泵的知識

單螺桿泵的性能與結構
一、主要性能參數
    1.流量  單螺桿泵的流量決定其轉子和定子的尺寸以及泵的轉速。單螺桿泵每一個橫截面內（圖1和圖2），定子孔的截面面積為；螺桿的截面面積為。

圖1 螺桿的幾何形狀

圖2 泵套的幾何形狀

    泵的過流面積為定子孔與螺桿截面面積之差，即為4eDR。
    （1）螺桿每轉一次的理論排液量Vth為過流面積與定子導程T的乘積，即：Vth=4eDRT    （1）
    （2）理論流量QVth為螺桿每一轉的理論排液量與轉速的乘積，即：
    或
式中  e——螺桿截面圓心與軸線的偏心距，mm；
      DR——螺桿圓形截面的直徑，DR=2R，mm；
      T——泵套內孔螺旋槽的導程，mm；
      n——泵的轉速（表1），r/min。
    （3）實際流量qV或
式中ηV——泵的容積效率，ηV=0.65~0.85，當排壓力較低、螺桿截面直徑DR較大時，取大值。
    2.轉速n  當按液體黏度確定單螺桿泵轉速n時，可參見表1。

表1 單螺桿泵適用的轉速范圍和被送液體黏度

    單螺桿泵的轉速，還可以根據被送液體在泵工作腔內的軸向流動速度vgm（亦稱轉子、定子間的相對平均滑動速度）來確定，特別來確定，特別是在輸送含有固體顆粒物的液體，且可能對泵的轉子或定子產生磨損時，必須以vgm值確定泵的轉速，詳見JB/T 8644-2007《單螺桿泵》附錄A。
    3.排出壓力  單螺桿泵的排出壓力取決于泵的排出管路系統的特性，泵的螺桿直徑和轉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T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。為了盡量減小泵的軸向尺寸，通常取泵能達到的排出壓力p2為p2=0.6iT（MPa）
式中  iT——泵的定子導程數，也可稱為泵的級數。
    4.效率η  單螺桿泵工作時，其轉子（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η=50%~80%。每一轉排液量較大的泵效率較高。
    5.使用壽命  單螺桿泵的轉子和定子的相對滑移，將引起轉子和定子的磨損，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，定子的所以壽命不低于2000h。
    6.流量調節  單螺桿泵可在保持排出壓力不變的工況下，通過改變泵的轉速調節流量，泵的流量與轉速成正比，故在一定范圍內可用作定量泵或計量泵。

二、結構  單螺桿泵有臥式和立式兩種結構形式。
    1.臥式單螺桿泵  臥式結構應用較多，其結構布局合理（圖3），泵的吸液管口和吸入室在泵的軸封端，此時，泵軸封的密封壓力為吸入壓力，密封壓力較低，可減少泄漏的可能性。當被輸送液體的流動性較差時，可采用尺寸較大的矩形吸液口，并在吸入室內增設螺旋進料器（圖4），用以將被送液體推入泵工作腔，幫助泵吸入液體。

圖4  帶進料器的單螺桿泵
1-定子；2-螺桿（轉子）；3-螺旋進料器

    2.立式螺桿泵  立式結構多用于液下和潛水單螺桿泵。
    （1）液下泵  浸沒于液體中，電動機、減速機、軸承箱等泵驅動系統置于液面上方，其吸液管口和吸入室在螺桿的下端。泵工作時，吸液管口位于泵的下端，適于輸送罐（池）底部的沉淀物，但派液室和排液管位于泵軸封端，軸封的密封壓力為泵的排出壓力，增加了密封難度（特別是泵的排出壓力較高時）。液下泵浸入深度，一般為泵的自身長度。當排出壓力為2.4MPa時，浸入深度為3~3.5m；當需要增加浸入深度時，需用長軸傳動，浸入深度80m以內可用剛性軸轉動，深度再增大（可達數百米）需用柔性軸傳動。
    （2）單螺桿潛液泵  泵體與電動機、萬向聯軸器均潛于被送液體中，電動機置于泵的下面，電動機與泵直聯，泵轉速與電動機轉速相同，泵直接由螺桿靠萬向聯軸器端吸入液體，由螺桿上端向上排出液體，因此，潛液泵沒有長軸，可節省鋼材，也不需用軸封，更沒有泄露問題，但需應用特殊的潛液電動機。
潛液泵的潛入深度取決于泵的排出壓力（揚程），潛液泵不適于抽送沉淀物，一般多用于油田抽送黏性原油，下潛深度可達1000m。
    （3）螺桿  一般為圓形截面的單頭螺旋桿，定子孔為雙頭螺旋孔，稱作1-2型（或1/2型）。另一種為2-3型（或2/3型），其螺桿截面為橢圓形的雙頭螺旋桿、定子孔為三頭螺旋孔。2-3型的工作容積比1-2型增大45%，在相同的轉速下流量增大45%，在相同的流量下可減小定子的磨損，提高使用壽命。目前應用較多的仍是1-2型螺桿和泵套。
    螺桿材料為碳鋼、合金鋼和不銹鋼，可用機械加工廣告制造，大直徑的螺桿采用空心結構。定子多為橡膠制成，常用的有：天然橡膠（用于輸送污水、泥漿、有機涂料等）；丁晴橡膠（用于輸送油類、醫藥、食品、化妝品等）；氟橡膠（用于輸送烴、苯、烷溶劑等）；氯磺化聚乙烯橡膠（用于輸送酸、堿、油化纖漿液等）及聚氨酯橡膠等。

三、主要幾何參數
    1.單螺桿泵螺桿的圓形截面直徑DR、偏心距e、螺距t及電子螺旋孔截面尺寸和導程T（圖1和圖2）是根據需要的流量確定的。當已知被送液體及所需的流量后，根據被送液體的性質，選取適合的轉速（參照表1）；根據需要的流量和泵的容積效率確定每一轉的設計排液量；按以下的關系確定DR、e、T值，代入式    (1)核算泵的每一轉的設計排液量。

    當每一轉的排液量為0.016L~16L時e=3~30（大泵取大值），T=2t
    2.單螺桿泵的螺桿和泵套的長度L根據需要達到的排出壓力確定。螺桿和泵套的小長度應大于螺桿形成的兩條密封線（即一個密封腔）所占據的軸向長度，以保證在任一瞬間至少有一條密封線將吸、排液口隔開。螺桿和泵套的小長度Lmin應為：Lmin=（1.2~1.5）T
螺桿和泵套的長度L為：L=iTT+（0.2~0.5）T
式中  iT——級數（定子導程數），iT=p2/0.6

    四、性能換算  當單螺桿泵、雙螺桿泵、三螺桿泵及五螺桿泵的試驗轉速、黏度與規定值的不同時，泵的流量和功率可按下式換算。
    1.流量  
式中  qv0——排出壓力為0時的實測流量；
      qvi——所測定的排出壓力下的實測流量；
      n——規定的轉速；
      ni——所測定的排出壓力下的實測轉速；
      ν——規定的介質黏度，一般為75mm2/s；
      νi——實測黏度，mm2/s；
      k——換算指數，當νi≥ν時，k=0.25，當νi＜ν時，k=0.5。
    2.功率  
式中  Pi——所測定排出壓力下的實測功率值，kW；
      P0——排出壓力為0時的實測功率值，kW。