单螺杆泵的性能与结构

单螺杆泵的性能与结构
一、主要性能参数
    1.流量  单螺杆泵的流量决定其转子和定子的尺寸以及泵的转速。单螺杆泵每一个横截面内（图1和图2），定子孔的截面面积为；螺杆的截面面积为。

图1 螺杆的几何形状

图2 泵套的几何形状

    泵的过流面积为定子孔与螺杆截面面积之差，即为4eDR。
    （1）螺杆每转一次的理论排液量Vth为过流面积与定子导程T的乘积，即：Vth=4eDRT    （1）
    （2）理论流量QVth为螺杆每一转的理论排液量与转速的乘积，即：
    或
式中  e——螺杆截面圆心与轴线的偏心距，mm；
      DR——螺杆圆形截面的直径，DR=2R，mm；
      T——泵套内孔螺旋槽的导程，mm；
      n——泵的转速（表1），r/min。
    （3）实际流量qV或
式中ηV——泵的容积效率，ηV=0.65~0.85，当排压力较低、螺杆截面直径DR较大时，取大值。
    2.转速n  当按液体黏度确定单螺杆泵转速n时，可参见表1。

表1 单螺杆泵适用的转速范围和被送液体黏度

    单螺杆泵的转速，还可以根据被送液体在泵工作腔内的轴向流动速度vgm（亦称转子、定子间的相对平均滑动速度）来确定，特别来确定，特别是在输送含有固体颗粒物的液体，且可能对泵的转子或定子产生磨损时，必须以vgm值确定泵的转速，详见JB/T 8644-2007《单螺杆泵》附录A。
    3.排出压力  单螺杆泵的排出压力取决于泵的排出管路系统的特性，泵的螺杆直径和转速不能改变泵的排出压力。单螺杆泵的排出压力为每个定子导程长度T能达到的压力与导程的乘积。一般每一个定子导程长度能达到的排出压力为0.3~0.6MPa。为了尽量减小泵的轴向尺寸，通常取泵能达到的排出压力p2为p2=0.6iT（MPa）
式中  iT——泵的定子导程数，也可称为泵的级数。
    4.效率η  单螺杆泵工作时，其转子（螺杆）和定子（泵套）相接触，并存在相对滑移，因此，单螺杆泵的机械损失较大，泵的效率较低一般为η=50%~80%。每一转排液量较大的泵效率较高。
    5.使用寿命  单螺杆泵的转子和定子的相对滑移，将引起转子和定子的磨损，主要是定子磨损，因此，单螺杆泵的使用寿命较低。一般要求：在输送清水或类似清水的液体时，定子的所以寿命不低于2000h。
    6.流量调节  单螺杆泵可在保持排出压力不变的工况下，通过改变泵的转速调节流量，泵的流量与转速成正比，故在一定范围内可用作定量泵或计量泵。

二、结构  单螺杆泵有卧式和立式两种结构形式。
    1.卧式单螺杆泵  卧式结构应用较多，其结构布局合理（图3），泵的吸液管口和吸入室在泵的轴封端，此时，泵轴封的密封压力为吸入压力，密封压力较低，可减少泄漏的可能性。当被输送液体的流动性较差时，可采用尺寸较大的矩形吸液口，并在吸入室内增设螺旋进料器（图4），用以将被送液体推入泵工作腔，帮助泵吸入液体。

图4  带进料器的单螺杆泵
1-定子；2-螺杆（转子）；3-螺旋进料器

    2.立式螺杆泵  立式结构多用于液下和潜水单螺杆泵。
    （1）液下泵  浸没于液体中，电动机、减速机、轴承箱等泵驱动系统置于液面上方，其吸液管口和吸入室在螺杆的下端。泵工作时，吸液管口位于泵的zui下端，适于输送罐（池）底部的沉淀物，但派液室和排液管位于泵轴封端，轴封的密封压力为泵的排出压力，增加了密封难度（特别是泵的排出压力较高时）。液下泵浸入深度，一般为泵的自身长度。当排出压力为2.4MPa时，浸入深度为3~3.5m；当需要增加浸入深度时，需用长轴传动，浸入深度80m以内可用刚性轴转动，深度再增大（可达数百米）需用柔性轴传动。
    （2）单螺杆潜液泵  泵体与电动机、万向联轴器均潜于被送液体中，电动机置于泵的下面，电动机与泵直联，泵转速与电动机转速相同，泵直接由螺杆靠万向联轴器端吸入液体，由螺杆上端向上排出液体，因此，潜液泵没有长轴，可节省钢材，也不需用轴封，更没有泄露问题，但需应用特殊的潜液电动机。
潜液泵的潜入深度取决于泵的排出压力（扬程），潜液泵不适于抽送沉淀物，一般多用于油田抽送黏性原油，下潜深度可达1000m。
    （3）螺杆  一般为圆形截面的单头螺旋杆，定子孔为双头螺旋孔，称作1-2型（或1/2型）。另一种为2-3型（或2/3型），其螺杆截面为椭圆形的双头螺旋杆、定子孔为三头螺旋孔。2-3型的工作容积比1-2型增大45%，在相同的转速下流量增大45%，在相同的流量下可减小定子的磨损，提高使用寿命。目前应用较多的仍是1-2型螺杆和泵套。
    螺杆材料为碳钢、合金钢和不锈钢，可用机械加工广告制造，大直径的螺杆采用空心结构。定子多为橡胶制成，常用的有：天然橡胶（用于输送污水、泥浆、有机涂料等）；丁晴橡胶（用于输送油类、医药、食品、化妆品等）；氟橡胶（用于输送烃、苯、烷溶剂等）；氯磺化聚乙烯橡胶（用于输送酸、碱、油化纤浆液等）及聚氨酯橡胶等。

三、主要几何参数
    1.单螺杆泵螺杆的圆形截面直径DR、偏心距e、螺距t及电子螺旋孔截面尺寸和导程T（图1和图2）是根据需要的流量确定的。当已知被送液体及所需的流量后，根据被送液体的性质，选取适合的转速（参照表1）；根据需要的流量和泵的容积效率确定每一转的设计排液量；按以下的关系确定DR、e、T值，代入式    (1)核算泵的每一转的设计排液量。

    当每一转的排液量为0.016L~16L时e=3~30（大泵取大值），T=2t
    2.单螺杆泵的螺杆和泵套的长度L根据需要达到的排出压力确定。螺杆和泵套的zui小长度应大于螺杆形成的两条密封线（即一个密封腔）所占据的轴向长度，以保证在任一瞬间至少有一条密封线将吸、排液口隔开。螺杆和泵套的zui小长度Lmin应为：Lmin=（1.2~1.5）T
螺杆和泵套的长度L为：L=iTT+（0.2~0.5）T
式中  iT——级数（定子导程数），iT=p2/0.6

    四、性能换算  当单螺杆泵、双螺杆泵、三螺杆泵及五螺杆泵的试验转速、黏度与规定值的不同时，泵的流量和功率可按下式换算。
    1.流量   
式中  qv0——排出压力为0时的实测流量；
      qvi——所测定的排出压力下的实测流量；
      n——规定的转速；
      ni——所测定的排出压力下的实测转速；
      ν——规定的介质黏度，一般为75mm2/s；
      νi——实测黏度，mm2/s；
      k——换算指数，当νi≥ν时，k=0.25，当νi＜ν时，k=0.5。
    2.功率   
式中  Pi——所测定排出压力下的实测功率值，kW；
      P0——排出压力为0时的实测功率值，kW。