螺桿泵幾種型線的分析和相關工藝探討

在牛頓流體、非牛頓流體和氣一液兩相流體輸送中，螺桿泵有其獨特的優勢。而應用最廣泛的單、雙和三螺桿泵的結構、工作原理截然不同。從經濟適用角度考慮，此三類螺桿泵都有其它泵不能取代的應用領域。單螺桿泵由于型線簡單、型面精度要求不高，可采用無屑加工的高效工藝，所以價格低，在其結構及適應性等方面也有諸多優點，在非潤滑介質、含固體介質和腐蝕性介質的輸送方面獨樹一幟。目前，國內生產單螺桿泵的企業遠多于生產雙、三螺桿泵企業。單螺桿彌械ネ返ヂ莞吮?即1／2型面)占絕大多數，而國際上已逐步推廣先進的雙頭單螺桿泵(即2／3型面)。本文分析了它們的優缺點并探討其工藝途徑和橫截面型線(各公式推導過程從略)，為新型線的推廣和應用提供參考。

1型線種類

1.1常規型線(1／2型面橫截面型線如圖l例所示，簡稱A型，是最古老的型線，由法國工程師Myan0首先提出。轉子截形為圓。其直徑D=2a，偏心距e，節距t，單頭。定子截形是兩半徑為a，圓心相距4e的長圓。其參數:節距T=2t，雙頭。轉子運動軌跡是轉子截面重心以e為半徑在2e為半徑的圓內滾動r即所謂卡丹諾圓問鄹的行星運動。轉子頭數與定子頭數之比為12。

1.2新型線(2/3型面)

如前述卡丹諾圓運動，滾動半徑為1.5e，以e為半徑的圓上一點運動軌跡謂之骨線(圖2的三棱狀內擺線K)。轉子運動時，其對稱軸線49問線段與骨線共軛，運動過程中轉子外廓的展成線即為定子型線。雖運動軌跡相同，由于轉子截形不同，所展成的定子型線差異甚大，B型為三瓣花形C型為類三角形。其節距丁=1.5t，三頭。轉子頭數與定子頭數之比為23。

2型線方程

AB型轉子型線方程相同iC型轉子型線方程為類橢圓。

新型線定予方程與骨線相關。B型定子廓形是以a為半徑的骨線等距線(侶線)與以a為半徑的圓弧組成。侶線方程為式(2)。純圓弧段是圓心不在原點的圓方程為式(3)。X0和Y0為骨線尖點坐標。C型定子型線方程與B型類似，故略。

3各型面優缺點

(1)A型

優點:轉子和定子型線簡單，生產歷史長，加工經驗豐富，有高效、經濟的工藝方法。如轉子采用連續沖壓工藝制造空心螺桿廠，不僅高效、省材，而且可提高泵的效率和壽命。通常，定子多采用模具加工的橡膠制品。然而在高壓情況，因橡膠受壓變形，使介質回流，泵效率急劇下降，有的高壓泵效率僅l.0%左右。解決此問題，剛性套是一個有效途徑。因A型定子型線簡單，使其剛性套的制造較容易

缺點：由于轉子和定子接觸面的相對運動并非純滾動，尤其在定子兩直線段滑動速率較大，易磨損。

2：2／3型

同參數情況下，2／3型較A型流量大，因而同流量時體積較小。例如..e=0.2cm，D亍1.75cm，理論流量Q(m/r):

A型:Q=1.36T

B型Q=1.612T

C型Q=1.6041T

同參數情況下，B型理論流量較A型大2πe2值,C型流量略小于B型。

轉子是雙頭，因而其重心偏移率是A型的一半。從而可允許較高的轉速，且噪聲較小。每轉的腔室由2x3代替1x2，使泵脈動降低較多。腔室的增加也使滑動速率較大的區問瞬時速度比A型低，由此可減少磨損，提高壽命。此外，新型面密封性強，可提高容積效率。

在新型線中，由于B型定子型線是由非連續方程曲線展成，廓形存在6個硬過渡點(，骨線侶線與尖點圓弧過度處)，顯然對運轉壽命有所影響。然而C型定子廓形是由連續方程曲線展成，故無此現象。

綜合分析，目前我國宜推廣C型泵。據悉，C型在一些國家已商品化，如德國阿爾維勒AG公司推出的AED系列等泵。

4工藝探討.

A型轉子工藝較成熟，可采用成形車、靠模車、旋風銑、連續沖壓等方法。連續沖壓成型目前是A型轉子最佳生產方式之一。

國外采用多軸腔機床加工2／3型轉子，成本較高。國內已有單位引進其加工機床，如WEIN-GARTNER公司的VARID型五軸數控銑床，可加工很多種類螺桿的精密型面以及單螺桿泵的轉子、模芯和剛性套。但單螺桿泵結構特點廠多為硬轉子、軟定動是屬于型面復雜并非精密(相對雙、三螺桿泵而言)的產品，因此如僅將其作為加工單螺桿泵的專用機床，則顯然功能過剩。況且該型中等規格設備，價位約1000萬元，也是值得考慮的問題。據作者經驗分析，樣機或小批生產用帶靠模裝置的普通機床即能完成,若大批生產，在現有A型轉子加工機床上安裝仿型銑頭，作者已完成結構設訓即可勝任。

A型橡膠定子模芯加工可采用車、銑、磨等多種方法，各廠對此已有豐富經驗。新型線模芯的工藝方法與A型類同。關鍵是要有正確的型線坐標信線性或非線性收縮的補償匐。A型剛性套的加工用普通萬能機床即可,2／3型剛性套加工則需極昂貴的設備。

5CAD型線設計實例

本文用類似三螺桿泵型線改進所用的軌跡法進行編程。該方法簡單可靠，無需建立包絡方程，該程序已用于雙、三螺桿泵的型線設計。

程序為模塊化設計，將其以程序包納入刀具設計軟件后，不僅可計算單螺桿泵轉子、定子的端、軸、法截面，還可計算轉子、定子模芯的成形車、銑、滾、磨等刀具型線以及該刀具的鏟磨砂輪工藝參數。程序還具有各類橡膠模芯收縮量的補償功能，為單螺桿泵新舊型線的研究和生產提供了方便。

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