1.单螺杆泵的概念
单螺杆泵是一种新型的内牙齿咬紧回转式容积泵。主要事情部件是偏心螺杆(转子)和固定的衬套(定子)。
2.与其他泵相比,单螺杆泵的优势
和离心泵相比,单螺杆泵不需要装阀门,而流量是稳定的线性流动。
和柱塞泵相比,单螺杆泵具有更好的自吸能力。
和隔阂泵相比,单螺杆泵可输送各种混合杂质,含有气体及固体颗粒或纤维的介质,也可输送各种腐蚀性物质。
和齿轮泵相比,单螺杆泵可输送高粘度的物质。
与柱塞泵、隔阂泵及齿轮泵不同的是,单螺杆泵可用于药剂填充和计量。
螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。图1表示三螺杆 泵的透视图。图中,中间螺杆为主动螺杆,由原动机带动回转, 两边的螺杆为从动螺杆,随主动螺杆作逆向旋转。主、从动螺 杆的罗纹均为双头罗纹。
由于各螺杆的相互牙齿咬紧和螺杆与衬筒内壁的紧密配合,在泵的吸 入口和排出口之间, 就会被分开成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和牙齿咬紧,这些密封空间在泵的吸入端不断形成,将吸入室中的液体封入其 中,并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端,将封闭在 各空间中的液体不断排出,犹如一螺丝帽在罗纹回转时被不断 向前推进的情形那样,这就是螺杆泵的基本事情道理。
螺杆与壳体之间的密封面是一个空间曲面。 在这个曲面上存在着诸如ab或de之类的非密封区,并且与螺杆的凹槽部分形成许多三角形的缺口abc、def。这些三角形 的缺口构成液体的通道,使主动螺杆凹槽A与从动螺杆上的 凹槽B、C相连通。而凹槽B、C又沿着自己的螺线绕向反面, 并分别和反面的凹槽D、E相连通。由于在槽D、E与槽F(它属 于另一头螺线)相跟尾的密封面上,也存在着类似于正面的三 角形缺口a’b’c’,所以D、F、E也将相通。如许,凹槽ABCDEA也就组成一个“∞” 形的密封空间(如采用单头罗纹,则凹槽将顺轴向盘饶螺杆, 将吸排口领悟,无法形成密封)。不难想象,在如许的螺杆 上,将形成许多个独立的“∞”形密封空间,每一个密封空间所据有的轴向长度恰好等于累杆的导程t。是以,为了使螺杆 能吸、排油口分开开来,螺杆的罗纹段的长度至少要大于一个导程。
从上述事情道理可以看出,螺杆泵有以下长处:
1)压力和流量规模宽阔。压力约在3.4-340千克力/cm 2,流量可达18600cm3/分;
2)运送液体的种类和粘度规模宽广;
3)因为泵内的回转部件惯性力较低,故可使用很高的转速;
4)吸入性能好,具有自吸能力;
5)流量均匀连续,振动小,噪音低;
6)与其它回转泵相比,对进入的气体和污物不太敏感;
7)结构坚实,安装保养容易。
螺杆泵的错误谬误是,螺杆的加工和装置要求较高;泵的性能 对液体的粘度变化比力敏感。
2 三螺杆泵的结构
它主要是由固定在泵体中的衬套(泵缸)和安插在泵缸 中的主动螺杆和与其牙齿咬紧的两根从动螺杆所组成。三根互相 牙齿咬紧的螺杆,在泵缸内按每个导程形成为一个密封腔,造成 吸排口之间的密封。
泵事情时,由于两从动螺杆与主动螺杆左右对称牙齿咬紧, 故作用在主动螺杆上的径向力完全均衡,主动螺杆不承受弯 曲负荷。从动螺杆所受径向力沿其整个长度都由泵缸衬套来支承,是以,不需要在外端另设 轴承,基本上也不承受弯曲负荷。在运行中,螺杆外圆外貌和 泵缸内壁之间形成的一层油膜,可防止金属之间的直接接触,使螺杆齿面的磨损大大减少。
螺杆泵事情时,两端分别作用着液体的吸排压力,是以对螺杆要产生轴向推力。对于压差小于10千克力/cm2 的小型泵,可以采用止推轴承。此外,还经由过程主动螺杆的中央油孔将 高压油引入各螺杆轴套的底部,从而在螺杆下端产生一个与轴向推力方向相反的均衡推力。
螺杆泵和其它容积泵同样,当泵的排出口完全封闭时,泵内的压力就会上升到使泵损坏或使马达过载的危险水平。所以,在泵的吸排口处,就必须设置安全阀。
螺杆泵的轴封,凡是采用机械轴封,并可按照事情压力的高低采取不同的情势。
3 螺杆泵的性能
3.1 排量
螺杆泵的理论排量可由下式计较:
Qt=60Ftn m3/h
式中:F—泵缸的有用截面积,cm2;t—螺杆罗纹的导程, m;n—主动螺杆的每分钟转数。
螺杆泵的内部泄漏量Qs:
Qs=αp/σm
式中:p—泵的事情压力;σ—所排送的液体的粘度;α—与 螺杆直径和有用长度有关的系数;m=0.3-0.5。
泵在压送不同粘度的液体时,其排量会变样。排量和 粘度的瓜葛可由下式表示:
Q2=Qt-(Qt-Q1)(σ1/σ2)m
式中:Q1—粘度为σ1时的排量;Q2—粘度为σ2时的排量。
3.2 功率
泵的轴功率一般为水功率、摩擦功率和泄漏损失功率这三部分的总和。
水功率Nc是指单位时间内泵传给液体的能量,也称输出 功率,可用下式计较:
Nc=PQ×10-3 千瓦
式中:P—泵的排出压力和吸入压力之差,帕;Q—泵的实 际排量,m3/s。
摩擦功率是指液体粘性阻力产生的摩擦损失,可由下式表示:
Nf=Kn1.5D2 σm 千瓦
式中:n—转速;D—主动螺杆的外径;—粘度;K—与螺杆长度有关的系数;m=0.3-0.5。
由上可见,当泵运送的液体粘度不同时,泵的轴功率也将不同。
泄漏损失是指液体从高压处漏回低压处所酿成的功率损失。
所以,当计较泵的轴功率时,如采用理论排量,则泵的轴功率由下式表示:
N=NfPQt10-3 千瓦
4 螺杆泵的管理
4.1 起动
螺杆泵应在吸排停止阀全开的环境下起动,以防过载或吸空。
螺杆泵虽然具有干吸能力,但是必须防止干转,以避免擦伤事情外貌。
假如泵需要在油温很低或粘度很高的环境下起动,应在吸排阀和旁通阀全开的环境下起动,让泵起动时的负荷最低,直至原动机达到额定转速时,再将旁通阀逐渐关闭。
当旁通阀开启时,液体是在有节流的环境下在泵中不断轮回流动的,而轮回的油量越多,轮回的时间越长,液体的发热也就越严重,甚至使泵因高温变型而损坏,必须引起注重。
4.2 运行
螺杆泵必须按既定的方向运转,以产生一定的吸排。
泵事情时,应注重检查压力、温度和机械轴封的事情。对轴封应该允许有微量的泄漏,如泄漏量不超过20-30秒/滴,则认为正常。假如泵在事情时产生噪音,这往往是因油温过低,油液粘度太高,油液中进入空气,联轴节失中或泵过度磨损等原因引起。
4.3 停车
泵停车时,应先关闭排出停止阀,并待泵完全停转后关闭吸入停止阀。
4.4 螺杆泵因事情螺杆长度较大,刚性较差,容易引起弯曲,造成事情失常。对轴系的连接必须很好对中;对中事情最佳是在安装定位落伍行,以避免管路牵连造成变型;连接受路时应独立固定,尽有可能减少对泵的牵连等。此外,备用螺杆,在生存时最佳采用悬吊固定的方法,避免因放置不平而酿成的变型。
摘 要 经由过程进行单螺杆泵特性参数随泵出口管线结构及吸入口管线结构变化的试验研究,绘出了泵的特性参数与出口压力、吸入口真空度的瓜葛曲线。试验结果表明,改变泵出口管线结构,使泵出口压力在一定规模内事情时,流量变化大,而且泵效率较高,可以作为泵调整参数的一种手段;而改变泵吸入口管线结构不宜作为泵的调整参数手段。
叙 词 螺杆泵 特性参数 调整参数 试验
The single scew pump characteristic parameter interrelationship curves with the pump outlet pressure and the suction vacuum was drawn after the test, the characteristic parameter was affected by the alteration of the outlet line and the suction line structure, was done. The test results have proved that the flow rate widely varied and the pump efficiency is high when the pump outlet line structure was altered and the outlet pressure was controlled in a special limit. To vary the pump outlet line structure could be one method of adjusting the pump characteristic parameter.
单螺杆泵在油田钻井、采油及输油等方面正得到越来越广泛的应用。单螺杆泵事情时,经常碰到调节泵流量问题。对于这种体积式泵,其流量的调节方法经常使用的有两种。一是改变转子转速;二是改变排出管线或吸入管线结构(凡是是改变排出口阀门或吸入口阀门的开启度)。现文主要讨论第2种方法。然而,管线结构的改变除了改变泵的压力、流量外,对泵的能耗、效率将产生多大水平的影响?改变泵出口阀门开启度与改变泵吸入口阀门开启度对泵特性的影响有何不同?针对这些问题,我们进行了以下2项室内试验。
a) 单螺杆泵流量、泵轴力矩、效率等参数随出口压力变化的特性试验。
b) 单螺杆泵流量、泵轴力矩、效率等参数随吸入口真空度变化的特性试验。
更多内容:螺杆泵——未来工业泵的发展趋向
1 试验方法及试验结果
图1为单螺杆泵特性试验的试验台道理图。试验介质为清水、室温。试验用单螺杆泵结构参数如下:螺杆直径φ42mm,衬套导程241mm,螺杆偏心距7.1mm,额定扬程500mm。试验分两种环境,一是将吸入口阀门12全数开启,改变排出口阀门7的开启度,同时测试出口压力、流量、泵轴力矩、转速和吸入口真空度这些参数,测试数值如表1;二是将吸入口阀门12全数开启,然后关小排出口阀门7,待出口压力增至7.0MPa,排出口阀门7开启度固定不动,再逐渐关小吸入口阀门12,使吸入口真空度不断增加,同时测试泵出口压力、泵轴力矩、泵轴转速及排出流量这些参数,测试数值如表2。分别以泵出口压力和吸入口真空度为横坐标,以流量、轴功率、效率为纵坐标绘制泵特性曲线,如图2、图3所示。
1—电机;2—扭矩仪;3—轴承箱;4—三通;5—单螺杆泵;6—排出口压力计;7—排出阀门;8—排出管线;9—计量罐;10—放水阀门;11—水箱;12—泵吸入阀门;13—吸入管线;14—吸入口真空表
图1 单螺杆泵试验台事情道理
表1 改变单螺杆泵出口压力的特性试验数值
测 试 值
计 算 值
序号
出口压
力po/
MPa
吸入口
压力pi/
MPa
实际流
量Qp/
m3.d-1
泵轴力
矩Ma/
N.m
泵轴转
速n/
r.min-1
轴功
率Pa/
kW
有用功
率Pf/
kW
体积效
率ηv/
%
机械效
率ηm/
%
泵效
率η/
%
1
0.1
0.076
101.05
86.36
251
2.27
0.028
97.26
1.27
1.23
2
2.0
0.076
100.20
128.79
250
3.37
2.230
96.81
68.39
66.20
3
2.2
0.078
100.15
136.82
250
3.58
2.460
96.76
71.01
68.80
4
3.2
0.079
99.20
184.97
250
4.84
3.580
95.85
77.25
74.02
5
3.8
0.079
98.81
213.63
250
5.59
4.260
95.47
79.74
76.26
6
5.3
0.082
94.00
288.15
249
7.51
5.680
91.17
82.91
75.63
7
7.2
0.086
86.50
379.04
245
9.72
7.120
85.29
85.91
73.25
8
8.4
0.096
76.20
424.49
237
10.53
7.320
77.67
89.55
69.53
表2 改变单螺杆泵吸入口真空度的特性试验数值
测 试 值
计 算 值
序 号
出口压
力po/
MPa
吸入口
真空度
phs/MPa
实际流
量Qp/
m3.d-1
泵轴力
矩Ma/
N.m
泵轴转
速n/
r.min-1
轴功
率Pa/
kW
有用功
率Pf/
kW
体积效
率ηv/
%
机械效
率ηm/
%
泵效
率η/
%
1
7.00
0.0493
87.70
363.13
246
9.35
7.06
86.12
87.62
75.51
2
6.80
0.0293
86.00
362.82
247
9.38
6.74
84.41
85.08
71.86
3
6.50
0.0157
84.70
355.48
247
9.19
6.36
82.84
83.50
69.21
4
5.50
0.0092
72.10
298.85
250
7.82
4.58
69.67
84.10
58.56
5
4.40
0.0079
63.60
262.55
250
6.87
3.23
61.46
76.58
47.02
6
1.60
0.0039
31.30
134.52
250
3.52
0.58
30.24
54.31
16.48
p—N曲线:出口压力与泵轴功率瓜葛曲线
p—Q曲线:出口压力与实际流量瓜葛曲线
p—η曲线:出口压力与泵效率瓜葛曲线
图2 改变泵出口压力的特性试验
Hs—N曲线:真空度与泵轴功率瓜葛曲线
Hs—Q曲线:真空度与实际流量瓜葛曲线
Hs—η曲线:真空度与泵效率瓜葛曲线
图3 改变泵吸入口真空度的特性试验
2 试验分析
a) 单螺杆泵理论流量、泵效率、体积效率和机械效率分别采用以下各式计较:
η=103ΔpQp/(1.44Ma.n)(1)
Qt=1440×4eDTn⑵
ηv=Qp/Qt⑶
ηm=103QtΔp/(1.44Ma.n)(4)
式中,Qt为泵理论流量,m3/d;η为泵效率;ηv为泵体积效率;ηm为泵机械效率;Qp为泵实际流量,m3/d;Δp为泵出口与吸入口压差,MPa;D为螺杆断面直径,m;T为衬套导程,m;Ma为泵轴力矩,N.m;n为泵轴转速,r.min-1;e为螺杆偏心距,m。
依据以上各式及表1、表2测试数值,计较泵在不同工况下的泵轴功率、有用功率、泵效率、体积效率及机械效率。其计较值亦列于表1、表2中。
b) 由表1、图2可以看出,随着泵出口压力的增加,泵的流量逐渐减小,泵效率变化呈抛物线形,有一最高效率点。泵体积效率呈递减趋向,机械效率呈递加趋向(如图4),这说明随出口压力的增加,螺杆与衬套之间的间隙加大,螺杆在衬套内转动时的摩擦阻力矩减小,导致机械效率增加;同时,高压液体沿螺杆-衬套副密封线的窜流现象加剧,导致泵体积效率的降低。由表1数值还可以看出,出口压力在3.2～8.4MPa规模内变化时,效率最大差值为6.73%。参考离心泵的高效事情规模[1],也能够认为该规模即归属螺杆泵高效事情规模。当然,具体的高效事情规模应视具体的泵而定。
c) 关小吸入口阀门至关于人为降低泵的充满度,这必将导致泵流量减小、泵吸入口真空度增加,这一点亦被试验所证实。由表2、图3和图5可以看出,随着泵吸入口真空度的增加,泵的流量、轴功率、效率、体积效率和机械效率均呈降落趋向。但当吸入口真空度在0.1～0.015MPa之间变化时,以上各参数均呈降落趋向,但降落幅度较小。这说明,一定规模内吸入口真空度的变化对泵特性影响较小;而一旦超出该规模,则各参数呈直线降落趋向,泵的事情状态大大恶化。是以,当泵吸入口真空度大于某一规定的值时,虽然泵的特性参数能得以大幅度提高,但由于泵机械效率、体积效率及总效率大大降低,是以应禁止泵在此工况下长期事情。
图4 出口压力与机械效率、体积效率的瓜葛曲线
图5 真空度与机械效率、体积效率的瓜葛曲线
3 结论
1) 无论改变泵出口管线结构还是改变泵吸入口管线结构,城市对单螺杆泵的特性产生一定水平的影响。
2) 改变泵排出口阀门开启度,在一定规模内达到改变泵特性参数的目的,而且泵具有较高的事情效率。
3) 改变单螺杆泵吸入口阀门开启度,当吸入口真空度较小时,泵特性参数变化不大,而当吸入口真空度较大时,泵的事情状态急速恶化。是以,这种方法不宜作为单螺杆泵调整参数的手段。
作者单位:大庆石油学院机械系 黑龙江安达151400
1 大庆石油管理局油建公司黑龙江大庆163453
2 大庆石油管理局第八采油厂黑龙江大庆163514
螺杆泵基本知识
慧聪网2006年1月6日11时25分信息来源:慧聪网泵阀行业频道
——双头、右旋、凸螺杆 组成 两根从动螺杆
一根主动螺杆
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