單螺桿泵幾種型線的分析及工藝探討|最新資料

在牛頓流體、非牛頓流體和氣一液兩相流體輸送中，螺桿泵有其獨特的優(yōu)勢。而應(yīng)用最廣泛的單、雙和三螺桿泵的結(jié)構(gòu)、工作原理截然不同。從經(jīng)濟適用角度考慮，此三類螺桿泵都有其它泵不能取代的應(yīng)用領(lǐng)域。單螺桿泵由于型線簡單、型面精度要求不高，可采用無屑加工的高效工藝，所以價格低，在其結(jié)構(gòu)及適應(yīng)性等方面也有諸多優(yōu)點，在非潤滑介質(zhì)、含固體介質(zhì)和腐蝕性介質(zhì)的輸送方面獨樹一幟。目前，國內(nèi)生產(chǎn)單螺桿泵的企業(yè)遠多于生產(chǎn)雙、三螺桿泵企業(yè)。單螺桿泵中單頭單螺桿泵(即1／2型面)占絕大多數(shù)，而國際上已逐步推廣先進的雙頭單螺桿泵(即2／3型面)。本文分析了它們的優(yōu)缺點并探討其工藝途徑和橫截面型線(各公式推導(dǎo)過程從略)，為新型線的推廣和應(yīng)用提供參考。
1型線種類
1.1常規(guī)型線(1／2型面橫截面型線如圖l例所示，簡稱A型，是最古老的型線，由法國工程師Myan0首先提出。轉(zhuǎn)子截形為圓。其直徑D=2a，偏心距e，節(jié)距t，單頭。定子截形是兩半徑為a，圓心相距4e的長圓。其參數(shù):節(jié)距T=2t，雙頭。轉(zhuǎn)子運動軌跡是轉(zhuǎn)子截面重心以e為半徑在2e為半徑的圓內(nèi)滾動r即所謂卡丹諾圓問鄹的行星運動。轉(zhuǎn)子頭數(shù)
與定子頭數(shù)之比為12。
1.2新型線(2/3型面)
橫截面如圖l（b）(c)所示，簡稱B型、C型，是近幾年國內(nèi)外提出的新型線。
B型轉(zhuǎn)子截形為半徑a，圓心相距4e的長圓，其直徑D=2a，偏心距e，節(jié)距t，雙頭。C型轉(zhuǎn)子截形是類橢圓，其直徑D=2a，偏心距e，最大半徑b=a+2e，節(jié)距t，雙頭。
定子截形的形成如圖I(d)圳所示。如前述卡丹諾圓運動，滾動半徑為1．5e，以e為半徑的圓上一點運動軌跡謂之骨線(圖2的三棱狀內(nèi)擺線K)。轉(zhuǎn)子運動時，其對稱軸線49問線段與骨線共軛，運動過程中轉(zhuǎn)子外廓的展成線即為定子型線。雖運動軌跡相同，由于轉(zhuǎn)子截形不同，所展成的定子型線差異甚大，B型為三瓣花形C型為類三角形。其節(jié)距丁=1．5t，三頭。轉(zhuǎn)子頭數(shù)與定子頭數(shù)之比為23。










2型線方程
AB型轉(zhuǎn)子型線方程相同iC型轉(zhuǎn)子型線方程為類橢圓。
新型線定予方程與骨線相關(guān)。圖2中，滾圓上的A1點，當(dāng)圓心轉(zhuǎn)過由角時運動至赴點，其骨線方程為式(I)。B型定子廓形是以a為半徑的骨線等距線(侶線)與以a為半徑的圓弧組成。侶線方程為式(2)。純圓弧段是圓心不在原點的圓方程為式(3)。X0和Y0為骨線尖點坐標。C型定子型線方程與B型類似，故略。
3各型面優(yōu)缺點
(1)A型
優(yōu)點:轉(zhuǎn)子和定子型線簡單，生產(chǎn)歷史長，加工經(jīng)驗豐富，有高效、經(jīng)濟的工藝方法。如轉(zhuǎn)子采用連續(xù)沖壓工藝制造空心螺桿廠(圖3)，不僅高效、省材，而且可提高泵的效率和壽命。通常，定子多采用模具加工的橡膠制品。然而在高壓情況，因橡膠受壓變形，使介質(zhì)回流，泵效率急劇下降，有的高壓泵效率僅l．0％左右。解決此問題，剛性套是一個有效途徑。因A型定子型線簡單，使其剛性套的制造較容易（圖3）
缺點：由于轉(zhuǎn)子和定子接觸面的相對運動并非純滾動，尤其在定子兩直線段滑動速率較大，易磨損。
2：2／3型
同參數(shù)情況下，2／3型較A型流量大，因而同流量時體積較小。例如．．e=0．2cm，D亍1．75cm，理論流量Q（m/r）:
A型:Q=1．36T
B型Q=1.612T
C型Q=1.6041T
同參數(shù)情況下，B型理論流量較A型大2πe2值,C型流量略小于B型。
轉(zhuǎn)子是雙頭，因而其重心偏移率是A型的一半。從而可允許較高的轉(zhuǎn)速，且噪聲較小。每轉(zhuǎn)的腔室由2x3代替1x2，使泵脈動降低較多。腔室的增加也使滑動速率較大的區(qū)問瞬時速度比A型低，由此可減少磨損，提高壽命。此外，新型面密封性強，可提高容積效率。
在新型線中，由于B型定子型線是由非連續(xù)方程曲線展成，廓形存在6個硬過渡點(，骨線侶線與尖點圓弧過度處)，顯然對運轉(zhuǎn)壽命有所影響。然而C型定子廓形是由連續(xù)方程曲線展成，故無此現(xiàn)象。
綜合分析，目前我國宜推廣C型泵。據(jù)悉，C型在一些國家已商品化，如德國阿爾維勒AG公司推出的AED系列等泵。
4工藝探討．
A型轉(zhuǎn)子工藝較成熟，可采用成形車、靠模車、旋風(fēng)銑、連續(xù)沖壓等方法。連續(xù)沖壓成型目前是A型轉(zhuǎn)子最佳生產(chǎn)方式之一。
國外采用多軸腔機床加工2／3型轉(zhuǎn)子，成本較高。國內(nèi)已有單位引進其加工機床，如WEIN-GARTNER公司的VARID型五軸數(shù)控銑床，可加工很多種類螺桿的精密型面以及單螺桿泵的轉(zhuǎn)子、模芯和剛性套。但單螺桿泵結(jié)構(gòu)特點廠多為硬轉(zhuǎn)子、軟定動是屬于型面復(fù)雜并非精密(相對雙、三螺桿泵而言)的產(chǎn)品，因此如僅將其作為加工單螺桿泵的專用機床，則顯然功能過剩。況且該型中等規(guī)格設(shè)備，價位約1000萬元，也是值得考慮的問題。據(jù)作者經(jīng)驗分析，樣機或小批生產(chǎn)用帶靠模裝置的普通機床即能完成,若大批生產(chǎn)，在現(xiàn)有A型轉(zhuǎn)子加工機床上安裝仿型銑頭，作者已完成結(jié)構(gòu)設(shè)訓(xùn)即可勝任。
A型橡膠定子模芯加工可采用車、銑、磨等多種方法，各廠對此已有豐富經(jīng)驗。新型線模芯的工藝方法與A型類同。關(guān)鍵是要有正確的型線坐標信線性或非線性收縮的補償匐。A型剛性套的加工用普通萬能機床即可,2／3型剛性套加工則需極昂貴的設(shè)備。
5CAD型線設(shè)計實例
本文用類似三螺桿泵型線改進所用的軌跡法進行編程。該方法簡單可靠，無需建立包絡(luò)方程，該程序已用于雙、三螺桿泵的型線設(shè)計。
程序為模塊化設(shè)計，將其以程序包納入刀具設(shè)計軟件后，不僅可計算單螺桿泵轉(zhuǎn)子、定子的端、軸、法截面，還可計算轉(zhuǎn)子、定子模芯的成形車、銑、滾、磨等刀具型線以及該刀具的鏟磨砂輪工藝參數(shù)。程序還具有各類橡膠模芯收縮量的補償功能，為單螺桿泵新舊型線的研究和生產(chǎn)提供了方便。
表l為CAD計算實例。其計算參數(shù)為e=20、D=170。實用時，點的密度可任意設(shè)定。型線坐標值，轉(zhuǎn)子為l／4型線段;定子為1／6型線段。使用時將其對稱排列即全廓形。表中第3點是B型線的硬過渡點.