部润滑。

泵壳用材：铸铁、铸钢、不锈钢、青铜等，内腔也可衬工业硬铬。

 非同步结构：两螺杆相互啮合，没有齿轮传递动力，靠主动螺杆驱动。转子本身可以看作精加工的大螺旋斜齿轮，要求输送液体有一定润滑性。

8、密封：

密封，非常重要，常常是关键的。

动密封有：机械密封、填料密封、或填料密封。

尽管机械密封有许多优点，但人们往往宁愿使用填料函密封。因为尽管填料函密封需要定期维护、调整。但是，机封损坏后则又导致更换时花较长

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的停车时间！ 9、泵的性能：

在大多数情况下，如果已知全部运行参数—－流量、压力、介质性质、入口工况等，为特定用途选泵，并不困难，但要得到准确的运转参数常常极为困难。尤其是涉及到泵的进口状态和流体粘度时尤为如此。因为：运转速度与粘度和吸入高度有关：如果知道粘度和吸入高度这两项指标，就简单了。 为了平稳、高效运转，在转子和螺旋槽形成空腔和进口接通时，使其完全充满液体。但是，当液体粘度、泵的转速或吸入高度增大时，要做到这一点就比较困难。如果液体不能正确地引入到泵的转子元件中。则泵就不能满意地工作，造成流量降低等。

必须注意泵本身并不能把液体提升到泵内，必须有一个外力，这个外力就是大气压，但在某种场合下，也可获得正进口压力—－如高位液体或有初压的液体。

液体粘度越高，其流动性差，阻力大，因此在进口处，如果转子运行太快，充液也不会完全，并导致出口排量降低。

为使进液完全，进液速度必须跟上或大于密封腔的运动速度。 某厂经实验得出的内部轴向速度的界限值表1

ssu表示赛氏通用粘度（单位 : 秒）（从赛氏粘度计流出60毫升所需时间）

液体种粘类 柴油 /Ssu 32 度速度液体种类 粘度速度（m/s） （m/s） 9 3.7 /ssu 6号燃油 7000 纸浆 60000 2.1 0.15 润滑油 1000 10、流体和蒸气压力

当流体处于降压过程时，空气或气体就会像蒸气那样释放出来。如果为克服进口阻力所需的压降足以使液体静压降低一个相当大的数值，那么在转子腔中就会释放出蒸汽，并导致汽蚀。蒸汽压是液体的一个主要性质。

液体的蒸汽压力就是液体在给定温度下转化为蒸气的绝对压力。（如水在100℃时的蒸汽压力一个大气压,即：14.7Lb/in2）.

在所有使用螺杆泵的场合，绝对静压无论如何不允许降低到比该流体的

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蒸汽压力还低，这样就可以防止气化和防止同样会引起汽蚀的气体释放。汽蚀是因泵的元件没有完全充满液体，和因压力降低，以至在泵进口处液体发生汽化而造成的。在这种情况下，蒸气泡或空穴就会通过泵，并随每个密封腔进入较高压力区时破灭。其结果是产生噪音和振动。其强度取决于汽化区域或没有充满液体的区域的大小，以及出口压力的大小。 11、净正吸入压头

螺杆泵的进口工况，通常由泵进口处可利用的净正吸入压头来确定

（NSPH）.

在与大气压相通时，螺杆泵的进口工况也可由吸入高度表示。如大气压14.7L b/in2，在于大气压相通的系统里。该值是使液体运动的最大有效压力。

通常安装泵时吸入高度不能高于这个吸入高度，否则就不能产生净正吸入压头！一般吸高在127～381mm汞柱的吸入压力运转，但在610～635mm汞柱吸入高度的泵也不少。 12、被夹带溶解的空气。

我们现场用的螺杆泵是输送三聚甲醛悬浮液的，液体中可能溶解一些甲醛气和空气等。所以它可能会出现噪音，效率也会降低。 13、粘度对泵的影响。

很多情况下，泵不止输送一种液体，而且同一种泵也可能在不同温度下粘度有所不同，较大的粘度一般出现在泵冷起动时，这样是否考虑电机的短时间过载能力，是否可选多速电机。 14、转速。

转速和粘度有密切关系，粘度大时，转速应选小些，流体经过转子轴向速度，是最基本的参数，当粘度大时，剪切液体时的机械损失也增大，使机械损失减小，往往比泵具有较高转速更重要。 15、流量。

由关系式 Q=Qt-S 可知，流量下降原因是：

 转速下降；

 粘度下降（低粘度会使S增大）；  压差增大（也会使S增大而Q减小）。

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16、压力：

螺杆泵不能在自身内产生压力，它只是把一定的液体从进口端输送到出口端，出口端的压力都是克服排出管路流动阻力的结果。 17、安装与运行：

（a）管路尺寸↑，阻力↓，大管路可能初始投资大点，但节省来的动力可以几倍回补。

（b）泵的基础和对中

泵安装在平整坚实的基础上，对中经常检查，吸入管应短而直，且密封好，各管路都应独立加以固定，以免拉动泵壳，使之变形。 (c)起动 泵起动时:

 吸入侧应装引液接头。

 在排出端应加安全阀，并把安全阀压力设定在泵的最大压力的5％～10%上。

 各元件在湿态运转，在第一次起动时，总是建议将该机组充液，以使螺杆湿润。

 在新装置中管路系统可能充满着空气，必须予以排除，不然机器特性是不稳定的。首先启动时必须排气（出口端）。

 当泵起动后，如果它排不出流量，则应立即关机。重新加注和试车。如果出液还不快捷，可能是吸入管堵塞，节流阀门或其它原因使吸入高度过大。

（d）噪音运行:

 不对中；  液体，吸入空气；

 旧泵过量磨损，造成吸入高度增加。

(e)停机

如果装置的运行允许，吸入阀和排出阀都应关闭，若不这样，由于泵的安装高度，高于原液高度，把原液从泵中漏光，启动时得重新加液。

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整理：赵俊林 审核：史峻峰

聚甲醛生产准备组 2008-12-21

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