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螺杆泵的几种型线分析及工艺探讨

作者:  来源:  更新时间:2019-11-23 9:41:13  点击次数:

在牛顿流体、非牛顿流体和气一液两相流体输送中,螺杆泵有其独特的优势。而应用最广泛的单、双和三螺杆泵的结构、工作原理截然不同。从经济适用角度考虑,此三类螺杆泵都有其它泵不能取代的应用领域。单螺杆泵由于型线简单、型面精度要求不高,可采用无屑加工的高效工艺,所以价格低,在其结构及适应性等方面也有诸多优点,在非润滑介质、含固体介质和腐蚀性介质的输送方面独树一帜。


目前,国内生产单螺杆泵的企业远多于生产双、三螺杆泵企业。单螺杆泵中单头单螺杆泵(即1/2型面)占绝大多数,而国际上已逐步的双头单螺杆泵(即2/3型面)。本文分析了它们的优缺点并探讨其工艺途径和横截面型线(各公式推导过程从略),为新型线的推广和应用提供参考。  

 

一、型线种类

1.1  常规型线(1/2型面横截面型线如图l例所示,简称A型,是最古老的型线,由法国工程师Myan0首先提出。转子截形为圆。其直径D=2 a,偏心距e,节距t,单头。定子截形是两半径为a,圆心相距4e的长圆。其参数:节距T=2t,双头。转子运动轨迹是转子截面重心以e为半径在2 e为半径的圆内滚动r即所谓卡丹诺圆问鄹的行星运动。转子头数与定子头数之比为12。

1.2新型线(2/3型面)

横截面如图l(b)(c)所示,简称B型、C型,是近几年国内外提出的新型线。

B型转子截形为半径a,圆心相距4 e的长圆,其直径D=2 a,偏心距e,节距t,双头。C型转子截形是类椭圆,其直径D=2a,偏心距e,最 大半径b=a+2e,节距t,双头。 

定子截形的形成如图I(d)圳所示。如前述卡丹诺圆运动,滚动半径为1.5 e,以e为半径的圆上一点运动轨迹谓之骨线(图2的三棱状内摆线K)。转子运动时,其对称轴线4 9问线段与骨线共轭,运动过程中转子外廓的展成线即为定子型线。虽运动轨迹相同,由于转子截形不同,所展成的定子型线差异甚大,B型为三瓣花形C型为类三角形。其节距丁=1.5 t,三头。转子头数与定子头数之比为23。

启正泵业螺杆泵转子示意图1启正泵业螺杆泵转子示意图2


二、型线方程 

A B型转子型线方程相同i C型转子型线方程为类椭圆。

新型线定予方程与骨线相关。图2中,滚圆上的A1点,当圆心转过由角时运动至赴点,其骨线方程为式(I)。B型定子廓形是以a为半径的骨线等距线(侣线)与以a为半径的圆弧组成。侣线方程为式(2)。纯圆弧段是圆心不在原点的圆方程为式(3)。X0和Y0为骨线尖点坐标。C型定子型线方程与B型类似,故略。


三、各型面优缺点

(1) A型   

优点:转子和定子型线简单,生产历史长,加工经验丰富,有高效、经济的工艺方法。如转子采用连续冲压工艺制造空心螺杆厂(图3),不仅高效、省材,而且可提高泵的效率和寿命。通常,定 子多采用模具加工的橡胶制品。然而在高压情况,因橡胶受压变形,使介质回流,泵效率急剧下降,有的高压泵效率仅l.0%左右。解决此问题,刚性套是一个有效途径。因A型定子型线简单,使其刚性套的制造较容易(图3)

缺点:由于转子和定子接触面的相对运动并非纯滚动,尤其在定子两直线段滑动速率较大,易磨损。

2:2/3型  

同参数情况下,2/3型较A型流量大,因而同流量时体积较小。例如..e=0.2cm,D亍1.75cm,理论流量Q(m/r):

A型:Q=1.36 T

B型 Q=1.612T

C型 Q=1.6041T

同参数情况下,B型理论流量较A型大2πe2值,C型流量略小于B型。

转子是双头,因而其重心偏移率是A型的一半。从而可允许较高的转速,且噪声较小。每转的腔室由2x3代替1x2,使泵脉动降低较多。腔室的增加也使滑动速率较大的区问瞬时速度比A型低,由此可减少磨损,提高寿命。此外,新型面密封性强,可提高容积效率。

在新型线中,由于B型定子型线是由非连续方程曲线展成,廓形存在6个硬过渡点(,骨线侣线与尖点圆弧过度处),显然对运转寿命有所影响。然而C型定子廓形是由连续方程曲线展成,故无此现象。

综合分析,目前我国宜推广C型泵。据悉,C型在一些国家已商品化,如德国阿尔维勒AG公司推出的AED系列等泵。


四、工艺探讨

A型转子工艺较成熟,可采用成形车、靠模车、旋风铣、连续冲压等方法。连续冲压成型目前是A型转子最 佳生产方式之一。

国外采用多轴腔机床加工2/3型转子,成本较高。国内已有单位引进其加工机床,如WEIN-GARTNER公司的VARID型五轴数控铣床,可加工很多种类螺杆的精密型面以及单螺杆泵的转子、模芯和刚性套。但单螺杆泵结构特点厂多为硬转子、软定动是属于型面复杂并非精密(相对双、三螺杆泵而言)的产品,因此如仅将其作为加工单螺杆泵的专用机床,则显然功能过剩。况且该型中等规格设备,价位约1000万元,也是值得考虑的问题。据作者经验分析,样机或小批生产用带靠模装置的普通机床即能完成,若大批生产,在现有A型转子加工机床上安装仿型铣头,。

A型橡胶定子模芯加工可采用车、铣、磨等多种方法,各厂对此已有丰富经验。新型线模芯的工艺方法与A型类同。关键是要有正确的型线坐标信线性或非线性收缩的补偿匐。A型刚性套的加工用普通万 能机床即可,2/3型刚性套加工则需极昂贵的设备。


五、CAD型线设计实例

本文用类似三螺杆泵型线改进所用的轨迹法进行编程。该方法简单可靠,无需建立包络方程,该程序已用于双、三螺杆泵的型线设计。

程序为模块化设计,将其以程序包纳入刀具设计软件后,不仅可计算单螺杆泵转子、定子的端、轴、法截面,还可计算转子、定子模芯的成形车、铣、滚、磨等刀具型线以及该刀具的铲磨砂轮工艺参数。程序还具有各类橡胶模芯收缩量的补偿功能,为单螺杆泵新旧型线的研究和生产提供了方便。

表l为CAD计算实例。其计算参数为e=20、D=1 70。实用时,点的密度可任意设定。型线坐标值,转子为l/4型线段;定子为1/6型线段。使用时将其对称排列即全廓形。表中第3点是B型线的硬过渡点。


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