单螺杆泵几种型线的分析及工艺探讨
时间：2013-03-03 08:08 作者：hbbtby 点击：
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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。
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，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 |