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  下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 下载论文送 纸， 14951605 或 1304139763 毕业论文（设计） 题 目 单螺杆泵的设计 院 系 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年级 2009 级 学生姓名 学 号 指导教师 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 I 摘要 机械设计制造及其自动化专业 学生： 指导教师： 田大庆 【摘 要】 随工业技术的持续不断的发展，各种液体的输送显得很重要，而作为液体传动工具的单螺杆泵亦显得举足轻重。工业的发展对单螺杆泵提出了更高的要求，某些特定的行业用单螺杆泵的工作条件十分恶劣，研制和开发使用性能好的单螺杆泵将带来广阔的社会效益和经济的效果与利益。为更好的满足特定工作条件的需要，本论文详细阐述了单螺杆泵的工作原理和结构特点，并在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，根据给定的流量、压力来设计和选取合适的单螺杆泵结构参数，完成对单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算和影响因素分析，在此 基础上利用三维建模手段，建立有效的单螺杆泵三维模型，对所设计的单螺杆泵进行简单运动仿真，为其性能进一步改善提供了一定参考。 【关键词】 单螺杆泵 ; 结构设计 ; 性能 ; 影响因素 四川大学 锦城 学院本科毕业设计 of a of is a of to of on a It of a To of of by a on of of So we an by of on it a 【 城 学院本科毕业设计 I 目 录 摘要 . I . . 绪论 . 1 究背景及研究意义 . 1 内外研究综述 . 1 外螺杆泵的应用现状 . 1 内螺杆泵的应用现状 . 2 题的研究内容和方法 . 2 2. 单螺杆泵的概况 . 4 言 . 4 本结构和工 作原理 . 5 能参数 . 9 用特点 .螺杆泵的特性 . 12 螺杆泵的选用 . 12 3. 单螺杆泵结构设计与性能计算 . 15 螺杆泵结构设计 . 15 杆和衬套尺寸的确定 . 15 杆和衬套的型线 螺杆泵材料的选用 . 20 螺杆泵的加工制造 . 22 杆的加工 . 22 螺杆泵橡胶定子的加工 . 22 螺杆泵的性能计算 . 24 4. 单螺杆泵应用实例设计 . 26 5. 单螺杆泵的性能分析 . 29 6. 结论与展望 . 30 论 . 30 望 . 30 参考文献 . 32 致谢 . 33 下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 1 1. 绪论 究背景及研究意义 在我国的国民生产和生活中，泵作为一种输送液体的心脏倍受各行各业所重视。 单螺杆泵输送流量、压力稳定，无脉动。 单螺杆泵输送变转速即可改变输出流量，可用作计量投加。 吸入能力强，工作噪声小，无泄漏，无温升。单螺杆泵输送适应范围广，可输送一切流动介质甚至非流动物料。单螺杆泵 能输送高固体含量的介质；流量均匀压力稳定，低转速时更明显；流量与泵的转速成正比，因而拥有非常良好的变量调节性；一泵多用可以输送不同粘度 的介质；泵的安装的地方能随意倾斜；适合输送敏感性物品和易受离心力等破坏的物品；体积小，重量轻、噪声低，结构相对比较简单，维修方便。 正是由于上述特点，使得单螺杆泵 应用广泛，领域涉及石油工业、化工及制药、环境工程、矿产工程、食品制造业、造纸行业。 在国内，螺杆泵的使用时间短，对其研究起步相对较晚，因此在生产中还有许多管理上和技术上的问题是需要解决。随着螺杆泵应用领域的不断拓宽，对螺杆泵技术方面的要求也慢慢变得高，为适应螺杆泵在其应用领域加快速度进行发展的要求，有关螺杆泵的研究方向和内容呈现出比较活跃的趋势。 工业的发展对单螺杆泵提出了更 高的要求，某些特定的行业用单螺杆泵的工作条件十分恶劣，怎么样提高单螺杆泵易损件的工作寿命，更好的满足需要，是单螺杆泵设计和校核的关键。针对螺杆泵理论和结构上存在的问题，在传统的设计理论体系基础上，利用现有的设计手段和工具，设计出一种较为合理的单螺杆泵，缓减或解决螺杆泵在现场实际使用中所存在的具体问题，提高螺杆泵的寿命和效率，减少相关成本。 内外研究综述 外螺杆泵的应用现状 单螺杆泵是 1932 年由法国工程师 明，并由德国 公司制成产品。近年国内外采油（气）设备的发展的新趋势是 向大排量、大功率、耐高温、耐高压的方向发展；向自动化、智能化和遥控监测方向发展；向具有保护 =报警、优化记录及显示功能方向发展；向采油工艺多适应性方向发展，既能适应含水、含气、含砂、含石蜡、稠油和低渗透油藏的采油需要，又能满足定向井、水平井四川大学 锦城 学院本科毕业设计 2 和深井采油工艺的需要。并且国外一些制造厂家已经先后推出了大型单螺杆泵产品。加拿大约 40%的重油井使用螺杆泵采油，其中一石油公司采用 合公司生产的 面驱动螺杆泵采油系统，井下部分连续运转了两年，地面部分 5 年，投资与维护保养费用均较低。发展大流量和高 压力的单螺杆潜油泵是国外螺杆泵的主要发展的新趋势。发展这样的产品主要是为满足一些大流量且含油水混合物的小口径深油井的需要。单螺杆泵大范围的应用于各种工业领域已经有约60 年的历史，但欧洲直到 1985 年前后才开始利用这种泵进行深井采油。由于单螺杆泵在石油工业中的输液范围很广，从低粘度到高粘度以及气 此发展大流量高压力的单螺杆泵的未来市场发展的潜力广阔。发展高压螺杆泵的另一个目的是为了高粘度原油的开采。目前，单螺杆泵的最大压力已达到 200国公司和法国 公司均生产这种高压单螺杆泵（流量范围 20500 3m /h，级数 1 20 级）。由于这种高压单螺杆泵具有结构紧密相连、效率高、耐磨性强等优点，因此国外慢慢的变多地用这种螺杆泵来开采含有大量固体颗粒、高粘度的原油。 内螺杆泵的应用现状 我国螺杆泵的发展起步较晚 ,原天津市工业泵厂于 20 世纪 60 年代初期研制成功船用高压小流量三螺杆泵 ,此后慢慢地发展成为单、双、三螺杆泵的专业生产厂。 60 年代中期 ,原沈阳水泵厂开始生产双螺杆泵和三螺杆泵 ,70 年代研制成功五螺杆泵。 1984 年 6 月 ， 天津工业泵总厂与世界著名的德国阿尔 维勒公司签定三螺杆泵制造技术转让合同； 1992 年 2 月 ， 与德国鲍曼公司签定合同 ,引进单、双螺杆泵制造技术。为了更好的提高螺杆泵转子加工精度 ,天津工业泵总厂先后从英国霍尔罗伊德公司购进高精度螺杆泵转子加工专用铣床 ,购进该公司螺杆泵转子专用2床、刀具及检查设备。购进奥地利 加长螺杆加工专用铣床。第二次购进英国霍尔罗伊德公司加长螺杆加工专用铣床、大直径螺杆加工高精度专用铣床 ,以及铣刀制造技术及电子检查仪器。湖北石首水泵厂引进原捷克斯洛伐克西格玛公司单螺杆泵制造技术及空心管压制单螺杆泵转子设 备。 目前，我国对螺杆泵地面装置进行了改进，使螺杆泵的转速、排量可在一些范围内调整，以适应不一样井况的需要。但是时至今日，国内产品基本上局限于小型单螺杆泵，缺乏大型单螺杆泵产品，且在泵的结构和制造技术等方面有待于改进和提高，并都会存在泵性能和可靠性不高的问题， 题的研究内容和方法 本文首先概述了课题的背景选题的意义以及国内外研究现状和今后的发展的新趋势和研究重点，并简要介绍了本文研究思路；第 2 章概述了 单螺杆泵的应用概况、结构原理和工作特点等 相关理论；第 3 章概述了 单螺杆泵结构设计计算、主四川大学 锦城 学院本科毕业设计 3 要性能计算和影响因素 分析 ；第 4 章， 根据给定的流量、压力来设计和选取合适的单螺杆泵结构参数，完成对单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算；第 5 章，完成对其影响因素的分析；第 6 章， 对全出了总结。 本课题主要是采用文献调研法，理论设计分析法、计算法等研究方法。采用文献调研法，通过查阅图书馆、图书馆网数字资源中的学术杂志、学术期刊等，收集国内外的相关信息资料，并对资料做整理，通过理论设计分析法、计算法，对这一些数据资料做理论归纳分析及计算，完成对 单螺杆泵结构设计计算、主要性能计算和影响因素分析， 并系统地做出报告 。下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 4 2. 单螺杆泵的概况 言 单螺杆泵 于 1932 年由法国工程师莫诺（ 明，并由法国 业分公司首先生产，故也被称为 莫诺泵 （ 莫诺泵还被称为偏心螺杆泵、转子偏心泵、曲杆泵、 浓浆泵 和蛇泵等，在我国按标准规定以正式定名为单螺杆泵。 它既适合输送低粘度如水等介质，还尤其适合输送含有输送含有固体颗粒或短纤维的悬浮液，以及粘度非常高的介质。它广泛地用于石油、化工、建筑、环保、船舶、纺织、冶金、采矿、印刷与造纸业、食品、酿造、医药和日用化工等领域，发展前途远大。目前莫诺泵输送固体颗粒的最大尺寸为不超过转子的偏心距，含量已可达到介质的 60%左右，粉状颗粒可达到 70%和最长纤维长度不超过 转子螺距。它成功地输送了其他泵难以完成的诸如水泥浆、陶土糊、水煤浆、水泥涂 料和膨润土等含固体颗粒比例很高、粘度又大的介质。水煤浆技术作为洁净煤工程和煤浆加工的一种新途径，它的制备和输送慢慢的受到重视，但是由于水煤浆不仅流动性差，而且成分为 65%的煤粉、 30%为水和 5%为添加剂，煤粉中还含有大量硬颗粒矿物。很多使用场合要求排出压力达 至更高些。尽管由于严重的磨蚀等因素影响到主要零件定子和转子的寿命，通常定子寿命仅 200h，转子也仅 800h 左右，但运行可靠；且我国至今尚无可替代的设备，因此在水煤浆厂和发电厂 螺杆泵选型 时单螺杆泵仍得到普遍应用。 莫诺泵另一突出的特点是特别适宜输送不能受剪切、挤压或搅动的敏感性液体，即受到剪切等会呈现触变性质的非牛顿液体。在输送胶状液体如某些化妆品等时，一定要注意泵的转速与输送介质特性的匹配。因为大部分的胶状液体在静止时成粘糊状态，甚至会是固态，但在搅动后就会变得较易流动的半流动状态，此现状即为胶状液体具有触变现象，故一定要选择适当的转速，注意不使触变破坏介质的结构。 莫诺泵已被采油系统广为应用。它在原油开采中使用由地 面电动机或柴油机或液压三种驱动装置，通过抽油杆的旋转运动把动力传送到井下，驱动单螺杆采油，以及电动机安装在井内的单螺杆泵下面的电动潜油螺杆泵采油。这两种新型的采油机械与传统的梁式抽油泵（即利用抽油杆上下往复运动抽油）相比。不仅结构相对比较简单、体积小、质量轻、造价低，不需要混凝土基础，安装便捷，而且采油效率高，一般可增加采油量 ；一般节约电耗达 26%法国 面驱动功率较小的单螺杆泵采油系统，节电甚至达四川大学 锦城 学院本科毕业设计 5 60%效率更是高得多；使用梁式抽油有杆泵系统的 平均效率仅为 用单螺杆泵开采稠油的系统平均效率为 这种新型的采油机械普遍用于抽吸高粘度、高含蜡油、高含砂稠油和高汽油比的原油等，现在又扩大用于含水率80%以上的高含水深井采油，在原油开采中显示出强大的生命力。一般在井下连 续工作一年左右，加拿大 8%， 正常使用条件下免修期为 ，实际常规使用的寿命最高可达 3 年以上，而且维护 保养较为方便。 图 1 单螺杆泵结构示意图 本结构和工作原理 单螺杆泵图 1、 2)是一种内啮合的密 闭式螺杆泵。它主要由螺杆、衬套、万向联轴器、传动轴和泵轴等零部件组成，靠螺杆与衬套之间的内啮合相对运动，使啮合密封腔沿轴向运动，从而完成输液过程。 图 2 单螺杆泵 1 压出管 2 衬套 3 螺杆 4 万向联轴器 5 吸入管 6 传动轴 7 轴封 8 托架 9 轴承 10 泵轴 单螺杆泵属于转子式容积泵，它是依靠螺杆与衬套相互啮合在吸入腔和排出腔产生容积变化来输送液体的。它是一种内啮合的密闭式螺杆泵，主要工作部件由具有双头螺旋空腔的衬套（定子）和在定子腔内与其啮合的单头螺旋螺杆（转子） 组成。当输入轴通过万向节驱动转子绕定子中心作行星回转时，定子 转四川大学 锦城 学院本科毕业设计 6 子副就连续地啮合形成密封腔，这些密封腔容积不变地作匀速轴向运动，把输送介质从吸入端经定子 转子副输送至压出端，吸入密闭腔内的介质流过定子而不被搅动和破坏。 螺杆具有单头螺纹，其任意截面皆为半径为 R 的圆，截面的中心位于螺旋线上且与螺杆的轴心线偏离一个偏心距 e，绕轴旋转且沿轴向移动而形成的衬套内表面具有双螺纹，其任意截面为一长圆，两端是半径为 R（等于螺杆截面半径）的半圆，中间是长为 4e 的直线段。衬套的任意截面都是相同的长圆，只是 彼此互相错开一个角度。 螺杆装入衬套后，螺杆表面与衬套内螺纹表面之间形成一个个封闭的腔室，同时任意截面也被分成上下两个月牙形工作室。当螺杆旋转时，靠近吸入室的第一个工作室的容积逐渐增大，形成负压，在压差的作用下液体被吸入工作室。随着螺杆的继续转动，工作腔容积不断增至最大后，这个工作室封闭，并将液体沿轴向推向压出室。与此同时上下两个工作室交替循环地吸入和排出液体，因此液体被连续不断地从吸入室沿轴向推向压出室。 常见单螺杆泵螺杆的形状如图 3 所示。它的外表面是由半径为 R 的圆，其圆心 O 以偏心距 e. 螺 距 t 绕螺杆中心线 螺旋运动形成的单头外螺纹表面。 图 3 单螺杆泵螺杆的形状 四川大学 锦城 学院本科毕业设计 7 图 4 衬套的形状 衬套内表面是双头内螺纹表面。其横截面呈长圆形 (见图 4)，两端为半径也 等于 R 的半圆，两半圆圆心间的距离为 4e,螺距也为 t，因是双头螺纹，其导程T=图 5 所示。 图 5 b 给出的是在 时刻二者的啮合状况，图 5c 则为 时刻的状况。由图 5 可见 ， 在一个导程 T 内取的 9 个与衬套轴线垂直的断面上，皆有螺杆与衬套表面接触的点或线 断面上，二者沿圆弧线 点接触 ，若将所有相邻断面的接触点依次连接起来，则得一条闭合的空间啮 合曲线 此啮合曲线将衬套与螺杆间的空间隔离成 Q, 和等 腔（ 螺杆 2,1 9,8 若 时刻螺杆刚好在 5 断面处紧靠衬套壁面上的5D 点，则用 示 5 断面左边的螺杆与 1D 、 2D 5D 处衬套壁面间的非闭合空腔，用 示 5 断面右边的螺杆与 5D 、 6D 9D 处衬套壁面间的非闭合空腔 )。各空腔间互不相通，它们被所述啮合曲线分隔开或封闭起来。 四川大学 锦城 学院本科毕业设计 8 图 5 单螺杆泵工作原理示意图 螺杆在衬套中转动，经 时刻后，各断面中螺杆与衬套间的相互位置变成图 5c 所示的状况。由图 5 可见，此时在 2 断 面中，螺杆已移至该断面 2A 端的极限 的啮合线左端位置，即包围 的啮合线左端位置，已由 时刻的 111 时刻的 222 若被输送液体从啮合副左端进人衬套，且假设衬套的轴向长度刚好等于导程 T,则经 时间后， 的轴向长度比 时刻的 T 减小了 l （ l 为 1, 2 断面间的轴向距离）或者说， 时刻的 的轴向位置向右移动了 l ，且其右端已与泵的压出室相通。随着 时间的增大， 向右移动得更多，即衬套内的 容积更小，从而使与之相通的整个压出空间的容积逐渐减小，压力升高，产生了排液作用。 在 时刻， 1 断面内的 螺杆位于紧靠 1A 点的极限位置，形成了 的断面面积最大。此时，位于距此断面一个螺距 t 的 5 断面上的圆弧线 既是 是 的左端密封线。经 时间间隔后，该密封线断面右移，使与泵吸人室相通的 容积增大，腔中压力下降，从而吸人液体。与此同时，与泵压出室相通的 容积减小，和 一道排液。 螺杆连续转动，螺杆与衬套间的啮合密封线就不断生成，且不断由吸人端向压出端移动，泵的吸、排液过程就连续不断地进行了。 由上述工作过程可知，螺杆与衬套的啮合长度不能小于一个导程。泵扬程越四川大学 锦城 学院本科毕业设计 9 高，导程数目越多，螺杆与衬套的长度也越长。 为消除零件加工误差对啮合线密封效果的不良影响，保证螺杆与衬套的啮合线能承受压出室与吸人室之间的压差，单螺杆泵的衬套一般用耐磨橡胶等弹性材料制造成，以使螺杆与衬套间的配合有微量过盈。 图 6 螺杆在衬套中的运动 单螺杆泵螺杆在衬套中的运动很复杂。在泵的任意一个横断面 上 (图 6)，螺杆绕其轴心线O 转动时，其断面圆的中心 1O 必定要在经过衬套断面中心 O 的直线人 运动。这种运动现象，只能在 1O 绕 2O :转动的同时必须还要有 2O 绕O 的转动才能产生。因为 O 轴是泵轴轴线通过的固定轴线，则连接泵轴和螺杆的传动轴必定要通过万向联轴器，才能将动力传递给螺杆。 由图 6 可见，当螺杆断面圆之圆心从其极端位置 D 方向运动至某一位置 1O 时，螺杆轴心线O 。在这样的一个过程中，始终有 A 2121 ，则衬套中心与螺杆轴心间的连线，必定要从 与螺杆转动角速度。相反的方向，以角速度 w 偏转至 2即 2O 要偏离 线， 围绕 O 点转动。由螺杆与衬套在极端点 A 接触时，螺杆断面中心 无切向运动线 这表明，螺杆轴线绕衬套轴线;w ，等于螺杆绕自身轴线旋转角速度 w 值的一半。 能参数 1、流量 四川大学 锦城 学院本科毕业设计 10 螺杆泵流量与泵转速、泄流量和介质粘度有关， ，式中 理论流量， Q 为泄流量 ; TQ n q ，式中 n 为转速， q 为流量 /转。压差 P 越大，泄流量 Q 也越大。 Q 与液体的粘度成比例，对于螺杆泵，液体的粘度越大，泵的泄流量 Q 越小 。 单螺杆泵的流量等于衬套与螺杆横截面积之差 (即泵的过流面积 )与液体的轴向运动速度及泵容积效率的乘积 : vv 240 （ 2 式中， 螺杆泵有效体积流量， h; e 为偏心距， m; D 为螺杆横截面直径，m; T 为导程，为螺距 t 的 2 倍， m; n 为泵轴转速， r/ v 为泵容积效率。 2、压差 螺杆泵的工作所承受的压力差 p 由排放载荷决定，排放阻力越大，工作压差 p 越大。 3、扬程 螺杆与衬套啮合后，在长度等于导程 T 的每一段啮合副上形成的啮合线承受压差，即为单级压力 p 或单级扬程 H。常用橡胶衬套泵的 p 为 0. 4 一 0. 6水式螺杆泵的衬套一般都会采用天然橡胶 (丁睛橡胶 (选定额定扬程为H = 50m。单螺杆泵的理论流量一理论扬程 (线是一条直线，流量不随扬程变化而变化， 即 常数。但实际上随着压力的增大，通过螺杆一衬套副的漏损是增大的，所以单螺杆泵的实际流量是随着泵扬程的增大而减小的，其线呈与离心泵、旋涡泵等的 线类似的下降型抛物线 ;其流量一轴功率 (线呈与离心泵相反，与旋涡泵相同的下降型抛物线，其中 时达到 ，故螺杆泵一般要求出口开阀启动。螺杆泵的漏损可看成是与流量反方向的圆环流动，由流体力学伯努力方程和达西公式等，可推出一个导程内总流动损失 )/( 和 ，其中， 为液体的密度， 为总阻力系数， 为泄漏速度，则可推得泵扬程 2，其中， k 为综合系数。由此能够推断单螺杆泵满足或近似满足扬程相似定律，比转速这个综合特征系数的概念亦适用于单螺杆泵。本文给出的潜水螺杆泵性能曲线均由国家专业检验测试机构测试，并且是采用比例定律换算至额定转速下的最后数据。 4、转速与比转速 单螺杆泵的转速选择范围较大，笔者统计到的产品转速范围 n=200 一四川大学 锦城 学院本科毕业设计 11 3000r/离心泵比转速范围 0涡泵 一 30;而螺杆泵的比转速下限更小，笔者统计到的单级最小比转速 . 641。一般单螺杆泵比转速范围5、轴功率 螺杆泵轴功率包括液力功率 摩擦功率 N，当压力和流量一定 时，液力功率是确定的。摩擦功率由运动件的摩擦产生，摩擦功率随工作所承受的压力的升高而增加，流体的粘度也增加摩擦功率的消耗。确定了介质粘度、泵的工作所承受的压力与流量，就可得出泵所需的轴功率 N。 6、 泵效率及泵容积效率 螺杆泵的效率和泵机械效率、水力效率及容积效率相关，其中与容积效率关系最为密切。 定 :在额定转速下，规定压力点的体积流量与零压点的体积流量之比为泵容积效率。衬套与螺杆之间的配合间隙又是影响容积效率的最重要的因素。试验研究表明 :间隙越小 (过盈配合少，泵流量、扬程及效率均提高，反之则相反。有研究表明 :此 间隙不能过小，应适当选取。如果过盈量太大，造成启动力矩过大，电动机无法启动，也加大了螺杆与衬套之间的磨损。如果衬套选用一般橡胶材料，温差造成材料的热胀冷缩也会影响到此间隙。 用特点 单螺杆泵具有结构紧密相连、径向尺寸小、压力和排盆无脉动、噪声低、自吸性能强、输送介质时搅动小等优点，可用于输送含有固体颗粒的液体、酸碱盐液体、各种不同粘度液体、纸浆、软青、污油、泥浆、水泥砂浆等，大范围的应用于环保、生物工程、污物处理、采矿、石油化学工业、食品、制糖、制药、造纸、染料、建筑等工业。 螺杆泵的特点由于单螺杆泵它在输 送介质的进程中具有不受搅动、脉动小等特点，单螺杆泵大范围的使用在输送牛奶、啤酒以及一些乳化液等。也正是由于这些单螺杆泵的特点，螺杆泵还大范围的使用在废污水处理系统的油水分离装置，使废水中的油不易乳化，更容易、更干净地被分离出来，优于目前选用较多的柱塞泵。必须指出应用于食品、医药等领域，不锈钢螺杆泵一定要符合有关卫生的严格规定。其定子必须选用无毒、无味的橡胶，与输送介质相接触的零件都应不被腐蚀，泵内部空间的流道应光滑，采用不必拆卸用流动和漂流即能冲洗干净，确保泵内无残留物和细菌的滋生。 然而，即使是采用了无毒、无味的橡胶定子 ，其磨屑不可避免地仍会混入输送的介质中，这对食品和药品等介质，从环保的要求看是并不合适的。目前有些国家的这些领域已采用双螺杆泵或罗茨泵替代单螺杆泵，尽管它们的价格较高，但对食品和药品更为安全。 四川大学 锦城 学院本科毕业设计 12 此外，单螺杆泵的特点能轻松实现液体、气体和固体多相混输，这是绝大多数的其他泵类没办法实现的，故有着非常大的意义。它还可以替代投加各种化学添加剂的柱塞计量泵，计量精度相当可靠，能够达到 98%。单螺杆泵和别的类型泵相比，自吸能力强，通常对介质为清水的吸上高度可达 6m，对某些介质在某些转速下最高可达 也拓宽了它的使用领 域 ,可完全当作自吸泵使用。 单螺杆泵的用途在舰船上的使用较晚，应用较多的是处理舱底油污系统的油水分离装置 (流量通常小于 10m3/h，排出压力为 0.2/右，转速一般为200r/右 )、污物污水处理装置和废物焚烧炉系统等中作输送泵，在粪便焚烧系统大都采用微型单螺杆泵 (转速降为 5060r/时流量 lL/出压力为 右，吸上高度约 2m)，这些泵由于转速低，寿命就很长。此外，还有用作渣油泵、舱底泵、海水泵、甲板冲洗泵和货油泵等，通常都用于低压小流量工况。 单螺杆泵的特点是 制造较为容易，适用领域广泛，因此很有竞争能力。其最大的缺点是以橡胶等为材质的定子常规使用的寿命不够长，且由于是偏心转子，绝大部分产品的轴向尺寸较大，振动也相对较大，此外其起动力矩值通常也较高等。这些缺点要进一步研究加以改进。 螺杆泵的特性 1、自吸特性 泵借助大气压力从比其位置低的油箱中自行吸油的能力，称为泵的自吸能力。单螺杆泵的自吸引特性是由于其特殊的过盈螺旋接触密封线而形成的，所以其吸入管路无需依靠单向阀门或其它附加装置。单螺杆泵具有非常好的自吸能力，其吸入高度可达 6m(介质为清水 )。 2、输液特性 液体经泵进口管进入，流经转子、定子液力部件最后到出口管路，整一个完整的过程没有激烈的湍流和搅动及脉动，所以单螺杆泵特别适合于输送敏感性的流体，如乳胶等。单螺杆泵的液体流速比其他泵种流速低，而且泵部件间没有复杂的间隙和公差问题，其转子是在弹性定子腔内滚动，而定子的硬度又可根据输送介质的特性来选定，所有这一些因素结合起来，使得单螺杆泵很适合输送含有固体颗粒 的悬浮液、含有短纤维的悬浮液及软性和硬性的固体液 (稠度很高的淤泥、泥浆等 )。 螺杆泵的选用 1、根据介质粘度选择泵的转速 为了确认和保证能在高粘度下有效地泵送 液体，一定要选择合适的转速，否则泵在工作时易出现脉动、发热、气穴及振动等现象，引起泵的损坏。螺杆泵的允许圆周四川大学 锦城 学院本科毕业设计 13 速度或转速受到机械和流体力学两方面条件的限制。机械方面，螺杆型面之间的最大允许滑动速度为 12m/s，最大允许转速由该值经换算后得到。从流体力学的观点看，螺杆泵的允许转速要受到其气蚀余量的限制，即要受到介质的粘度和轴向流速的影响。这个允许速度值总是低于最大允许机械速度值，只有当泵的进口条件为正压力时，才可能采用最大允许机械速度值。所产生的摩擦力是介质粘度和螺杆转速的函数，其关系式如下 : m （ 2 式中 : 克服摩擦力所做的功 ; 介质的粘度 ; 下标 1 和下标 2 分别代表已知值和新值或计算值。 从（ 2可以看出，螺杆泵克服摩擦力所作的功与输送介质粘度比的平方根及螺杆转速比的 方成正比。不同的介质粘度对应的泵转速推荐值如表 1 所示。 表 1 不同的介质粘度对应的泵的特性 介质粘度 s 1 1000 1000 10000 10000 100000 100000 1000000 转速 r/00700 以下 200400 以下 200 以下 100 以下 2、根据介质磨耗性选择转速和压力 利用单螺杆泵输送含固体颗粒的水泥浆、地下工程施工浆、汰白粉糊及涂料等介质时，遇到的比较严重的问题是泵的磨损问题。泵的磨损与介质的流速、浓度、颗粒粒度、流态 及泵的结构和定子及转子的材料等因素有关。因此，选择正真适合的转速和压力对降低泵的磨损，提高泵的使用寿命是非常有益的。实际应用中，通常根据介质的磨耗性选择泵的转速和压力。在建筑机械中，当输送的介质磨耗性较大时 (如石灰浆、载土、陶土等 )，应选用较低的转速和较小的压力。泵的转速和最高压力推荐值见表 2。 表 2 不同磨耗介质泵转速及压力推荐表 磨耗性 轻微 一般 严重 转速 r/00600 200400 50200 最高压力 、单螺杆泵材料的选用 单螺杆泵的主要工作 部件是螺杆转子和与其相配合的橡胶衬套，部件的材质是根据输送介质的特性确定的。单螺杆泵的转子通常采用碳钢 (镀硬铬 )、渗氮钢、1硬铬 )及钦金属等材料。为了提高螺杆转子的耐磨性，应对螺杆表四川大学 锦城 学院本科毕业设计 14 面进行镀硬铬处理，镀层一般为 0. 06 0. 08套的内衬绝大多数采用各种牌号的橡胶制造，特殊情况下也可采用塑料、聚四氟乙烯或金属制造。衬套所用的橡胶牌号应根据输送介质的化学性能、所含杂质的多少及泵的压力和转速等因素进行选择。建筑机械由于介质中含有颗粒和杂质，一般选择弹性大、硬度低的橡胶。泵的过流 部件如吸入管、压出管和间隔套等零件的材料一般为铸铁、球墨铸铁或奥氏体不锈钢等材料制造。下载文档送完整 纸， 14951605 或 1304139763 15 3. 单螺杆泵结构设计与性能计算 螺杆和衬套是螺杆泵的主要工作元件，是影响螺杆泵性能、效率和常规使用的寿命的关键元件，同时也是设计难度最大的元件。 螺杆泵设计，主要是根据给定的流量、压力和所输送介质性质 (如重度、粘度和温度及气体和固体含量 )参考现有的螺杆泵来计算和选择螺杆和衬套的主要尺寸，如螺杆横断面的直径 d、偏心距 e、螺距 t 以及螺杆和衬套的长度 L 等。 螺杆泵设计中最重要的也是难度最大的设计，就是螺杆横截面的设计。 螺 杆泵结构设计 杆和衬套尺寸的确定 （ 1） 单螺杆基本尺寸 单螺杆泵的设计是根据给定的流量和压力来计算和选取螺杆与衬套的尺寸。 在确定螺杆直径时能够准确的通过泵的流量来确定，即 : 480（ 3 1） 式中 t 一螺杆的辗距， m e 一偏心距， m Q 一流量， 一容积效率， %。 对于螺杆一衬套副具有过盈时可以取 = 80 一 85%； 对于螺杆一衬套副具有间隙时，取 =70% 现有单螺杆泵的 T/ d 及 T/e 比值 (T 为衬套螺距， T=2t; e 为偏心距 )一般处于下列范围内 : 35/20 ( 2) ( 3) 但前苏联 苏水力机械研究院 )认为 5/3 泵的吸人条件最好。 初步设计时，参考已有泵的参数，选取 T/d 和 T/e 值，然后根据公式 (3- 3)推导出下列公式，从而求出螺杆与衬套的基本信息参数 (螺杆直径 d，衬套螺距 T,偏心距 e). 螺杆直径 d: 四川大学 锦城 学院本科毕业设计 16 322 4 0 ( )(3. 1 一 1) 式中 d 一螺杆直径， m Q 一泵流量，时 n 一泵转速， r v 一容积效率， % 衬套 螺距 T： 3240 (2) 偏心距 e： 322 4 0 ( )(3) 根据已知的 e、 t 及 T 和给定的泵的压力 P，参考已有相近的泵的参数，确定螺杆和衬套的螺纹扣数 L/t 和 L/T，从而 确定螺杆和衬套的长度 L。 (2)衬套长度 L 将螺杆与衬套啮合后，在长度等于导程的每一段啮合副上形成的啮合线承受的压差皆视为 为单级压力，常用橡胶衬套泵的 则全压力为 P 的泵所需的啮合副总长度，即衬套长度的最小值 为 i4） 衬套实际长度 L 应稍大于 杆长度又要大于衬套长度 L。对高压泵，所需衬套的导 程总数 i (i 又称为泵的级数 )为 p （ 5） 杆和衬套的型线）螺杆型线 螺杆外表面型线)是正弦曲线 中心线转动，同时沿中 心线移动四川大学 锦城 学院本科毕业设计 17 而形成的 的圆，螺杆截面中心线O 对中心线 O 有一个偏心距 e。当螺杆转动 360 时，母曲线轴向移动的距离等于螺杆螺距 t。 根据图 7a, b 可求出螺杆表面的参数方程。 图 7 螺杆的型线（ a） 螺杆横截 面 图 8（ b） 螺杆横截面 图 8（ a）中，螺杆截面中心 q 对螺杆轮廓中心的位移量等于 1 个偏心距 e.，1O 所形成的轨迹 ( 1O 沿以 2O 为圆心以 e 为半径的圆上转动，且沿 Z 轴移动 )，在确 y 定坐标系中，用下列参数方程表示 : 11 11 11 2 (当 时， 1O 360 ) 1 角变化范围从 0n ( n 为正整数 ). 螺杆型线点 M(x,y)坐标，在定坐标系 动坐标系 111 ，以 角和 1 角做为函数 构成螺杆表面参数方程如下 : 1112c o sc o ss 四川大学 锦城 学院本科毕业设

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