偏心螺杆泵

偏心螺杆泵的特点总体来说螺杆泵的特点具有输送介质平稳、排出介质低紊流性、具有压力脉动微弱、具有机械振动小、具有噪声低、 偏心螺杆泵的特点具有自吸性能、具有吸上性能好、螺杆泵的特点具有较高转速的工作能力、 偏心螺杆泵的特点具有对介质的粘度不敏感、具有结构简单紧凑、具有外形尺寸较小、 偏心螺杆泵的特点具有质量较轻、螺杆泵的特点具有效率高、具有工作可靠、具有寿命长及操作和维修方便等特点。因此螺杆泵的用途极为广泛，综合各类螺杆泵选型，仅从输送的介质而言，它的输送各种介质的能力超过其他所有泵类的输送能力。对于同类型的三螺杆泵或者双螺杆泵，它们的特点和应用范围有所不同。

对于输送可能危害生态环境的介质，泵可采用磁力驱动密封结构的磁力泵，提高机组的可靠性，扩大使用范围。

偏心螺杆泵的压力是由吸入腔内的压力经过各级 密封腔增大到排出腔压力，是逐渐建立的。压力建立慢，除了有低脉动的优点外，声压级也很低，并具有保证输送介质完好，不会快速老化的优点。在理论上螺杆泵是无脉动的，因为每个旋转角排出相同体积的流量。实际上由于加工的误差和存在间隙以及工作长度不是密封腔的整倍数等原因，还是会存在一些脉动。但其排出压力的脉动远远小于其他类型泵。压力脉动会引起整个装置的振动，是噪声增大的一个很重要的原因。因此压力脉动小这一重要特性，也使它优于很多类型的泵，因而在液压等系统中得到优先采用。

偏心螺杆泵由于没有阀门、脉动小等原因，其水力损失小，因此它通常和机械摩擦损失合在一起，不单独计算。

目前世界各国生产的螺杆泵，其转子和定子构成的啮合副，绝大多数的产品还是单头螺旋的转子和双头内螺旋的定子相啮合。近十多年来国外有些厂商开发双头螺旋的转子和三头内啮合螺旋的定子相啮合的单螺杆泵进展很快。个别的厂商已发展到大批量生产和销售。我国也有少数制造厂进行研制，目前尚处在开发阶段。

双头螺旋转子和三头内螺旋定子构成的污泥螺杆泵与单头螺旋转子和双头内螺旋定子构成的螺杆泵相比较，有着如下优点：

1、在相同转速和相同横向尺寸的螺旋段情况下，有着较大的流量，或在相同流量时导致T的尺寸较小。

2、由于转子每转一周，密封腔数为2x3=6，而单头螺旋转子和双头内螺旋定子的泵，密封腔数为1x2=2，因此其流量脉动和压力脉动较小。

3、转子的偏心距较小，因此噪声和振动也随之降低，并允许采用较高的转速，或在相同的转速和相同流量时，吸上性能更好。

4、容积效率和机械效率也更好。

5、起动力矩较小。

6、寿命更长。

但是其缺点也是非常明显：加工精度要求更高，增加了加工的难度，特别是加工精度不够就会影响转子和定子的配合均匀度，使上述的第4、5和6点优点不再存在；而且加工工时多和生产成本较高，这就是目前生产较少的原因。

当然，也可以制造转子和定子螺旋头数更多的单螺杆泵，如三头螺旋的转子和四头内螺旋定子构成的泵等，但对制造精度的要求更高，且流量并不是总随螺旋头数增加而增大，故已无多少实际意义。虽然这种更多螺旋头数的转子和定子的啮合副在螺杆泵中并没有得到应用，但在石油机械的螺杆钻具这一领域却得到了广泛应用。我国北京石油机械厂生产的螺杆钻具，螺旋头数最多的啮合副为九头螺旋的转子和十头内螺旋的定子。

偏心螺杆泵的工作原理形象地作个比喻，可以把螺杆和所输送的介质看作是螺钉和螺母的相对运动。当螺钉转动时，若限制螺钉不能作轴向移动，则螺母就会沿着螺钉作轴向移动。这里所说的螺钉可以看作是螺杆泵内作旋转运动的螺杆，而充满螺旋槽的介质就是一个液体螺母。但是仅仅按上述原理制作成的机构，由于从泵的排出腔到进口腔相连通，尚不能将输送的介质从泵的吸入腔提升至排出腔，还必须解决螺杆泵内螺杆螺旋面在螺杆衬套的孔内啮合的接触线(即啮合线)就起着隔开的作用。这一密封腔实际上起着类似往复泵中阀的作用。这样才能使螺杆旋转时，液体螺母——密封腔内的介质，能随着密封腔沿着轴向作从吸入腔到排出腔的螺旋运动（在单线螺杆泵中，螺旋运动的螺距为螺杆螺距的2倍），有效地将介质排出泵外。

在这里之所以要强调“有效”两个字，因为如上所述，实际上密封腔是不可能完全密封的，总会有一些介质从排出腔泄漏回吸入腔。显然，只有当泄漏的那部分介质相当少时，泵的做功才有意义。泄漏的介质越少，泵的容积效率ηv就越高，因此，容积效率ηv是衡量螺杆泵性能好坏的一个极为重要的指标。

某些种类的螺杆泵，其密封腔在理论上就不能将泵的排出腔和吸入腔完全隔开，但只要在一定的转速和排出压力范围内。输送某种介质时能很好地正常运行，仍具有相对较高的容积效率，那么这种螺杆泵仍然有着存在的价值。这就是因为人们可以依据这一理论，研究出由不同的螺杆数、不同的螺杆螺旋头数和各种型线或各种型线组合的螺旋面所构成的螺杆泵。螺杆泵产品主要分为单螺杆泵、螺杆浓浆泵、立式螺杆泵、耐腐蚀螺杆泵等，当螺杆衬套孔内啮合形成的不同空间形状的密封腔，即使在理论上不能将排出腔和吸入腔完全隔开，即不能完全密闭，但只要在一定的性能参数范围内输送某种介质时能正常运行，且达到一定的容积效率，这样的螺杆泵就有实用价值，就可以存在了。由此可见，构成螺杆螺旋面的型线，即螺旋面的齿形曲线，就是螺杆泵的核心技术。正是各种不同类型的新的螺杆泵的出现，使螺杆泵的应用范围得以不断扩大，螺杆泵就成了一种应用极为广泛的新兴的工业泵。

据上所述，螺杆泵的工作原理 可作为如下叙述：当由外界的动力原驱动螺杆泵的螺杆作旋转运动时，螺杆螺旋槽的吸入端周期性地打开，吸入腔的容积V因螺旋凹槽的打开而逐渐增大到V ΔV。按波意耳-马略特定律，此时吸入腔的压力Ps就降低到

Ps=P's V/V ΔV

式中P's --螺旋凹槽打开前吸入腔内的压力。

也就是说，由于螺杆的旋转，吸入腔内形成了真空，使介质自由表面的压力和吸入腔内的压力Ps之间产生了压差。介质在泵进口端自由表面压力的作用下，进入形成真空的吸入腔，继而充满了螺杆衬套孔内由螺杆螺旋面相互啮合所构成的螺旋凹槽，即进入了在吸入腔一端已打开了密封腔之中。然后，随着螺杆的旋转，打开了密封腔被相啮合螺杆的螺旋凸出部分所关闭，进入了将吸入腔和排出腔有效的隔开密封腔内的介质，就沿着螺杆轴线向排出腔移动，直排至泵外。

需要说明的是，有些螺杆泵的结构无螺杆衬套，它和泵体合二为一，密封腔由泵体内的孔包容螺旋段啮合构成。

螺杆泵正常运行，必须使相互啮合的螺杆同步旋转。对于主动螺杆和从动螺杆螺旋面的一对形成齿形，其横断面的齿形服从齿轮的啮合规律，主动螺杆能把转动传递给从动螺杆，无需借助专门传递力的齿轮啮合规律，主动螺杆能把转动传递给从动螺杆，无需借助专门传递力的齿轮等零件实现同步旋转；而对于螺杆螺旋面的形成齿轮不服从齿轮啮合规律的非密封型螺杆泵，主动螺杆必须通过同步齿轮等零件对于螺杆传递转矩，实现同步旋转。

偏心螺杆泵定子材料怎样选择：橡胶为材质的定子是螺杆泵中容易损坏的重要零件，设计研制时必须考虑定子齿形曲线的准确程度和材质选取的正确与否，这直接决定了定子寿命的长短。而橡胶材料配方的选取必须顾及输送何种介质（介质的成分和介质的腐蚀性等）和介质的温度，以及橡胶的硬度、橡胶在介质中的膨胀率和扯断强度等。橡胶压注后的性能，不仅能决定定子的寿命,甚至会影响到泵能否正常运行，例如：输送油类介质必须选择丁晴橡胶，因为许多橡胶不耐油类介质；输送高温介质应选择氟橡胶等。

硬度是定子橡胶性能好坏的极为重要的指标：它是以弹性表面受垂直方向定量负荷时抵抗受力的程度量化后来表示。我国最常用的是邵氏（A）硬度（测定标准为GB/T 531-1983）。

通常选择橡胶定子的硬度应考虑：含有颗粒的介质应取低些，纯净净介质则可取较高的硬度；粘度较小的介质，硬度可适当高等：

选择定子橡胶的配方进行动态试验能得到可靠的依据．因为即使硬度相接近和常规物理性能相仿，若配方不同，其动态试验的结果仍有很大的差距。

定子胶料应选择含胶率较高和中低硬度的胶料。硬度越高虽然抗变形能力越好，但其永久变形也越大。所以，从综合性能看，洛氏硬度65~ 70HR动态性能较好；含胶率高则永久变形也小。

附录A为常用橡胶的物理特性，附录B中表B一l为常用橡胶的耐介质性之Jj7i。表B-2为日本小坂研究所推荐的橡胶耐介质性。两者有所不同。这些资料可作为选取橡胶品种时参考。

表2-4所示材料虽然不是橡胶类，但也是被选用的具有弹性的定子材料。转子与它啮合时与橡胶定子一样为过盈配合，故将它们的适用性列成表，附在定子橡胶材质这一节之中，作为选择定子材质时参考。

表24 偏心螺杆泵定子材料怎样选择的弹性定子常用塑料材质的适用性表。

三种特殊的定子材料：①海伯伦：是一种氯磺酰化聚乙烯合成橡胶，约含氯29 010和含硫1 25%，宜输送常温下多种化合扬的强腐蚀溶液，也可输送中温和高温下稀释的腐蚀溶液。②氟化橡胶A:是一种聚四氟乙烯和全氟丙烯的异分子聚合物，对很多脂肪族芳香族、氟化物和石油烃类及某些无机酸强溶液有抗化学腐蚀和膨胀的能力，是比已知的合成橡胶更能防腐蚀，但成本较高。③

聚氨基甲酸乙酯：是一种在聚酯和双氰酸盐之间浓缩反应的物质，耐磨性和拉伸强度好，可输送强磨损粘合液和悬浮液。这三种定子材料扩大了泵的使用范围。

偏心螺杆泵的材料应根据所输送介质的化学、物理性能和泵的压力不同来选择：

(1)螺杆泵过流零部件(吸入室、排出室、密封箱等)可选用铸铁、铸钢和不锈钢等材料；

(2)螺杆泵轴选用45优质碳素钢、40Cr舍金结构钢或不锈耐酸钢等材料；

(3)螺杆泵转子可选用40Cr、45钢、38CrMoAl、lCr18N19T1、ICr18Ni12M012T1等材料；

(4)螺杆泵转子的材料主要应根据介质特性来选择，常用材料有天然橡胶(NR)、丁苯橡胶( SBR)、丁qing橡胶(NBR)、聚氨脂橡胶(UR)、乙丙橡胶(EPM)、氟橡胶(FPM)、氯磺化聚乙烯橡胶( CSM)等。

偏心螺杆泵主要部件有排出室、转子、定子、万向节、中间轴、吸入室、轴封、轴承座部件这些主要部件构成。

根据不同的介质、性能要求、安装形式和应用领域等结构会有所不同。如：有的螺杆泵的结构采取将中间轴放到空心轴中，轴封和轴承则装在空心轴的外径上。这种结构的优点是泵的轴向尺寸可以大大缩短，轴封不承受径向力，改善了工作状态，但是由于有了空心轴，使轴封、轴承以致轴承体尺寸均增大。

有的偏心螺杆泵无轴承座，由原动机承受螺杆的轴向力，把驱动轴与泵端部的法兰连成一体，称为直连型泵。有的螺杆浓浆泵的泵体(即定子外壳)和轴封处制成夹套式，通入蒸汽或冷却水，使加热后粘度很高的介质易于流动或冷却高温介质。

对输送某些流动性很差的粘稠介质的单螺杆泵，为了使介质容易进入泵内，有的在吸入室内的中间轴上装有螺旋形的进料器。这种结构的泵为防止堵塞，便于清淤，通常在万向节的泵体两侧开“窗”；甚至有的还在吸入室螺旋形进料器的上部安装搅拌的桨，介质经过搅拌后再进入螺旋形进料器等。输送带长纤维质的泵，则在转子进口处装有切割工具多叶滚刀，其轨迹为椭圆形，它与固定的切割刀配合进行长纤维的切割。

用于食品、医药等工业泵的结构必须考虑易快速冲洗干净，泵内没有死角，不残留介质。

也有泵安装在手推车上，是活动性的，如用于船舶的抽水等。

必须指出， 偏心螺杆泵的结构是在不断改进和创新。如用于采油的地面驱动单螺杆泵，单螺杆泵采油泵，创造了自旋通入式抽油杆导向器，它由一个与抽油杆不相通的三叶定子和连在抽油杆上的定子和转子组成，其特点为可以减少压降及因机械和水力摩擦产生的力偶矩，转子和定子卡死。另一家公司推出插入式单螺杆泵，将定子和转子安装在抽油杆上，且是可拆卸的，这样拆装方便，提高了工作效率。还有的研制成功多头转子和定子的 偏心螺杆泵，提高了采油量，排量可达1272m3/d。美、加等国考虑到固体磨粒易磨损抽油管和油管，研制了螺杆式电动抽油泵，以替代潜油离心泵。