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四川大學錦城學院本科畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目 單螺桿泵的設(shè)計 院 系 機械工程學院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 年級 2009級 學生姓名 學 號 指導教師 - II - 摘要 機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 學生： 指導教師：田大慶 【摘 要】隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種液體的輸送顯得尤為重要，而作為液體傳動工具的單螺桿泵亦顯得舉足輕重。工業(yè)的發(fā)展對單螺桿泵提出了更高的要求，某些特定的行業(yè)用單螺桿泵的工作條件十分惡劣，研制和開發(fā)使用性能良好的單螺桿泵將帶來廣闊的社會效益和經(jīng)濟效益。為更好的滿足特定工作條件的需要，本論文詳細闡述了單螺桿泵的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，并在傳統(tǒng)的設(shè)計理論體系基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的設(shè)計手段和工具，根據(jù)給定的流量、壓力來設(shè)計和選取合適的單螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成對單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、主要性能計算和影響因素分析，在此基礎(chǔ)上利用三維建模手段，建立有效的單螺桿泵三維模型，對所設(shè)計的單螺桿泵進行簡單運動仿真，為其性能進一步改進提供了一定參考。 【關(guān)鍵詞】 單螺桿泵; 結(jié)構(gòu)設(shè)計; 性能; 影響因素 Abstract 【Abstract】 With the continuous development of industrial technology, a variety of liquid transportation is particularly important, and the single-screw pump, a tool of fluid transmission, becomes also critical. Higher requirements are made to meet the demand of the industrial development on the single-screw pump, and some certain industries with a single-screw pump are under terrible conditions. It shows that researching and developing the single-screw pump of good performance will bring a broad social and economic benefits. To meet the better needs of specific working conditions, this paper explains clearly the working principle and structural features of single-screw pump, and designs and selects the appropriate single-screw pump parameters by a given flow and pressure on the basis of the traditional theoretical system and using of existing design methods and tools. So that the structural design calculations, key performance computing and influencing factors analysis are completed. After that, we establish an effective single-screw pump three-dimensional model by using of three-dimensional modeling for the simple kinematics simulation on the single-screw pump designed, the results show that it can provide a reference for single-screw pump performance improvement. 【Key words】single-screw pump; structural design; performance; influence factor 目 錄 摘要 I Abstract II 1. 緒論 1 1.1 研究背景及研究意義 1 1.2 國內(nèi)外研究綜述 1 1.2.1 國外螺桿泵的應(yīng)用現(xiàn)狀 1 1.2.2 國內(nèi)螺桿泵的應(yīng)用現(xiàn)狀 2 1.3本題的研究內(nèi)容和方法 2 2. 單螺桿泵的概況 4 2.1 引言 4 2.2 基本結(jié)構(gòu)和工作原理 5 2.3 性能參數(shù) 9 2.4 應(yīng)用特點 11 2.5 單螺桿泵的特性 12 2.6 單螺桿泵的選用 12 3. 單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能計算 15 3.1單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 3.1.1 螺桿和襯套尺寸的確定 15 3.1.2 螺桿和襯套的型線設(shè)計 16 3.2 單螺桿泵材料的選用 20 3.3 單螺桿泵的加工制造 22 3.3.1 螺桿的加工 22 3.3.2 單螺桿泵橡膠定子的加工 22 3.4 單螺桿泵的性能計算 24 4. 單螺桿泵應(yīng)用實例設(shè)計 26 5. 單螺桿泵的性能分析 29 6. 結(jié)論與展望 30 6.1 結(jié)論 30 6.2 展望 30 參考文獻 32 致謝 33 1. 緒論 1.1 研究背景及研究意義 在我國的國民生產(chǎn)和生活中，泵作為一種輸送液體的心臟倍受各行各業(yè)所重視。單螺桿泵輸送流量、壓力穩(wěn)定，無脈動。 單螺桿泵輸送變轉(zhuǎn)速即可改變輸出流量，可用作計量投加。 吸入能力強，工作噪聲小，無泄漏，無溫升。單螺桿泵輸送適應(yīng)范圍廣，可輸送一切流動介質(zhì)甚至非流動物料。單螺桿泵能輸送高固體含量的介質(zhì)；流量均勻壓力穩(wěn)定，低轉(zhuǎn)速時更為明顯；流量與泵的轉(zhuǎn)速成正比，因而具有良好的變量調(diào)節(jié)性；一泵多用可以輸送不同粘度的介質(zhì)；泵的安裝位置可以任意傾斜；適合輸送敏感性物品和易受離心力等破壞的物品；體積小，重量輕、噪聲低，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。 正是由于上述特點，使得單螺桿泵應(yīng)用廣泛，領(lǐng)域涉及石油工業(yè)、化工及制藥、環(huán)境工程、礦產(chǎn)工程、食品工業(yè)、造紙行業(yè)。 在國內(nèi)，螺桿泵的使用時間短，對其研究起步相對較晚，因此在生產(chǎn)中還有許多管理上和技術(shù)上的問題需要解決。隨著螺桿泵應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，對螺桿泵技術(shù)要求也越來越高，為適應(yīng)螺桿泵在其應(yīng)用領(lǐng)域快速發(fā)展的要求，有關(guān)螺桿泵的研究方向和內(nèi)容呈現(xiàn)出比較活躍的趨勢。 工業(yè)的發(fā)展對單螺桿泵提出了更高的要求，某些特定的行業(yè)用單螺桿泵的工作條件十分惡劣，如何提高單螺桿泵易損件的工作壽命，更好的滿足需要，是單螺桿泵設(shè)計和校核的關(guān)鍵。針對螺桿泵理論和結(jié)構(gòu)上存在的問題，在傳統(tǒng)的設(shè)計理論體系基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的設(shè)計手段和工具，設(shè)計出一種較為合理的單螺桿泵，緩減或解決螺桿泵在現(xiàn)場實際使用中所存在的具體問題，提高螺桿泵的壽命和效率，降低成本。 1.2 國內(nèi)外研究綜述 1.2.1 國外螺桿泵的應(yīng)用現(xiàn)狀 單螺桿泵是1932年由法國工程師Moineau發(fā)明，并由德國PCM泵公司制成產(chǎn)品。近年國內(nèi)外采油（氣）設(shè)備的發(fā)展趨勢是向大排量、大功率、耐高溫、耐高壓的方向發(fā)展；向自動化、智能化和遙控監(jiān)測方向發(fā)展；向具有保護=報警、優(yōu)化記錄及顯示功能方向發(fā)展；向采油工藝多適應(yīng)性方向發(fā)展，既能適應(yīng)含水、含氣、含砂、含石蠟、稠油和低滲透油藏的采油需要，又能滿足定向井、水平井和深井采油工藝的需要。并且國外一些制造廠家已經(jīng)先后推出了大型單螺桿泵產(chǎn)品。加拿大約40%的重油井使用螺桿泵采油，其中一石油公司采用PCM/IFP聯(lián)合公司生產(chǎn)的Rodemip地面驅(qū)動螺桿泵采油系統(tǒng)，井下部分連續(xù)運轉(zhuǎn)了兩年，地面部分5年，投資與維護保養(yǎng)費用均較低。發(fā)展大流量和高壓力的單螺桿潛油泵是國外螺桿泵的主要發(fā)展趨勢。發(fā)展這種產(chǎn)品主要是為了滿足一些大流量且含油水混合物的小口徑深油井的需要。單螺桿泵廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有約60年的歷史，但歐洲直到1985年前后才開始利用這種泵進行深井采油。由于單螺桿泵在石油工業(yè)中的輸液范圍很廣，從低粘度到高粘度以及氣-液兩相流體，因此發(fā)展大流量高壓力的單螺桿泵的市場前景廣闊。發(fā)展高壓螺桿泵的另一個目的是為了高粘度原油的開采。目前，單螺桿泵的最大壓力已經(jīng)達到200bar，英國AG泵公司和法國PCM泵公司均生產(chǎn)這種高壓單螺桿泵（流量范圍20～500/h，級數(shù)1～20級）。由于這種高壓單螺桿泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、耐磨性強等優(yōu)點，因此國外越來越多地使用這種螺桿泵來開采含有大量固體顆粒、高粘度的原油。 1.2.2 國內(nèi)螺桿泵的應(yīng)用現(xiàn)狀 我國螺桿泵的發(fā)展起步較晚,原天津市工業(yè)泵廠于20世紀60年代初期研制成功船用高壓小流量三螺桿泵,此后逐步發(fā)展成為單、雙、三螺桿泵的專業(yè)生產(chǎn)廠。60年代中期,原沈陽水泵廠開始生產(chǎn)雙螺桿泵和三螺桿泵,70年代研制成功五螺桿泵。1984年6月，天津工業(yè)泵總廠與世界著名的德國阿爾維勒公司簽定三螺桿泵制造技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同；1992年2月，與德國鮑曼公司簽定合同,引進單、雙螺桿泵制造技術(shù)。為了提高螺桿泵轉(zhuǎn)子加工精度,天津工業(yè)泵總廠先后從英國霍爾羅伊德公司購進高精度螺桿泵轉(zhuǎn)子加工專用銑床,購進該公司螺桿泵轉(zhuǎn)子專用2AC銑床、刀具及檢查設(shè)備。購進奧地利CNC-131型加長螺桿加工專用銑床。第二次購進英國霍爾羅伊德公司加長螺桿加工專用銑床、大直徑螺桿加工高精度專用銑床,以及銑刀制造技術(shù)及電子檢查儀器。1989年,湖北石首水泵廠引進原捷克斯洛伐克西格瑪公司單螺桿泵制造技術(shù)及空心管壓制單螺桿泵轉(zhuǎn)子設(shè)備。 目前，我國對螺桿泵地面裝置進行了改進，使螺桿泵的轉(zhuǎn)速、排量可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，以適應(yīng)不同井況的需要。但是時至今日，國內(nèi)產(chǎn)品基本上局限于小型單螺桿泵，缺乏大型單螺桿泵產(chǎn)品，且在泵的結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)等方面有待于改進和提高，并普遍存在泵性能和可靠性不高的問題， 1.3本題的研究內(nèi)容和方法 本文首先概述了課題的背景選題的意義以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和今后的發(fā)展趨勢和研究重點，并簡要介紹了本文研究思路；第2章概述了單螺桿泵的應(yīng)用概況、結(jié)構(gòu)原理和工作特點等相關(guān)理論；第3章概述了單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、主要性能計算和影響因素分析；第4章，根據(jù)給定的流量、壓力來設(shè)計和選取合適的單螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成對單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、主要性能計算；第5章，完成對其影響因素的分析；第6章，對全文做出了總結(jié)。本課題主要采用文獻調(diào)研法，理論設(shè)計分析法、計算法等研究方法。采用文獻調(diào)研法，通過查閱圖書館、圖書館網(wǎng)數(shù)字資源中的學術(shù)雜志、學術(shù)期刊等，收集國內(nèi)外的相關(guān)信息資料，并對資料進行整理，通過理論設(shè)計分析法、計算法，對這些數(shù)據(jù)資料進行理論歸納分析及計算，完成對單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、主要性能計算和影響因素分析，并系統(tǒng)地做出報告。 30 2. 單螺桿泵的概況 2.1 引言 單螺桿泵于1932年由法國工程師莫諾（MoiNeau）發(fā)明，并由法國PCM泵業(yè)分公司首先生產(chǎn)，故也被稱為莫諾泵（MONO）。莫諾泵還被稱為偏心螺桿泵、轉(zhuǎn)子偏心泵、曲桿泵、濃漿泵和蛇泵等，在我國按標準規(guī)定以正式定名為單螺桿泵。 它既適合輸送低粘度如水等介質(zhì)，還尤其適合輸送含有輸送含有固體顆?；蚨汤w維的懸浮液，以及粘度非常高的介質(zhì)。它廣泛地用于石油、化工、建筑、環(huán)保、船舶、紡織、冶金、采礦、印刷與造紙業(yè)、食品、釀造、醫(yī)藥和日用化工等領(lǐng)域，發(fā)展前景遠大。目前莫諾泵輸送固體顆粒的最大尺寸為不超過轉(zhuǎn)子的偏心距，含量已可達到介質(zhì)的60%左右，粉狀顆粒可達到70%和最長纖維長度不超過0.4倍轉(zhuǎn)子螺距。它成功地輸送了其他泵難以完成的諸如水泥漿、陶土糊、水煤漿、水泥涂料和膨潤土等含固體顆粒比例很高、粘度又大的介質(zhì)。水煤漿技術(shù)作為潔凈煤工程和煤漿加工的一種新途徑，它的制備和輸送越來越受到重視，但是由于水煤漿不僅流動性差，而且成分為65%的煤粉、30%為水和5%為添加劑，煤粉中還含有大量硬顆粒礦物。很多使用場合要求排出壓力達1.8-2.4mpa，甚至更高些。盡管由于嚴重的磨蝕等因素影響到主要零件定子和轉(zhuǎn)子的壽命，通常定子壽命僅200h，轉(zhuǎn)子也僅800h左右，但運行可靠；且我國至今尚無可替代的設(shè)備，因此在水煤漿廠和發(fā)電廠螺桿泵選型時單螺桿泵仍得到廣泛應(yīng)用。 莫諾泵另一突出的特點是特別適宜輸送不能受剪切、擠壓或攪動的敏感性液體，即受到剪切等會呈現(xiàn)觸變性質(zhì)的非牛頓液體。在輸送膠狀液體如某些化妝品等時，必須注意泵的轉(zhuǎn)速與輸送介質(zhì)特性的匹配。因為大部分的膠狀液體在靜止時成粘糊狀態(tài)，甚至會是固態(tài)，但在攪動后就會變得較易流動的半流動狀態(tài)，這種現(xiàn)象即為膠狀液體具有觸變現(xiàn)象，故必須選擇適當?shù)霓D(zhuǎn)速，注意不使觸變破壞介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 莫諾泵已被采油系統(tǒng)廣為應(yīng)用。它在原油開采中使用由地面電動機或柴油機或液壓三種驅(qū)動裝置，通過抽油桿的旋轉(zhuǎn)運動把動力傳送到井下，驅(qū)動單螺桿采油，以及電動機安裝在井內(nèi)的單螺桿泵下面的電動潛油螺桿泵采油。這兩種新型的采油機械與傳統(tǒng)的梁式抽油泵（即利用抽油桿上下往復運動抽油）相比。不僅結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、造價低，不需要混凝土基礎(chǔ)，安裝方便，而且采油效率高，一般可增加采油量1.8-7.3倍；一般節(jié)約電耗達26%-50%。法國PCP/IEP聯(lián)合公司的RODEMIP地面驅(qū)動功率較小的單螺桿泵采油系統(tǒng)，節(jié)電甚至達60%-75%；效率更是高得多；使用梁式抽油有桿泵系統(tǒng)的平均效率僅為11.6%，用單螺桿泵開采稠油的系統(tǒng)平均效率為39.1%。這種新型的采油機械普遍用于抽吸高粘度、高含蠟油、高含砂稠油和高汽油比的原油等，現(xiàn)在又擴大用于含水率80%以上的高含水深井采油，在原油開采中顯示出強大的生命力。一般在井下連 續(xù)工作一年左右，加拿大corod公司生產(chǎn)的螺桿泵采油系統(tǒng)泵的效率最高達78%， 正常使用條件下免修期為1-1.5年，實際使用壽命最高可達3年以上，而且維護 保養(yǎng)較為方便。 圖1 單螺桿泵結(jié)構(gòu)示意圖 2.2 基本結(jié)構(gòu)和工作原理 單螺桿泵〔圖1、2)是一種內(nèi)嚙合的密閉式螺桿泵。它主要由螺桿、襯套、萬向聯(lián)軸器、傳動軸和泵軸等零部件組成，靠螺桿與襯套之間的內(nèi)嚙合相對運動，使嚙合密封腔沿軸向運動，從而完成輸液過程。 圖2 單螺桿泵 1—壓出管 2—襯套 3—螺桿 4—萬向聯(lián)軸器 5—吸入管 6—傳動軸 7—軸封 8—托架 9—軸承 10—泵軸 單螺桿泵屬于轉(zhuǎn)子式容積泵，它是依靠螺桿與襯套相互嚙合在吸入腔和排出腔產(chǎn)生容積變化來輸送液體的。它是一種內(nèi)嚙合的密閉式螺桿泵，主要工作部件由具有雙頭螺旋空腔的襯套（定子）和在定子腔內(nèi)與其嚙合的單頭螺旋螺桿（轉(zhuǎn)子）組成。當輸入軸通過萬向節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)子繞定子中心作行星回轉(zhuǎn)時，定子 — 轉(zhuǎn)子副就連續(xù)地嚙合形成密封腔，這些密封腔容積不變地作勻速軸向運動，把輸送介質(zhì)從吸入端經(jīng)定子 — 轉(zhuǎn)子副輸送至壓出端，吸入密閉腔內(nèi)的介質(zhì)流過定子而不被攪動和破壞。 ? ??? 螺桿具有單頭螺紋，其任意截面皆為半徑為R的圓，截面的中心位于螺旋線上且與螺桿的軸心線偏離一個偏心距e，繞軸旋轉(zhuǎn)且沿軸向移動而形成的襯套內(nèi)表面具有雙螺紋，其任意截面為一長圓，兩端是半徑為R（等于螺桿截面半徑）的半圓，中間是長為4e的直線段。襯套的任意截面都是相同的長圓，只是彼此互相錯開一個角度。 ? ?? ?螺桿裝入襯套后，螺桿表面與襯套內(nèi)螺紋表面之間形成一個個封閉的腔室，同時任意截面也被分成上下兩個月牙形工作室。當螺桿旋轉(zhuǎn)時，靠近吸入室的第一個工作室的容積逐漸增大，形成負壓，在壓差的作用下液體被吸入工作室。隨著螺桿的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，工作腔容積不斷增至最大后，這個工作室封閉，并將液體沿軸向推向壓出室。與此同時上下兩個工作室交替循環(huán)地吸入和排出液體，因此液體被連續(xù)不斷地從吸入室沿軸向推向壓出室。 常見單螺桿泵螺桿的形狀如圖3所示。它的外表面是由半徑為R的圓，其圓心O以偏心距e. 螺距t繞螺桿中心線O2做螺旋運動形成的單頭外螺紋表面。 圖3 單螺桿泵螺桿的形狀 圖4 襯套的形狀 襯套內(nèi)表面是雙頭內(nèi)螺紋表面。其橫截面呈長圓形(見圖4)，兩端為半徑也 等于R的半圓，兩半圓圓心間的距離為4e,螺距也為t，因是雙頭螺紋，其導程T'=2t.具有如上形狀的螺桿與襯套相互嚙合的情況，如圖5所示。 圖5-a 、b給出的是在時刻二者的嚙合狀況，圖5c則為時刻的狀況。由圖5可見，在一個導程T內(nèi)取的9個與襯套軸線垂直的斷面上，皆有螺桿與襯套表面接觸的點或線。時刻，在1斷面上，二者沿圓弧線接觸;在2斷面上，則僅在兩點接觸……，若將所有相鄰斷面的接觸點依次連接起來，則得一條閉合的空間嚙合曲線…………。此嚙合曲線將襯套與螺桿間的空間隔離成和等空腔（是螺桿……點處襯套壁面之間的閉合空腔;若時刻螺桿剛好在5斷面處緊靠襯套壁面上的點，則用表示5斷面左邊的螺桿與、……處襯套壁面間的非閉合空腔，用表示5斷面右邊的螺桿與、……處襯套壁面間的非閉合空腔)。各空腔間互不相通，它們被所述嚙合曲線分隔開或封閉起來。 圖5 單螺桿泵工作原理示意圖 螺桿在襯套中轉(zhuǎn)動，經(jīng)時刻后，各斷面中螺桿與襯套間的相互位置變成圖5c所示的狀況。由圖5可見，此時在2斷面中，螺桿已移至該斷面端的極限腔的嚙合線左端位置，即包圍腔的嚙合線左端位置，已由時刻的移至時刻的。若被輸送液體從嚙合副左端進人襯套，且假設(shè)襯套的軸向長度剛好等于導程T,則經(jīng)時間后，腔的軸向長度比時刻的T減小了（ 為1, 2斷面間的軸向距離）或者說，時刻的腔的軸向位置向右移動了，且其右端已與泵的壓出室相通。隨著時間的增大，腔向右移動得更多，即襯套內(nèi)的腔容積更小，從而使與之相通的整個壓出空間的容積逐漸減小，壓力升高，產(chǎn)生了排液作用。 在時刻，1斷面內(nèi)的螺桿位于緊靠點的極限位置，形成了腔的斷面面積最大。此時，位于距此斷面一個螺距t的5斷面上的圓弧線,既是腔的右端密封線，又是腔的左端密封線。經(jīng)時間間隔后，該密封線己從5斷面右移，使與泵吸人室相通的腔容積增大，腔中壓力下降，從而吸人液體。與此同時，與泵壓出室相通的腔容積減小，和腔一道排液。 螺桿連續(xù)轉(zhuǎn)動，螺桿與襯套間的嚙合密封線就不斷生成，且不斷由吸人端向壓出端移動，泵的吸、排液過程就連續(xù)不斷地進行了。 由上述工作過程可知，螺桿與襯套的嚙合長度不能小于一個導程。泵揚程越高，導程數(shù)目越多，螺桿與襯套的長度也越長。 為消除零件加工誤差對嚙合線密封效果的不良影響，保證螺桿與襯套的嚙合線能承受壓出室與吸人室之間的壓差，單螺桿泵的襯套一般用耐磨橡膠等彈性材料制成，以使螺桿與襯套間的配合有微量過盈。 圖6 螺桿在襯套中的運動 單螺桿泵螺桿在襯套中的運動比較復雜。在泵的任意一個橫斷面上(圖6)，螺桿繞其軸心線轉(zhuǎn)動時，其斷面圓的中心必定要在經(jīng)過襯套斷面中心O的直線人上運動。這種運動現(xiàn)象，只能在繞:轉(zhuǎn)動的同時必須還要有繞的轉(zhuǎn)動才能產(chǎn)生。因為軸是泵軸軸線通過的固定軸線，則連接泵軸和螺桿的傳動軸必定要通過萬向聯(lián)軸器，才能將動力傳遞給螺桿。 由圖6可見，當螺桿斷面圓之圓心從其極端位置向D方向運動至某一位置時，螺桿軸心線從變到。在這個過程中，始終有，則襯套中心與螺桿軸心間的連線，必定要從向與螺桿轉(zhuǎn)動角速度。相反的方向，以角速度偏轉(zhuǎn)至，即要偏離AD直線， 圍繞點轉(zhuǎn)動。由螺桿與襯套在極端點A接觸時，螺桿斷面中心點無切向運動線速度，即 （2-1） 所以有 （2-2） 這表明，螺桿軸線繞襯套軸線旋轉(zhuǎn)的角速度，等于螺桿繞自身軸線旋轉(zhuǎn)角速度值的一半。 2.3 性能參數(shù) 1、流量 螺桿泵流量與泵轉(zhuǎn)速、泄流量和介質(zhì)粘度有關(guān)，，式中為理論流量，為泄流量;，式中n為轉(zhuǎn)速，q為流量/轉(zhuǎn)。壓差△P越大，泄流量也越大。與液體的粘度成比例，對于螺桿泵，液體的粘度越大，泵的泄流量越小。 單螺桿泵的流量等于襯套與螺桿橫截面積之差(即泵的過流面積)與液體的軸向運動速度及泵容積效率的乘積: （2-1） 式中，為螺桿泵有效體積流量，m3/ h; e為偏心距，m; 為螺桿橫截面直徑，m; 為導程，為螺距的2倍，m; 為泵軸轉(zhuǎn)速，r/ min;為泵容積效率。 2、壓差 螺桿泵的工作壓力差由排放載荷決定，排放阻力越大，工作壓差越大。 3、揚程 螺桿與襯套嚙合后，在長度等于導程T的每一段嚙合副上形成的嚙合線承受壓差，即為單級壓力p或單級揚程H。常用橡膠襯套泵的p為0. 4一0. 6MPa。潛水式螺桿泵的襯套一般選用天然橡膠(NR)或丁睛橡膠(NBR)，選定額定揚程為H = 50m。單螺桿泵的理論流量一理論揚程(qvT--HT)曲線是一條直線，流量不隨揚程變化而變化，即qvT為常數(shù)。但實際上隨著壓力的增大，通過螺桿一襯套副的漏損是增大的，所以單螺桿泵的實際流量是隨著泵揚程的增大而減小的，其qv--H曲線呈與離心泵、旋渦泵等的qv--H曲線類似的下降型拋物線;其流量一軸功率(qv--P)曲線呈與離心泵相反，與旋渦泵相同的下降型拋物線，其中qv=0時達到Pmax值，故螺桿泵一般要求出口開閥啟動。螺桿泵的漏損可看成是與流量反方向的圓環(huán)流動，由流體力學伯努力方程和達西公式等，可推出一個導程內(nèi)總流動損失和，其中，為液體的密度，為總阻力系數(shù)，為泄漏速度，則可推得泵揚程，其中，為綜合系數(shù)。由此可以推斷單螺桿泵滿足或近似滿足揚程相似定律，比轉(zhuǎn)速這個綜合特征系數(shù)的概念亦適用于單螺桿泵。本文給出的潛水螺桿泵性能曲線均由國家專業(yè)檢測機構(gòu)測試，并且是采用比例定律換算至額定轉(zhuǎn)速下的最后數(shù)據(jù)。 4、轉(zhuǎn)速與比轉(zhuǎn)速 單螺桿泵的轉(zhuǎn)速選擇范圍較大，筆者統(tǒng)計到的產(chǎn)品轉(zhuǎn)速范圍n=200一3000r/min. 離心泵比轉(zhuǎn)速范圍30--300;旋渦泵7一30;而螺桿泵的比轉(zhuǎn)速下限更小，筆者統(tǒng)計到的單級最小比轉(zhuǎn)速1. 641。一般單螺桿泵比轉(zhuǎn)速范圍1.5--30. 5、軸功率 螺桿泵軸功率包括液力功率和摩擦功率N，當壓力和流量一定時，液力功率是確定的。摩擦功率由運動件的摩擦產(chǎn)生，摩擦功率隨工作壓力的升高而增加，流體的粘度也增加摩擦功率的消耗。確定了介質(zhì)粘度、泵的工作壓力與流量，就可得出泵所需的軸功率N。 6、 泵效率及泵容積效率 螺桿泵的效率和泵機械效率、水力效率及容積效率相關(guān)，其中與容積效率關(guān)系最為密切。GB9064-88規(guī)定:在額定轉(zhuǎn)速下，規(guī)定壓力點的體積流量與零壓點的體積流量之比為泵容積效率。襯套與螺桿之間的配合間隙又是影響容積效率的最主要因素。試驗研究表明:間隙越小(過盈配合少，泵流量、揚程及效率均提高，反之則相反。有研究表明:此間隙不能過小，應(yīng)適當選取。如果過盈量太大，造成啟動力矩過大，電動機無法啟動，也加大了螺桿與襯套之間的磨損。如果襯套選用一般橡膠材料，溫差造成材料的熱脹冷縮也會影響到此間隙。 2.4 應(yīng)用特點 單螺桿泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小、壓力和排盆無脈動、噪聲低、自吸性能強、輸送介質(zhì)時攪動小等優(yōu)點，可用于輸送含有固體顆粒的液體、酸堿鹽液體、各種不同粘度液體、紙漿、軟青、污油、泥漿、水泥砂漿等，廣泛應(yīng)用于環(huán)保、生物工程、污物處理、采礦、石油化工、食品、制糖、制藥、造紙、染料、建筑等工業(yè)。 螺桿泵的特點由于單螺桿泵它在輸送介質(zhì)的進程中具有不受攪動、脈動小等特點，單螺桿泵廣泛用于輸送牛奶、啤酒以及一些乳化液等。也正是由于這些單螺桿泵的特點，螺桿泵還廣泛用于廢水處理系統(tǒng)的油水分離裝置，使廢水中的油不易乳化，更容易、更干凈地被分離出來，優(yōu)于目前選用較多的柱塞泵。必須指出應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，不銹鋼螺桿泵必須符合有關(guān)衛(wèi)生的嚴格規(guī)定。其定子必須選用無毒、無味的橡膠，與輸送介質(zhì)相接觸的零件都應(yīng)不被腐蝕，泵內(nèi)部空間的流道應(yīng)光滑，采用不必拆卸用流動和漂流即能沖洗干凈，確保泵內(nèi)無殘留物和細菌的滋生。 然而，即使是采用了無毒、無味的橡膠定子，其磨屑不可避免地仍會混入輸送的介質(zhì)中，這對食品和藥品等介質(zhì)，從環(huán)保的要求看是并不合適的。目前有些國家的這些領(lǐng)域已采用雙螺桿泵或羅茨泵替代單螺桿泵，盡管它們的價格較高，但對食品和藥品更為安全。 此外，單螺桿泵的特點可以實現(xiàn)液體、氣體和固體多相混輸，這是絕大多數(shù)的其他泵類無法實現(xiàn)的，故有著巨大的意義。它還可以替代投加各種化學添加劑的柱塞計量泵，計量精度相當可靠，可以達到98%。單螺桿泵和其他類型泵相比，自吸能力強，通常對介質(zhì)為清水的吸上高度可達6m，對某些介質(zhì)在某些轉(zhuǎn)速下最高可達8.5m,這也拓寬了它的使用領(lǐng)域,完全可以當作自吸泵使用。 單螺桿泵的用途在艦船上的使用較晚，應(yīng)用較多的是處理艙底油污系統(tǒng)的油水分離裝置(流量通常小于10m3/h，排出壓力為0.2/mPa左右，轉(zhuǎn)速一般為200r/min左右)、污物污水處理裝置和廢物焚燒爐系統(tǒng)等中作輸送泵，在糞便焚燒系統(tǒng)大都采用微型單螺桿泵(轉(zhuǎn)速降為50~60r/min，此時流量lL/min、排出壓力為0.2MPa左右，吸上高度約2m)，這些泵由于轉(zhuǎn)速低，壽命就很長。此外，還有用作渣油泵、艙底泵、海水泵、甲板沖洗泵和貨油泵等，通常都用于低壓小流量工況。 單螺桿泵的特點是制造較為容易，適用領(lǐng)域廣泛，因此很有競爭能力。其最大的缺點是以橡膠等為材質(zhì)的定子使用壽命不夠長，且由于是偏心轉(zhuǎn)子，絕大部分產(chǎn)品的軸向尺寸較大，振動也相對較大，此外其起動力矩值通常也較高等。這些缺點需要進一步研究加以改進。 2.5 單螺桿泵的特性 1、自吸特性 泵借助大氣壓力從比其位置低的油箱中自行吸油的能力，稱為泵的自吸能力。單螺桿泵的自吸引特性是由于其特殊的過盈螺旋接觸密封線而形成的，所以其吸入管路無需依靠單向閥門或其它附加裝置。單螺桿泵具有很好的自吸能力，其吸入高度可達6m(介質(zhì)為清水)。 2、輸液特性 液體經(jīng)泵進口管進入，流經(jīng)轉(zhuǎn)子、定子液力部件最后到出口管路，整個過程沒有激烈的湍流和攪動及脈動，所以單螺桿泵特別適合于輸送敏感性的流體，如乳膠等。單螺桿泵的液體流速比其他泵種流速低，而且泵部件間沒有復雜的間隙和公差問題，其轉(zhuǎn)子是在彈性定子腔內(nèi)滾動，而定子的硬度又可根據(jù)輸送介質(zhì)的特性來選定，所有這些因素結(jié)合起來，使得單螺桿泵非常適合輸送含有固體顆粒 的懸浮液、含有短纖維的懸浮液及軟性和硬性的固體液(稠度很高的淤泥、泥漿等)。 2.6 單螺桿泵的選用 1、根據(jù)介質(zhì)粘度選擇泵的轉(zhuǎn)速 為了確保能在高粘度下有效地泵送液體，必須選擇合適的轉(zhuǎn)速，否則泵在工作時易出現(xiàn)脈動、發(fā)熱、氣穴及振動等現(xiàn)象，引起泵的損壞。螺桿泵的允許圓周速度或轉(zhuǎn)速受到機械和流體力學兩方面條件的限制。機械方面，螺桿型面之間的最大允許滑動速度為12m/s，最大允許轉(zhuǎn)速由該值經(jīng)換算后得到。從流體力學的觀點看，螺桿泵的允許轉(zhuǎn)速要受到其氣蝕余量的限制，即要受到介質(zhì)的粘度和軸向流速的影響。這個允許速度值總是低于最大允許機械速度值，只有當泵的進口條件為正壓力時，才可能采用最大允許機械速度值。所產(chǎn)生的摩擦力是介質(zhì)粘度和螺桿轉(zhuǎn)速的函數(shù)，其關(guān)系式如下: （2-3） 式中:—克服摩擦力所做的功; —介質(zhì)的粘度; N--螺桿的轉(zhuǎn)速。 下標1和下標2分別代表已知值和新值或計算值。 從（2-3）式可以看出，螺桿泵克服摩擦力所作的功與輸送介質(zhì)粘度比的平方根及螺桿轉(zhuǎn)速比的1.5--2.0次方成正比。不同的介質(zhì)粘度對應(yīng)的泵轉(zhuǎn)速推薦值如表1所示。 表1 不同的介質(zhì)粘度對應(yīng)的泵的特性 介質(zhì)粘度 mpa·s 1~ 1000 1000~ 10000 10000~ 100000 100000~ 1000000 轉(zhuǎn)速 r/min 400~700 以下 200~400 以下 200 以下 100 以下 2、根據(jù)介質(zhì)磨耗性選擇轉(zhuǎn)速和壓力 利用單螺桿泵輸送含固體顆粒的水泥漿、地下工程施工漿、汰白粉糊及涂料等介質(zhì)時，遇到的比較嚴重的問題是泵的磨損問題。泵的磨損與介質(zhì)的流速、濃度、顆粒粒度、流態(tài)及泵的結(jié)構(gòu)和定子及轉(zhuǎn)子的材料等因素有關(guān)。因此，選擇合適的轉(zhuǎn)速和壓力對降低泵的磨損，提高泵的使用壽命是非常有益的。實際應(yīng)用中，通常根據(jù)介質(zhì)的磨耗性選擇泵的轉(zhuǎn)速和壓力。在建筑機械中，當輸送的介質(zhì)磨耗性較大時(如石灰漿、載土、陶土等)，應(yīng)選用較低的轉(zhuǎn)速和較小的壓力。泵的轉(zhuǎn)速和最高壓力推薦值見表2。 表2 不同磨耗介質(zhì)泵轉(zhuǎn)速及壓力推薦表 磨耗性 輕微 一般 嚴重 轉(zhuǎn)速 r/min 400~600 200~400 50~200 最高壓力MPa 2.4 1.6 0.8 3、單螺桿泵材料的選用 單螺桿泵的主要工作部件是螺桿轉(zhuǎn)子和與其相配合的橡膠襯套，部件的材質(zhì)是根據(jù)輸送介質(zhì)的特性確定的。單螺桿泵的轉(zhuǎn)子通常采用碳鋼(鍍硬鉻)、滲氮鋼、1Cr18Ni9Ti(鍍硬鉻)及欽金屬等材料。為了提高螺桿轉(zhuǎn)子的耐磨性，應(yīng)對螺桿表面進行鍍硬鉻處理，鍍層一般為0. 06~ 0. 08mm。襯套的內(nèi)襯絕大多數(shù)采用各種牌號的橡膠制造，特殊情況下也可采用塑料、聚四氟乙烯或金屬制造。襯套所用的橡膠牌號應(yīng)根據(jù)輸送介質(zhì)的化學性能、所含雜質(zhì)的多少及泵的壓力和轉(zhuǎn)速等因素進行選擇。建筑機械由于介質(zhì)中含有顆粒和雜質(zhì)，一般選擇彈性大、硬度低的橡膠。泵的過流部件如吸入管、壓出管和間隔套等零件的材料一般為鑄鐵、球墨鑄鐵或奧氏體不銹鋼等材料制造。 3. 單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能計算 螺桿和襯套是螺桿泵的主要工作元件，是影響螺桿泵性能、效率和使用壽命的關(guān)鍵元件，同時也是設(shè)計難度最大的元件。 螺桿泵設(shè)計，主要是根據(jù)給定的流量、壓力和所輸送介質(zhì)性質(zhì)(如重度、粘度和溫度及氣體和固體含量)參考現(xiàn)有的螺桿泵來計算和選擇螺桿和襯套的主要尺寸，如螺桿橫斷面的直徑d、偏心距e、螺距t以及螺桿和襯套的長度L等。 螺桿泵設(shè)計中最重要的也是難度最大的設(shè)計，就是螺桿橫截面的設(shè)計。 3.1單螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1.1 螺桿和襯套尺寸的確定 （1） 單螺桿基本尺寸 單螺桿泵的設(shè)計是根據(jù)給定的流量和壓力來計算和選取螺桿與襯套的尺寸。 在確定螺桿直徑時可以根據(jù)泵的流量來確定，即: （3—1） 式中 t一螺桿的輾距，m e一偏心距，m Q一流量， 一容積效率，%。 對于螺桿一襯套副具有過盈時可以取 = 80一85%； 對于螺桿一襯套副具有間隙時，取=70% 現(xiàn)有單螺桿泵的T/ d及T/e比值(T為襯套螺距，T=2t; e為偏心距)一般處于下列范圍內(nèi): (3.1一2) (3.1一3) 但前蘇聯(lián)BHTM(全蘇水力機械研究院)認為時泵的吸人條件最好。 初步設(shè)計時，參考已有泵的參數(shù)，選取T/d和T/e值，然后根據(jù)公式(3- 3)推導出下列公式，從而求出螺桿與襯套的基本參數(shù)(螺桿直徑d，襯套螺距T,偏心距e). 螺桿直徑d: (3. 1一1) 式中 d一螺桿直徑，m Q一泵流量，時 n一泵轉(zhuǎn)速， 一容積效率，% 襯套螺距T： (3.1—2) 偏心距e： (3.1—3) 根據(jù)已知的e、t及T和給定的泵的壓力P，參考已有相近的泵的參數(shù)，確定螺桿和襯套的螺紋扣數(shù)L/t和L/T，從而確定螺桿和襯套的長度L。 (2)襯套長度L 將螺桿與襯套嚙合后，在長度等于導程的每一段嚙合副上形成的嚙合線承受的壓差皆視為(稱為單級壓力，常用橡膠襯套泵的為0.4--0.6MPa)，則全壓力為的泵所需的嚙合副總長度，即襯套長度的最小值應(yīng)為 （3.1—4） 襯套實際長度L應(yīng)稍大于螺桿長度又要大于襯套長度L。對高壓泵，所需襯套的導程總數(shù)(又稱為泵的級數(shù))為 （3.1—5） 3.1.2 螺桿和襯套的型線設(shè)計 （1）螺桿型線 螺桿外表面型線(見圖7)是正弦曲線abcd繞中心線轉(zhuǎn)動，同時沿中心線移動而形成的.其任意截面都是半徑為R的圓，螺桿截面中心線對中心線有一個偏心距e。當螺桿轉(zhuǎn)動時，母曲線軸向移動的距離等于螺桿螺距t。 根據(jù)圖7a, b可求出螺桿表面的參數(shù)方程。 圖7 螺桿的型線 圖8（a） 螺桿橫截面 圖8（b） 螺桿橫截面 圖8（a）中，螺桿截面中心q對螺桿輪廓中心的位移量等于1個偏心距e.，所形成的軌跡(沿以為圓心以e為半徑的圓上轉(zhuǎn)動，且沿Z軸移動)，在確y定坐標系中，用下列參數(shù)方程表示: (當時，.點正好轉(zhuǎn)動) 角變化范圍從0--( n為正整數(shù)). 螺桿型線點M(x,y)坐標，在定坐標系和動坐標系中，以角和角做為函數(shù) 構(gòu)成螺桿表面參數(shù)方程如下: 為求螺桿的軸向截面曲線型線即abcd曲線，可用平面將螺桿從中心線截開，即可得出軸截面型線。根據(jù)圖7(b)中，和角的變化即可算出在y軸上A點的各個值。 當.轉(zhuǎn)一周( )時，螺桿截面中心也轉(zhuǎn)一周則z正好為一個螺距，見圖9 圖9 螺桿軸截面型線 （3）襯套及其軸向截面型線 襯套是具有雙頭內(nèi)螺旋表面的空心圓柱體，襯套內(nèi)的螺旋線的節(jié)距T等于螺桿節(jié)距的2倍，即T = 2t，見圖10. 圖10 襯 套 襯套橫截面是半徑為R的2個半圓形，圓心距為4e，襯套空心截面面積等于2個半圓面積和矩形面積之和。 襯套橫截面周邊上的各點描繪成螺旋線，當轉(zhuǎn)動角時則該截面軸向移動1個節(jié)距T，即 為便于制造，必須給出襯套軸向截面型線方程。 圖11 襯套橫截面 由于襯套是由二段直線和二段半圓組成的雙頭螺旋面，不可能用單值連續(xù)函數(shù)表示出來，所以下面將分別敘述之: （1）圖10中襯套工作表面在KL圓弧段上，向量半徑OA值為: 在中， 根據(jù)公式 則 則 角變化范圍是 ( 2)在LM直線段上在直線段上小角變化為: 圖12 襯套軸截面型線 當時，則的大小數(shù)值一定以對稱中心前后重復。下半部圓弧段MD上的OA各點也一定和上半部半圓弧各點重復，半圓弧上OA各點構(gòu)成的曲線和直線段LM上各點構(gòu)成的曲線連線則成為襯套的軸向截面(z軸)型線(見圖12)。因向量半徑OA和OA'就是轉(zhuǎn)到Y(jié)軸上各點的值，所以O(shè)A和就是y坐標上的值。 襯套軸向截面方程如下: 圓弧段從--- 直線段 從--- 取值按上邊二段線段相應(yīng)取 3.2 單螺桿泵材料的選用 單螺桿泵的主要工作部件是螺桿轉(zhuǎn)子和與其相配合的橡膠襯套，部件的材質(zhì)是根據(jù)輸送介質(zhì)的特性確定的。 單螺桿泵的轉(zhuǎn)子通常采用炭鋼(鍍硬鉻)、滲氮鋼、1Cr18Ni9Ti(鍍硬鉻)及欽金屬等材料。為了提高螺桿轉(zhuǎn)子的耐磨性，應(yīng)對螺桿表面進行鍍硬鉻處理，鍍層一般為0.06--0.08mm。 襯套的內(nèi)襯絕大多數(shù)采用各種牌號的橡膠制造，特殊情況下也可采用塑料、聚四氟乙烯或金屬制造。襯套所用的橡膠牌號應(yīng)根據(jù)輸送介質(zhì)的化學性能、所含雜質(zhì)的多少及泵的壓力和轉(zhuǎn)速等因素進行選擇。建筑機械由于介質(zhì)中含有顆粒和雜質(zhì)，一般選擇彈性大、硬度低的橡膠。定子材料有天然橡膠、丁納膠、丁晴膠、氯丁膠、丁基膠、三元乙丙膠、氟化膠、聚乙烯、聚酸醋和聚氨醋膠等。襯套為橡膠制品，也是單螺桿泵的一個易損件，它的選擇好壞，直接影響襯套的壽命，一般正常情況下襯套的壽命為3-6個月，如果選用不當，襯套可能從鋼管中脫落或橡膠掉塊。所以要求我們對橡膠的基本特性及橡膠對各種不同介質(zhì)的適應(yīng)性有所了解，根據(jù)我們的經(jīng)驗列出表3、表4。 表3：橡膠基本特性 橡膠特性 丁晴橡膠NBR 氯丁橡膠CR 氟橡膠PPM 乙丙橡膠EPDM 耐最高溫度 +120°C +110°C +200°C +150°C 耐磨性 優(yōu) 很好 優(yōu) 很好 耐老化性 很好 很好 優(yōu) 優(yōu) 耐臭氧 不行 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 耐蒸汽 很好 不行 優(yōu) 優(yōu) 耐燃性 很好 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 表4：單螺桿泵的襯套常用橡膠 橡膠的適應(yīng)性 乙丙橡膠EPDM 氟橡膠PPM 氯丁橡膠CR 丁晴橡膠NBR 水（污水） 很好 很好 很好 很好 植物油 一般 很好 一般 很好 礦物油 不行 很好 一般 很好 氨水 一般 不行 不行 很好 芳香族溶劑 不行 很好 不行 不行 濃堿 很好 不行 很好 很好 濃硝酸 不行 一般 不行 不行 冰醋酸 不行 很好 不行 很好 稀硫酸 很好 很好 不行 很好 濃硫酸 一般 很好 不行 不行 稀鹽酸 很好 很好 很好 很好 濃鹽酸 很好 很好 不行 很好 熱水 很好 不行 不行 一般 汽油 不行 很好 一般 很好 甲苯 不行 很好 不行 不行 二甲苯 不行 很好 不行 不行 乙醇 很好 很好 很好 一般 煤油 不行 很好 很好 很好 柴油 不行 很好 不行 很好 氯化烴 不行 一般 不行 不行 含酮類物料 很好 不行 不行 不行 含醇類物料 很好 很好 很好 很好 含脂類物料 很好 不行 不行 不行 含醚類物料 很好 不行 不行 不行 泥漿 很好 一般 一般 很好 磷酸 很好 一般 很好 一般 碳酸鈉 很好 不行 很好 很好 糖醛 很好 一般 一般 一般 苯100 不行 很好 不行 不行 丙酮 很好 不行 不行 不行 亞麻子油 很好 很好 很好 很好 二硫化碳 不行 很好 不行 不行 泵的過流部件如吸入管、壓出管和間隔套等零件的材料一般為鑄鐵、球墨鑄鐵或奧氏體不銹鋼等材料制造。 3.3 單螺桿泵的加工制造 3.3.1 螺桿的加工 螺桿泵螺桿的加工可以采用成型車刀、刨刀、盤狀刀具(即成型銑刀)、滾刀、剃齒刀、旋風切削或者砂輪磨削加工，最經(jīng)常采用的方法是盤狀刀具和磨削加工 國內(nèi)外螺桿泵制造商大部分采用圓盤成型銑刀精加工螺旋型面，對于精度要求高的螺桿，則采用研磨和成型磨削。對于泵套三孔精加工，小直徑采用組合拉刀拉削，大直徑采用幢削加工。 文獻[[9]中介紹了旋風切削與盤狀刀具的基本原理及盤狀刀具齒廓的計算。 螺桿泵螺旋面加工方法，歸納起來有以下幾種: （1）在車床上用成型刀具加工; （2）利用圓盤銑刀、指形銑刀和擺線成型滾刀銑削; （3）在專門機床上采用旋風切削; （4）用專用刨刀的刨削; （5）利用專用磨床進行研磨和成型磨削。 20世紀80年代中期德國一家螺桿泵生產(chǎn)廠采用一種新的螺桿加工方法，即爆炸成型法。采用管件作為螺桿毛坯，管件內(nèi)裝有炸藥棒，管件中一段依靠炸藥爆炸時產(chǎn)生的高內(nèi)壓形成所需的螺桿形狀。這種方法可以使螺桿重量減輕，降低成本25%，同時減少制造時間，提高了螺桿泵使用壽命和效率。 英國Mon.公司安裝一套先進的柔性制造系統(tǒng)(FMS)，能在一次裝卡中實現(xiàn)對螺桿泵零件的五面加工，銑、鉆、幢、磨和攻絲等同時進行，提高了生產(chǎn)率，使交貨期從原來6周縮短為6天。 3.3.2 單螺桿泵橡膠定子的加工 定子有雙頭內(nèi)螺紋，定子的導程為轉(zhuǎn)子螺距的2倍，它是在金屬殼體內(nèi)襯橡膠作彈性材料制成。 （1）產(chǎn)品設(shè)計 定子是中空產(chǎn)品，成型時需要芯模。芯模可依據(jù)轉(zhuǎn)子的尺寸定做。芯模在軸向的定位是定子與轉(zhuǎn)子匹配的關(guān)鍵。單螺桿泵實際上是多級泵，它的每個閉腔容積相當于一級泵。在閉腔容積內(nèi)的液體壓力隨著液體從吸入腔向壓出腔方向推移而逐級提高，每級壓差為。轉(zhuǎn)子與定子嚙合時，每2個螺距構(gòu)成一個閉腔容積。因此，單螺桿泵的轉(zhuǎn)子一定子副的最小嚙合長度不能小于2倍螺距(即定子螺旋孔的一個導程)，否則吸入腔與壓出腔相通而不能工作。 （2）配方設(shè)計 彈性內(nèi)襯材料承受的負荷有轉(zhuǎn)子對它的擠壓和高速度的滑動摩擦，滑動速度高達2.5--3.0m/s，轉(zhuǎn)子繞定子軸線行星回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力對定子內(nèi)襯的沖擊以及由于摩擦和沖擊的機械能變成熱能，使內(nèi)襯溫度升高。故彈性內(nèi)襯材料要求具有良好的耐磨、耐沖擊、耐熱和耐腐蝕等性能。因此主體材料選用NB R。當輸送的液體中含有雜物時，彈性內(nèi)襯材料的硬度宜低些；當輸送的液體是純液體時，彈性內(nèi)襯材料的硬度宜高些。 最后確定的橡膠定子配方為:NBR 100，硫黃1.5，防老劑2.5，粘合劑(Chemlok 608# ) 4. 8，氧化鋅5，硬脂酸1，炭黑50，軟化劑7，促進劑1. 5，其它0. 15。膠料物理性能()為：邵爾A型硬度 72度，拉伸強度11 Mpa，扯斷伸長率280 %；耐油性能為：3”標準油(70℃×24h)體積變化率15%。 （3）生產(chǎn)工藝 單螺桿泵定子是由金屬外殼內(nèi)襯彈性材料構(gòu)成。由于橡膠(彈性材料)在金屬殼體的里面，采用一般的模壓硫化方法很難保證定子的內(nèi)在質(zhì)量，必須采用注壓的方法才能達到滿意的效果。 移模注壓工藝就是在模具上裝一只可拆卸的注料筒，橡膠膠料從注料筒流入模具中，當模具兩端邊的排氣孔中有膠料流出時，說明模具內(nèi)已充滿膠料，這時，可把注料筒移去，進行硫化。 移模注壓是依靠平板硫化機的壓力，由徑向把膠料注入模具中去。注壓半成品膠片要預熱充分，注壓時要分段慢慢打壓。這樣做可使膠料充分流動，而且膠料緩慢流動不會把芯模擠變形。 為保持在轉(zhuǎn)子的高速運轉(zhuǎn)下單螺桿泵定子的使用壽命，本研制采用3種方法提高橡膠與金屬的粘合力：?定子金屬殼體有內(nèi)螺紋，增大橡膠與金屬的粘合面；②選擇噴砂工藝有利于粘合；?涂刷Chemlok 608”膠粘劑使粘合更好。 （4）模具設(shè)計 設(shè)計的注壓工藝模具見圖13。左半部為定子模具，右半部為注壓模具，二者通過注料筒連接。注料筒兩端一端為正螺紋，另一端為反螺紋，裝卸十分方便。注壓模具整體呈圓柱形，注壓腔為圓柱形，上下蓋設(shè)計成八菱形以利于裝卸;下蓋通過螺紋與注壓腔連在一起;上蓋的作用相當于一個活塞，整體設(shè)計為T形結(jié)構(gòu)，推進膠料的活塞頭設(shè)計為偏圓柱形;注壓后注壓腔與外界空氣相通不致于造成太大的負壓，有利于卸模。注壓腔容積和注壓行程設(shè)計為:注壓腔容積與定子彈性體材料體積之比為1.2 :1;一個注壓行程(即注壓活塞推進到底部)后，硫化平板恰好與定子模具接觸，卸去注料筒和注壓模具，可直接進行硫化。 圖13 注壓工藝磨具 移模注壓工藝流程為:金屬殼體放入定子模具~半成品膠片放入注壓腔預熱3 min~注壓一卸去注料筒和注壓模具州流化。 （5）特點 金屬/橡膠定子是單螺桿泵的主要配件。主體橡膠選用NBR；骨架材料內(nèi)部設(shè)計螺紋增大了粘合面;采用移模注壓，設(shè)計合理的注壓行程，操作簡便。產(chǎn)品具有耐油性好、使用壽命長，輸送液體時擾動小、流量均勻、壓力穩(wěn)、效率高、吸入性能好，宜于輸送粘稠的非牛頓液體等特點。 3.4 單螺桿泵的性能計算 單螺桿泵設(shè)計，如上所述，根據(jù)給定的工作參數(shù)，計算單螺桿泵的螺桿和襯套的一些主要尺寸。設(shè)計后的校核計算，就在于計算螺桿泵的流量，功率，確定軸向力并計算泵軸、軸承、泵體和其它一些零件。 各部分尺寸確定后，進行螺桿和襯套的三維建模。 文獻【1】中，給出了螺桿泵螺桿直徑d，襯套螺距T和偏心距e的計算公式，以及確定螺桿和襯套的螺紋扣數(shù)L/t和L/T及其長度L的計算方法，具體如下： 單螺桿泵的理論流量決定于單位時間內(nèi)通過襯套橫截面的液體體積，即決定午工作容積和軸向移動速度。 圖14 通流部分截面 螺桿橫截面積 襯套橫截面積 襯套與螺桿之間工作室的通流部分截面面積 此面積為定值，與螺桿和襯套的位置無關(guān)。因為軸旋轉(zhuǎn)一周液體軸向位移為2t，所以軸旋轉(zhuǎn)一周泵的單位理論流量為 （3—2） 式中r—螺距，m e一偏心距，m d一螺桿外徑，m 于是泵的理論流量為 (3—3) 式中--泵轉(zhuǎn)速， 泵的實際流量為 , (3—4) 式中，一泵的容積效率，其值與螺桿一襯套副的間隙、相鄰的吸人室和排出室的壓差、輸送液體的性質(zhì)(如粘度等)、螺桿與襯套的制造精度和表面光潔度、以及泵的工作條件等有關(guān)。 單螺桿泵設(shè)計中主要是根據(jù)給定的流量和壓力來計算或參考現(xiàn)有的泵來選取螺桿和襯套的尺寸(螺桿橫截面直徑d、偏心距e、螺距t、和襯套長度L)。 單螺桿泵的校核計算在于計算泵的流量、功率，確定軸向力并計算軸、軸承、泵體和其他零件。 4. 單螺桿泵應(yīng)用實例設(shè)計 設(shè)計一單螺桿泵，用于某城市污水處理廠。要求性能參數(shù)為: 流量 壓力 轉(zhuǎn)速 效率 汽蝕余量 軸功率11.6 kW 配帶功率15kW 結(jié)構(gòu)型式：臥式，電機與減速機直聯(lián)，泵與減速機通過聯(lián)軸器聯(lián)接。 通過公式〔3.1-1)、(3.1-2)、(3.1-3)，取=85%a，取T/e=27， T/d=4.7。 得出：螺桿直徑的d=84.3，取d=85mm 襯套螺距T=396，取T=400 螺桿螺距t=T/2=200mm 偏心距e= 14.6mm，取e= 15mm 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計及參考相近類型泵參數(shù)，取