螺杆泵的种类虽多,但若依据螺杆的标准来划分,亦可概括为几种主要类型。本文将着重介绍其中最为常见的三种:单螺杆泵、双螺杆泵,以及三螺杆泵。
单螺杆泵,作为一种高效的内啮合回转式容积泵
其核心部件包括偏心螺杆(转子)和固定的衬套(定子)。相较于其他类型的泵,单螺杆泵展现出诸多独特优势。它无需装设阀门,便能实现稳定的线性流量输出,这优于离心泵。同时,其自吸能力也强于柱塞泵。更值得一提的是,单螺杆泵能轻松输送含有气体、固体颗粒或纤维的介质,甚至各种腐蚀性物质,这是隔膜泵所不能及的。此外,它还能处理高粘度物质,这是齿轮泵所无法比拟的。更为独特的是,单螺杆泵在药剂填充和计量方面也有出色的表现,与柱塞泵、隔膜泵及齿轮泵等都有显著差异。
其工作原理基于相互啮合且互不接触的两根螺杆,通过它们之间的空间变化来抽送液体。在结构上,双螺杆泵同样具有多样性,包括卧式、立式以及带加热套等多种类型。这种泵能够输送含有颗粒的低粘度或高粘度介质,其螺杆间距可根据颗粒大小进行灵活调节,同时选用适当的材质,甚至能够处理许多具有腐蚀性的介质。
双螺杆泵作为一种容积式泵,其吸入室与排出室之间必须保持严密隔离。这要求泵体与螺杆外圆表面以及螺杆与螺杆之间的间隙尽可能小,以确保液体不会从这些间隙中倒流。同时,螺杆与泵体、螺杆与螺杆间形成的密封腔保证了泵的密闭性,从而确保了泵的正常运行和高效性能。
双螺杆泵凭借其独特结构,能够实现无搅拌、无脉动且平稳的介质输送。泵体设计巧妙,确保工作元件内始终充满泵送液体,从而赋予了双螺杆泵出色的自吸能力,并支持汽液混输。此外,其特殊构造还使泵具备卓越的吸入性能,即NPSHr值很小。
双螺杆泵可分为内置轴承和外置轴承两种类型。内置轴承结构的双螺杆泵,其轴承通过输送物进行润滑。而外置轴承结构的双螺杆泵则将工作腔与轴承分离,以实现独立润滑。
外置轴承双螺杆泵的独特之处在于其结构和螺杆间存在的侧间隙。这种设计允许其输送各种非润滑性介质,同时通过调整同步齿轮,使螺杆间保持不接触状态,并将输出扭矩的一半传递给从动螺杆。
与所有螺杆泵相似,外置轴承式双螺杆泵同样具备自吸能力。其输送元件通常采用双吸对称设计,这一巧妙布置不仅消除了轴向力,还显著提升了吸高能力。这种外置轴承双螺杆泵的结构优势,使得双螺杆泵的应用领域得到极大拓展。它不仅能轻松输送润滑性良好的介质,还能应对大量非润滑性介质、各种粘度(最高可达3*106mm/s)的液体,甚至是具有腐蚀性和磨蚀性的液体。此外,由于双螺杆泵采用恒定间隙和非密封型容积泵的型线特点,它不仅能输送纯液体,还能高效处理气体和液体的混合物,即实现汽液混输,这一独特功能使得双螺杆泵在泵类产品中脱颖而出。
双螺杆泵的独特之处还在于其干转能力。由于双螺杆泵的运动部件在工作时互不接触,因此即使短时干转,也不会对泵元件造成破坏。这一特性为自动控制的流程带来了极大的便利。但需注意,干运转时间受多种因素影响,通常较为短暂。
此外,双螺杆泵在输送过程中表现出无剪切、无乳化作用的特性,这得益于其独特的型线设计和传动方式。因此,它能有效保持分子链结构的完整性,并维持工况流程中所形成的特定流体性质。同时,同步齿轮传动使得泵运转时的噪音低、振动小,确保了工作的平稳性。
外置轴承式双螺杆泵的这些卓越特性,使其在油田化工和船舶工业中得到了广泛的应用。该泵还可根据实际使用情况选择不同材料制造,如普通铸铁、不锈钢等,以满足各种复杂工况的需求。其输送温度范围可达250℃,并配备不同方式的加热结构,理论流量更是高达2000立方米/小时,大大提升了其应用范围和效率。
其工作原理基于螺杆啮合技术。在泵套内部,三根相互啮合的螺杆协同工作,随着主动螺杆的旋转,形成一个个密封腔体。这些腔体在吸排口之间建立密封,从而实现流体的输送。这种泵的结构设计使得其具有较高的流量输出和广泛的适用性。
三螺杆泵通过其独特的螺杆啮合技术,将待输送的介质严密封闭在啮合腔内。这些腔体沿着螺杆轴向以恒定速度推进,直至流体被推至排出口,从而为系统提供稳定且持续的压力。在泵的工作过程中,吸排口的液体压力会作用于螺杆的两端,产生轴向推力。同时,通过主动螺杆中央的油孔,高压油被引入各螺杆轴套底部,形成与轴向推力方向相反的平衡推力。对于压差较小的小型泵,这种设计允许使用止推轴承来进一步增强结构的稳定性。此外,由于两从动螺杆与主动螺杆的对称啮合,三螺杆泵在运行过程中产生的径向力得到了完全平衡。这意味着主动螺杆无需承受弯曲负荷,而从动螺杆所受的径向力则由泵缸衬套均匀支撑,无需额外轴承,从而也基本消除了弯曲负荷的影响。
在三螺杆泵的运行过程中,螺杆外圆表面与泵缸内壁之间会形成一层润滑油膜,这层油膜有效减少了金属间的直接摩擦,显著降低了螺杆齿面的磨损程度。与其它容积泵相似,当三螺杆泵的排出口被完全封闭时,泵内压力会急剧上升,可能造成泵体损坏或电动机过载。因此,在泵的吸排口处,必须配备安全阀以保障设备安全。此外,三螺杆泵通常采用机械轴封进行密封,其形式可根据工作压力的不同而调整。
三螺杆泵以其独特的结构特点和卓越的工作性能脱颖而出。它结构简单、压力脉动小、流量稳定、工作平稳可靠,且允许高转速运行,噪音低、效率高、寿命长,并具备自吸能力。这些特点使得三螺杆泵在众多应用场合中表现出色。
根据所输送介质的不同需求,螺杆泵装置可配备相应的加热或冷却结构,以适应各种无腐蚀性油类及润滑性液体的输送。其粘度范围通常在3.0760mm2/s(1.2100°E)之间,且可通过加温降低粘度,但温度一般不超过150℃。螺杆泵的流量范围为0.2~250m3/h,最高工作压力可达4MPa。
三螺杆泵在众多行业中得到广泛应用,如石油、化纤、冶金等。它特别适用于输送燃料油、润滑油、液压油等润滑性液体。在工业领域中,三螺杆泵既可作润滑泵使用,也可用于液压系统和燃油系统的输送及增压。
然而,选择合适的螺杆泵至关重要。虽然有“螺杆泵可以输送任何介质”的说法,但这并不意味着某种螺杆泵能适用于所有介质。选择时,必须根据介质的特性和性能参数来挑选适当的螺杆泵类型。例如,单螺杆泵、双螺杆泵和三螺杆泵各有其独特的应用场合和优点,因此在推广和应用时需要有针对性地选择,以实现节能、节材和满足特定要求。
单螺杆泵的选择关键在于把握几个核心参数:
然而,在实际应用中,输送介质的特性会对泵的选用产生影响。特别是对于那些具有严重磨损性的介质,我们需要根据实际的输送压力需求来精心选择合适的定子级数,以确保泵能够稳定、高效地工作。
2. 单螺杆泵转速的考量:
单螺杆泵,因其独特的结构,常被用于输送高粘度液体和含颗粒液体。因此,选择适当的转速对单螺杆泵至关重要。转速的决策主要基于介质的磨损程度和粘度。
3. 单螺杆泵衬套橡胶材料的选择:
单螺杆泵的衬套,作为橡胶制品,在泵中扮演着重要角色,同时也是易损件之一。其选择对衬套的耐用性产生直接影响,进而关系到泵的整体性能。在正常工作条件下,衬套的寿命通常维持在3至6个月之间。然而,若选择不当,衬套可能面临从钢管中脱落或橡胶材料掉块的风险。
4. 材料组合的挑选:
针对不同特性的介质,需要选择相应的材料组合。
5. 性能考量:
通常,单螺杆泵的性能表或特性曲线提供的是以20℃清水为介质(粘度为1cst)时的数据。但实际使用时,若输送的介质粘度不同,其流量和轴功率也会有所差异。
6. 轴封选择:
根据实际应用和输送的介质特性,轴封可选机械密封或填料密封,且这两种结构可互换使用。
7. 泵的驱动方式选择:
单螺杆泵因其低速特性,使得其驱动方式灵活多样。常见的驱动方式包括低速电机直联(如6级、8级电机)、齿轮减速电机驱动以及无级变速电机驱动等。
双螺杆泵与三螺杆泵共同构成了多螺杆泵的范畴。
自多螺杆泵问世以来,其应用已遍及多个领域,包括泵送原油、燃料油、润滑油、动力液,以及食品、化学剂和合成纤维浆等。目前,全球范围内运行的多螺杆泵数量已达百万台之多。鉴于其广泛的应用,选择合适的多螺杆泵无疑是一项需要慎重考虑的任务。在选择双螺杆泵时,实质上是在挑选其性能参数。
在选型三螺杆泵时,应尽可能全面地了解泵的使用条件。
这包括不仅熟悉运行参数,如流量和压力,还需深入了解输送介质的特性,如介质的腐蚀性、含汽量、含固溶物的比例以及固体颗粒的大小。同时,介质的工作温度、粘度、比重以及对材料的腐蚀性等因素也都需要仔细考虑。此外,泵装置的吸入条件和安装条件也是选型时不可忽视的重要因素。
与单螺杆泵和双螺杆泵相似,三螺杆泵的选型也主要基于其性能参数。在确定泵转速时,被输送介质的粘度和规格是关键因素。对于高粘度介质,应选择低转速泵,而对于粘度较低的介质,则可以选择较高转速的泵。具体来说,当介质粘度超过20°E时,对于大规格的泵(主杆外径超过60mm),适宜的转速范围为970rpm或720rpm。若介质粘度更高,例如粘胶液,则建议降低转速至200-500rpm。
对于小规格的泵,当介质粘度超过20°E时,适宜的转速范围为1450rpm或970rpm。若介质粘度进一步升高,例如达到80°E以上,则建议降低转速至300-600rpm,以确保泵的稳定运行。
值得注意的是,随着泵转速的增加,在相同性能参数条件下,泵的体积会相应减小。然而,高转速也会带来摩擦功率的增加,从而导致泵的磨损加剧,缩短其使用寿命。因此,在输送润滑性较差或含有微量杂质的介质时,选择较低转速是更为明智的选择,以保障泵的长寿命运行,推荐转速不超过1450rpm。
在选择三螺杆泵的结构时,可以参考其安装和使用条件,遵循以下四个原则:
同时,选型过程中还需综合考虑泵的材料组合、吸入能力、配套电机等众多因素。只要选型恰当、维护得当,三螺杆泵便能确保稳定、满意的运行。