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单螺杆泵几种型线的分析及工艺探讨

时间:2018-3-21 14:22:45来源:作者:弘凌泵阀

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,而国际上已逐步推广先进的双头单螺杆泵(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。

1、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,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。

  

2、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。

3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。

4、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,作者已完成结构设训即可胜任。

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。

5、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.

 
  坐标点
B定子
C定子
  C转子
X
 y
X
Y
 X
   y
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
     52.500
     60.000
     66.876
     75.000
     85.000        95.000
    105.000
    115.000
    125.000
    135.000
    145.000   
    90.933
    87.157
    84.721
    83.666
    81.240
    77.460
    72.111
    64.807
    54.772
    40.000
     0.000
    52.500
    60.000
    66.876
    75.000
    85.000
    95.000
    105.000
    115.000
    125.000
    135.000
    145.000   
    90.933
    86.651
    82.807
    78.397
    73.109
    68.002
    62.821  
   56.209
    47.332
    34.469
     0.000  
    85.000
    84.574
    83.283
    81.085
    77.904
    73.612
    68.000
    60.702
    51.000
    37.050
    0.000 
      0.000
    12.500
    25.000
    37.500
    50.000
    62.500
    75.000
    87.500
    100.000
    112.500
    125.000

(1)双头单螺杆泵性能优越,在原单头单螺杆泵基础上改型简便。 

(2)例根据产品特点,几乎原生产1/2型单螺杆泵的企业转型生产2/3型产品,工艺上不存在太大困难。

(3)本文CAD软件能满足不同条件的企业对2/3型单螺杆泵产品开发的要求。

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