單螺桿泵幾種型線的分析及工藝探討

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。單螺桿泵中單頭單螺桿泵(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=2 a，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2 e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)

橫截面如圖l（b）(c)所示，簡稱B型、C型，是近幾年國內外提出的新型線。

B型轉子截形為半徑a，圓心相距4 e的長圓，其直徑D=2 a，偏心距e，節距t，雙頭。C型轉子截形是類橢圓，其直徑D=2a，偏心距e，最大半徑b=a+2e，節距t，雙頭。

定子截形的形成如圖I(d)圳所示。如前述卡丹諾圓運動，滾動半徑為1．5 e，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4 9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=1．5 t，三頭。轉子頭數與定子頭數之比為23。

2 型線方程

A B型轉子型線方程相同i C型轉子型線方程為類橢圓。

新型線定予方程與骨線相關。圖2中，滾圓上的A₁點，當圓心轉過由角時運動至赴點，其骨線方程為式(I)。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(圖3)，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（圖3）

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=1．36 T

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。

5 CAD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。

表l為CAD計算實例。其計算參數為e=20、D=1 70。實用時，點的密度可任意設定。型線坐標值，轉子為l／4型線段;定子為1／6型線段。使用時將其對稱排列即全廓形。表中第3點是B型線的硬過渡點.

坐標點	B定子		C定子		C轉子
坐標點	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