螺桿泵是用鋼材作轉(zhuǎn)子,橡膠做定子。制作定子的材料一般是丁腈橡膠,這是因為丁腈橡膠具有很好的耐油性。鋼材比橡膠耐磨,這就決定了螺桿泵的失效形式主要是膠套的磨損。也就是說,螺桿泵的使用壽命與定子的使用壽命關(guān)系最大。要延長定子的使用壽命,就需要減小橡膠的磨損。
單螺桿泵定子損壞的原因有以下幾點:
1、螺桿泵定子橡膠脫殼。主要原因的粘結(jié)劑選擇不當、粘結(jié)泵殼的內(nèi)表面處理不當或內(nèi)表面不潔等因素造成。
2、螺桿泵定子橡膠掉塊。主要原因是選擇的橡膠硬度過大、橡膠硫化時“過硫”、橡膠“早期硫化”或定子和轉(zhuǎn)子配合的過盈量過大等。
3、螺桿泵定子橡膠不耐磨。螺桿泵大多輸送含雜質(zhì)的介質(zhì),而橡膠定子拉伸強度比壓縮強度低得多,一旦有硬顆粒雜質(zhì)嵌入后,嵌入橡膠的硬顆粒在受到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的拉力作用下,定子表面就會產(chǎn)生拉伸變形,使之出現(xiàn)分子鏈的斷裂,即超過了分子鏈的強度,于是定子就出現(xiàn)裂紋、擴展直至破壞。此外,泵運行時定子受到硬顆粒的切削作用,產(chǎn)生的磨損也是定子破壞的一個重要原因。因此,正確選擇膠料就顯得尤為重要,選擇不恰當則定子更易磨損。除了膠料配方不合理、含膠率太低、橡膠硬度選擇不當外,定子和轉(zhuǎn)子配合的過盈不均勻或過盈量太大,介質(zhì)惡劣或橡膠已老化等也是定子不耐磨的一個重要原因。
4、螺桿泵定子齒形曲線形狀變形。主要原因是橡膠抗壓縮變形性能差、壓制橡膠的生產(chǎn)工藝控制有問題造成硫化不夠、壓制用的定子型芯形狀不準確、壓制時定子型芯放置偏心、定子型芯表面質(zhì)量或定子腔橡膠表面質(zhì)量差等因素。要確保橡膠定子的質(zhì)量,首要條件是根據(jù)使用的工況和介質(zhì)情況正確選擇橡膠品種。在保存定子時要避免陽光照射、零下20°c或高溫的環(huán)境、以及粉塵或油污等污染和腐蝕性介質(zhì)的接觸,還要注意存放不要過期,避免老化(通常根據(jù)膠種存放期為半年到一年)。
5、螺桿泵定子型芯的體積 橡膠定子在壓注橡膠時,必須知道壓注一個定子所需的橡膠量,也就是說要知道定子內(nèi)螺旋腔的容積,即定子型芯的體積。要準確地計算出它的容積都是非常困難的,而且必要性也不大,因此可采用近似的方法來計算,澆注時因還要考慮澆口、冒口等輔助用料,再增加些余量即可。
6、螺桿泵橡膠套定子不適應輸送的介質(zhì),應根據(jù)所輸送的介質(zhì)對應選擇橡膠套。
由此可見,螺桿泵橡膠套在流體輸送時,一定要選對材質(zhì),在開機運行中嚴禁空轉(zhuǎn),正確使用螺桿泵是提高使用壽命的重要方法。
螺桿泵定子磨損的原因分析:
1、磨粒磨損,分干磨粒磨損和濕磨粒磨損。濕磨粒磨損就是在磨粒和橡膠之間存在液體介質(zhì);干磨粒磨損就是在磨粒和橡膠之間不存在液體介質(zhì)。在螺桿泵正常工作條件下,濕磨粒磨損是螺桿泵磨損的主要形式之一。
2、沖蝕磨損,也叫侵蝕磨損,這是由于螺桿泵轉(zhuǎn)子和定子之間液流所引起的。在螺桿泵正常工作條件下,這也是螺桿泵磨損的主要形式之一。
3、疲勞磨損,是定子橡膠與轉(zhuǎn)子上圓鈍的對偶表面之間的摩擦力和接觸應力都不太大的條件下產(chǎn)生的。與磨粒磨損相比,這是一種低強度的磨損。由于這種磨損和磨粒磨損在很多方面相似,有的學者把它看作磨粒磨損的一種形式,即圓鈍磨粒磨損。
4、摩擦磨損,只在摩擦因數(shù)很大而橡膠的撕裂強度很低的條件下才會發(fā)生。發(fā)生這種磨損時,橡膠表層被撕裂、卷曲、拉伸,并從橡膠表層脫落,形成卷曲的橡膠碎屑。當螺桿泵干摩擦時,轉(zhuǎn)子與定子摩擦發(fā)熱,使橡膠溫度升高,降低橡膠的撕裂強度,使橡膠表層樹脂老化、發(fā)黏,從而使摩擦磨損加劇,定子迅速損壞。
以上4種磨損形式往往是同時發(fā)生的,但在不同工況下,以某種磨損形式為主。螺桿泵在正常工況下工作時,以濕磨粒磨損和沖蝕磨損為主,疲勞磨損也存在,但其磨損強度很低。在螺桿泵干摩擦狀態(tài)或高溫狀態(tài),以摩擦磨損為主。因此,應當針對丁腈橡膠磨粒磨損、沖蝕磨損、疲勞磨損的規(guī)律,設計合理的螺桿泵結(jié)構(gòu),使定子的磨損率降到最低,從而延長其使用壽命。
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。
單螺桿泵分類:整體不銹鋼單螺桿泵,軸不銹鋼單螺桿泵。
工作原理
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
頭數(shù)比Lobes:螺桿的定子的頭數(shù)T1比轉(zhuǎn)子的頭數(shù)T2多一個,即T1=T2+1。他們的比值成為頭數(shù)比。螺桿泵可以分為單頭(1:2)和多頭(2:3,3:4)等。
頭數(shù)比越多,螺桿泵的輸出扭矩越大,轉(zhuǎn)速越低。反之,輸出的扭矩越小,轉(zhuǎn)速越高。
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,單螺桿泵表面與襯套內(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。
螺桿泵選型前首先要對其性能參數(shù)先作了解,單螺桿泵的性能參數(shù)主要有流量、電機轉(zhuǎn)速、排出壓力、效率、流量調(diào)節(jié)、使用壽命等幾種。
單螺桿泵流量:單螺桿泵流量即每小時通過介質(zhì)的量,通常以m?/h表示。
單螺桿泵的流量決定其轉(zhuǎn)子和定子的尺寸以及泵的轉(zhuǎn)速。螺桿每轉(zhuǎn)一次的理論排液量為過流面積與定子導程的乘積,螺桿泵的理論流量為螺桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的理論排液量與轉(zhuǎn)速的乘積。
單螺桿泵轉(zhuǎn)速:當按液體黏度確定單螺桿泵轉(zhuǎn)速時。
單螺桿泵的轉(zhuǎn)速,還可以根據(jù)被送液體在泵工作腔內(nèi)的軸向流動速度(亦稱轉(zhuǎn)子、定子間的相對平均滑動速度)來確定;
特別是在輸送含有固體顆粒物的液體,且可能對泵的轉(zhuǎn)子或定子產(chǎn)生磨損時.必須以液體在泵工作腔內(nèi)的軸向流動速度值確定泵的轉(zhuǎn)速。
單螺桿泵排出壓力:
單螺桿泵的排出壓力取決于泵的排出管路系統(tǒng)的特性,螺桿泵的螺桿直徑和轉(zhuǎn)速不能改變泵的排出壓力。單螺桿泵的排出壓力為每個定子導程長度能達到的壓力與導程的乘積。
一般每一個定子導程長度能達到的排出壓力為0.3~0.6MPa。為了盡量減小螺桿泵的軸向尺寸,通常取螺桿泵能達到的排出壓力為0.6(MPa)。
單螺桿泵效率:
單螺桿泵工作時,其轉(zhuǎn)子(螺桿)和定子(泵套)相接觸,并存在相對滑移,因此,單螺桿泵的機械損失較大,泵的效率較低,一般為螺桿泵轉(zhuǎn)速的50%~80%。每一轉(zhuǎn)排液量較大的螺桿泵效率較高。
單螺桿泵使用壽命:
單螺桿泵的轉(zhuǎn)子和定子的相對滑移,將引起轉(zhuǎn)子和定子的磨損,主要是定子磨損;
因此,單螺桿泵的使用壽命較低。一般要求:在輸送清水或類似清水的液體時,定子的使用壽命不低于2000h。
單螺桿泵流量調(diào)節(jié):
單螺桿泵可在保持排出壓力不變的工況下,通過改變泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量,泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比,故在一定范圍內(nèi)可用作定量泵或計量泵。