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三螺桿泵的工作原理

    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 ,必要時應向我公司技術(shù)部門咨詢。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,根據(jù)我們的經(jīng)驗,三螺桿泵 選型 時應注意以下幾點:
    1. 三螺桿泵轉(zhuǎn)速的選擇
    1.1 以輸送介質(zhì)粘度和泵的規(guī)格確定轉(zhuǎn)速范圍:
    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)格的三螺桿泵,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 ;
    1.2 由于三螺桿泵的轉(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。
    2. 結(jié)構(gòu)的選擇可根據(jù)三螺桿泵的安裝和使用條件參考三螺桿泵的系列和型式來進行,原則上:  
    2.1 輸送潤滑性油類,溫度在 80°C 以下選擇內(nèi)置結(jié)構(gòu)的三螺桿泵;
    2.2 溫度超過 80°C 或輸送介質(zhì)潤滑性差時,選擇外置 軸承 結(jié)構(gòu)的泵;
    2.3 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)的三螺桿泵;
    2.4 高溫輸送時,應選擇耐高溫的材料所制成的三螺桿泵,請與我廠聯(lián)系。
    3. 泵材料組合的選擇:
    詳見材料組合。
    4. 關于三螺桿泵的吸入能力可查閱我廠樣本提供的 NPSHr 或 [HS] 值 。
    5. 配套的選配
    三螺桿泵泵的選型確定后,根據(jù)樣本數(shù)據(jù)可查到泵的軸功率N,該軸功率再加上一定的功率儲備后,作為選配 電機的依據(jù),一般電機功率 Nm 應不小于泵軸功率 N 乘以功率儲備系數(shù) K 后所得值, K值可參照下表取值:

N ( KW)

N<5

5<N<10

10<N<50

N>50

K

1.25

1.2

1.15

1.1

    另外,選三螺桿泵時還常由于樣本提供的泵性能參數(shù)均以表格形式或特定粘度、轉(zhuǎn)速下性能曲線的形式給出,所需泵的性能值有時不能直接讀出,這時可遵循以下原則作粗略估算,若需比較準確的數(shù)據(jù)可向?qū)I(yè)人員咨詢。
    三螺桿泵的流量、壓力在相同轉(zhuǎn)速、粘度時近似呈直線關系,壓力越高,流量越小。
    相同粘度、壓力下,三螺桿泵泵的流量與轉(zhuǎn)速近似成正比。
    相同轉(zhuǎn)速、粘度下,軸功率與壓力近似成正比。
    同一粘度、壓力下,軸功率與轉(zhuǎn)速近似成正比。  
    粘度增大時,流量和軸功率均增加,但由于其中關系較復雜,必要時可向?qū)I(yè)人員咨詢。
    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
1 螺桿泵的基本工作原理 !
    螺桿泵是利用螺桿的回轉(zhuǎn)來吸排 液體 的。圖 1 表示三螺桿 泵的剖視圖。圖中,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)。主、從動螺 桿的螺紋均為雙頭螺紋。
    由于各螺桿的相互嚙合以及螺桿與襯筒內(nèi)壁的緊密配合,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,猶如一在螺紋回轉(zhuǎn)時被不斷 向前推進的情形那樣,這就是螺桿泵的基本工作原理。
    螺桿與殼體之間的密封面是一個空間曲面。 在這個曲面上存在著諸如 ab 或 de 之類的非密封區(qū),并且與螺桿的凹槽部分形成許多三角形的缺口 abc 、 def 。這些三角形 的缺口構(gòu)成液體的通道,使主動螺桿凹槽 A 與從動螺桿上的 凹槽 B 、 C 相連通。而凹槽 B 、 C 又沿著自己的螺線繞向背面, 并分別和背面的凹槽 D 、 E 相連通。由于在槽 D 、 E 與槽 F( 它屬 于另一頭螺線 ) 相銜接的密封面上,也存在著類似于正面的三 角形缺口 a'b'c' ,所以 D 、 F 、 E 也將相通。這樣,凹槽 ABCDEA 也就組成一個 “∞” 形的密封空間 ( 如采用單頭螺紋,則凹槽將順軸向盤饒螺桿, 將吸排口貫通,無法形成密封 ) 。不難想象,在這樣的螺桿 上,將形成許多個獨立的 “∞” 形密封空間,每一個密封空間所占有的軸向長度恰好等于累桿的導程 t 。因此,為了使螺桿 能吸、排油口分隔開來,螺桿的螺紋段的長度至少要大于一個導程。
    從上述工作原理可以看出,螺桿泵有以下優(yōu)點:
    1) 壓力和流量范圍寬闊。壓力約在 3.4-340 千克力 /cm 2 ,流量可達 18600cm3/ 分;
    2) 運送液體的種類和粘度范圍寬廣;
    3) 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;
    4) 吸入性能好,具有自吸能力;
    5) 流量均勻連續(xù),振動小,噪音低;
    6) 與其它回轉(zhuǎn)泵相比,對進入的氣體和污物不太敏感;
    7) 結(jié)構(gòu)堅實,安裝保養(yǎng)容易。
    螺桿泵的缺點是,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。
    2 三螺桿泵的結(jié)構(gòu)
    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。
    泵工作時,由于兩從動螺桿與主動螺桿左右對稱嚙合, 故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,因此,不需要在外端另設 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。
    螺桿泵工作時,兩端分別作用著液體的吸排壓力,因此對螺桿要產(chǎn)生軸向推力。對于壓差小于 10 千克力 /cm2 的小型泵,可以采用止推軸承。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,從而在螺桿下端產(chǎn)生一個與軸向推力方向相反的平衡推力。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過載的危險程度。所以,在泵的吸排口處,就必須設置安全閥。 0 Y  p7 U) K6 m) w
    螺桿泵的軸封,通常采用 機械 軸封,并可根據(jù)的高低采取不同的形式。
    3 螺桿泵的性能
    3.1 排量
    螺桿泵的理論排量可由下式計算:
    Qt=60Ftn m3/h
    式中: F— 泵缸的有效截面積, cm2 ; t— 螺桿螺紋的導程, m ; n— 主動螺桿的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。
    螺桿泵的內(nèi)部泄漏量 Qs :
    Qs=αp/σm
    式中: p— 泵的工作壓力; σ— 所排送的液體的粘度; α— 與 螺桿直徑和有效長度有關的系數(shù); m=0.3-0.5 。
    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-Q1)(σ1/σ2)m
    式中: Q1— 粘度為 σ1 時的排量; Q2— 粘度為 σ2 時的排量。
    3.2 功率
    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 Nc 是指單位時間內(nèi)泵傳給液體的能量,也稱輸出 功率,可用下式計算:
    Nc=PQ×10-3 千瓦
    式中: P— 泵的排出壓力和吸入壓力之差,帕; Q— 泵的實 際排量, m3/s 。
    摩擦功率是指液體粘性阻力產(chǎn)生的摩擦損失,可由下式表示:
    Nf=Kn1.5D2 σm 千瓦
    式中: n— 轉(zhuǎn)速; D— 主動螺桿的外徑; — 粘度; K— 與螺桿長度有關的系數(shù); m=0.3-0.5 。
    由上可見,當泵運送的液體粘度不同時,泵的軸功率也將不同。
    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。
    所以,當計算泵的軸功率時,如采用理論排量,則泵的軸功率由下式表示:
    N=NfPQt10-3 千瓦
    4 螺桿泵的管理
    4.1 起動
    螺桿泵應在吸排停止閥全開的情況下起動,以防過載或吸空。
    螺桿泵雖然具有干吸能力,但是必須防止干轉(zhuǎn),以免擦傷工作表面。
    假如泵需要在油溫很低或粘度很高的情況下起動,應在吸排閥和旁通閥全開的情況下起動,讓泵起動時的負荷最低,直到原動機達到額定轉(zhuǎn)速時,再將旁通閥逐漸關閉。
    當旁通閥開啟時,液體是在有節(jié)流的情況下在泵中不斷流動的,而循環(huán)的油量越多,循環(huán)的時間越長,液體的發(fā)熱也就越嚴重,甚至使泵因高溫變形而損壞,必須引起注意。
    4.2 運轉(zhuǎn)螺桿泵必須按既定的方向運轉(zhuǎn),以產(chǎn)生一定的吸排。
    泵工作時,應注意檢查壓力、溫度和機械軸封的工作。對軸封應該允許有微量的泄漏,如泄漏量不超過 20-30 秒 / 滴,則認為正常。假如泵在工作時產(chǎn)生噪音,這往往是因油溫太低,油液粘度太高,油液中進入空氣,聯(lián)軸節(jié)失中或泵過度磨損等原因引起。
    4.3 停車
    泵停車時,應先關閉排出停止閥,并待泵完全停轉(zhuǎn)后關閉吸入停止閥。
    4.4 螺桿泵因工作螺桿長度較大,剛性較差,容易引起彎曲,造成工作失常。對軸系的連接必須很好對中;對中工作最好是在安裝定位后進行,以免管路牽連造成變形;連接管路時應獨立固定,盡可能減少對泵的牽連等。此外,備用螺桿,在保存時最好采用懸吊固定的方法,避免因放置不平而造成的變形。

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